(57)【要約】  厚さが０．５ｍｍ以下の薄いＦｅ−Ｎｉ系合金薄板において、従来品と比較して高強度で放熱性が良好なＦｅ−Ｎｉ系合金薄板を提供する。  質量％でＮｉ＋Ｃｏ：１．０％以上３０．０％未満（但し、Ｃｏは０〜６．０％）、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：１．０％以下、残部はＦｅ及び不純物からなり、厚さが０．５ｍｍ以下のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板であって、前記Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板の組織は、α相とγ相との複相組織またはα相単相組織を有しており、体積率でα相が１０％以上であり、前記Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板の電気抵抗率が６５×１０−８Ω・ｍ以下である、Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｎｉ＋Ｃｏ：１．０％以上３０．０％未満（但し、Ｃｏは０〜６．０％）、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：１．０％以下、残部はＦｅ及び不純物からなり、厚さが０．５ｍｍ以下のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板であって、
前記Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板の組織は、α相が１０％以上であるα相とγ相との複相組織、またはα単相組織を有しており、
前記Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板の電気抵抗率が６５×１０−８Ω・ｍ以下である、Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板。
【請求項２】
前記Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板の組織は、α単相組織である、請求項１に記載のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板。
【請求項３】
０．２％耐力が７５０ＭＰａ以上、かつヤング率が１４５ＧＰａ以上である、請求項１または２に記載のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リードフレームやメタルマスク等に使用されるＦｅ−Ｎｉ系合金薄板は、性能向上のために従来より様々な検討がなされている。例えば特許文献１には、エッチング精度を向上させるために、熱延板に冷間圧延および焼鈍をそれぞれ１回以上行い、最終再結晶焼鈍の前の冷間圧延の冷圧率を９０％以上、最終再結晶焼鈍の焼鈍温度を８５０℃以上、最終冷圧率を３０％以下として製造することを特徴とする、Ｎｉを３０〜３４％含有するＦｅ−Ｎｉ系薄板の製造方法が開示されている。また特許文献２には、良好なエッチング性と高い強度を得るために、８５％以上の冷間圧延率と７００℃以上の焼鈍を少なくとも一回行い、その後前記冷間圧延率を超えない圧延率の冷間圧延と８５０℃を超えない温度の焼鈍をこの順に行うことを特徴とする、Ｎｉを３０〜４０％含有するシャドウマスク材料の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２５３３９８号公報
【特許文献２】特開平０６−２７９９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようなＮｉを３０〜４０％含有するＦｅ−Ｎｉ系合金薄板は、その優れた低熱膨張特性から、電子部品を搭載する基板に組み込まれる場合がある。しかし近年の電子部品の点数増加や低背化、小型化に伴い、Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板にもさらなる薄型化、高強度化、放熱特性の向上が要求されている。一般的に板厚は薄くなればなるほど、断面積が減ることにより、熱放出効率が低下して放熱性は悪くなる傾向にある。その為放熱性を向上させる技術として、熱伝導性が良好な材料とＦｅ−Ｎｉ系合金薄板とを接合した積層材も考えられるが、接合工程を含むため生産性やコストの点で好ましくない。特許文献１や特許文献２には、上述したような放熱特性の向上については記載されておらず、検討の余地が残されている。
そこで本発明の目的は、厚さが０．５ｍｍ以下の薄いＦｅ−Ｎｉ系合金薄板において、従来のものと比較して高強度で放熱性が良好なＦｅ−Ｎｉ系合金薄板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様は、質量％で、Ｎｉ＋Ｃｏ：１．０％以上３０．０％未満（但し、Ｃｏは０〜６．０％）、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：１．０％以下、残部はＦｅ及び不純物からなり、厚さが０．５ｍｍ以下のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板であって、前記Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板の組織は、α相が１０％以上であるα相とγ相との複相組織またはα単相組織を有しており、前記Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板の電気抵抗率が６５×１０−８Ω・ｍ以下である、Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板である。
好ましくは、上記の組織が、α単相組織である。また、好ましくは、上記の薄板の０．２％耐力が７５０ＭＰａ以上、かつヤング率が１４５ＧＰａ以上である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、厚さが０．５ｍｍ以下の薄いＦｅ−Ｎｉ系合金薄板において、従来のものと比較して高強度で放熱性が良好なＦｅ−Ｎｉ系合金薄板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明例のＸＲＤによる解析結果である。
【図２】比較例のＸＲＤによる解析結果である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に本発明の実施形態について説明する。なお、本明細書中において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。また、本明細書において、「工程」との語は、独立した工程だけでなく、他の工程と明確に区別できない場合であっても工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
まず、本発明のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板に関する実施形態について説明する。
【０００９】
本発明では、質量％で、Ｎｉ＋Ｃｏ：１．０％以上３０．０％未満（但し、Ｃｏは０〜６．０％）、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：１．０％以下、残部はＦｅ及び不純物からなる組成を有する。本発明で規定する組成を有するＦｅ−Ｎｉ系合金は、所望の放熱性を発揮するために必要な組成を有するものである。
[Ｎｉ＋Ｃｏ：１．０％以上３０．０％未満（但し、Ｃｏは０〜６．０％）]
本実施形態におけるＮｉ含有量は１．０％以上３０．０％未満とする。Ｎｉを上記の範囲に設定することで、本実施形態の薄板は後述するα相とγ相との複合組織を有することができ、γ相単相の薄板よりも高強度にすることが可能である。さらには電気抵抗が下がる事から、放熱性の向上も期待できる。Ｎｉ含有量が１．０％未満では純鉄に近い組成になるため錆が発生し易くなり、靭性も低下する傾向にあるため、好ましくない。好ましいＮｉの下限は３．０％であり、より好ましいＮｉの下限は５．０％、さらに好ましいＮｉの下限は７．０％であり、よりさらに好ましいＮｉの下限は８．０％であり、特に好ましいＮｉの下限は８．５％であり、最も好ましいＮｉの下限は９．０％である。上記のＮｉ含有量の下限において、本実施形態のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板の組織は、通常、α単相組織である。そして、このＮｉ含有量の下限からＮｉ含有量を増やしていって、Ｎｉ含有量が２０％に達した辺りで、Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板の組織はα単相組織からα相とγ相との複相組織へと移行する。
そして、更にＮｉ含有量を増やしていくと、Ｎｉ含有量が３０．０％の辺りに達したときに、上記のα相とγ相との複相組織は、一転してγ相単相に移行する。薄板の組織がγ相単相であると、強度や放熱性の低下を招く傾向にある。よって、Ｎｉ含有量は３０．０％未満とする。好ましいＮｉの上限は、２７．０％である。０．２％耐力とヤング率をより高い水準で得るためには、Ｎｉ量を２５％以下に調整することがさらに好ましい。また本実施形態では、熱膨張特性の調整や高強度を持たせるために、Ｎｉの一部をＣｏで置換することができる。上述した効果を材料に付与させやすくするために、Ｃｏの上限は６．０％に設定することが好ましい。そして、Ｃｏの上限は６．０％に設定して、かつＮｉ量より低い含有量に設定することがより好ましい。
【００１０】
[Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：１．０％以下]
Ｓｉ、Ｍｎは通常Ｆｅ−Ｎｉ系合金では、脱酸を目的に微量含有されているが、過剰に含有すれば偏析を起こし易くなるため、Ｓｉは０．５％以下とし、Ｍｎは１．０％以下とする。なお、ＳｉとＭｎの下限は特に限定しないが、例えばＳｉは０．０５％、Ｍｎは０．０５％と設定することができる。
[残部はＦｅ及び不可避的不純物]
上記の元素以外は実質的にＦｅおよび不可避的不純物とすることができるが、本発明の効果を阻害しない範囲で本明細書にて説明した元素以外の元素が含まれていてもよい。例えば不純物として含有される元素であって、特に制限の必要な元素としてＣがあり、例えば、エッチングを行う用途に使用する場合は、エッチング性の阻害を抑制しないようにＣの上限を０．０５％と制限すると良い。また、Ｓを０．０２０％以下、Ｂを０．００５０％以下含有させても良い。ＳとＢはいずれか一方でも良いし、両方を含有させても良い。Ｓは快削性元素として、プレス打抜き性を向上させる効果を備え、Ｂは熱間加工性を向上させる効果を備える。
【００１１】
本実施形態のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板は、α相とγ相との複合組織またはα相単相組織を有し、体積率でα相が１０％以上形成されている。これにより、γ相単相のものと比較してより高強度な薄板とすることができる。α相の上限は、特に限定せず、用途に合わせて適宜α相の量を調整することができる。またこのα相は、マルテンサイト単相組織、フェライト単相組織、フェライト‐マルテンサイト複相組織も含まれる。マルテンサイト単相組織の場合は、加工性が良好な立方晶マルテンサイト相が含まれていることが好ましい。そして、Ｆｅ−Ｎｉ系合金薄板の組織がα相単相組織であることがより好ましい。なお本実施形態におけるα相の体積率は、例えばＸ線回折を用いて、α相とγ相との強度分布を求め、それぞれのピーク強度面積から求める事が可能である。
【００１２】
本実施形態のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板は、電気抵抗率が６５×１０−８Ω・ｍ以下である。これにより、リードフレームや電子部品の基板に適用しても、熱が発生し難く、優れた放熱性を発揮することができる。好ましい電気抵抗率は６０×１０−８Ω・ｍ以下、より好ましい電気抵抗率は５５×１０−８Ω・ｍ以下、さらに好ましい電気抵抗率は５０×１０−８Ω・ｍ以下、特に好ましい電気抵抗率は４５×１０−８Ω・ｍ以下である。この本実施形態の電気抵抗率は、組成の調整と後述するような製造方法を適用することで、調整することができる。また本実施形態のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板は、硬さが２５０ＨＶ以上であることが好ましい。より好ましくは２７０ＨＶ以上、さらに好ましくは３００ＨＶ以上である。上限は特に限定しないが、あまり硬すぎると製造が困難であるため、例えば６００ＨＶと設定することができる。
【００１３】
本実施形態のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板は、０．２％耐力が７５０ＭＰａ以上であることが好ましい。この特性を有することにより、薄板の曲げ伸ばし時に折れ曲がりが発生しにくく、高強度なＦｅ−Ｎｉ系合金薄板を得ることができる。より好ましくは７６０ＭＰａ以上、さらに好ましくは７８０ＭＰａ以上である。また上記の０．２％耐力を達成するために、引張強度７８０ＭＰａ以上であることが好ましい。より好ましくは８００ＭＰａ以上である。
また本実施形態のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板は、ヤング率が１４５ＧＰａ以上であることが好ましい。これにより曲がりにくく高剛性な薄板を得ることが可能であり、例えば電子回路の基板に使用した場合、基板上の回路が変形しにくいといった優れた効果を発揮することがが可能である。より好ましいヤング率は１５０ＧＰａ以上であり、さらに好ましいヤング率は１６０ＧＰａ以上であり、特に好ましくは１７０ＧＰａ以上である。
【００１４】
本実施形態の薄板の厚さは、様々な用途に対応するために０．５ｍｍ以下とする。これにより、本実施形態のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板は、例えば、リードフレームに用いた場合では多ピン化に対応しやすく、例えばメタルマスクに用いた場合は、エッチング加工による高精細化に対応が可能である。また電子部品の基板に適用すれば小型化・低背化要求にも対応できるなど、多様な要求に応える事が可能である。好ましい厚さの上限は０．２ｍｍである。より好ましい上限は０．１５ｍｍ、さらに好ましい上限は０．１ｍｍ、特に好ましい上限は０．０８ｍｍである。なお下限は特に限定しないが、材料が薄すぎると形状変化が生じやすくなる傾向にあるため、０．０２ｍｍと設定することができる。本発明のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板は、広幅（例えば、板幅が５００〜１２００ｍｍ）であることが特に好ましい。なお本実施形態での薄板とは、コイル状に巻き回されている鋼帯や、その鋼帯を切断して作製された矩形状の薄板も含む。矩形状薄板の場合、「板幅」とは短辺のことを示す。
【００１５】
続いて、本実施形態のＦｅ−Ｎｉ系合金薄板を得ることができる製造方法の一例について説明する。
＜熱間圧延材の厚さ：２ｍｍ以上＞
本実施形態で用いる熱間圧延材は、その厚さを２ｍｍ以上とする。熱間圧延材の厚さが２ｍｍ未満となると、本実施形態で規定する圧下率５０％以上の冷間圧延が行えないおそれがある。また、熱間圧延材の厚さを２ｍｍ未満にしようとすると、特殊な圧延設備が必要になる場合がある。そのため、本実施形態では熱間圧延材の厚さを２ｍｍ以上とする。
なお、熱間圧延材の厚さを厚くすると圧下率を高くすることが可能であるが、一方で、冷間圧延工程中のパス回数が増えたり、圧延中のＦｅ−Ｎｉ系合金の形状の調整が困難になる場合があるため、厚さの上限を５ｍｍとするのが現実的である。
この熱間圧延材は、表面に酸化層が形成されており、熱間圧延材の厚さとは、その酸化層を含めた厚さである。
【００１６】
＜冷間圧延用素材＞
本実施形態では、前述の熱間圧延材を用いて冷間圧延用素材とする。熱間圧延材には酸化層が形成されていることから、その酸化層を、例えば、機械的、或いは化学的に除去することが好ましい。また、冷間圧延中の冷間圧延材のエッジから割れ等の不良が発生しないように、エッジをスリッターを用いて裁断してもよい。このような加工を行って冷間圧延用素材とすることができる。
【００１７】
次に、冷間圧延工程について、詳しく説明する。
＜冷間圧延工程＞
本実施形態では、冷間圧延用素材に対し、圧下率５０％以上の冷間圧延を行う。この冷間圧延は、複数パスの圧延工程としても良く、その場合の圧下率は、トータルの圧下率である。この冷間圧延は、再結晶焼鈍工程の前に行われる。このように再結晶焼鈍前の圧下率を高くすることにより、電気抵抗率をより低く調整することができる傾向にある。また、冷間圧延や焼鈍工程の回数を減らすことができるため、より低コストでの製造も可能となる。圧下率が５０％未満であると、機械特性が劣化する。また圧下率が低すぎると、所望の板厚に調整するまでの冷間圧延や焼鈍工程の回数が増え、コストが増大する。好ましい圧下率は６０％以上である。より好ましい圧下率は７０％以上であり、さらに好ましい圧下率は８０％以上であり、特に好ましい圧下率は８５％以上である。なお、圧下率の上限は特に定めないが、圧下率が９９％を超えると、過大な圧延時間によるコストの増大を招く可能性があるため、上限は９９％とするのが現実的である。
【００１８】
＜再結晶焼鈍工程＞
本実施形態では前述した冷間圧延された圧延材に対し、８００℃以上の温度で再結晶焼鈍を行う。この工程により、強圧下により加工硬化した圧延材（薄板）の歪みを除去し軟化させ、後の最終冷間圧延により所望の板厚と特性を付与させることができる。焼鈍温度が８００℃未満であると材料が十分に軟化しないおそれがある。また焼鈍温度の上限は特に限定しないが、高すぎると所望の特性が得られない可能性があるため、１１００℃と設定することができる。
また本実施形態の再結晶焼鈍で使用する焼鈍炉は、設定温度が一定である均熱帯と、均熱帯の後に形成され、均熱帯の設定温度よりも低い温度に設定される冷却帯を有する。この冷却帯を設けることで、加工性が良好なα相をより容易に形成させることが可能である。この冷却帯は、焼鈍炉全長の１０％程度形成されていればよい。好ましくは２０％程度形成されていることが良く、より好ましくは３０％程度、さらに好ましくは４０％程度形成されていることが良い。この冷却帯の設定温度は、均熱帯の設定温度Ｔ（℃）に対して０．０５Ｔ（℃）以上０．９Ｔ（℃）未満であることが好ましく、要求特性に合わせて、上記温度範囲内で連続的または段階的に温度を下げることができる。
【００１９】
さらに本実施形態は、薄板が焼鈍炉に入っている時間（保持時間）を０．１分以上に調整する。好ましくは、焼鈍炉内での保持時間を比較的短時間にすることで、生産効率を落とさず、α相主体の組織に調整するために、保持時間を０．１〜３．０分に調整する。保持時間が０．１分未満だと歪みが十分除去されない場合がある。３．０分を超えると、合金薄板の特性の変動や、焼鈍時間の増大によりコストが増大する可能性がある。保持時間の下限は０．２分であることがより好ましい。また保持時間の上限は、さらなる低コスト化を狙って、２．０分であることがより好ましく、１．５分であることがさらに好ましく、１．０分であることが特に好ましく、０．６分であることが最も好ましい。尚、この再結晶焼鈍は、所望の温度に設定された焼鈍炉に冷間圧延された圧延材（薄板）を連続的に通して行うことができる。例えば、冷間圧延された圧延材がロール状に巻かれた状態から引き出し、焼鈍炉を通り、ロール状に巻き取る方法で行うことができる。また、この再結晶焼鈍工程は少なくとも一回行えばよく、複数回行っても良い。
【００２０】
本実施形態の製造方法では、前述した再結晶焼鈍された焼鈍材に、要求特性に合わせて圧下率を調整した最終冷間圧延を施すことができる。例えば、良好な生産性を確保する場合は、圧下率を５０％未満（好ましくは４５％以下、より好ましくは４０％以下）に調整することができる。また、より硬質な薄板としたい場合は、圧下率を５０％以上（好ましくは６０％以上、より好ましくは７０％以上）とすることができる。また、最終冷間圧延での圧延前方張力を２００〜５００ＭＰａ、圧延後方張力を１００〜２００ＭＰａ、圧延速度を２５０ｍ／分以下とすることが好ましい。より好ましい圧延前方張力の下限は２５０ＭＰａであり、より好ましい圧延前方張力の上限は４００ＭＰａである。またより好ましい圧延後方張力の下限は１２０ＭＰａであり、より好ましい圧延後方張力の上限は１８０ＭＰａである。なお圧延速度の下限については特に限定しないが、作業性を考慮すると１００ｍ／分程度とすることが好ましい。また本実施形態の製造方法において、最終冷間圧延は、薄板表面の疵を抑制しつつ所望の特性を得るために、１パスで圧延することが好ましい。
【００２１】
本実施形態では、上述した最終冷間圧延後には、熱処理を行わないことが好ましい。この熱処理とは、例えば、再結晶温度以下で行う歪取り焼鈍である。熱処理を省略することによって、残留歪みの開放による薄板形状の変化や機械特性の変動を抑制することができる。本実施形態では上述した製法により歪みを除去しなくても機械特性では異方性のない製品となる為、省略可能である。なお、熱処理の省略は、省エネ効果を高め、経済的である。
【実施例】
【００２２】
真空溶解、均熱化熱処理、熱間加工を行って熱間圧延材（厚さ約３．０ｍｍ）を準備した。準備した本発明例と比較例との熱間圧延材の化学組成を表１に示す。
前述の熱間圧延材に化学研磨、機械研磨を行い熱間圧延材表面の酸化層を除去して冷間圧延用素材を準備した。前述の冷間圧延用素材に、中間冷間圧延、再結晶焼鈍、最終冷間圧延を施し、本発明例と比較例のＦｅ−Ｎｉ系薄板を作成した。中間冷間圧延は圧下率９０％で行い、再結晶焼鈍は温度９００℃、圧下率３５％の条件で最終冷間圧延を１パスで行い、厚さ０．２ｍｍとした。また、最終冷間圧延後は熱処理を行っていない。【００２３】
【表１】
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【００２４】
前述の最終冷間圧延を終えたＦｅ−Ｎｉ系合金薄板から、各種試験片を採取し、引張強度、０．２％耐力、ヤング率、電気抵抗率を測定した。試験の結果を表２に纏めて示す。引張強度、０．２％耐力及びヤング率は、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に規定された方法に従って求めた。電気抵抗率は４端子抵抗測定が可能な抵抗測定器にて、測定電極間の距離を５０ｍｍに設定して測定を行った。その結果、試料Ｎｏ．１〜４の本発明例では、引張強度、０．２％耐力、ヤング率、電気抵抗率ともに良好な値であることが確認できた。特にＮｉ量が１０．０％の場合はヤング率が最高値を示し、Ｎｉ量が２４．８％の場合には０．２％耐力が最高値を示した。これはＮｉ量を調整したことによりα相主体の組織に制御できたためと考えられる。反面、比較例である試料Ｎｏ．１１〜１３は、引張強度、０．２％耐力、ヤング率共に本発明例に比べ低い値となることを確認した。また、本発明例（試料Ｎｏ．１〜４）のα相の体積率は１０％以上であり、試料Ｎｏ．１、２、３の組織は、実質、α相単相であった。そして、試料Ｎｏ．１〜４の電気抵抗率が６５×１０−８Ω・ｍ以下であった。一方、比較例（Ｎｏ．１１〜１３）は、電気抵抗率が６５×１０−８Ω・ｍを越えていた。そして、γ相が主体となっており、実質、γ相単相であったことを確認した。例として、試料Ｎｏ．１のＸＲＤ測定結果を図１に、試料Ｎｏ．１３のＸＲＤ測定結果を図２に示す。装置は（株）リガク製ＲＩＮＴ２５００ＰＣを用い、Ｃｏ−Ｋα線を入射して得られたピークを測定した。図１および図２より、試料Ｎｏ．１は回折角度２θ＝約７７°、約１００°に明瞭なピークが確認できた。これはα‐Ｆｅ（２００）、（２１１）に一致するピークである。その他にγ‐Ｆｅの明瞭なピークが確認されないことから、試料Ｎｏ．１がα単相組織であることが確認できた。一方で試料Ｎｏ．１３は、回折角度２θ＝が約６０°、約９０°、約１１１°に明瞭なピークが確認できた。これはγ‐Ｆｅ（２００）、（２２０）、（３１１）に一致するピークである。その他にα‐Ｆｅの明瞭なピークが確認されないことから、試料Ｎｏ．１３がγ単相組織であることが確認できた。【００２５】
【表２】
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【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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