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WO2010016428A1 - 電気・電子部品用銅合金材 - Google Patents

電気・電子部品用銅合金材 Download PDF

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WO2010016428A1
WO2010016428A1 PCT/JP2009/063614 JP2009063614W WO2010016428A1 WO 2010016428 A1 WO2010016428 A1 WO 2010016428A1 JP 2009063614 W JP2009063614 W JP 2009063614W WO 2010016428 A1 WO2010016428 A1 WO 2010016428A1
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WO
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copper alloy
bending
alloy material
mass
ratio
Prior art date
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PCT/JP2009/063614
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English (en)
French (fr)
Inventor
亮佑 松尾
邦照 三原
立彦 江口
Original Assignee
古河電気工業株式会社
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Filing date
Publication date
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Priority to US13/021,444 priority patent/US20110200480A1/en

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/06—Alloys based on copper with nickel or cobalt as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/08—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/02—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys
    • H01B1/026—Alloys based on copper

Definitions

  • the present invention relates to a copper alloy material for electric / electronic parts.
  • parts for electrical and electronic devices include brass (C26000), phosphor bronze (C51910, C52120, C52100) and beryllium copper (C17200, C17530), Corson copper alloy (C70250) has been used.
  • Cxxxx is a type of copper alloy defined by CDA (Copper Development Association).
  • CDA Copper Development Association
  • Corson-type copper alloy has high conductivity, but Cu—Co— added with Co and Si as a copper alloy that has both conductivity higher than the conventional Corson-type copper alloy and high tensile strength and bending resistance.
  • Si-based alloys have been studied (for example, Patent Documents 1 and 2).
  • An object of the present invention is to provide a copper alloy material for electric / electronic parts that has high conductivity and high tensile strength and is excellent in bending resistance.
  • a copper alloy material containing a predetermined amount of Co and Si, having a mass ratio of Co and Si within a predetermined range, and having a crystal grain size within the predetermined range is highly conductive. And high tensile strength, it has been found to pass a strict bending test. The present invention has been made based on this finding.
  • Co is contained in an amount of 0.7 to 2.5% by mass
  • Si is contained in a mass ratio of Co to Si (Co / Si ratio) in the range of 3.5 to 4.0
  • the balance is Cu
  • a copper alloy material for electric and electronic parts characterized by comprising inevitable impurities and having a crystal grain size of 3 to 15 ⁇ m
  • the mass ratio ((Co + X) / Si ratio) of Si to the total mass of at least one selected from the group consisting of Cr, Ni, Fe, Zr and Ti and Co with respect to Si is 3.5 or more.
  • a copper alloy material for electrical and electronic parts which is contained within a range of 4.0 or less and has a crystal grain size of 3 to 15 ⁇ m.
  • the “copper alloy material” means a composition obtained by processing a composition as a copper alloy into a predetermined shape (for example, a plate, a strip, a foil, a bar, a wire, etc.).
  • a predetermined shape for example, a plate, a strip, a foil, a bar, a wire, etc.
  • a preferable specific example of the copper alloy material will be described with a plate material and a strip material, but the shape of the copper alloy material is not limited to the plate material and the strip material.
  • the first copper alloy material for electric / electronic parts of the present invention will be described.
  • Co and Si are essential components.
  • Co and Si in the copper alloy mainly form precipitates of Co 2 Si intermetallic compounds. By setting the ratio of this precipitate within a specific range, it is possible to provide a copper alloy material for electric / electronic parts having high tensile strength and electrical conductivity.
  • Co is 0.7 to 2.5% by mass, preferably 0.8 to 2.2% by mass, more preferably 0.9 to 1.7% by mass. is there. By setting it within this range, a copper alloy material for electric and electronic parts having high tensile strength and electrical conductivity can be obtained.
  • the amount of Co is too small, the precipitate of Co 2 Si intermetallic compound decreases, and a copper alloy material for electric / electronic parts with high tensile strength and electrical conductivity cannot be obtained. If the amount of Co is too large, the effect is saturated.
  • Si it is preferable to add an amount corresponding to Co so as to maintain the stoichiometric ratio of the Co 2 Si intermetallic compound.
  • the amount of Si is not appropriate, it is the same as when the amount of Co is not appropriate. That is, if the amount of Si is too small, the precipitate of the Co 2 Si intermetallic compound decreases, and a copper alloy material for electric / electronic parts with high tensile strength and electrical conductivity cannot be obtained. If the amount of Si is too large, the effect is saturated.
  • the optimum mass ratio of Co to Si is Co / Si ⁇ 4.2.
  • Co to Si The mass ratio (Co / Si) is set in the range of 3.5 or more and 4.0 or less.
  • the value of Co / Si is in the range of 3.70 to 3.95 in terms of mass ratio.
  • the mass ratio of Co to Si (Co / Si ratio) is too small, Si becomes excessive, so that part of Si that does not form an intermetallic compound with Co is dissolved, resulting in a low electrical conductivity. If the mass ratio of Co to Si (Co / Si ratio) is too large, Co becomes excessive, so that a part of Co that does not form an intermetallic compound with Si is dissolved and the conductivity is lowered.
  • the amount of Co and the amount of Si exceed a predetermined amount, an alloy material cannot be obtained unless the solution temperature is increased. Therefore, at a temperature higher than the usual solution temperature (about 1000 ° C.). When heat treatment is performed, problems such as inability to maintain the product shape occur.
  • Si is determined so that the mass ratio of Co to Si (Co / Si) is in the range of 3.5 or more and 4.0 or less. Si is preferably 0.2 to 0.7% by mass.
  • Co is 0.7 to 2.5% by mass, and at least one selected from the group consisting of Cr, Ni, Fe, Zr, Ti, Al, Sn, Mg and Zn is 0. Si in the total mass of at least one (X) selected from the group consisting of Cr, Ni, Fe, Zr, and Ti and Co containing 0.01 to 0.15% by mass, the balance being Cu and inevitable impurities
  • X selected from the group consisting of Cr, Ni, Fe, Zr, and Ti and Co containing 0.01 to 0.15% by mass, the balance being Cu and inevitable impurities
  • the mass ratio ((Co + X) / Si ratio) is within the range of 3.5 or more and 4.0 or less.
  • the addition amount of at least one selected from the group consisting of Cr, Ni, Fe, Zr, Ti, Al, Sn, Mg and Zn is preferably 0.05 to 0.15% by mass.
  • the addition amount is too small, the effect of the addition is small, and when the addition amount is too large, the strength is lowered and the conductivity is lowered by the solid solution of the added element.
  • At least one (X) selected from the group consisting of Cr, Ni, Fe, Zr and Ti is substituted for a part of Co to form a (Co, X) 2 Si compound and to improve the strength. .
  • Al, Sn, Mg, and Zn are characterized by solid solution in the copper matrix and strengthening.
  • the alloy material is strengthened and the stress relaxation resistance is improved.
  • the stress relaxation resistance is synergistically improved.
  • the addition ratio of Sn and Mg is Sn / Mg ⁇ 1, the stress relaxation characteristics are further improved.
  • the value of (Co + X) / Si ratio is in the range of 3.70 to 3.95 in terms of mass ratio.
  • the mass ratio of Si to the total mass of at least one (X) selected from the group consisting of Cr, Ni, Fe, Zr and Ti and Co (( The amount of Si is determined so that the (Co + X) / Si ratio) is in the range of 3.5 to 4.0, but Si is preferably 0.2 to 0.7 mass%.
  • the copper alloy for electric / electronic parts is not impaired. A material can be obtained.
  • the crystal grain size is 3 to 15 ⁇ m.
  • the crystal grain size refers to a value measured by JIS H 0501 (cutting method). By setting the crystal grain size within the range of 3 to 15 ⁇ m, it is possible to obtain a copper alloy material for electric / electronic parts having excellent bending resistance. When the crystal grain size is less than 3 ⁇ m, the remaining of the processed structure is confirmed, which adversely affects the bending resistance. On the other hand, when the grain size is larger than 15 ⁇ m, bending and cracking at the crystal grain boundaries become remarkable, resulting in a decrease in bending resistance.
  • the crystal grain size is preferably 4 to 10 ⁇ m.
  • the range of heat treatment conditions and rolling conditions in each step up to the final recrystallization heat treatment where the blending amount of elements such as Co and Si is within a specific range. Is within a specific range, or the heat history management conditions (temperature increase rate, holding temperature and time) of the recrystallization heat treatment are within a specific range.
  • the recrystallization treatment temperature is preferably in the range of 850 to 900 ° C.
  • the amount of Co added is 1.0 to 2.5% by mass.
  • the recrystallization treatment temperature is preferably in the range of 900 to 1025 ° C.
  • the upper limit temperature is more preferably 1000 ° C.
  • the preferable manufacturing method of the copper alloy material of this invention is the following aspects, for example.
  • the outline of the main manufacturing method of the copper alloy material of the present invention is as follows: melting ⁇ casting ⁇ hot rolling ⁇ facing ⁇ cold rolling ⁇ solution recrystallization heat treatment ⁇ rapid cooling ⁇ aging heat treatment ⁇ final cold rolling ⁇ low temperature annealing. is there. Aging heat treatment and final cold rolling may be performed in reverse order. The final low-temperature annealing may be omitted.
  • recrystallization heat treatment After that, for the purpose of solution and recrystallization, recrystallization heat treatment is performed for a certain time (here 30 seconds) in a salt bath (salt bath furnace) maintained at a temperature of 800 to 1025 ° C., and quenching is performed by water cooling. Do.
  • the temperature rise rate is adjusted by sandwiching the sample between stainless steel plates having different thicknesses.
  • a preferable temperature increase rate at this time is 10 to 300 K / sec at a temperature of 300 ° C. or higher.
  • a preferable cooling rate is 30 to 200 K / sec.
  • ⁇ Aging heat treatment> Next, an aging heat treatment is performed at a temperature of 400 to 600 ° C. for 30 to 300 minutes for the purpose of aging precipitation. At that time, the rate of temperature rise from room temperature to the maximum temperature is in the range of 3 to 25 K / min. When the temperature is lowered, the temperature rises to 300 ° C, which is sufficiently lower than the temperature range considered to affect precipitation.
  • R / t means the result of a W-bending test at a bending angle of 90 ° in accordance with the Japan Copper and Brass Association technical standard “Evaluation method for bending workability of copper and copper alloy sheet strip (JBMA T307)”. To do.
  • the plate material cut in the vertical direction of rolling is subjected to a bending test under the condition of a predetermined bending radius (R), and the limit R at which the crack does not occur at the apex is obtained, and the plate thickness (t) at that time is specified.
  • R a predetermined bending radius
  • t the plate thickness
  • R / t can be obtained.
  • the copper alloy material of the present invention is excellent in conductivity and tensile strength, and can pass a bending test under severe conditions.
  • recrystallization heat treatment was performed at a temperature of 870 to 1000 ° C.
  • the recrystallization heat treatment was performed by increasing the temperature as the amount of Co added was increased. Specifically, when the addition amount of Co is 0.9% by mass, 870 ° C., when the addition amount of Co is 1.2% by mass, 915 ° C., and when the addition amount of Co is 1.4% by mass, 940 ° C., 965 ° C. when Co addition amount is 1.65% by mass, 980 ° C. when Co addition amount is 1.9% by mass, 1000 ° C. when Co addition amount is 2.4% by mass It was. Note that when an additive other than Co and Si was included (Alloy Nos.
  • GW bending bending
  • BW bending bending perpendicular to the rolling direction

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Abstract

Ｃｏを０．７～２．５質量％含み、Ｓｉを、ＣｏとＳｉの質量比（Ｃｏ／Ｓｉ比）が３．５以上４．０以下の範囲内で含み、残部がＣｕおよび不可避不純物からなり、その結晶粒径が３～１５μｍであることを特徴とする電気・電子部品用銅合金材。

Description

電気・電子部品用銅合金材
　本発明は、電気・電子部品用銅合金材に関する。
　これまで、電気・電子機器用の部品（具体的にはコネクタ、端子、リレー、スイッチなど）には、黄銅（Ｃ２６０００）やリン青銅（Ｃ５１９１０，Ｃ５２１２０，Ｃ５２１００）ならびにベリリウム銅（Ｃ１７２００，Ｃ１７５３０）やコルソン系銅合金（Ｃ７０２５０）などが使用されてきた。ここで、「Ｃｘｘｘｘｘ」とはＣＤＡ（Ｃｏｐｐｅｒ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）で規定されている銅合金の種類である。
　近年、電気・電子機器で使用される電流の周波数が高くなり、電気・電子機器用の部品に使用される金属材には、さらに高い導電性が要求されるようになっている。いわゆるコルソン系銅合金は導電性が高いが、従来のコルソン系銅合金を越える導電性と、高い引張強度と耐曲げ加工性を同時に兼ね備えた銅合金として、ＣｏとＳｉを添加したＣｕ－Ｃｏ－Ｓｉ系合金が検討されている（例えば、特許文献１、２）。
特開２００８－８８５１２号公報 特開２００８－５６９７７号公報
　電子・電気機器用の部品には、導電性と引張強度とともに、高度の耐曲げ加工性が要求されているのに対し、特許文献１、２に記載されたＣｕ－Ｃｏ－Ｓｉ系合金は、引張強度、耐曲げ加工性、導電性（熱伝導性）のすべてを高いレベルで満足するとはいえない。
　特許文献１には、材料の内側曲げ半径をＲ、板厚をｔとした際に、Ｒ／ｔ＝１の条件での曲げ加工試験結果が記載され、特許文献２には、曲げ半径０．３ｍｍで９０度Ｖ曲げ試験での曲げ加工試験結果が記載されている。
　しかしこの程度のレベルでは今後要求される耐曲げ加工性には対応できないと思われ、厳しい曲げ加工試験でも合格する電気・電子部品用銅合金材の開発が必要となっている。
　本発明は、高い導電性と高い引張強度を有し、併せて耐曲げ加工性に優れた電気・電子部品用銅合金材を提供することを課題とする。
　本発明者等は鋭意検討した結果、ＣｏおよびＳｉを所定量含有するとともに、ＣｏとＳｉの質量比が所定範囲内にあり、その結晶粒径が所定範囲内にある銅合金材が、高い導電性と高い引張強度を有し、併せて厳しい曲げ加工試験でも合格することを見出した。本発明はこの知見に基づきなされたものである。
　本発明によれば、以下の手段が提供される：
（１）Ｃｏを０．７～２．５質量％含み、Ｓｉを、ＣｏとＳｉの質量比（Ｃｏ／Ｓｉ比）が３．５以上４．０以下の範囲内で含み、残部がＣｕおよび不可避不純物からなり、その結晶粒径が３～１５μｍであることを特徴とする電気・電子部品用銅合金材、
（２）Ｃｏを０．７～２．５質量％、並びにＣｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｎ、ＭｇおよびＺｎの群から選ばれる少なくとも１種を０．０１～０．１５質量％含み、Ｓｉを、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、ＺｒおよびＴｉの群から選ばれる少なくとも１種（Ｘ）とＣｏとの合計質量のＳｉに対する質量比（（Ｃｏ＋Ｘ）／Ｓｉ比）が３．５以上４．０以下の範囲内で含み、その結晶粒径が３～１５μｍであることを特徴とする電気・電子部品用銅合金材。
　本発明により、導電性と引張強度に優れ、厳しい曲げ加工試験に合格する電気・電子部品用銅合金材を提供することができる。
　本発明の上記及び他の特徴及び利点は、下記の記載からより明らかになるであろう。
　本発明の電気・電子部品用銅合金材の合金組成について好ましい実施の態様を、以下に詳細に説明する。ここで「銅合金材」とは、銅合金としての組成物が、所定の形状（例えば、板、条、箔、棒、線など）に加工されたものを意味する。銅合金材の好ましい具体例として板材、条材でもって説明するが、銅合金材の形状は板材や条材に限られるものではない。
　まず本発明の第１の電気・電子部品用銅合金材について説明する。
　本発明の第１の電気・電子部品用銅合金材では、ＣｏとＳｉが必須成分である。銅合金中のＣｏとＳｉは、主としてＣｏ２Ｓｉ金属間化合物の析出物を形成する。この析出物の割合を特定の範囲内とすることにより、引張強度と導電率の高い電気・電子部品用銅合金材を提供することができる。
　本発明の電気・電子部品用銅合金材では、Ｃｏは０．７～２．５質量％、好ましくは０．８～２．２質量％、さらに好ましくは０．９～１．７質量％である。この範囲内とすることにより、引張強度と導電率の高い電気電子部品用銅合金材を得ることができる。
　本発明においては、Ｃｏの量が少なすぎるとＣｏ２Ｓｉ金属間化合物の析出物が少なくなり、引張強度と導電率の高い電気・電子部品用銅合金材を得ることができない。Ｃｏの量が多すぎると、その効果が飽和してしまう。Ｓｉについては、Ｃｏ２Ｓｉ金属間化合物の化学量論比を保つよう、Ｃｏに見合った量を添加することが好ましい。Ｓｉ量が適切でない場合には、Ｃｏの量が適切でない場合と同様となる。すなわち、Ｓｉの量が少なすぎるとＣｏ２Ｓｉ金属間化合物の析出物が少なくなり、引張強度と導電率の高い電気・電子部品用銅合金材を得ることができない。Ｓｉの量が多すぎると、その効果が飽和してしまう。
　Ｃｏ２Ｓｉ金属間化合物の化学量論比から、ＣｏのＳｉに対する最適な質量比（Ｃｏ／Ｓｉ）はＣｏ／Ｓｉ≒４．２であるが、本発明の銅合金材では、ＣｏのＳｉに対する質量比（Ｃｏ／Ｓｉ）が３．５以上４．０以下の範囲となるようにする。好ましくは、Ｃｏ／Ｓｉの値は、質量比で３．７０以上３．９５以下の範囲である。ＣｏとＳｉの質量比（Ｃｏ／Ｓｉ比）をこの範囲内とすることにより、引張強度と曲げの両方に優れた電気電子部品用銅合金材とすることができる。ＣｏとＳｉの質量比（Ｃｏ／Ｓｉ比）が小さすぎると、Ｓｉが過剰となるため、Ｃｏと金属間化合物を形成しない一部のＳｉは固溶し、導電率が低くなる。ＣｏとＳｉの質量比（Ｃｏ／Ｓｉ比）が大きすぎると、Ｃｏが過剰となるため、Ｓｉと金属間化合物を形成しない一部のＣｏは固溶し、導電率が低くなる。
　Ｃｏの量およびＳｉの量が所定量を越えた場合には、溶体化温度を高くしないと合金材を得ることができないため、通常行われている溶体化温度（１０００℃程度）より高い温度で熱処理を行うと、製品形状を維持できないなどの問題を発生させる。
　本発明の第１の電気・電子部品用銅合金材においては、ＣｏのＳｉに対する質量比（Ｃｏ／Ｓｉ）が３．５以上４．０以下の範囲になるように、Ｓｉは決められるが、Ｓｉは０．２～０．７質量％とすることが好ましい。
　次に本発明の第２の銅合金材について説明する。
　本発明の第２の銅合金材では、Ｃｏを０．７～２．５質量％、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｎ、ＭｇおよびＺｎの群から選ばれる少なくとも１種を０．０１～０．１５質量％含み、残部がＣｕおよび不可避不純物からなり、Ｓｉを、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、ＺｒおよびＴｉの群から選ばれる少なくとも１種（Ｘ）とＣｏとの合計質量のＳｉに対する質量比（（Ｃｏ＋Ｘ）／Ｓｉ比）が３．５以上４．０以下の範囲内で含む。
　Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｎ、ＭｇおよびＺｎの群から選ばれる少なくとも１種の添加量は、好ましくは０．０５～０．１５質量％である。添加量が少なすぎる場合には添加の効果が小さく、添加量が多すぎる場合には、強度が低下するとともに、添加した元素が固溶することにより導電率が低下する。
　Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、ＺｒおよびＴｉについては、ＣｏとＳｉの両方もしくは一方と、または単独で析出物を形成し、結晶粒径を微細化させる効果をもたらす。Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、ＺｒおよびＴｉの群から選ばれる少なくとも１種（Ｘ）は、Ｃｏの一部と置換して、（Ｃｏ、Ｘ）２Ｓｉ化合物を形成し、強度を向上させる働きがある。
　これに対して、Ａｌ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｚｎは銅母相に固溶して強化する特徴がある。Ａｌ、Ｓｎ、ＭｇおよびＺｎは固溶することによって、合金材が強化されたり、耐応力緩和特性の改善をもたらす。また、ＳｎおよびＭｇを同時に添加することにより、相乗的に耐応力緩和特性が向上する。ＳｎとＭｇの添加比を、Ｓｎ／Ｍｇ≧１とする場合には、応力緩和特性はさらに向上する。
　本発明の第２の銅合金材では、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、ＺｒおよびＴｉの群から選ばれる少なくとも１種（Ｘ）とＣｏとの合計質量のＳｉに対する質量比（（Ｃｏ＋Ｘ）／Ｓｉ比）が３．５以上４．０以下である。好ましくは、（Ｃｏ＋Ｘ）／Ｓｉ比の値は、質量比で３．７０以上３．９５以下の範囲である。（Ｃｏ＋Ｘ）／Ｓｉ比をこの範囲内とすることにより、引張強度と曲げの両方に優れた電気電子部品用銅合金材とすることができる。（Ｃｏ＋Ｘ）／Ｓｉ比が小さすぎると、Ｓｉが過剰となるため、ＣｏおよびＸと金属間化合物を形成しない一部のＳｉは固溶し、導電率が低くなる。（Ｃｏ＋Ｘ）／Ｓｉ比が大きすぎると、ＣｏまたはＸが過剰となるため、Ｓｉと金属間化合物を形成しない一部のＣｏまたはＸは固溶し、導電率が低くなる。
　本発明の第２の電気・電子部品用銅合金材においては、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、ＺｒおよびＴｉの群から選ばれる少なくとも１種（Ｘ）とＣｏとの合計質量のＳｉに対する質量比（（Ｃｏ＋Ｘ）／Ｓｉ比）が３．５以上４．０以下の範囲になるように、Ｓｉの量は決められるが、Ｓｉは０．２～０．７質量％とすることが好ましい。
　本発明の第１および第２の銅合金材においては、不可避不純物としてＨ、Ｏ、Ｓなどの元素５ｐｐｍ質量％未満であれば、本発明の趣旨を損なうことなく、電気・電子部品用銅合金材を得ることができる。
　本発明の銅合金材では、結晶粒径を３～１５μｍとすることが重要である。本発明においては、結晶粒径はＪＩＳ　Ｈ　０５０１（切断法）により測定された値をいうものとする。結晶粒径を３～１５μｍの範囲内とすることにより、耐曲げ加工性に優れた電気・電子部品用銅合金材を得ることができる。結晶粒径が３μｍ未満の場合には、加工組織の残存が確認され、耐曲げ加工性に対し悪影響を与える。また粒径が１５μｍより粗大になると、結晶粒界での曲げや割れが顕著になる結果、耐曲げ加工性が低下する。結晶粒径は好ましくは、４～１０μｍである。結晶粒径を３～１５μｍとするためには、Ｃｏ、Ｓｉなどの元素の配合量を特定の範囲内とする、最終的な再結晶熱処理に至るまでの各工程における熱処理条件と圧延条件の範囲を特定の範囲内とする、または再結晶熱処理の熱履歴管理条件(昇温の速度、保持温度とその時間)を特定の範囲内とすること等により実現できる。
　Ｃｏの添加量と再結晶処理を行う温度との関係では、好ましい範囲がある。例えば、Ｃｏの添加量が０．７～１．０質量％の場合には再結晶処理を行う温度は８５０～９００℃の範囲が好ましく、Ｃｏの添加量が１．０～２．５質量％の場合には再結晶処理を行う温度は９００～１０２５℃の範囲が好ましい。上限の温度はより好ましくは、１０００℃である。この温度範囲内で再結晶処理を行うことにより、再結晶処理を確実に行うことができ、かつ合金材の変形を防ぐことができる。
　次に、本発明の銅合金材の好ましい製造方法は、例えば以下の態様である。本発明の銅合金材の主な製造方法の概略は、溶解→鋳造→熱間圧延→面削→冷間圧延→溶体化再結晶熱処理→急速冷却→時効熱処理→最終冷間圧延→低温焼鈍である。時効熱処理と最終冷間圧延は逆の順序でもよい。また、最終の低温焼鈍は省略してもよい。
＜溶解鋳造＞
　銅合金の原料となるＣｕ、Ｃｏ、Ｓｉなどを溶解し、鋳型に流し込んで１０～３０Ｋ／秒（Ｋは絶対温度を示す「ケルビン」である。以下同じ）の冷却速度で冷却しながら鋳造し、銅合金鋳塊を得る。ここでは幅１６０ｍｍ、厚さ３０ｍｍ、長さ１８０ｍｍの場合で説明する。
＜熱間圧延・面削・冷間圧延＞
　その後、この鋳塊を温度９００～１０００℃で３０～６０分間保持し、その後熱間圧延によって厚さ８～１５ｍｍになるまで加工後（圧下率５０～７３％）、速やかに水冷却（急速冷却）にて焼入れを施し、表面上の酸化皮膜除去のため、圧延された表面を片側１ｍｍ前後面削した後、冷間圧延にて厚さ約０．１～０．３ｍｍとなるように加工する。圧下率は９５％以上（好ましくは９９．５％以下）とされる。
＜再結晶熱処理＞
　この後、溶体化、再結晶させる目的で、温度８００～１０２５℃に保持されたソルトバス（塩浴炉）内で一定時間（ここでは３０秒間）再結晶熱処理を行い、水冷却で焼き入れを行う。再結晶熱処理の際、昇温速度はサンプルを板厚の異なったステンレス板にはさむことで調整して熱処理を行う。このときの好ましい昇温速度は、温度３００℃以上では１０～３００Ｋ／秒である。また、好ましい冷却速度は、３０～２００Ｋ／秒である。
＜時効熱処理＞
　次に、時効析出させる目的で、温度４００～６００℃で３０～３００分間の時効熱処理を施す。その際の室温から最高温度に到達するまでの昇温速度は３～２５Ｋ／分の範囲内にあり、降温に際しては、析出に影響を与えると考えられる温度帯より十分低い温度である３００℃までは炉内で１～２Ｋ／分の範囲内で冷却を行う。
＜仕上げ圧延＞
　時効熱処理が終了した銅合金材料に、さらに２０％の加工率で冷間圧延を施して仕上げ圧延材を得る。なお、仕上げ圧延は実施してもしなくてもよい。
＜歪取り焼鈍＞
　時効熱処理終了後（仕上げ圧延したものは仕上げ圧延終了後）に、必要に応じて歪取り焼鈍を施す。
　曲げ加工性に関しては、降伏応力（ＹＳ）の値で６００ＭＰａ以上、導電率が６０％ＩＡＣＳ以上である条件下で、９０°Ｗ曲げ試験において直角曲げ（Ｒ／ｔ＝０）で評価することができる。ここで、Ｒ／ｔとは、日本伸銅協会技術標準「銅および銅合金薄板条の曲げ加工性評価方法（ＪＢＭＡ　Ｔ３０７）」に準拠した曲げ角度９０°のＷ曲げ試験を行った結果を意味する。圧延垂直方向に切り出した板材を所定の曲げ半径（Ｒ）の条件下で曲げ試験を行って、その頂点にクラック（割れ）が生じない限界のＲを求め、その時の板厚（ｔ）で規格化することによって、Ｒ／ｔを求めることができる。一般にＲ／ｔが小さいほど、耐曲げ加工性が優れる。
　本発明の銅合金材は、導電性と引張強度に優れるとともに、厳しい条件での曲げ加工試験に合格することができる。
　次に、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
（発明例Ｎｏ．１～１３および比較例Ｎｏ．１４～４０）
　表１に示した成分を含有し、残部がＣｕと不可避不純物から成る合金を高周波溶解炉により溶解し、これを１０～３０Ｋ／秒の冷却速度で鋳造して幅１６０ｍｍ、厚さ３０ｍｍ、長さ１８０ｍｍの鋳塊を得た。なお、冷却速度は鋳塊に割れなどが発生しない条件とした。
　得られた鋳塊を温度１０００℃で３０分間保持し、熱間圧延を行い板厚ｔ＝１２ｍｍの熱延板を作製した。その両面を各１ｍｍ面削して板厚ｔ＝１０ｍｍとし、次いで冷間圧延により板厚ｔ＝０．２５ｍｍに仕上げた。その後８７０～１０００℃の温度で再結晶熱処理を行った。
　再結晶熱処理は、Ｃｏの添加量を多くするに従い、温度を上げて行った。具体的には、Ｃｏの添加量が０．９質量％のときに８７０℃、Ｃｏの添加量が１．２質量％のときに９１５℃、Ｃｏの添加量が１．４質量％のときに９４０℃、Ｃｏの添加量が１．６５質量％のときに９６５℃、Ｃｏの添加量が１．９質量％のときに９８０℃、Ｃｏの添加量が２．４質量％のときに１０００℃とした。なお、ＣｏとＳｉ以外の添加物が含まれる場合（合金Ｎｏ．４、７～１１）も、再結晶熱処理の温度はＣｏとＳｉ以外の添加物が含まれない場合と同様とした。さらに、比較例Ｎｏ．３７～４０に関しては、結晶粒径を変化させるため、再結晶熱処理温度をそれぞれ９４０℃、１０５０℃、７７５℃、７９０℃とした。
　そして、再結晶熱処理後の材料に対して次の工程を施し、最終製品に相当する供試材を作製した。供試材の板厚をｔ＝０．２ｍｍとした。
　工程：再結晶熱処理－時効熱処理（温度５２５℃で２時間）－冷間加工（２０％）
　この供試材について下記の項目の測定を行った。銅合金の組成表と結晶粒径を表１に、銅合金材の引張強度および曲げ特性の評価結果を表２に示す。
ａ．結晶粒径：
　試験片の圧延方向に垂直な断面を湿式研磨、バフ研磨により鏡面に仕上げた後、クロム酸：水＝１：１の液で数秒研磨面を腐食した後、光学顕微鏡で２００～４００倍の倍率か、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の二次電子像を用いて５００～２０００倍の倍率で写真をとり、断面粒径をＪＩＳ　Ｈ０５０１の切断法に準じて結晶粒径を測定した。そして、その測定母数を２００として算術平均を求め、この値を結晶粒径の算術平均の値とした。その結果を表１に示した。
ｂ．降伏応力（ＹＳ）：
　供試材の圧延方向に平行に切り出したＪＩＳ　Ｚ２２０１－５号の試験片をＪＩＳ　Ｚ２２４１に準じて２本測定し、その平均値を求めた。オフセット法により、永久伸び０．２％の場合の耐力を、降伏応力として、式（１）から算出した。その結果を表２に示した。
　　σ０．２＝Ｆ０．２／Ａ０　　　　　　　　　　　　　　　式（１）
　　ここで、
　　σ：オフセット法で算出した耐力（Ｎ／ｍｍ２）、
　　Ｆ：伸び計を用いて力と伸びた量との関係線図を求め、規定の永久伸び（ε％）に相当する伸び軸上の点から試験初期の直線部分に平行線を引き、これが線図と交わる点の示す力
ｃ．導電率：
　四端子法を用いて、２０℃（±１℃）に管理された恒温槽中で、各試験片の２本について導電率を測定し、その平均値（％ＩＡＣＳ）を表２に示した。このとき端子間距離は１００ｍｍとした。
ｄ．曲げ加工性Ａ：
（１）Ｗ曲げ
　ＪＩＳ　Ｚ２２４８に準じて供試材から板厚ｔ＝０．２０（ｍｍ）、板幅ｗ＝１０（ｍｍ）、長さｌ＝３５（ｍｍ）の試験片を切り出し、金属研磨粉で試験片の表面上を軽く研磨し、酸化膜を除去した後、曲げの内側半径がＲ＝０（ｍｍ）となるような９０°Ｗ曲げを、圧延方向に平行な曲げ（Ｇｏｏｄ－ｗａｙ曲げ：以下ＧＷ曲げ）、圧延方向に垂直な曲げ（Ｂａｄ－ｗａｙ曲げ：以下ＢＷ曲げ）の２方向において行った。このときのＲ／ｔの値は０である。
（２）１８０°曲げ
　Ｗ曲げと同様に、ＪＩＳ　Ｚ２２４８に準じて規定の内側半径（ここではＲ＝０．１ｍｍ）の２倍の挟み物をし、試験片両端を押し合って１８０°曲げを行い、９０°Ｗ曲げと同様の評価を行った。このときのＲ／ｔの値は、Ｒ＝０．１（ｍｍ）、ｔ＝０．２（ｍｍ）であることから、Ｒ／ｔ＝（０．１／０．２）＝０．５である。
（３）曲げ部における割れの有無の評価
　５０倍の光学顕微鏡で目視観察および走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によりその曲げ加工部位を観察し割れの有無を調査した。９０°Ｗ曲げ、１８０°曲げの両方に対して、ＧＷ曲げ、ＢＷ曲げの少なくとも一方の試験表面にクラック割れがなければ○、両方に割れがあれば×と評価した。また、９０°Ｗ曲げまたは１８０°曲げのいずれか一方で、ＧＷ曲げ、ＢＷ曲げの両方に割れがあったものは、全体の評価を×とした。その結果を表１、２に示した。
ｅ．曲げ加工性Ｂ
　幅１０ｍｍの短冊形試料を用い、ＪＩＳ　Ｚ　２２４８規定のＷ曲げ試験に準拠して実施した。曲げ方向はＧｏｏｄ　ＷａｙおよびＢａｄ　Ｗａｙとし、曲げ半径Ｒ／板厚ｔ＝１．０とした。曲げ後の試験片につき、曲げ部の表面および断面から、割れの有無を光学顕微鏡で観察し、Ｇｏｏｄ　ＷａｙおよびＢａｄ　Ｗａｙともに割れが発生しなかった場合を○、Ｇｏｏｄ　ＷａｙおよびＢａｄ　Ｗａｙの両方または片方で割れが発生した場合を×と評価した。その結果を表２に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表１、表２に記載のとおり、本発明例は、いずれも導電率が６０％ＩＡＣＳ以上の高い導電性を示し、降伏応力（ＹＳ）が６００ＭＰａ以上となった。また９０°曲げでＲ／ｔの値が０、１８０°曲げでＲ／ｔの値が０．５以下と、厳しい曲げ試験条件でも優れた結果を示した。これに対し比較例では、導電率が６０％ＩＡＣＳ未満となるか、降伏応力（ＹＳ）が６００ＭＰａ未満となるか、９０°曲げでＲ／ｔの値が０を満足しないか、１８０°曲げでＲ／ｔの値が０．５以下を満足しないか、の１つ以上に該当した。なお、合金番号１５～１８のように、導電率が６０％ＩＡＣＳ以上の高い導電性を示し、かつ降伏応力（ＹＳ）が６００ＭＰａ以上となる場合があるが、Ｒ／ｔ＝１．０のＷ曲げ試験では合格するものの、Ｒ／ｔの値が０、または１８０°曲げでＲ／ｔの値が０．５で不合格になった。
　本発明をその実施態様とともに説明したが、我々は特に指定しない限り我々の発明を説明のどの細部においても限定しようとするものではなく、添付の請求の範囲に示した発明の精神と範囲に反することなく幅広く解釈されるべきであると考える。
　本願は、２００８年８月５日に日本国で特許出願された特願２００８－２０２４６９に基づく優先権を主張するものであり、これはここに参照してその内容を本明細書の記載の一部として取り込む。

Claims (2)

  1. 　Ｃｏを０．７～２．５質量％含み、Ｓｉを、ＣｏとＳｉの質量比（Ｃｏ／Ｓｉ比）が３．５以上４．０以下の範囲内で含み、残部がＣｕおよび不可避不純物からなり、その結晶粒径が３～１５μｍであることを特徴とする電気・電子部品用銅合金材。
  2. 　Ｃｏを０．７～２．５質量％、並びにＣｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｎ、ＭｇおよびＺｎの群から選ばれる少なくとも１種を０．０１～０．１５質量％含み、Ｓｉを、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、ＺｒおよびＴｉの群から選ばれる少なくとも１種（Ｘ）とＣｏとの合計質量のＳｉに対する質量比（（Ｃｏ＋Ｘ）／Ｓｉ比）が３．５以上４．０以下の範囲内で含み、その結晶粒径が３～１５μｍであることを特徴とする電気・電子部品用銅合金材。
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