(57)【要約】【課題】曲げ加工性および曲げ部の肌荒れ（曲げ肌)を改善したＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条を提供する。【解決手段】０．５〜３．０質量％のＣｏと、０．１〜１．０質量％のＳｉとを含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなり、ＪＩＳ−Ｈ３１３０に規定する切断法による平均結晶粒径をＧｓ（μｍ）、板厚をｔ（μｍ）としたとき、Ｇｓ/ｔが０．３０以上である、曲げ加工性および曲げ肌に優れたＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．５〜３．０質量％のＣｏと、０．１〜１．０質量％のＳｉとを含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなり、ＪＩＳ−Ｈ３１３０に規定する切断法による平均結晶粒径をＧｓ（μｍ）、板厚をｔ（μｍ）としたとき、Ｇｓ/ｔが０．３０以上である、曲げ加工性および曲げ肌に優れたＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条。
【請求項２】
更にＳｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｐ、Ｍｎ、Ｎｉ及びＡｇの群から選ばれる１種以上を総量で０．００５〜２．５質量％含有する請求項１に記載のＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばコネクタ、端子、リレ−、スイッチ等の材料に好適なＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化に伴い、電気・電子部品の小型化が進んでいる。そして、これら部品に使用される銅合金には良好な強度、導電率が要求される。この要求に応じ、従来のりん青銅や黄銅といった固溶強化型銅合金に替わり、高い強度及び導電率を有するコルソン合金等の析出強化型銅合金が使用され、その需要は増加しつつある。
コルソン合金の中でもＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金は比較的高い強度と高い導電率を兼ね備えている合金系であり、その強化機構は、Ｃｕマトリックス中にＣｏ−Ｓｉ系の金属間化合物粒子が析出することにより強度及び導電率を向上させたものである。
【０００３】
一般に、強度と曲げ加工性は相反する性質であり、Ｃｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金においても高強度を維持しつつ曲げ加工性の改善が望まれている。
ここで、端子の製造工程において、接点の接触不良は主な不良の一つであり、曲げ性不足による端子の折れはもちろんのこと、端子の表面が粗いことによる接触抵抗の増大および導通不良が原因として挙げられる。従って、曲げ部は、クラックが入らないのみならず、できるだけ平滑な表面であることが望まれる。
【０００４】
Ｃｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金の曲げ加工性の改善方法として、特許文献１〜３に記載されているように結晶方位を制御する方法がある。特許文献１、２には｛００１｝＜１００＞の面積割合を５０％以上とすることが記載されている。又、特許文献３には｛１１０｝＜１１２＞の面積割合を２０％以下、｛１２１｝＜１１１＞の面積割合を２０％以下、｛００１｝＜１００＞の面積割合を５〜６０％とすることが記載されている。
【０００５】
また、曲げ肌の改善方法として、特許文献４には、板厚中央部に比べて表層のせん断帯の形成を抑え、材料表層における析出物の個数Ｎｓと、板厚中央部における析出物の個数Ｎｃの比Ｎｓ／Ｎｃを１．０以下にすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２８３０５９号公報
【特許文献２】特開２００６−１５２３９２号公報
【特許文献３】特開２０１１−０１７０７２号公報
【特許文献４】特開２０１２−２０７２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の技術では、曲げ加工性および曲げ肌の平滑性を両立させることは困難であった。
これらの事情を鑑みて、本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、曲げ加工性および曲げ部の肌荒れ（曲げ肌)を改善したＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、曲げ部の肌荒れ（曲げ肌)を改善する方策として、曲げ肌のシワの個数を低減させることに着目した。
曲げ肌のシワは粒界に発生する為、シワの低減のためには結晶粒をできるだけ微細化することが考えられる。しかしながら、結晶粒を微細化しても、ミクロレベルでは粒界に細かなシワが発生してしまうのに加え、銅条製造時の板厚方向の冷却速度のバラつきに起因する不均一な結晶粒の並びや分布から、局所的にシワが発生する可能性がある。
【０００９】
そこで、本発明者らは、平均結晶粒径が板厚の1/3以上である場合にシワがほとんど発生しないことを見出した。このようにすると、材料表面の結晶粒が単結晶に近くなり、結晶粒界の個数が従来の銅条より大幅に少なくなることで、シワの発生する起点が少なくなると考えらえる。
さらに、このようにすると、従来の銅条においてシワが発生する最少の曲げ半径よりもさらに小さい半径でもシワ無く曲げられるので、曲げ性の向上にも寄与することが判明した。
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明のＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条は、０．５〜３．０質量％のＣｏと、０．１〜１．０質量％のＳｉを含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなり、ＪＩＳ−Ｈ３１３０に規定する切断法による平均結晶粒径をＧｓ（μｍ）、板厚をｔ（μｍ）としたとき、Ｇｓ/ｔが０．３０以上である、曲げ加工性および曲げ肌に優れたＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条である。
【００１１】
更にＳｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｐ、Ｍｎ、Ｎｉ及びＡｇの群から選ばれる１種以上を総量で０．００５〜２．５質量％含有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、曲げ加工性および曲げ部の肌荒れ（曲げ肌)を改善したＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】Ｗ曲げ及び曲げシワの個数を測定する方法を説明する図である。
【図２】曲げシワを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態に係るＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条について説明する。なお、本発明において％とは、特に断らない限り、質量％を示すものとする。
【００１５】
（組成）
［Ｃｏ及びＳｉ］
本発明の実施形態に係るＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金条は、０．５〜３．０質量％のＣｏと、０．１〜１．０質量％のＳｉを含有し、残部が銅及び不可避的不純物からなる。
Ｃｏ及びＳｉは、時効処理を行うことにより、Ｃｏ−Ｓｉ系の金属間化合物として析出する。この化合物は強度を向上させ、析出することによりＣｕマトリックス中に固溶したＣｏ及びＳｉが減少するため導電率が向上する。
しかし、Ｃｏ濃度が０．５％未満又はＳｉ濃度が０．１％未満になると、強度が低下する。一方、Ｃｏ濃度が３．０％を超えるか又はＳｉ濃度が１．０％を超えると、熱間加工性が劣化する。
【００１６】
［添加元素］
合金中に、更にＳｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｐ、Ｍｎ、Ｎｉ及びＡｇの群から選ばれる少なくとも１種以上を総量で０．００５〜２．５質量％含有してもよい。
これらの元素は、合金条の強度上昇に寄与する。さらに、Ｚｎは、合金条にＳｎめっきした際のめっき層の耐熱剥離性の向上に効果がある。Ｍｇは応力緩和特性の向上に効果がある。Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｎは熱間加工性の向上に効果がある。
上記元素の含有量が総量で０．００５％未満であると上記の効果が得られず、２．５％を超えると導電率が低下して電気・電子部品材料として適さない場合がある。
【００１７】
［Ｇｓ/ｔ］
ＪＩＳ−Ｈ３１３０に規定する切断法による平均結晶粒径をＧｓ（μｍ）、合金条の板厚をｔ（μｍ）としたとき、Ｇｓ/ｔが０．３０以上である。
上記したように、平均結晶粒径Ｇｓが板厚ｔの1/3以上であると、材料表面の結晶粒が単結晶に近くなり、結晶粒界の個数が従来の銅条より大幅に少なくなることで、シワの発生する起点が少なくなる。Ｇｓ/ｔが０．５０以上であると好ましい。
【００１８】
Ｇｓが３μｍ以上で、板厚ｔ（μｍ）以下であることが好ましい。ｔ（μｍ）が９〜１０００（μｍ）であることが好ましい。
Ｇｓが３μｍ未満であると、条を曲げた時に結晶粒界から割れが多く発生し、シワの個数が多くなる場合がある。
【００１９】
合金条の０．２％耐力は、圧延方向で５００〜９５０ＭＰａが好ましく、６００〜９５０ＭＰａがより好ましい。なお、０．２％耐力は、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に従い引張試験して求める。引張試験の条件は、試験片幅12.7ｍｍ、室温（１５〜３５℃）、引張速度5mm/min、ゲージ長さ50mmとした。
銅合金条の導電率（％ＩＡＣＳ）は、好ましくは５０％ＩＡＣＳ以上、より好ましくは６０％ＩＡＣＳ以上である。圧延平行方向の試料について、ＪＩＳＨ０５０５に準拠し、ダブルブリッジ装置を用いた四端子法により求めた体積抵抗率から導電率（％ＩＡＣＳ）を算出した。
【００２０】
＜製造方法＞
本発明のＣｕ−Ｃｏ−Ｓｉ系銅合金は、通常、インゴットを熱間圧延、冷間圧延、溶体化処理、時効処理、最終冷間圧延の順で行って製造することができる。最終冷間圧延後に歪取り焼鈍を行っても良い。
平均結晶粒径を制御するためには、溶体化の温度および加熱時間を調整することが効果的である。溶体化処理では添加元素を固溶させるとともに、Ｇｓ/ｔが０．３０以上になるよう、熱量を与える。溶体化温度は特に規定されるものではなく、インゴットを融点以下の温度で、十分再結晶する時間の熱量を加えることが肝要である。状態図を参考にしても良い。
銅に添加元素を加えた場合（コルソン合金）は500〜600℃まで再結晶温度が増加することと、銅の融点が1350℃前後であることを考慮すると、溶体化温度が高温であるほど加熱時間も短時間で済むため、溶体化処理温度900〜1300℃で60〜300秒が好ましい。
【００２１】
時効処理は、例えば４００〜６００℃で２〜２０時間とすることができ、最終冷間圧延は例えば加工度５〜４０％で行うことができる。
歪取り焼鈍は、通常Ａｒ等の不活性雰囲気中で２５０〜６００℃で５〜３００秒間行うことができる。さらに高強度化のために溶体化処理と時効処理との間に冷間圧延を行っても良い。また、溶体化処理後に最終冷間圧延、時効処理の順に行い、これら工程の順序を入れ替えても良い。
【実施例】
【００２２】
高周波溶解炉にてアルゴン雰囲気下、内径１１０ｍｍ、深さ２３０ｍｍのアルミナ又はマグネシア製るつぼ中で電気銅２．５０Ｋｇを溶解した。表１の組成に従い銅以外の元素を添加し、溶湯温度を１３００℃に調整した後、溶湯を鋳型（材質：鋳鉄）で３０×６０×１２０ｍｍのインゴットに鋳造し、以下の工程で、銅合金条を作製した。
【００２３】
（工程１）９５０℃で３時間加熱した後、厚さ１０ｍｍまで熱間圧延後、水冷した。
（工程２）熱間圧延後の板表面の酸化スケールをグラインダーで研削、除去した。
（工程３）板厚０．２３５ｍｍまで圧下率７０％で冷間圧延した。
（工程４）溶体化処理として、表１に示す温度で１８０秒間、大気中で加熱し、水中で急冷した。
（工程５）時効処理として電気炉を用い５５０℃で５時間、Ａｒ雰囲気中で加熱した。
（工程６）板厚０．２０ｍｍまで最終冷間圧延を行った。
（工程７）歪取り焼鈍として、４００℃で１０秒間、Ａｒ雰囲気中で加熱した。
【００２４】
このようにして作製した試料について、以下の諸特性の評価を行った。
（１） 結晶組織
工程７で得られた条につき、圧延方向に平行で板厚方向に平行な断面の組織をエッチング（水-ＮＨ３（40vol%）−Ｈ２Ｏ２（0.6vol%））により現出させ、ＪＩＳ−Ｈ３１３０に準拠した切断法で、光学顕微鏡を使用して結晶粒径を測定した。
【００２５】
（２）０．２％耐力及び導電率
０．２％耐力は引張試験機を用いて上述のように測定した。
導電率は上述のように測定した。
（３）曲げ性
図１に示すように、曲げ性の評価として、ＪＩＳ−Ｈ３１３０に準拠して、曲げ半径０．２ｍｍ、圧延平行方向(Bad Way方向)に９０°Ｗ曲げ加工を行った。曲げ加工された部分の圧延方向Ｌに平行で板厚方向に平行方向の断面Ｓを機械研磨及びバフ研磨で鏡面に仕上げ、光学顕微鏡（倍率５０倍）で観察し、０．３２ｍｍ２の視野中の曲げシワの個数を数えた。
図２に示すように、曲げシワは、圧延方向Ｌから曲がってゆく筋として見える。
曲げシワの個数が５以下であれば、曲げ加工性および曲げ部の肌荒れが改善される。
【００２６】
得られた結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１から明らかなように、各実施例の場合、Ｇｓ/ｔが０．３０以上であり、曲げ部の肌荒れが改善された。
一方、Ｃｏ及びＳｉ濃度がいずれも規定範囲未満である比較例１の場合、０．２％耐力が５００ＭＰａ未満に低下した。Ｃｏ及びＳｉ濃度がいずれも規定範囲を超えた比較例２の場合、熱間圧延時に割れが発生した。
添加元素の総量が規定範囲を超えた比較例３の場合、導電率が５０％ＩＡＣＳ未満に低下するとともに、Ｇｓ/ｔが０．３０未満となって曲げ部の肌荒れが劣化した。添加元素量が規定値を超えると、析出物が粒径を抑制するピン止め効果が表れたと推察される。
溶体化処理の温度が高い比較例４の場合、溶体化時に高温で材料が変形し、評価不能であった。
溶体化処理の温度が低い比較例５の場合、Ｇｓ/ｔが０．３０未満となって曲げ部の肌荒れが劣化した。これは、厚さに比べて結晶粒界の個数が増加し、粒界からの割れが多数発生したためと思われる。
【図１】
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【図２】
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