(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅（Ｃｕ）と、前記銅に添加されるクロム（Ｃｒ）と、ジルコニウム（Ｚｒ）と、スズ（Ｓｎ）とを溶製して、０．１重量％以上０．４重量％以下のクロム（Ｃｒ）と、０．０２重量％以上０．２重量％以下のジルコニウム（Ｚｒ）と、０．０１重量％以上０．３重量％以下のスズ（Ｓｎ）とを含有し、残部が銅（Ｃｕ）と不可避的不純物とからなる銅合金素材を鋳造する溶製工程と、
前記銅合金素材に熱間加工を施して圧延組織を有する板材を形成する熱間加工工程と、
前記板材に温度が７００℃以上９５０℃未満である熱処理を施す熱処理工程と、
前記熱処理が施された前記板材に８０％以上９０％未満の加工度の冷間圧延を施して中間板材を形成する中間圧延工程と、
前記中間板材に時効処理を施す時効処理工程と、
前記時効処理を施した前記中間板材に２０％以上４０％以下の加工度の冷間圧延を施す仕上げ圧延工程と、
前記冷間圧延が施された前記中間板材に加熱処理を施す歪取焼鈍工程と
を備える銅合金の製造方法。
【請求項２】
前記熱処理工程は、前記板材中の結晶の結晶粒径の粗大化を抑制しつつ、前記圧延組織中に再結晶を発生させることにより前記圧延組織を減少させる温度の前記熱処理を前記板材に施す請求項１に記載の銅合金の製造方法。
【請求項３】
前記熱処理工程は、銅合金中に含まれる銅合金の結晶粒径が５０μｍ以下になる温度の前記熱処理を前記板材に施す請求項２に記載の銅合金の製造方法。
【請求項４】
前記時効処理工程は、３９０℃以上４５０℃以下の温度の前記時効処理を前記中間板材に施す請求項３に記載の銅合金の製造方法。
【請求項５】
前記歪取焼鈍工程は、４００℃以上６００℃以下の温度の前記加熱処理を前記中間板材に施す請求項４に記載の銅合金の製造方法。
【請求項６】
前記板材に冷間圧延を施す粗圧延工程
を更に備え、
前記熱処理工程は、前記粗圧延工程を経た前記板材に前記熱処理を施す請求項５に記載の銅合金の製造方法。
【請求項７】
前記熱処理工程は、銅合金中に含まれる銅合金の結晶粒径が３０μｍ以下になる温度の前記熱処理を前記板材に施す請求項６に記載の銅合金の製造方法。
【請求項８】
前記熱処理の温度は、７００℃以上８５０℃未満である請求項７に記載の銅合金の製造方法。
【請求項９】
銅（Ｃｕ）と、前記銅に添加されるクロム（Ｃｒ）と、ジルコニウム（Ｚｒ）と、スズ（Ｓｎ）とを溶製して、０．１重量％以上０．４重量％以下のクロム（Ｃｒ）と、０．０２重量％以上０．２重量％以下のジルコニウム（Ｚｒ）と、０．０１重量％以上０．３重量％以下のスズ（Ｓｎ）とを含有し、残部が銅（Ｃｕ）と不可避的不純物とからなる銅合金素材を鋳造する溶製工程と、
前記銅合金素材に熱間加工を施して圧延組織を有する板材を形成する熱間加工工程と、
前記板材に温度が７００℃以上９５０℃未満である熱処理を施す熱処理工程と、
前記熱処理が施された前記板材に８０％以上９０％未満の加工度の冷間圧延を施して中間板材を形成する中間圧延工程と、
前記中間板材に時効処理を施す時効処理工程と、
前記時効処理を施した前記中間板材に２０％以上４０％以下の加工度の冷間圧延を施す仕上げ圧延工程と、
前記冷間圧延が施された前記中間板材に加熱処理を施す歪取焼鈍工程と
を備える銅合金の製造方法で製造された、
０．１重量％以上０．４重量％以下のクロム（Ｃｒ）と、０．０２重量％以上０．２重量％以下のジルコニウム（Ｚｒ）と、０．０１重量％以上０．３重量％以下のスズ（Ｓｎ）とを含有し、残部が銅（Ｃｕ）と不可避的不純物とからなる銅合金。
【請求項１０】
８０％ＩＡＣＳ以上の導電率と５５０ＭＰａ以上の強度とを有する請求項９に記載の銅合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅合金の製造方法及び銅合金に関する。特に、本発明は、電気・電子部品に用いられる銅合金の製造方法及び銅合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
コネクタ、リレー、スイッチ等の電気・電子部品に用いられる材料には、ばね材として高い接触圧を得るために要する十分な強度、高温下での長期の使用後でも接触圧を維持できる耐応力緩和性、通電時のジュール熱の発生を抑制すると共に発生した熱を放散しやすくするために要する高導電性、複雑な曲げ加工を施しても割れが生じない曲げ加工性等の特性が要求される。近年、電気・電子機器の小型化、薄型化、及び軽量化に伴い、電気・電子機器に用いられる部品も小型化している。このような部品の小型化により、各種部品に用いられる電極等における電流密度は増大しており、従来より導電性の良い材料を用いることに対する要求が強まっている。また、車載向けの部品においては、より高温環境における使用に耐えることが要求されるので、耐応力緩和性の高い材料への要求が強まっている。このような高導電性及び耐応力緩和性の要求に対応し得る材料として、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金材料等が提案されている。
【０００３】
従来、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金材料として、０．０５〜０．４０％のＣｒと、０．０３〜０．２５％のＺｒと、０．１０〜１．８０％のＦｅと、０．１０〜０．８０％のＴｉとを含有しており、０．１０％≦Ｔｉ≦０．６０％の範囲においてＦｅ／Ｔｉ重量比が０．６６〜２．６であり、０．６０％＜Ｔｉ≦０．８０％の範囲においてＦｅ／Ｔｉ重量比が１．１〜２．６であり、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなると共に、９５０℃未満の温度での溶体化処理と、５０〜９０％の加工度での冷間加工と、３００〜５８０℃の温度での時効処理と、１６〜８３％の加工度での冷間加工と、３５０〜７００℃の温度での焼鈍とをこの順に実施して製造される銅合金の製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載の銅合金の製造方法は、上記構成を備えるので、引張強度、伸び、及び電気伝導性等の特性に優れた銅合金を提供することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２５８８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の銅合金の製造方法は、高温での溶体化処理を実施しているので、母相の金属組織が粗大化する場合があり、金属組織の粗大化が発生した場合、銅合金の部分的な軟化と、曲げ加工性の悪化とが発生する場合がある。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系銅合金の導電率及び耐応力緩和性を維持しつつ、強度及び曲げ加工性に優れた銅合金を製造できる銅合金の製造方法及び銅合金を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するため、銅（Ｃｕ）と、銅に添加されるクロム（Ｃｒ）と、ジルコニウム（Ｚｒ）と、スズ（Ｓｎ）とを溶製して銅合金素材を鋳造する溶製工程と、銅合金素材に熱間加工を施して圧延組織を有する板材を形成する熱間加工工程と、板材に熱処理を施す熱処理工程と、熱処理が施された板材に８０％以上９０％未満の加工度の冷間圧延を施して中間板材を形成する中間圧延工程と、中間板材に時効処理を施す時効処理工程と、時効処理を施した中間板材に２０％以上４０％以下の加工度の冷間圧延を施す仕上げ圧延工程と、冷間圧延が施された中間板材に加熱処理を施す歪取焼鈍工程とを備える銅合金の製造方法が提供される。
【０００９】
また、上記銅合金の製造方法は、熱処理工程は、板材中の結晶の結晶粒径の粗大化を抑制しつつ、圧延組織中に再結晶を発生させることにより圧延組織を減少させる温度の熱処理を板材に施すことができる。
【００１０】
また、上記銅合金の製造方法は、熱処理工程は、銅合金中に含まれる銅合金の結晶粒径が５０μｍ以下になる温度の熱処理を板材に施すことができる。
【００１１】
また、上記銅合金の製造方法は、熱処理の温度は、７００℃以上９５０℃未満であることが好ましい。
【００１２】
また、上記銅合金の製造方法は、時効処理工程は、３９０℃以上４５０℃以下の温度の時効処理を中間板材に施すことができる。
【００１３】
また、上記銅合金の製造方法は、歪取焼鈍工程は、４００℃以上６００℃以下の温度の加熱処理を中間板材に施すことができる。
【００１４】
また、上記銅合金の製造方法は、溶製工程は、０．１重量％以上０．４重量％以下のＣｒと、０．０２重量％以上０．２重量％以下のＺｒと、０．０１重量％以上０．３重量％以下のＳｎとを含有する銅合金素材を鋳造することが好ましい。
【００１５】
また、上記銅合金の製造方法は、板材に冷間圧延を施す粗圧延工程を更に備え、熱処理工程は、粗圧延工程を経た板材に熱処理を施すことができる。
【００１６】
また、上記銅合金の製造方法は、熱処理工程は、銅合金中に含まれる銅合金の結晶粒径が３０μｍ以下になる温度の熱処理を板材に施すことができる。
【００１７】
また、上記銅合金の製造方法は、熱処理の温度は、７００℃以上８５０℃未満であることが好ましい。
【００１８】
また、本発明は、上記目的を達成するため、０．１重量％以上０．４重量％以下のクロム（Ｃｒ）と、０．０２重量％以上０．２重量％以下のジルコニウム（Ｚｒ）と、０．０１重量％以上０．３重量％以下のスズ（Ｓｎ）とを含有し、残部が銅（Ｃｕ）と不可避的不純物とからなる銅合金が提供される。
【００１９】
また、上記銅合金は、８０％ＩＡＣＳ以上の導電率と５５０ＭＰａ以上の強度とを有することが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る銅合金の製造方法及び銅合金によれば、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系銅合金の導電率及び耐応力緩和性を維持しつつ、強度及び曲げ加工性に優れた銅合金を製造できる銅合金の製造方法及び銅合金を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態に係る銅合金の製造工程の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［実施の形態］
（銅合金）
本発明の実施の形態に係る銅合金は、一例として、コネクタ等の電気・電子部品に用いられる銅合金である。具体的に、本実施の形態に係る銅合金は、０．１重量％以上０．４重量％以下のクロム（Ｃｒ）と、０．０２重量％以上０．２重量％以下のジルコニウム（Ｚｒ）と、０．０１重量％以上０．３重量％以下のスズ（Ｓｎ）とを含有し、残部が銅（Ｃｕ）と不可避的不純物とからなる銅合金である。
【００２３】
Ｃｒは、Ｃｒ単独で銅合金の母相中に析出した状態で存在することにより、銅合金の強度及び耐熱性を向上させる機能を有する。また、Ｚｒは、Ｃｕとの間で化合物を生成する。そして、当該化合物は、銅合金の母相中に析出した状態で存在することにより、銅合金の強度及び耐熱性を向上させる機能を有する。更に、Ｓｎは、銅合金の強度を向上させる機能を有しており、Ｃｒ及びＺｒと共に銅に添加することにより、銅合金の強度を更に向上させる。
【００２４】
そして、本実施の形態に係る銅合金は、８０％ＩＡＣＳ以上の導電率と５５０ＭＰａ以上の強度とを有する。
【００２５】
（銅合金の製造方法）
図１は、本発明の実施の形態に係る銅合金の製造の流れの一例を示す。
【００２６】
まず、銅と、銅に添加される所定量のＣｒと、所定量のＺｒと、所定量のＳｎとを低周波溶解炉を用いて溶製して銅合金素材としてのインゴットを鋳造する（溶製工程：ステップ１０、以下、ステップを「Ｓ」と称する）。具体的に溶製工程は、０．１重量％以上０．４重量％以下のＣｒと、０．０２重量％以上０．２重量％以下のＺｒと、０．０１重量％以上０．３重量％以下のＳｎとを含有する銅合金素材を鋳造する。なお、銅としては、無酸素銅を用いることができる。
【００２７】
次に、インゴットに９００℃程度の温度で熱間加工（例えば、熱間圧延）を施して圧延組織を有する板材を形成する（熱間加工工程：Ｓ２０）。ここで、熱間加工工程における加工は、溶製工程で得られたインゴット中のＣｒ及びＺｒの析出物を一度、母相中に固溶させる溶体化の機能を有する。この熱間加工工程における溶体化の機能により、後述する時効処理工程において生成されるＣｒ及びＺｒの析出物の銅合金中における分布状態をより均一にすることができると共に、析出物を微細な状態にすることができる。
【００２８】
次に、板材に冷間圧延を施す（粗圧延工程：Ｓ３０）。続いて、冷間圧延が施された板材に熱処理としての焼鈍処理を施す（熱処理工程：Ｓ４０）。熱処理工程は、板材中の結晶の結晶粒径の粗大化を抑制しつつ、圧延組織中に再結晶を発生させることにより圧延組織を減少させる温度の熱処理を板材に施した後、急冷する工程を含む。具体的に、熱処理工程は、銅合金中に含まれる銅合金の結晶粒径が５０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下になる温度の熱処理を板材に施した後、急冷する。なお、結晶粒径の値は熱処理後、急冷した後の値である。熱処理工程における熱処理により、熱間加工工程において生成した歪みを解消することができ、曲げ加工性を向上させることができる。
【００２９】
なお、熱処理工程により、銅合金中の結晶粒径を微細化させることができ、製造される銅合金の強度を向上させることもできる。ここで、熱処理工程における熱処理は、７００℃以上９５０℃未満の温度範囲、好ましくは７００℃以上８５０℃未満の温度範囲において実施する。この温度範囲において熱処理を実施することにより再結晶が起こり、上述したように熱間加工工程において生成した圧延組織はなくなり、銅合金の結晶粒径を５０μｍ以下（すなわち、熱処理の温度が７００℃以上９５０℃未満の場合）、好ましくは３０μｍ以下（すなわち、熱処理の温度が７００℃以上８５０℃未満の場合）にすることができる。これにより、製造される銅合金に曲げ加工を施した場合に、曲げ部分の肌荒れを抑制できる。
【００３０】
続いて、熱処理が施された板材に８０％以上９０％未満の加工度の冷間圧延を施して中間板材を形成する（中間圧延工程：Ｓ５０）。更に、中間板材に３９０℃以上４５０℃以下の温度で所定の時間、時効処理を施した後、徐冷する（時効処理工程：Ｓ６０）。これにより、加工硬化と析出硬化とを組み合わせることができ、製造される銅合金の強度、導電率等の特性を向上させることができる。ここで、中間圧延工程において加工度を８０％以上に制御することにより、中間板材は加工硬化して強度が向上する。また、中間圧延工程における冷間圧延により、中間板材中に多数の格子欠陥が導入される。これらの格子欠陥は、時効処理工程における析出硬化において数ｎｍ程度のサイズの析出物（例えば、ＣｒとＣｕとの化合物、ＺｒとＣｕとの化合物）の析出の起点として機能するので、時効処理工程は、析出物（すなわち、ＣｒとＣｕとの化合物、ＺｒとＣｕとの化合物等の析出物）を中間板材中に均一に分散させることを促進する機能を有する。
【００３１】
また、中間圧延工程における冷間加工においては中間板材の延性が低下するが、時効処理工程は低下した延性を回復させることもできる。ここで、時効処理の温度は、析出物を十分に中間板材中に析出させることを目的として、３９０℃以上で実施する。また、時効処理の温度は、中間板材の軟化による強度の低下を抑制することを目的として、４５０℃以下の温度で実施する。なお、時効処理工程において析出物は、所定の温度に保持している間に中間材中に析出する。そして、時効処理工程により微細な析出物を中間材中に析出させることで、製造される銅合金の強度、及び導電率が向上させることができる。
【００３２】
次に、時効処理を施した中間板材に２０％以上４０％以下の加工度の冷間圧延を施す（仕上げ圧延工程：Ｓ７０）。仕上げ圧延工程は、得られる銅合金の強度を十分な強度にすることを目的として、加工硬化を十分にすることができる２０％以上の加工度で実施する。また、仕上げ圧延工程は、製造される銅合金の導電率の低下、延性の低下、及び曲げ加工性の低下を抑制することを目的として、４０％以下の加工度で実施する。仕上げ圧延工程により、時効処理が施された中間板材が加工硬化して強度が向上する。
【００３３】
続いて、冷間圧延が施された中間板材に４００℃以上６００℃以下の温度の加熱処理を短時間（例えば、１分間程度）、施す（歪取焼鈍工程：Ｓ８０）。歪取焼鈍工程は、製造される銅合金に十分なばね性及び延性を備えさせることを目的として、４００℃以上の温度の加熱処理を実施する。また、歪取焼鈍工程は、析出物の銅合金中への再固溶が発生することに起因して製造される銅合金の強度の低下を防止することを目的として、６００℃以下の温度の加熱処理を実施する。歪取焼鈍工程により、ばね性が向上すると共に仕上げ圧延工程により低下した延性が回復された本実施の形態に係る銅合金が得られる。以上の各工程を経ることにより、本実施の形態に係る銅合金が製造される。
【００３４】
（実施の形態の効果）
本発明の実施の形態に係る銅合金は、上記各工程を経て製造されると共に、７００℃以上９５０℃未満の熱処理により圧延組織が消滅して、結晶粒径が５０μｍ以下の結晶組織を有するようになるので、導電性、強度、曲げ加工性、耐応力緩和性に優れると共に、これらの特性をバランスよく備えているので、電気・電子部品の小型化、高集積化に資する銅合金を提供することができる。
【００３５】
実施の形態に基づいて製造した実施例１〜３に係る銅合金と、比較例１〜４に係る銅合金とについて説明する。表１には、実施例１〜３、及び比較例１〜２に係る銅合金の熱処理工程における処理条件と、製造して得られた銅合金の各特性とを示し、表２には、実施例１に係る銅合金と、比較例３〜４に係る銅合金との中間圧延工程における条件と、製造して得られた銅合金の各特性とを示す。
【００３６】
【表１】
0005426936.tif 000002
【００３７】
【表２】
0005426936.tif 000003
【実施例１】
【００３８】
無酸素銅を母材にして０．２５質量％のＣｒと、０．１質量％のＺｒと、０．１５質量％のＳｎとを含有した銅合金を低周波溶解炉にて溶製してインゴットに鋳造した（溶製工程）。次に、当該インゴットを厚さ８ｍｍまで熱間加工（熱間加工工程）した後、２．５ｍｍまで冷間圧延（粗圧延工程）した。次に、冷間圧延を施した合金材について７００℃の焼鈍処理を実施した（熱処理工程）。そして、加工度８３％の冷間圧延（中間圧延工程）を実施した後、４３０℃、２時間の加熱による時効処理を実施した（時効処理工程）。時効処理後、加工度４０％の冷間圧延（仕上げ圧延工程）と、４５０℃、６０秒間の加熱による歪取焼鈍（歪取り焼鈍工程）とを実施することにより実施例１に係る銅合金を製造した。
【００３９】
実施例１と同一組成の材料を溶製して、熱処理工程における熱処理条件だけを変えて、実施例１と同様の工程を経て実施例２及び実施例３、並びに、比較例１〜２に係る銅合金を製造した。
【００４０】
また、実施例１と同一組成の材料を溶製して、中間圧延工程における加工度と仕上げ圧延工程における加工度とを変えて、実施例１と同様の工程を経て比較例３及び比較例４に係る銅合金を製造した。
【００４１】
次に、実施例１〜３、及び比較例１〜２に係る銅合金について、歪取焼鈍直後の銅合金の一部をサンプリングして試験片とした。そして、試験片の圧延方向に垂直な断面を研磨、エッチングした。このようにして得られた試験片を用いて、圧延組織の有無を観察すると共に、圧延組織が観察されなかった試験片については板幅方向の結晶粒の平均値を算出して、平均結晶粒径とした。
【００４２】
更に、実施例１〜３、及び比較例１〜４に係る銅合金について引張試験を実施した。引張試験は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２０１に準拠して、圧延方向に平行な方向の引張強さと伸びとを測定した。また、ＪＩＳ  Ｈ  ３１３０に準拠して、Ｂａｄ  Ｗａｙ（曲げ軸が圧延方向と同一の方向）のＷ曲げ試験を実施して、割れの発生しない最小曲げ半径（ＭＢＲ）の板厚（ｔ）に対する比であるＭＢＲ／ｔ値を算出した。以上の各特性の結果を表１及び表２に示した。
【００４３】
表１及び表２を参照すると、実施例１〜３に係る銅合金においては、８２％ＩＡＣＳ以上の導電率を有すると共に、５５０ＭＰａ程度の高い強度を有していた。更に、実施例１〜３に係る銅合金は、Ｗ曲げ試験で割れが発生せず、良好な曲げ加工性を有することが示された。
【００４４】
一方、比較例１に係る銅合金は、実施例１〜３における熱処理工程の熱処理条件より低い温度の熱処理工程を経て製造された銅合金である。比較例１に係る銅合金は、内部に圧延組織が残存していることが観察され、冷間圧延で増大した加工歪に起因して十分な曲げ加工性が得られないことが示された。また、比較例２に係る銅合金は、実施例１〜３における熱処理工程の熱処理条件より高い温度の熱処理工程を経て製造された銅合金である。比較例２に係る銅合金は、熱処理後の平均結晶粒径が粗大化していることが観察され、十分な引張強さ、曲げ加工性が得られないことが示された。
【００４５】
比較例３に係る銅合金は、時効処理前の冷間圧延の加工度が実施例１〜３に係る銅合金の製造における加工度よりも大きい加工度で製造された銅合金である。比較例３に係る銅合金は、引張強さが小さく、曲げ加工性が良好ではないことが示された。
【００４６】
比較例４に係る銅合金は、時効処理前の冷間圧延の加工度が実施例１〜３に係る銅合金の製造における加工度よりも小さい加工度で製造された銅合金である。比較例４に係る銅合金は、時効処理前の冷間圧延による転位の導入不足に起因して、時効処理の効果が十分には聞いておらず、導電率、引張強さが小さいと共に、曲げ加工性も良好ではないことが示された。
【００４７】
以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、上記に記載した実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【図１】
0005426936.tif 000004