(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｇを３．３原子％以上６．９原子％以下の範囲で含み、残部がＣｕ及び不可避不純物とされ、かつ、酸素量が５００原子ｐｐｍ以下とされており、
導電率σ（％ＩＡＣＳ）が、Ｍｇの含有量をＸ原子％としたときに、
σ≦１．７２４１／（−０．０３４７×Ｘ２＋０．６５６９×Ｘ＋１．７）×１００
の範囲内とされていることを特徴とする銅合金。
【請求項２】
Ｍｇを３．３原子％以上６．９原子％以下の範囲で含み、残部がＣｕ及び不可避不純物とされ、かつ、酸素量が５００原子ｐｐｍ以下とされており、
走査型電子顕微鏡観察において、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数が、１個／μｍ２以下とされていることを特徴とする銅合金。
【請求項３】
Ｍｇを３．３原子％以上６．９原子％以下の範囲で含み、残部がＣｕ及び不可避不純物とされ、かつ、酸素量が５００原子ｐｐｍ以下とされており、
導電率σ（％ＩＡＣＳ）が、Ｍｇの含有量をＸ原子％としたときに、
σ≦１．７２４１／（−０．０３４７×Ｘ２＋０．６５６９×Ｘ＋１．７）×１００
の範囲内とされており、
走査型電子顕微鏡観察において、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数が、１個／μｍ２以下とされていることを特徴とする銅合金。
【請求項４】
Ｍｇを３．３原子％以上６．９原子％以下の範囲で含み、さらにＡｌ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｌｉ，Ｔｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｚｒの１種又は２種以上を合計で０．０１原子％以上３．０原子％以下の範囲で含み、残部がＣｕ及び不可避不純物とされ、かつ、酸素量が５００原子ｐｐｍ以下とされており、
走査型電子顕微鏡観察において、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数が、１個／μｍ２以下とされていることを特徴とする銅合金。
【請求項５】
前記酸素量が５０原子ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の銅合金。
【請求項６】
前記酸素量が５原子ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の銅合金。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の銅合金からなることを特徴とする銅合金塑性加工材。
【請求項８】
棒、線、管、板、条、帯の中から選択される長尺体とされていることを特徴とする請求項７に記載の銅合金塑性加工材。
【請求項９】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の成分組成を有する銅素材を４００℃以上９００℃以下の温度にまで加熱する加熱工程と、加熱された前記銅素材を２００℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で、２００℃以下にまで冷却する急冷工程と、急冷された銅素材を塑性加工する塑性加工工程と、を備え、
Ｍｇの含有量をＸ原子％としたときに、σ≦１．７２４１／（−０．０３４７×Ｘ２＋０．６５６９×Ｘ＋１．７）×１００の範囲内の導電率（％ＩＡＣＳ）、又は、走査型電子顕微鏡観察において粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数が１個／μｍ２以下とされた金属組織、のうち少なくとも一方を有する銅合金塑性加工材を製造することを特徴とする銅合金塑性加工材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、機械部品、電気部品、日用品、建材等に使用される銅合金、及び、この銅合金からなる銅素材を塑性加工することによって成形された銅合金塑性加工材及び銅合金塑性加工材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、機械部品、電気部品、日用品、建材等の素材として、鋳塊等に対して、圧延、線引き、押出、溝圧延、鍛造、プレス等の塑性加工を行うことによって成形された銅合金塑性加工材が使用されている。
特に、製造の効率化の観点から、機械部品、電気部品、日用品、建材等の素材として、銅合金の棒、線、管、板、条、帯等の長尺体が使用されている。
【０００３】
棒は、例えば、ソケット、ブッシュ、ボルト、ナット、軸、カム、シャフト、スピンドル、バルブ、エンジン部品、抵抗溶接用電極等の素材として使用されている。
線は、例えば、接点、抵抗、ロボット用配線、自動車用配線、トロリー線、ピン、ばね、溶接棒等の素材として使用されている。
管は、例えば、給水管、ガス管、熱交換器、ヒートパイプ、ブレーキパイプ、建材等の素材として使用されている。
板及び条は、例えば、スイッチ、リレー、コネクタ、リードフレーム、屋根板、ガスケット、歯車、ばね、印刷版、ガスケット、ラジエータ、ダイヤフラム、貨幣等の素材として使用されている。
帯は、例えば、太陽電池用インターコネクタ、マグネットワイヤー等の素材として使用されている。
【０００４】
ここで、これら棒、線、管、板、条、帯等の長尺体（銅合金塑性加工材）は、それぞれの用途に応じて、各種組成の銅合金が用いられている。
例えば、電子機器や電気機器等に用いられる銅合金として、非特許文献１に記載されているＣｕ−Ｍｇ合金、及び、特許文献１に記載されているＣｕ−Ｍｇ−Ｚｎ−Ｂ合金等が開発されている。
【０００５】
これらのＣｕ−Ｍｇ系合金では、図１に示すＣｕ−Ｍｇ系状態図から分かるように、Ｍｇの含有量が３．３原子％以上の場合、溶体化処理と、析出処理を行うことで、ＣｕとＭｇからなる金属間化合物を析出させることができる。すなわち、これらのＣｕ−Ｍｇ系合金においては、析出硬化によって比較的高い導電率と強度を有することが可能となるのである。
【０００６】
また、トロリー線等に用いられる銅合金塑性加工材として、特許文献２に記載されているＣｕ−Ｍｇ合金の荒引線が提案されている。このＣｕ−Ｍｇ合金は、Ｍｇの含有量が０．０１質量％以上０．７０質量％以下とされており、図１に示すＣｕ−Ｍｇ系状態図から分かるように、Ｍｇの含有量が固溶限よりも少なくされており、Ｍｇが銅の母相中に固溶した固溶強化型の銅合金とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０７−０１８３５４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１８８３６２号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】掘茂徳、他２名、「Ｃｕ−Ｍｇ合金における粒界型析出」、伸銅技術研究会誌Ｖｏｌ．１９（１９８０）ｐ．１１５−１２４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、非特許文献１および特許文献１に記載されたＣｕ−Ｍｇ系合金では、母相中に多くの粗大なＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が分散されていることから、曲げ加工時にこれらの金属間化合物が起点となって割れ等が発生しやすいため、複雑な形状の製品を成形することができないといった問題があった。
また、特許文献２に記載されたＣｕ−Ｍｇ系合金では、Ｍｇが銅の母相中に固溶していることから、加工性に問題はないが、用途によっては強度が不足する場合があった。
【００１０】
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、高強度で、かつ、優れた加工性を有する銅合金、及び、この銅合金からなる銅合金塑性加工材及び銅合金塑性加工材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究を行った結果、Ｃｕ−Ｍｇ合金を溶体化後に急冷することによって作製したＣｕ−Ｍｇ過飽和固溶体の加工硬化型銅合金においては、高強度であり、かつ、優れた加工性を有するとの知見を得た。また、酸素量を低減することにより、銅合金の引張強度を向上させることが可能であるとの知見を得た。
【００１２】
本発明は、かかる知見に基いてなされたものであって、本発明の銅合金は、Ｍｇを３．３原子％以上６．９原子％以下の範囲で含み、残部がＣｕ及び不可避不純物とされ、かつ、酸素量が５００原子ｐｐｍ以下とされており、導電率σ（％ＩＡＣＳ）が、Ｍｇの含有量をＸ原子％としたときに、
σ≦１．７２４１／（−０．０３４７×Ｘ２＋０．６５６９×Ｘ＋１．７）×１００
の範囲内とされていることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の銅合金は、Ｍｇを３．３原子％以上６．９原子％以下の範囲で含み、残部がＣｕ及び不可避不純物とされ、かつ、酸素量が５００原子ｐｐｍ以下とされており、走査型電子顕微鏡観察において、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数が、１個／μｍ２以下とされていることを特徴としている。
【００１４】
さらに、本発明の銅合金は、Ｍｇを３．３原子％以上６．９原子％以下の範囲で含み、残部がＣｕ及び不可避不純物とされ、かつ、酸素量が５００原子ｐｐｍ以下とされており、導電率σ（％ＩＡＣＳ）が、Ｍｇの含有量をＸ原子％としたときに、
σ≦１．７２４１／（−０．０３４７×Ｘ２＋０．６５６９×Ｘ＋１．７）×１００
の範囲内とされており、走査型電子顕微鏡観察において、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数が、１個／μｍ２以下とされていることを特徴としている。
【００１５】
また、本発明の銅合金は、Ｍｇを３．３原子％以上６．９原子％以下の範囲で含み、さらにＡｌ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｌｉ，Ｔｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｚｒの１種又は２種以上を合計で０．０１原子％以上３．０原子％以下の範囲で含み、残部がＣｕ及び不可避不純物とされ、かつ、酸素量が５００原子ｐｐｍ以下とされており、走査型電子顕微鏡観察において、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数が、１個／μｍ２以下とされていることを特徴としている。
【００１６】
上述の構成とされた銅合金においては、図１の状態図に示すように、Ｍｇを固溶限度以上の３．３原子％以上６．９原子％以下の範囲で含有しており、かつ、導電率σが、Ｍｇの含有量をＸ原子％としたときに、上記式の範囲内に設定されていることから、Ｍｇが母相中に過飽和に固溶したＣｕ−Ｍｇ過飽和固溶体とされていることになる。
あるいは、Ｍｇを固溶限度以上の３．３原子％以上６．９原子％以下の範囲で含有しており、かつ、走査型電子顕微鏡観察において、粒径０．１μｍ以上の金属間化合物の平均個数が、１個／μｍ２以下とされていることから、金属間化合物の析出が抑制されており、Ｍｇが母相中に過飽和に固溶したＣｕ−Ｍｇ過飽和固溶体とされていることになる。
【００１７】
なお、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数は、電界放出型走査電子顕微鏡を用いて、倍率：５万倍、視野：約４．８μｍ２で１０視野の観察を行って算出する。
また、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の粒径は、金属間化合物の長径（途中で粒界に接しない条件で粒内に最も長く引ける直線の長さ）と短径（長径と直角に交わる方向で、途中で粒界に接しない条件で最も長く引ける直線の長さ）の平均値とする。
【００１８】
このようなＣｕ−Ｍｇ過飽和固溶体からなる銅合金においては、母相中には、割れの起点となる粗大なＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が多く分散されておらず、加工性が大幅に向上することになる。
また、Ｍｇを過飽和に固溶させていることから、加工硬化によって強度を大幅に向上させることが可能となる。
【００１９】
そして、本発明の銅合金においては、酸素量が５００原子ｐｐｍ以下とされているので、Ｍｇ酸化物の発生量が抑えられることになり、引張強度を大幅に向上させることが可能となる。また、加工時に、Ｍｇ酸化物が起点となる断線や割れの発生を抑制でき、加工性を大幅に向上させることができる。
なお、この作用効果を確実に奏功せしめるためには、酸素量を５０原子ｐｐｍ以下とすることが好ましく、さらに酸素量を５原子ｐｐｍ以下とすることが好ましい
【００２０】
さらに、本発明の銅合金においてＡｌ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｌｉ，Ｔｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｚｒの１種又は２種以上を合計で０．０１原子％以上３．０原子％以下の範囲で含む場合には、これらの元素の作用効果により、機械的強度を大幅に向上させることが可能となる。
【００２１】
本発明の銅合金塑性加工材は、前述の銅合金からなる銅素材を塑性加工することによって成形されたことを特徴としている。なお、この明細書において塑性加工材とは、いずれかの製造工程において、塑性加工が施された銅合金をいうものとする。
この構成の銅合金塑性加工材においては、前述のように、Ｃｕ−Ｍｇ過飽和固溶体とされているので、高強度で、かつ、優れた加工性を有することになる。
【００２２】
ここで、本発明の銅合金塑性加工材の製造方法においては、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の成分組成を有する銅素材を４００℃以上９００℃以下の温度にまで加熱する加熱工程と、加熱された前記銅素材を２００℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で、２００℃以下にまで冷却する急冷工程と、急冷された銅素材を塑性加工する塑性加工工程と、を備え、Ｍｇの含有量をＸ原子％としたときに、σ≦１．７２４１／（−０．０３４７×Ｘ２＋０．６５６９×Ｘ＋１．７）×１００の範囲内の導電率（％ＩＡＣＳ）、又は、走査型電子顕微鏡観察において粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数が１個／μｍ２以下とされた金属組織、のうち少なくとも一方を有する銅合金塑性加工材を製造することを特徴とする。
この場合、前記銅素材を４００℃以上９００℃以下の温度にまで加熱する加熱工程により、Ｍｇの溶体化を行うことができる。ここで、加熱温度が４００℃未満では、溶体化が不完全となり、母相中にＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が多く残存するおそれがある。一方、加熱温度が９００℃を超えると、銅素材の一部が液相となり、組織や表面状態が不均一となるおそれがある。よって、加熱温度４００℃以上９００℃以下の範囲に設定している。なお、このような作用効果を確実に奏功せしめるためには、加熱工程における加熱温度を５００℃以上８００℃以下の範囲内とすることが好ましい。
【００２３】
また、加熱された前記銅素材を、２００℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で２００℃以下にまで冷却する急冷工程を備えているので、冷却の過程でＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が析出することを抑制することが可能となり、銅合金塑性加工材をＣｕ−Ｍｇ過飽和固溶体とすることができる。
【００２４】
さらに、急冷された銅素材（Ｃｕ−Ｍｇ過飽和固溶体）に対して塑性加工を行う加工工程を備えているので、加工硬化による強度向上を図ることができる。ここで、加工方法には、特に限定はなく、例えば最終形態が板や条の場合は圧延、線や棒の場合は線引きや押出、溝圧延、バルク形状であれば鍛造やプレスを採用する。加工温度も特に限定されないが、析出が起こらないように、冷間または温間となる−２００℃から２００℃の範囲となることが好ましい。加工率は最終形状に近づけるよう適宜選択するが、加工硬化を考慮した場合には、２０％以上が好ましく、３０％以上とすることがより好ましい。
【００２５】
また、本発明の銅合金塑性加工材においては、棒、線、管、板、条、帯の中から選択される長尺体とされていることが好ましい。
この場合、高強度で、かつ、加工性に優れた銅合金塑性加工材を効率良く製造することが可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、高強度で、かつ、優れた加工性を有する銅合金、及び、この銅合金からなる銅合金塑性加工材及び銅合金塑性加工材の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】Ｃｕ−Ｍｇ系状態図である。
【図２】本実施形態である銅合金及び銅合金塑性加工材の製造方法のフロー図である。
【図３】従来例２の析出物を観察した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に、本発明の第１の実施形態である銅合金及び銅合金塑性加工材について説明する。
本発明の第１の実施形態である銅合金の成分組成は、Ｍｇを３．３原子％以上６．９原子％以下の範囲で含み、残部が実質的にＣｕ及び不可避不純物とされ、かつ、酸素量が５００原子ｐｐｍ以下とされている。すなわち、本実施形態である銅合金及び銅合金塑性加工材は、ＣｕとＭｇの２元系合金とされているのである。
【００２９】
そして、導電率σ（％ＩＡＣＳ）が、Ｍｇの含有量をＸ原子％としたときに、
σ≦１．７２４１／（−０．０３４７×Ｘ２＋０．６５６９×Ｘ＋１．７）×１００
の範囲内とされている。
また、走査型電子顕微鏡観察において、粒径０．１μｍ以上の金属間化合物の平均個数が、１個／μｍ２以下とされている。
【００３０】
（組成）
Ｍｇは、導電率を大きく低下させることなく、強度を向上させるとともに再結晶温度を上昇させる作用効果を有する元素である。また、Ｍｇを母相中に固溶させることにより、優れた曲げ加工性が得られる。
ここで、Ｍｇの含有量が３．３原子％未満では、その作用効果を奏功せしめることはできない。一方、Ｍｇの含有量が６．９原子％を超えると、溶体化のために熱処理を行った際に、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が残存してしまい、その後の加工等で割れが発生してしまうおそれがある。
このような理由から、Ｍｇの含有量を、３．３原子％以上６．９原子％以下に設定している。
【００３１】
さらに、Ｍｇの含有量が少ないと、強度が十分に向上しない。また、Ｍｇは活性元素であることから、過剰に添加されることによって、溶解鋳造時に、酸素と反応して生成されたＭｇ酸化物を巻きこむおそれがある。したがって、Ｍｇの含有量を、３．７原子％以上６．３原子％以下の範囲とすることが、さらに好ましい。
【００３２】
また、酸素は、上述のように活性金属であるＭｇと反応し、Ｍｇ酸化物を多量に発生させる元素である。Ｍｇ酸化物が銅合金塑性加工材の中に混在した場合には、引張強度が大幅に低下することになる。また、加工時に断線や割れの起点となって加工性を著しく阻害するおそれがある。
そこで、本実施形態では、酸素量を５００原子ｐｐｍ以下に制限しているのである。このように酸素量を制限することで、引張強度の向上、加工性の向上を図ることが可能となるのである。
なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、酸素量を５０原子ｐｐｍ以下とすることが好ましく、さらに酸素量を５原子ｐｐｍ以下とすることが好ましい
【００３３】
なお、不可避不純物としては、Ｓｎ，Ｚｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｂ，Ｐ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｓｃ，Ｙ，希土類元素，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，  Ｒｅ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｇａ，Ｉｎ，  Ｌｉ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｔｉ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｂｉ，Ｓ，Ｃ，Ｎｉ，Ｂｅ，Ｎ，Ｈ，Ｈｇ等が挙げられる。これらの不可避不純物は、総量で０．３質量％以下であることが望ましい。
特に、Ｓｎは０．１質量％未満、Ｚｎは０．０１質量％未満とすることが好ましい。これは、Ｓｎは０．１質量％以上添加されるとＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の析出が起こりやすくなるためであり、Ｚｎは０．０１質量％以上添加されると溶解鋳造工程においてヒュームが発生して炉やモールドの部材に付着して鋳塊の表面品質が劣化するとともに、耐応力腐食割れ性が劣化するためである。
【００３４】
（導電率σ）
ＣｕとＭｇの２元系合金において、導電率σが、Ｍｇの含有量をＸ原子％としたとき、
σ≦１．７２４１／（−０．０３４７×Ｘ２＋０．６５６９×Ｘ＋１．７）×１００
の範囲内である場合には、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物がほとんど存在しないことになる。
すなわち、導電率σが上記式を超える場合には、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が多量に存在し、サイズも比較的大きいことから、曲げ加工性が大幅に劣化することになる。よって、導電率σが、上記式の範囲内となるように、製造条件を調整することになる。
なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、導電率σ（％ＩＡＣＳ）を、
σ≦１．７２４１／（−０．０３００×Ｘ２＋０．６７６３×Ｘ＋１．７）×１００
の範囲内とすることが好ましい。この場合、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物がより少量であるために、曲げ加工性がさらに向上することになる。
さらに、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、導電率σ（％ＩＡＣＳ）を、
σ≦１．７２４１／（−０．０２９２×Ｘ２＋０．６７９７×Ｘ＋１．７）×１００
の範囲内とすることが好ましい。この場合、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物がより少量であるために、曲げ加工性がさらに向上することになる。
【００３５】
（組織）
本実施形態である電子機器用銅合金においては、走査型電子顕微鏡で観察した結果、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数が、１個／μｍ２以下とされている。すなわち、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物がほとんど析出しておらず、Ｍｇが母相中に固溶しているのである。
ここで、溶体化が不完全であったり、溶体化後にＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が析出することにより、サイズの大きい金属間化合物が多量に存在すると、これらの金属間化合物が割れの起点となり、加工時に割れが発生したり、曲げ加工性が大幅に劣化することになる。
【００３６】
組織を調査した結果、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が合金中に１個／μｍ２以下の場合、すなわち、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が存在しないあるいは少量である場合、良好な曲げ加工性が得られることになる。
さらに、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、粒径０．０５μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の個数が合金中に１個／μｍ２以下であることが、より好ましい。
【００３７】
なお、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数は、電界放出型走査電子顕微鏡を用いて、倍率：５万倍、視野：約４．８μｍ２で１０視野の観察を行い、その平均値を算出する。
また、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の粒径は、金属間化合物の長径（途中で粒界に接しない条件で粒内に最も長く引ける直線の長さ）と短径（長径と直角に交わる方向で、途中で粒界に接しない条件で最も長く引ける直線の長さ）の平均値とする。
【００３８】
ここで、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物は、化学式ＭｇＣｕ２、プロトタイプＭｇＣｕ２、ピアソン記号ｃＦ２４、空間群番号Ｆｄ−３ｍで表される結晶構造を有するものである。
【００３９】
このような構成とされた本発明の第１の実施形態である銅合金及び銅合金塑性加工材は、例えば、図２のフロー図に示す製造方法によって製造される。
【００４０】
（溶解・鋳造工程Ｓ０１）
まず、銅原料を溶解して得られた銅溶湯に、前述の元素を添加して成分調整を行い、銅合金溶湯を製出する。なお、Ｍｇの添加には、Ｍｇ単体やＣｕ−Ｍｇ母合金等を用いることができる。また、Ｍｇを含む原料を銅原料とともに溶解してもよい。また、本合金のリサイクル材およびスクラップ材を用いてもよい。
ここで、銅溶湯は、純度が９９．９９９９質量％以上とされたいわゆる６ＮＣｕとすることが好ましい。また、溶解工程では、Ｍｇの酸化を抑制するために、真空炉、あるいは、不活性ガス雰囲気または還元性雰囲気とされた雰囲気炉を用いることが好ましい。
そして、成分調整された銅合金溶湯を鋳型に注入して鋳塊を製出する。なお、量産を考慮した場合には、連続鋳造法または半連続鋳造法を用いることが好ましい。
【００４１】
（加熱工程Ｓ０２）
次に、得られた鋳塊の均質化および溶体化のために加熱処理を行う。鋳塊の内部には、凝固の過程においてＭｇが偏析で濃縮することにより発生したＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物等が存在することになる。そこで、これらの偏析および金属間化合物等を消失または低減させるために、鋳塊を４００℃以上９００℃以下にまで加熱する加熱処理を行うことで、鋳塊内において、Ｍｇを均質に拡散させたり、Ｍｇを母相中に固溶させたりするのである。なお、この加熱工程Ｓ０２は、非酸化性または還元性雰囲気中で実施することが好ましい。
ここで、加熱温度が４００℃未満では、溶体化が不完全となり、母相中にＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が多く残存するおそれがある。一方、加熱温度が９００℃を超えると、銅素材の一部が液相となり、組織や表面状態が不均一となるおそれがある。よって、加熱温度を４００℃以上９００℃以下の範囲に設定している。より好ましくは５００℃以上８５０℃以下、更に好ましくは５２０℃以上８００℃以下とする。
【００４２】
（急冷工程Ｓ０３）
そして、加熱工程Ｓ０２において４００℃以上９００℃以下にまで加熱された銅素材を、２００℃以下の温度にまで、２００℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で冷却する。この急冷工程Ｓ０３により、母相中に固溶したＭｇがＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物として析出することを抑制し、走査型電子顕微鏡観察において、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数を１個／μｍ２以下とすることができる。すなわち、銅素材をＣｕ−Ｍｇ過飽和固溶体とすることができるのである。
なお、粗加工の効率化と組織の均一化のために、前述の加熱工程Ｓ０２の後に熱間加工を実施し、この熱間加工の後に上述の急冷工程Ｓ０３を実施する構成としてもよい。この場合、加工方法に特に限定はなく、例えば最終形態が板や条の場合には圧延、線や棒の場合には線引きや押出や溝圧延等、バルク形状の場合には鍛造やプレス、を採用することができる。
【００４３】
（中間加工工程Ｓ０４）
加熱工程Ｓ０２および急冷工程Ｓ０３を経た銅素材を必要に応じて切断するとともに、加熱工程Ｓ０２および急冷工程Ｓ０３等で生成された酸化膜等を除去するために必要に応じて表面研削を行う。そして、所定の形状へと塑性加工を行う。
なお、この中間加工工程Ｓ０４における温度条件は特に限定はないが、冷間または温間加工となる−２００℃から２００℃の範囲内とすることが好ましい。また、加工率は、最終形状に近似するように適宜選択されることになるが、最終形状を得るまでの中間熱処理工程Ｓ０５の回数を減らすためには、２０％以上とすることが好ましい。また、加工率を３０％以上とすることがより好ましい。加工方法は特に限定されないが、最終形状が板、条の場合は圧延を採用することが好ましい。線や棒の場合には押出や溝圧延、バルク形状の場合には鍛造やプレスを採用することが好ましい。さらに、溶体化の徹底のために、Ｓ０２〜Ｓ０４を繰り返しても良い。
【００４４】
（中間熱処理工程Ｓ０５）
中間加工工程Ｓ０４後に、溶体化の徹底、再結晶組織化または加工性向上のための軟化を目的として熱処理を実施する。
熱処理の方法は特に限定はないが、好ましくは４００℃以上９００℃以下の条件で、非酸化雰囲気または還元性雰囲気中で熱処理を行う。より好ましくは５００℃以上８５０℃以下、さらに好ましくは５２０℃以上８００℃以下とする。
【００４５】
ここで、中間熱処理工程Ｓ０５においては、４００℃以上９００℃以下にまで加熱された銅素材を、２００℃以下の温度にまで、２００℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で冷却する。このように急冷することによって、母相中に固溶したＭｇがＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物として析出することが抑制されることになり、走査型電子顕微鏡観察において、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数が１個／μｍ２以下とすることができる。すなわち、銅素材をＣｕ−Ｍｇ過飽和固溶体とすることができるのである。
なお、中間加工工程Ｓ０４及び中間熱処理工程Ｓ０５は、繰り返し実施してもよい。
【００４６】
（仕上加工工程Ｓ０６）
中間熱処理工程Ｓ０５後の銅素材を所定の形状に仕上加工を行う。なお、この仕上加工工程Ｓ０６における温度条件は特に限定はないが、常温で行うことが好ましい。また、塑性加工の加工率は、最終形状に近似するように適宜選択されることになるが、加工硬化によって強度を向上させるためには、２０％以上とすることが好ましい。また。さらなる強度の向上を図る場合には、加工率を３０％以上とすることがより好ましい。塑性加工方法は特に限定されないが、最終形状が板、条の場合は圧延を採用することが好ましい。線や棒の場合には押出や溝圧延、バルク形状の場合には鍛造やプレスを採用することが好ましい。また、必要に応じて、旋盤加工、フライス加工、ドリル加工といった切削加工を施してもよい。
【００４７】
このようにして、本実施形態である銅合金塑性加工材が製出されることになる。なお、本実施形態である銅合金塑性加工材は、棒、線、管、板、条、帯の中から選択される長尺体とされているのである。
【００４８】
以上のような構成とされた本実施形態である銅合金及び銅合金塑性加工材によれば、Ｍｇを３．３原子％以上６．９原子％以下の範囲で含み、残部が実質的にＣｕ及び不可避不純物とされ、かつ、酸素量が５００原子ｐｐｍ以下とされており、導電率σ（％ＩＡＣＳ）が、Ｍｇの含有量をＸ原子％としたときに、
σ≦１．７２４１／（−０．０３４７×Ｘ２＋０．６５６９×Ｘ＋１．７）×１００
の範囲内とされており、走査型電子顕微鏡観察において、粒径０．１μｍ以上の金属間化合物の平均個数が、１個／μｍ２以下とされている。
【００４９】
すなわち、本実施形態である電子機器用銅合金は、Ｍｇが母相中に過飽和に固溶したＣｕ−Ｍｇ過飽和固溶体とされているのである。
このようなＣｕ−Ｍｇ過飽和固溶体からなる銅合金では、母相中には、割れの起点となる粗大なＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が多く分散されておらず、曲げ加工性が向上することになる。
しかも、本実施形態では、酸素量が５００原子ｐｐｍ以下とされているので、Ｍｇ酸化物の発生量が抑えられることになり、引張強度を大幅に向上させることが可能となる。また、加工時に、Ｍｇ酸化物が起点となる断線や割れの発生を抑制でき、加工性を大幅に向上させることができるのである。
【００５０】
さらに、本実施形態によれば、Ｍｇを過飽和に固溶させていることから、加工硬化させることで強度が大幅に向上することになり、比較的高い強度を有する銅合金塑性加工材を提供することが可能となる。
【００５１】
また、本実施形態である銅合金塑性加工材においては、鋳塊または加工材を４００℃以上９００℃以下の温度にまで加熱する加熱工程Ｓ０２と、加熱された鋳塊または加工材を２００℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で、２００℃以下にまで冷却する急冷工程Ｓ０３と、急冷材を塑性加工する中間加工工程Ｓ０４と、によって成形されているので、Ｃｕ−Ｍｇ過飽和固溶体とされた銅合金塑性加工材を得ることができる。
【００５２】
すなわち、鋳塊または加工材を４００℃以上９００℃以下の温度にまで加熱する加熱工程０２により、Ｍｇの溶体化を行うことができる。
また、加熱工程Ｓ０２によって４００℃以上９００℃以下にまで加熱された鋳塊または加工材を、２００℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で２００℃以下にまで冷却する急冷工程Ｓ０３を備えているので、冷却の過程でＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が析出することを抑制することが可能となり、急冷後の鋳塊または加工材をＣｕ−Ｍｇ過飽和固溶体とすることができる。
【００５３】
さらに、急冷材（Ｃｕ−Ｍｇ過飽和固溶体）に対して塑性加工を行う中間加工工程Ｓ０４を備えているので、最終形状に近い形状を容易に得ることができる。
また、中間加工工程Ｓ０４の後に、溶体化の徹底、再結晶組織化または加工性向上のための軟化を目的として中間熱処理工程Ｓ０５を備えているので、特性の向上および加工性の向上を図ることができる。
また、中間熱処理工程Ｓ０５においては、４００℃以上９００℃以下にまで加熱された塑性加工材を、２００℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で２００℃以下にまで冷却するので、冷却の過程でＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が析出することを抑制することが可能となり、急冷後の塑性加工材をＣｕ−Ｍｇ過飽和固溶体とすることができる。
また、中間熱処理工程Ｓ０５後の塑性加工材を、所定の形状に塑性加工するための仕上加工工程Ｓ０６を備えているので、加工硬化による強度の向上を図ることができる。
【００５４】
次に、本発明の第２の実施形態である銅合金及び銅合金塑性加工材について説明する。
本発明の第２の実施形態である銅合金の成分組成は、Ｍｇを３．３原子％以上６．９原子％以下の範囲で含み、さらに少なくともＡｌ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｌｉ，Ｔｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｚｒの１種又は２種以上を合計で０．０１原子％以上３．０原子％以下の範囲で含み、残部が実質的にＣｕ及び不可避不純物とされ、かつ、酸素量が５００原子ｐｐｍ以下とされている。
そして、本発明の第２の実施形態である銅合金は、走査型電子顕微鏡観察において、粒径０．１μｍ以上の金属間化合物の平均個数が、１個／μｍ２以下とされている。
【００５５】
（組成）
Ｍｇは、第１の実施形態で記載したように、導電率を大きく低下させることなく、強度を向上させるとともに再結晶温度を上昇させる作用効果を有する元素である。また、Ｍｇを母相中に固溶させることにより、優れた曲げ加工性が得られる。
そこで、Ｍｇの含有量を３．３原子％以上６．９原子％以下に設定している。上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｍｇの含有量を、３．７原子％以上６．３原子％以下の範囲とすることが好ましい。
【００５６】
また、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、酸素量を５００原子ｐｐｍ以下に制限しているのである。これにより、引張強度の向上、加工性の向上を図っている。なお、酸素量を５０原子ｐｐｍ以下とすることが好ましく、さらに酸素量を５原子ｐｐｍ以下とすることが好ましい
【００５７】
そして、本発明の第２の実施形態である銅合金においては、少なくともＡｌ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｌｉ，Ｔｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｚｒの１種又は２種以上を含んでいる。
Ａｌ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｌｉ，Ｔｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｚｒは、Ｃｕ−Ｍｇ過飽和固溶体とされた銅合金の強度をさらに向上させる作用効果を有する元素である。
ここで、少なくともＡｌ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｌｉ，Ｔｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｚｒの１種又は２種以上の元素の含有量の合計が０．１原子％未満では、その作用効果を奏功せしめることはできない。一方、少なくともＡｌ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｌｉ，Ｔｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｚｒの１種又は２種以上の元素の含有量の合計が３．０原子％を超えると、導電率が大きく低下することから好ましくない。
このような理由から、少なくともＡｌ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｌｉ，Ｔｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｚｒの１種又は２種以上の元素の含有量の合計を０．１原子％以上３．０原子％以下の範囲内に設定している。
【００５８】
なお、不可避不純物としては、Ｓｎ，Ｚｎ，Ａｇ，Ｂ，Ｐ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｓｃ，Ｙ，希土類元素，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｂｉ，Ｓ，Ｃ，Ｂｅ，Ｎ，Ｈ，Ｈｇ等が挙げられる。これらの不可避不純物は、総量で０．３質量％以下であることが望ましい。
特に、Ｓｎは０．１質量％未満、Ｚｎは０．０１質量％未満とすることが好ましい。これは、Ｓｎは０．１質量％以上添加されるとＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の析出が起こりやすくなるためであり、Ｚｎは０．０１質量％以上添加されると溶解鋳造工程においてヒュームが発生して炉やモールドの部材に付着して鋳塊の表面品質が劣化するとともに、耐応力腐食割れ性が劣化するためである。
【００５９】
（組織）
本実施形態である銅合金においては、走査型電子顕微鏡で観察した結果、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数が、１個／μｍ２以下とされている。すなわち、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物がほとんど析出しておらず、Ｍｇが母相中に固溶しているのである。
ここで、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物は、化学式ＭｇＣｕ２、プロトタイプＭｇＣｕ２、ピアソン記号ｃＦ２４、空間群番号Ｆｄ−３ｍで表される結晶構造を有するものである。
【００６０】
なお、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数は、電界放出型走査電子顕微鏡を用いて、倍率：５万倍、視野：約４．８μｍ２で１０視野の観察を行い、その平均値を算出する。
また、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の粒径は、金属間化合物の長径（途中で粒界に接しない条件で粒内に最も長く引ける直線の長さ）と短径（長径と直角に交わる方向で、途中で粒界に接しない条件で最も長く引ける直線の長さ）の平均値とする。
【００６１】
この第２の実施形態である銅合金及び銅合金塑性加工材についても、第１の実施形態と同様の方法によって製造されることになる。
【００６２】
このような構成とされた本発明の第２の実施形態である銅合金及び銅合金塑性加工材によれば、走査型電子顕微鏡で観察した結果、粒径０．１μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の平均個数が、１個／μｍ２以下とされており、さらに、酸素量が５００原子ｐｐｍ以下とされているので、第１の実施形態と同様に、加工性が大幅に向上されることになる。
【００６３】
そして、本実施形態では、少なくともＡｌ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｌｉ，Ｔｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｚｒの１種又は２種以上を合計で０．０１原子％以上３．０原子％以下の範囲で含んでいるので、これらの元素の作用効果により、機械的強度を大幅に向上させることが可能となる。
【００６４】
以上、本発明の実施形態である銅合金及び銅合金塑性加工材について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述の実施形態では、銅合金塑性加工材の製造方法の一例について説明したが、製造方法は本実施形態に限定されることはなく、既存の製造方法を適宜選択して製造してもよい。
【実施例】
【００６５】
以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
銅原料を坩堝内に装入して、Ｎ２ガス雰囲気あるいはＮ２−Ｏ２ガス雰囲気とされた雰囲気炉内において高周波溶解した。得られた銅溶湯内に、各種添加元素を添加して表１に示す成分組成に調製し、カーボン鋳型に注湯して鋳塊を製出した。なお、鋳塊の大きさは、厚さ約５０ｍｍ×幅約５０ｍｍ×長さ約３００ｍｍとした。また、各種添加元素の酸素含有量は５０質量ｐｐｍ以下のものを使用した。
【００６６】
なお、銅原料として、純度９９．９９９９質量％以上の６Ｎ銅と、酸素を所定量含有するタフピッチ銅（Ｃ１１００）のいずれか、あるいは、適宜混合して使用した。これにより、酸素含有量を調整した。
表１に示す酸素含有量は、不活性ガス融解−赤外線吸収分析を用いて、合金中に含有される酸化物の酸素も含めて測定した。
【００６７】
得られた鋳塊に対して、Ａｒガス雰囲気中において、表２に記載の温度条件で４時間の加熱を行う加熱工程を実施し、その後、水焼き入れを実施した。
【００６８】
熱処理後の鋳塊を切断するとともに、酸化被膜を除去するために表面研削を実施した。その後、常温で、冷間溝圧延を実施し、断面形状を５０ｍｍ角から１０ｍｍ角となるように中間加工を実施し、中間材（角棒材）を得た。
そして、得られた中間加工材（角棒材）に対して、表２に記載された温度の条件でソルトバス中で中間熱処理を実施した。その後、水焼入れを実施した。
次に、仕上加工として、引き抜き加工（伸線加工）を実施し、直径０．５ｍｍの仕上材（線材）を製出した。
【００６９】
（加工性評価）
加工性の評価は、前述の引き抜き加工（伸線加工）における断線の有無によって評価した。最終形状まで伸線加工できた場合を○とし、伸線加工中において断線が多発し、最終形状まで加工できなかった場合を×とした。
【００７０】
前述の特性評価用条材を用いて、機械的特性および導電率を測定した、
（機械的特性）  
中間材（角棒材）については、ＪＩＳ  Ｚ  ２２０１に規定される２号試験片を採取し、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１の引張試験方法により、引張強さを測定した。
仕上材（線材）については、ＪＩＳ  Ｚ  ２２０１に規定される９号試験片を採取し、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１の引張試験方法により、引張強さを測定した。
【００７１】
（導電率）  
中間材（角棒材）に対し、ＪＩＳ  Ｈ  ０５０５（非鉄金属材料の体積抵抗率及び導電率測定方法）により、導電率を算出した。
仕上材（線材）に対し、ＪＩＳ  Ｃ  ３００１に準拠した四端子法により、測定長１ｍにて測定を実施し、電気抵抗値を求めた。測定した電気抵抗値と、線径及び測定長から求めた体積から体積抵抗率を求めて導電率を算出した。
【００７２】
（組織観察）
中間材（角棒材）の断面中心に対して、鏡面研磨、イオンエッチングを行った。ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の析出状態を確認するため、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出型走査電子顕微鏡）を用い、1万倍の視野（約１２０μｍ２／視野）で観察を行った。
次に、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の密度（個／μｍ２）を調査するために、金属間化合物の析出状態が特異ではない1万倍の視野（約１２０μｍ２／視野）を選び、その領域で、５万倍で連続した１０視野（約４．８μｍ２／視野）の撮影を行った。金属間化合物の粒径については、金属間化合物の長径（途中で粒界に接しない条件で粒内に最も長く引ける直線の長さ）と短径（長径と直角に交わる方向で、途中で粒界に接しない条件で最も長く引ける直線の長さ）の平均値とした。そして、粒径０．１μｍ以上および粒径０．０５μｍ以上のＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物の密度（個／μｍ２）を求めた。
【００７３】
成分組成、製造条件、評価結果について、表１、２に示す。
【００７４】
【表１】
0005903842.tif 000002
【００７５】
【表２】
0005903842.tif 000003
【００７６】
Ｍｇの含有量が本発明の範囲よりも低い従来例１においては、中間材（角棒材）及び仕上材（線材）の引張強さがいずれも低かった。
また、ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が多く析出した従来例２においては、中間材（角棒材）の引張強さが低かった。また、引き抜き加工（伸線加工）時に断線が多発したため、製作を中止した。
【００７７】
Ｍｇの含有量が本発明の範囲よりも多い比較例１においては、中間加工（冷間溝圧延）時に、粗大な金属間化合物を起点とする大きな割れが発生したことから、その後の製作を中止した。
酸素量が本発明の範囲よりも多い比較例２においては、中間材（角棒材）の引張強さが低かった。また、引き抜き加工（伸線加工）時に断線が多発したため、製作を中止した。Ｍｇ酸化物の影響であると推測される。
Ａｌ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｌｉ，Ｔｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｚｒの１種又は２種以上の含有量の合計が３．０原子％を超えた比較例３，４については、導電率が大幅に低下していることが確認される。
【００７８】
これに対して、本発明例１−２１においては、加工性、中間材及び仕上材の引張強さ、導電率が確保されていることが確認される。
【００７９】
ここで、従来例２において確認された析出物の電子回折パターンを図３に示す。この電子回折パターンは、ピアソン記号ｃＦ２４、空間群番号Ｆｄ−３ｍ（２２７）、格子定数ａ＝ｂ＝ｃ＝０．７０３４ｎｍであるＭｇＣｕ２の電子線入射方位を、
【数１】
0005903842.tif 000004
として得られる電子線回折パターンと一致するものであり、本発明における「ＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物」に該当する。
【００８０】
そして、本発明例１−２１においては、上述したＣｕとＭｇを主成分とする金属間化合物が観察されておらず、Ｍｇが母相中に過飽和に固溶したＣｕ−Ｍｇ過飽和固溶体とされているのである。
【００８１】
以上のことから、本発明例によれば、高強度で、かつ、優れた加工性を有する銅合金、及び、この銅合金からなる銅合金塑性加工材を提供できることが確認された。
【図１】
0005903842.tif 000005
【図２】
0005903842.tif 000006
【図３】
0005903842.tif 000007