(57)【要約】【課題】軟化温度を十分に低下させることができる硬銅材を製造できる硬銅材の製造方法及びこれを用いた軟銅線の製造方法を提供すること。【解決手段】銅を含む被加工材に対して冷間加工を行って硬銅材を得る加工工程を含み、冷間加工が巨大歪加工であり、硬銅材が１．８以上の塑性相当歪を有する、硬銅材の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅を含む被加工材に対して冷間加工を行って硬銅材を得る加工工程を含み、
前記冷間加工が巨大歪加工であり、前記硬銅材が１．８以上の塑性相当歪を有する、硬銅材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の硬銅材の製造方法によって得られる硬銅材を軟化させることによって軟銅線を得る軟化工程を含む軟銅線の製造方法。
【請求項３】
前記軟銅線の結晶粒の平均粒径が５μｍ以下である請求項２に記載の軟銅線の製造方法。
【請求項４】
前記巨大歪加工が多方向大歪圧延加工である、請求項２又は３に記載の軟銅線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硬銅材の製造方法及びこれを用いた軟銅線の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電線の導体材料として銅が広く使用されている。中でも、電線の多くは曲げて使用されることから、柔軟性を有する軟銅線が特に広く使用されている。
【０００３】
この軟銅線は一般には、所定の径まで冷間加工された硬銅線を焼鈍炉にて熱処理して軟化させることによって得られる（例えば下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２３５９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、二酸化炭素による温室効果が問題となっており、産業界においても製品の生産に使用するエネルギーを削減することが強く求められるようになっている。すなわち製品の生産において省エネルギー化が強く求められるようになっている。そのため、軟銅線を製造する際には、硬銅線の熱処理温度を低くすることが望ましい。
【０００６】
しかし、軟銅線の製造方法においては、硬銅線の熱処理温度を２００℃程度とすることが一般的である。すなわち、硬銅線を２００℃程度に熱処理しなければ、金属組織の再結晶化が十分に起こらず、硬銅線を十分に軟化させることができなかった。
【０００７】
このため、従来の軟銅線の製造方法は、省エネルギー化の点で未だ改善の余地があった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、軟化温度を十分に低下させることができる硬銅材を製造できる硬銅材の製造方法及びこれを用いた軟銅線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】
【０００９】
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、銅を含む被加工材の冷間加工を、巨大歪加工とし、得られる硬銅材の塑性相当歪を所定値以上にすることで上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は、銅を含む被加工材に対して冷間加工を行って硬銅材を得る加工工程を含み、前記冷間加工が巨大歪加工であり、前記硬銅材が１．８以上の塑性相当歪を有する、硬銅材の製造方法である。
【００１１】
この硬銅材の製造方法によれば、得られる硬銅材の軟化温度を十分に低下させることができため、得られる硬銅材を軟化させるための熱処理温度を低下させることができる。従って、省エネルギー化が可能となる。
【００１２】
本発明によってこのような効果が得られる理由については定かではないが、本発明者は以下のように推測している。
【００１３】
すなわち、銅を含む被加工材に対して冷間加工として巨大歪加工が行われることで、冷間加工として通常の冷間加工が行われる場合に比べて同じ減面率でもより多くの歪を被加工材に付与することができる。そして、このように被加工材に対してより多くの歪が効率的に付与されることで、得られる硬銅材の軟化への駆動力が大きくなるためではないかと本発明者は推測している。
【００１４】
また本発明は、上記硬銅材の製造方法によって得られる硬銅材を軟化させることによって軟銅線を得る軟化工程を含む軟銅線の製造方法である。
【００１５】
この軟銅線の製造方法によれば、硬銅材の軟化温度を十分に低下させることができるため、軟銅線を製造する際に省エネルギー化を図ることができる。
【００１６】
上記軟銅線の製造方法において、前記軟銅線における結晶粒の平均粒径が５μｍ以下であることが好ましい。
【００１７】
この場合、軟銅線における結晶粒の平均粒径が５μｍを超える場合に比べて、得られる軟銅線が、より優れた耐疲労特性を有することが可能となる。
【００１８】
上記軟銅線の製造方法において、前記巨大歪加工が多方向大歪圧延加工であることが好ましい。
【００１９】
この場合、硬銅材を連続生産でき、ひいては軟銅線を連続生産することが可能である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、軟化温度を十分に低下させることができる硬銅材を製造できる硬銅材の製造方法及びこれを用いた軟銅線の製造方法が提供される。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２２】
（硬銅材の製造方法）
本発明の硬銅材の製造方法は、銅を含む被加工材に対して冷間加工を行って硬銅材を得る加工工程を含み、冷間加工が巨大歪加工であり、硬銅材が１．８以上の塑性相当歪を有する。
【００２３】
この硬銅材の製造方法によれば、得られる硬銅材の軟化温度を十分に低下させることができるため、得られる硬銅材を軟化させるための熱処理温度を低下させることができる。従って、省エネルギー化が可能となる。
【００２４】
以下、上記加工工程について詳細に説明する。
【００２５】
（被加工材）
被加工材は銅を含んでいればよい。従って、被加工材は、銅のみで構成されていてもよいし、銅と不可避的不純物とで構成されていてもよい。
【００２６】
（冷間加工）
被加工材の冷間加工は巨大歪加工である。ここで、巨大歪加工としては、例えば多方向大歪圧延加工、ＥＣＡＰ（Ｅｑｕａｌ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ａｎｇｕｌａｒ  Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）、ＨＰＴ（Ｈｉｇｈ−Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｔｏｒｓｉｏｎ）、ＥＣＡＰコンフォームなどが挙げられる。これらのうち、硬銅材の連続生産が可能であることから、巨大歪加工が多方向大歪圧延加工であることが好ましい。
【００２７】
多方向大歪圧延加工は、複数の圧延ロール対を一列に並べ、被加工材を、これらの圧延ロール対で順次歪を加える加工である。歪は、圧延ロール対を構成する圧延ロールに溝を形成し、圧延ロールの溝によって形成される空間に被加工材を通すことにより加えることができる。
【００２８】
なお、ＥＣＡＰ加工は、金型に形成された貫通孔に被加工材を繰り返し通過させる加工法であり、繰返し押出加工とも呼ばれる。貫通孔は、その延び方向に沿って同じ断面積を保ちながら屈曲部で屈曲するように形成されている。被加工材が屈曲部を通過する際、被加工材に強度のせん断変形が与えられる。
【００２９】
ＨＰＴは、ディスク状又はリング状の被加工材に高圧力を負荷しながら捻り変形を加え、せん断歪を導入する加工である。
【００３０】
ＥＣＡＰコンフォームはＥＣＡＰ加工における押し込み圧をコンフォーム法によって行う加工である。
【００３１】
（塑性相当歪）
塑性相当歪は、被加工材に加えられる塑性歪であり、巨大歪加工の種類に応じた計算式に基づいて算出される。
【００３２】
例えば巨大歪加工が多方向大歪圧延加工である場合、塑性相当歪は下記式に基づいて算出される。
塑性相当歪ε＝（２／３０．５）ｌｎ［１／（１−ｒ／１００）］
（上記式中、ｒは総減面率（％）を表す）
【００３３】
ここで、ｒは、最初の圧延ロール対を通る直前の被加工材の断面積をＳ１とし、最後の圧延ロール対を通過した後の硬銅材の断面積をＳ２とした場合に、下記式に基づいて算出することができる。
総減面率ｒ（％）＝１００×（Ｓ１−Ｓ２）／Ｓ１
【００３４】
また巨大歪加工がＥＣＡＰである場合、塑性相当歪は下記式に基づいて算出される。
塑性相当歪ε＝１．１５×（パス数）
（上記式中、パス数は、被加工材を金型の貫通孔に通過させた回数を表す。）
【００３５】
さらに巨大歪加工がＨＰＴである場合、塑性相当歪は下記式に基づいて算出される。
塑性相当歪ε＝（回転角）×（被加工材の半径）÷（被加工材の厚さ）×３０．５
（上記式中、回転角は、被加工材を一対のアンビルで挟み込み一方のアンビルに対して他方のアンビルを回転させたときの回転角を表す）
【００３６】
得られる硬銅材の塑性相当歪は、１．８以上であればよい。塑性相当歪が１．８未満であると、硬銅材の軟化温度を十分に低下させることができず、硬銅材の熱処理温度を十分に低下させることができないので、軟銅線を製造する際の省エネルギー化を行うことができなくなる。
【００３７】
但し、塑性相当歪は、１８．０以下であることが好ましい。この場合、塑性相当歪が１８．０を超える場合に比べて、より軟化温度を低くできるという利点が得られる。
【００３８】
塑性相当歪は好ましくは１．９〜１６．５であり、より好ましくは２．１〜１２．０である。
【００３９】
次に、本発明の軟銅線の製造方法について説明する。
【００４０】
本発明の軟銅線の製造方法は、上記の硬銅材の製造方法によって得られる硬銅材を軟化させることによって軟銅線を得る軟化工程を含む。
【００４１】
この軟銅線の製造方法によれば、硬銅材の軟化温度を十分に低下させることができるため、硬銅材の熱処理温度を十分に低下させることができ、軟銅線を製造する際に省エネルギー化を図ることができる。
【００４２】
硬銅線の軟化は熱処理によって行われる。この熱処理によって再結晶化が行われる。
【００４３】
熱処理温度は通常、硬銅材を軟化させることができる温度であればよく、通常は軟化温度以上の温度で行う。ここで、熱処理温度は、軟化温度よりも１５〜２５℃高い温度とすることが好ましい。熱処理温度を軟化温度より１５〜２５℃高い温度とすることで、硬銅材をより十分に軟化させることができる。
【００４４】
熱処理時間は、通常０．２〜２４時間であるが、０．５〜８時間であることが好ましい。
【００４５】
軟銅線においては、結晶粒の平均粒径は５μｍ以下であることが好ましい。この場合、軟銅線における結晶粒の平均粒径が５μｍを超える場合に比べて、得られる軟銅線が、より優れた耐疲労特性を有することが可能となる。なお、本明細書において、「結晶粒の平均粒径」とは、電子線後方散乱回折法（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂａｃｋ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：ＥＢＳＤ）を用いて観察される結晶粒について、ＪＩＳ  Ｈ  ０５０１に記載の結晶粒度の測定方法のうちの切断法に基づいて測定される粒径の平均値（結晶粒度）を言う。ここで、ＥＢＳＤは、具体的には、極低加速電圧走査型電子顕微鏡（ＺＥＩＳＳ社製ＵＬＴＲＡ５５）に検出器（ＴＳＬ社製ＤｉｇｉＶｉｅｗ）を組み合せて行われる。このとき、電子線の加速電圧は１５〜２５ｋＶ、ＷＤ（Ｗｏｒｄｋｉｎｇ  Ｄｉｓｔａｎｃｅ）は１５〜２５ｍｍとされる。
【００４６】
結晶粒の平均粒径は好ましくは２μｍ以下である。この場合、平均粒径が２μｍを超える場合に比べて、耐疲労特性がより向上する。平均粒径はより好ましくは１μｍ以下である。
【００４７】
但し、軟銅線における結晶粒の平均粒径は０．１μｍ以上であることが好ましい。この場合、平均粒径が０．１μｍ未満である場合に比べて、粒界すべりによる強度減少を避けることができるという利点が得られる。
【００４８】
得られる軟銅線における結晶粒の平均粒径を５μｍ以下にするためには、例えば硬銅材を製造する際に、巨大歪加工において加える歪を効率的に付与すればよい。例えば巨大歪加工が多方向大歪圧延加工である場合、２個以上の圧延ロール対を用意して一定方向に沿って一列に配置し、圧延ロール対の数を多くする方法、最初の圧延ロール対を通過させる前の硬銅材の断面積Ｓ１と最後の圧延ロール対を通過させた後の軟銅線の断面積Ｓ２とから求められる総減面率ｒを７９〜９９．９９９９％とする方法、又はこれらの方法の組合せによって硬銅材に加える歪を効率的に付与することができる。
【実施例】
【００４９】
以下、本発明の内容を実施例及び比較例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００５０】
（実施例１〜６）
まずタフピッチ銅からなる直径８ｍｍの被加工材を用意した。そして、この被加工材に対して、総減面率ｒ（％）が表１に示す値となるように且つ表１に示す塑性相当歪を有するように巨大歪加工である多方向大歪圧延加工を行い、硬銅材を得た。このとき、多方向歪圧延加工は、表１に示すパス数と同数の圧延ロール対を一列に並べ、被加工材を、これらの圧延ロール対で順次歪を加えることによって行った。歪は、圧延ロール対を構成する圧延ロールに溝を形成し、圧延ロールの溝によって形成される空間に被加工材を通すことにより加えた。このとき、総減面率ｒは、最初の圧延ロール対を通る直前の被加工材の断面積をＳ１とし、最後の圧延ロール対を通過した後の硬銅材の断面積をＳ２とした場合に、下記式に基づいて算出した。
総減面率ｒ＝１００×（Ｓ１−Ｓ２）／Ｓ１
さらに塑性相当歪は下記式に基づいて算出した。
塑性相当歪ε＝（２／３０．５）ｌｎ［１／（１−ｒ／１００）］
【００５１】
そして、得られた硬銅材に対して、後述するように軟化温度を求めた後、表１に示す軟化温度よりも１５〜２２℃高い温度（熱処理温度）で１時間熱処理を行うことで、直径０．０８〜８．０ｍｍの軟銅線を得た。
【００５２】
（実施例７〜１３）
まずタフピッチ銅からなる直径８ｍｍの被加工材を用意した。そして、この被加工材に対して、表２に示す塑性相当歪を有するように巨大歪加工であるＥＣＡＰを行い、硬銅材を得た。このとき、ＥＣＡＰは、直径６ｍｍ、長さ２０ｃｍのＬ字型の貫通孔を有する鋼材からなる金型に被加工材を通すことにより行い、パス数は表２に示す通りとした。ここで、塑性相当歪は下記式に基づいて算出した。
塑性相当歪ε＝１．１５×（パス数）
【００５３】
そして、得られた硬銅材に対して、後述するように軟化温度を求めた後、表２に示す軟化温度よりも１５〜２２℃高い温度（熱処理温度）で１時間熱処理を行うことで、直径６ｍｍの軟銅線を得た。
【００５４】
（比較例１）
被加工材に対して多方向大歪圧延加工を行わず、被加工材を硬銅材として軟化させたこと以外は実施例１と同様にして軟銅線を得た。
【００５５】
（比較例２及び３）
被加工材に対して多方向大歪圧延加工の代わりに、伸線加工によって総減面率が表１に示す値となるように且つ表１又は表２に示す塑性相当歪を有するように２５℃で冷間加工を行うことにより硬銅材を得たこと以外は実施例１と同様にして軟銅線を得た。
【００５６】
（比較例４及び５）
被加工材に対し、巨大歪加工としての多方向大歪圧延加工を、総減面率が表１に示す値となるように且つ表１に示す塑性相当歪を有するように行い、硬銅材を得たこと以外は実施例１と同様にして軟銅線を得た。
【００５７】
（比較例６）
被加工材に対し、巨大歪加工としてのＥＣＡＰを、表２に示す塑性相当歪を有するように行い、硬銅材を得たこと以外は実施例７と同様にして軟銅線を得た。
【００５８】
［特性評価］
（軟化工程における軟化温度）
実施例１〜１３及び比較例１〜６で得られた硬銅線について、軟化工程における軟化温度を測定した。この軟化温度は、軟化工程前の硬銅材のビッカース硬度と、軟化工程後の軟銅線のビッカース硬度との中間のビッカース硬度を得る温度とした。具体的には、軟化温度は、常温（熱処理なしの温度）、５０℃、１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃の各温度で１時間熱処理した硬銅材の硬度を測定し、得られたビッカース硬度−温度曲線から、まだ熱処理していない硬銅材のビッカース硬度と、３００℃で熱処理した硬銅材のビッカース硬度との平均値を算出し、このときの温度を軟化温度とした。結果を表１及び表２に示す。
【００５９】
（結晶粒の平均粒径）
実施例１〜１３及び比較例１〜６で得られた軟銅線について結晶粒の平均粒径を測定した。結果を表１及び表２に示す。
【００６０】
（回転曲げ疲労試験による破断回数）
実施例１〜１３及び比較例１〜６で得られた軟銅線について、ＪＩＳ  Ｚ  ２２７４に準拠した回転曲げ疲労試験を行い、そのときの破断回数を求めた。このとき、回転曲げ疲労試験は、中村式回転曲げ疲労試験機（島津製作所社製）を用い、軟銅線の表面に最大２２５０×１０−６の歪がかかるように軟銅線を曲げて実施した。破断回数の結果を表１及び表２に示す。なお、表１及び表２において、「２２５０μＳＴ」とは、回転曲げ疲労試験において、軟銅線の表面にかかる最大の歪を意味する。
【００６１】
【表１】
2015074005.tif 000002
【００６２】
【表２】
2015074005.tif 000003
【００６３】
表１及び表２に示す結果より、実施例１〜１３では、硬銅材の軟化温度が８５〜１３０℃になることが分かった。これに対し、比較例１〜６では、硬銅材の軟化温度が１７５〜１９１℃となることが分かった。
【００６４】
以上より、本発明の硬銅材の製造方法によれば、軟化温度を十分に低下させることができる硬銅材を製造できることが分かった。