JP2010255042A

JP2010255042A - 銅合金及び銅合金の製造方法

Info

Publication number: JP2010255042A
Application number: JP2009105899A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Yamamoto; 佳紀山本; Noboru Hagiwara; 登萩原
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2009-04-24
Filing date: 2009-04-24
Publication date: 2010-11-11

Abstract

【課題】高強度及び良好な導電性を備えると共に、優れた曲げ加工性を備える銅合金及び銅合金の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る銅合金は、圧延加工を経て製造される銅合金であって、Ｓｉと、Ｓｉと反応してシリコン化合物を形成するＮｉ及びＣｏと、銅合金に含まれる結晶粒の成長を抑制するＳｎ及びＺｎとを含有すると共に、残部がＣｕと不可避的不純物とからなり、ＮｉとＣｏとの合計量のＳｉに対する質量濃度比（Ｎｉ＋Ｃｏ）／Ｓｉが４以上５以下であり、ＮｉのＣｏに対する質量濃度比Ｎｉ／Ｃｏが０．５以上２以下であり、圧延加工の圧延方向に対して平行な断面における銅合金の結晶粒の長径ａと短径ｂとの比ａ／ｂが１．０以上２．５以下であると共に、長径ａと短径ｂとの相加平均値（ａ＋ｂ）／２が１０μｍ以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、銅合金及び銅合金の製造方法に関する。特に、本発明は、電子部品用の銅合金及び銅合金の製造方法に関する。

近年、携帯電話、ノート型パソコン等の各種の電気・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。そして、部品の小型化に伴い、部品の端子又はコネクタ部品についても、小型化及び電極間ピッチの狭小化が進んでいる。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の材料が従来に比べて薄肉になっている。ここで、薄肉の電極であってもばね材として高い接触圧を得て電気的な接続の信頼性を保つべく、電極等の材料にばね性の高い材料を用いることが要求されている。そして、これら各種部品は複雑な曲げ加工が施されて製造されるので、加工時において割れが発生しない程度の曲げ加工性が要求される。

また、電気・電子機器の高機能化に伴う電極数の増加、及び通電する電流の増加によって、電極等において発生するジュール熱も増加しており、従来より導電性の良い材料を用いることに対する要求も強まっている。更に、高温下、長期間の使用においても接触圧を維持できる耐応力緩和性等の特性も要求される。すなわち、電気・電子機器に用いられる端子又はコネクタ部品を構成する材料は、高強度、高耐力、及び良好な曲げ加工性を有すると共に、良好な導電性、並びに高い耐応力緩和性等を有することが求められている。

従来、０．５〜２．５質量％のＮｉと、０．５〜２．５質量％のＣｏと、０．３０〜１．２質量％のＳｉと、０．０９〜０．５質量％のＣｒとを含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物から構成される銅合金において、合金組成中のＮｉとＣｏとの合計量のＳｉに対する質量濃度比（［Ｎｉ＋Ｃｏ］／Ｓｉ比）が４≦［Ｎｉ＋Ｃｏ］／Ｓｉ≦５であり、合金組成中のＮｉとＣｏの質量濃度比（Ｎｉ／Ｃｏ比）が０．５≦Ｎｉ／Ｃｏ≦２であり、材料中に分散する大きさが１μｍ以上の介在物の個数（Ｐ）、そのうち、含有炭素濃度が１０質量％以上である介在物の個数（Ｐｃ）について、Ｐｃが１５個／１０００μｍ^２以下であると共に、その比（Ｐｃ／Ｐ）が０．３以下である電子材料用Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｏ−Ｃｒ系銅合金が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の銅合金は、上記構成を備えているので、銅合金の強度を損なわずに導電性を向上させることができる。

特開２００６−２８３１２０号公報

しかし、特許文献１に記載の銅合金は、強度の低下を抑制して導電性を向上させることができるものの、銅合金の強度と銅合金の曲げ加工性とはトレードオフの関係にある（すなわち、材料の強度を向上させることに伴い、良好な曲げ加工性を維持することが困難になる）ことから、当該銅合金の強度を向上させると共に当該銅合金の曲げ加工性を向上させるには不十分な場合がある。例えば、小型化が進む電子部品材料の用途に銅合金を提供するという観点からは、特許文献１に記載の銅合金では、曲げ加工性を更に向上させることが困難な場合がある。

したがって、本発明の目的は、高強度及び良好な導電性を備えると共に、優れた曲げ加工性を備える銅合金及び銅合金の製造方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、圧延加工を経て製造される銅合金であって、Ｓｉと、Ｓｉと反応してシリコン化合物を形成するＮｉ及びＣｏと、銅合金に含まれる結晶粒の成長を抑制するＳｎ及びＺｎとを含有すると共に、残部がＣｕと不可避的不純物とからなり、ＮｉとＣｏとの合計量のＳｉに対する質量濃度比（Ｎｉ＋Ｃｏ）／Ｓｉが４以上５以下であり、ＮｉのＣｏに対する質量濃度比Ｎｉ／Ｃｏが０．５以上２以下であり、圧延加工の圧延方向に対して平行な断面における銅合金の結晶粒の長径ａと短径ｂとの比ａ／ｂが１．０以上２．５以下であると共に、長径ａと短径ｂとの相加平均値（ａ＋ｂ）／２が１０μｍ以下である銅合金が提供される。

また、上記銅合金は、Ｎｉは、１．０質量％以上２．５質量％以下含有され、Ｃｏは、０．５質量％以上２．０質量％以下含有され、Ｓｉは、０．３質量％以上１．０質量％以下含有され、Ｓｎは、０．０５質量％以上０．３質量％以下含有され、Ｚｎは、０．０５質量％以上０．５質量％以下含有されてもよい。

また、上記銅合金は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｂ、Ｇａ、及びＩｎからなる群から選択される少なくとも１種類の材料を総量で０．０３質量％以上０．３質量％以下、更に含有することもできる。

また、上記銅合金は、８００ＭＰａ以上の引張強さと、１０％以上の伸びと、５０％ＩＡＣＳ以上の導電率とを有することが好ましい。

また、本発明は、上記目的を達成するため、板材を呈する銅合金の製造方法であって、複数の金属元素を含む原料としての銅合金を準備する原料準備工程と、原料としての銅合金を溶製してインゴットを鋳造する鋳造工程と、インゴットに押出加工を施して板状部材を形成する押出加工工程と、板状部材を、板材の厚さよりも厚い厚さまで冷間圧延して第１の板材を形成する第１冷間圧延工程と、第１の板材に加熱処理を施した後、冷却する第１の熱処理工程と、第１の熱処理工程の後に、板材の厚さまで冷間圧延して第２の板材を形成する第２冷間圧延工程と、第２の冷間圧延工程の後に、第２の板材に加熱処理を施した後、冷却する第２の熱処理工程とを備える銅合金の製造方法が提供される。

また、上記銅合金の製造方法は、第１冷間圧延工程は、第１の板材の厚さが板材の１．１倍以上１．３倍以下の厚さになるまで冷間圧延し、第１の熱処理工程は、第１の板材に８００℃以上９００℃以下の温度の加熱処理を施した後、毎分２５℃以上の降温速度で３００℃まで冷却し、第２の熱処理工程は、第２の板材に４００℃以上５５０℃以下の温度の加熱処理を施した後、当該温度下で３０分以上８時間以下、保持してもよい。

また、上記銅合金の製造方法は、製造される銅合金は、Ｓｉと、Ｓｉと反応してシリコン化合物を形成するＮｉ及びＣｏと、銅合金に含まれる結晶粒の成長を抑制するＳｎ及びＺｎとを含有すると共に、残部がＣｕと不可避的不純物とからなり、ＮｉとＣｏとの合計量のＳｉに対する質量濃度比（Ｎｉ＋Ｃｏ）／Ｓｉが４以上５以下であり、ＮｉのＣｏに対する質量濃度比Ｎｉ／Ｃｏが０．５以上２以下であり、圧延加工の圧延方向に対して平行な断面における銅合金の結晶粒の長径ａと短径ｂとの比ａ／ｂが１．０以上２．５以下であると共に、長径ａと短径ｂとの相加平均値（ａ＋ｂ）／２が１０μｍ以下であることが好ましい。

また、上記銅合金の製造方法は、Ｎｉは、１．０質量％以上２．５質量％以下含有され、Ｃｏは、０．５質量％以上２．０質量％以下含有され、Ｓｉは、０．３質量％以上１．０質量％以下含有され、Ｓｎは、０．０５質量％以上０．３質量％以下含有され、Ｚｎは、０．０５質量％以上０．５質量％以下含有されることが好ましい。

また、上記銅合金の製造方法は、銅合金は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｂ、Ｇａ、及びＩｎからなる群から選択される少なくとも１種類の材料を総量で０．０３質量％以上０．３質量％以下、更に含有することが好ましい。

また、上記銅合金の製造方法は、第２の熱処理工程を経て製造される銅合金は、８００ＭＰａ以上の引張強さと、１０％以上の伸びと、５０％ＩＡＣＳ以上の導電率とを有することが好ましい。

本発明に係る銅合金及び銅合金の製造方法によれば、高強度及び良好な導電性を備えると共に、優れた曲げ加工性を備える銅合金及び銅合金の製造方法を提供できる。

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。

［実施の形態］
本実施の形態に係る銅合金は、一例として、圧延加工を経て製造される銅合金である。そして、当該銅合金は、シリコン（Ｓｉ）と、Ｓｉと反応してシリコン化合物（Ｓｉ化合物）を形成するニッケル（Ｎｉ）及びコバルト（Ｃｏ）と、当該銅合金に含まれる結晶粒の成長を抑制するスズ（Ｓｎ）及び亜鉛（Ｚｎ）とを含有すると共に、残部が銅（Ｃｕ）と不可避的不純物とから形成される。銅としては、無酸素銅が挙げられる。

また、本実施の形態において、Ｎｉの添加量とＣｏの添加量との合計量のＳｉの添加量に対する質量濃度比（Ｎｉ＋Ｃｏ）／Ｓｉが４以上５以下に制御されると共に、Ｎｉの添加量のＣｏの添加量に対する質量濃度比Ｎｉ／Ｃｏが０．５以上２以下に制御される。更に、圧延加工の圧延方向に対して平行な断面における当該銅合金の結晶粒の長径ａと短径ｂとの比ａ／ｂが１．０以上２．５以下に制御されると共に、長径ａと短径ｂとの相加平均値（ａ＋ｂ）／２が１０μｍ以下に制御される。また、本実施の形態に係る銅合金には、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｂ、Ｇａ、及びＩｎからなる群から選択される少なくとも１種類の材料を添加することもできる。

（Ｎｉ、Ｃｏ、及びＳｉについて）
Ｃｕ中にＮｉと、Ｃｏと、Ｓｉとを共に添加することにより、銅合金中にＳｉ化合物を析出させることができる。Ｓｉ化合物を銅合金中に分散、析出させることにより、銅合金の良好な導電率が維持されると共に、銅合金の強度が向上する。すなわち、本実施の形態に係る銅合金は、銅の母材中にＳｉ化合物が分散して存在することにより、銅の導電性を維持しつつ、銅合金の強度を向上させることができる。ここで、Ｎｉ、Ｃｏ、及びＳｉの質量濃度比（Ｎｉ＋Ｃｏ）／Ｓｉを特定の範囲に規定することにより、Ｃｕ中に添加したＮｉ、Ｃｏ、及び／又はＳｉがＣｕ中に元素単体として残存することを抑制できるので（すなわち、Ｃｕ中におけるこれらの元素の固溶量を抑制できる）、これらの元素がＣｕ中に単体で存在することに起因する銅合金の導電率の低下を抑制できる。

また、Ｎｉ及びＣｏの添加量は、銅合金が有する所望の強度と所望の導電率が実現できる範囲に規定される。すなわち、電子部品等への適用において十分な強度を有すると共に、銅の導電率と同程度の導電率を維持できる銅合金を提供することを目的として、１．０質量％以上２．５質量％以下のＮｉと、０．５質量％以上２．０質量％以下のＣｏとが銅合金に添加される。

また、Ｎｉ及びＣｏとＳｉとの間で形成されるＳｉ化合物により銅合金の強度を向上させて電子部品等へ適用しても十分な強度を有する銅合金を提供すると共に、銅と同程度の導電率を維持できる銅合金を提供することを目的として、０．３質量％以上１．０質量％以下のＳｉが銅合金に添加される。

また、質量濃度比（Ｎｉ＋Ｃｏ）／Ｓｉは、ＳｉとＮｉ及びＣｏとの間でＳｉ化合物が形成され、Ｓｉ化合物の形成に関与しないＳｉ、Ｎｉ、及びＣｏが実質的に銅合金中に残存しない範囲に規定される。すなわち、質量濃度比（Ｎｉ＋Ｃｏ）／Ｓｉを上記の範囲に規定することにより、Ｎｉ及びＣｏの添加量に対してＳｉの添加量が過剰になること、又はＳｉの添加量に対してＮｉ及びＣｏの添加量が過剰になることがない量のＳｉ、Ｎｉ、及びＣｏが銅合金に添加される。これにより、Ｓｉ化合物の形成に関与しないＳｉ、Ｎｉ、及びＣｏがＣｕ中に固溶することを抑制できるので、Ｃｕ中に固溶する金属元素に起因する銅合金の導電率の低下を抑制できる。

なお、Ｎｉの添加量のＣｏの添加量に対する質量濃度比は、銅合金の強度及び導電率が目的とする範囲内になるように規定される。すなわち、銅合金の強度を目的とする強度以上にすることを目的として、所定量以下のＣｏを銅合金に添加すると共に、銅合金の導電率を所定の導電率以上にすることを目的として、所定量以下のＮｉを銅合金に添加する。

（Ｓｎ、Ｚｎについて）
Ｃｕ中にＳｎを添加することにより、本実施の形態に係る銅合金の強度、ばね性、及び耐熱性が向上する。銅合金の耐熱性が向上することにより、高温下での銅合金の耐応力緩和性が改善される。なお、本実施の形態において高温とは、例えば、１５０℃以上１８０℃以下程度の温度である。また、ＳｎをＣｕ中に添加することにより、銅合金に高温の熱処理が施された場合に、銅合金を構成する金属結晶の結晶粒の成長が抑制される。これにより、銅合金を構成する金属結晶の粒径を、微細な粒径に維持できる。なお、本実施の形態において微細な粒径とは、例えば、１０μｍ以下程度の粒径である。

Ｃｕ中にＺｎを添加することにより、本実施の形態に係る銅合金の強度、ばね性、及び耐応力緩和性が向上する。また、Ｓｎと同様に、ＺｎをＣｕ中に添加することにより、銅合金を構成する金属結晶の結晶粒の成長が抑制される。また、銅合金中にＳｎ及びＺｎが含まれていることにより、電気部品材料に要求されるＳｎめっき密着性、はんだ濡れ性が改善される。

本実施の形態においては、銅合金の強度、ばね性、及び耐応力緩和性を十分に向上させると共に、銅と同程度の導電率を維持できる銅合金を提供することを目的として、０．０５質量％以上０．３質量％以下のＳｎが銅合金に添加される。また、銅合金の強度、ばね性の向上、Ｓｎめっきに対する密着性の向上、及びはんだ濡れ性の向上を図ると共に、銅と同程度の導電率を維持できる銅合金を提供することを目的として、０．０５質量％以上０．５質量％以下のＺｎが銅合金に添加される。

（銅合金を構成する結晶粒について）
銅合金の金属組織の結晶粒の大きさが微細であるほど、当該銅合金の曲げ加工性が向上する。ここで、通常の銅合金に圧延加工を施した場合、圧延加工が施された銅合金の金属組織の結晶粒が圧延方向に引き伸ばされた形状になる。そして、この銅合金に、圧延方向に平行な曲げ軸に沿って曲げ加工を施すと、銅合金に割れが生じる場合がある。

そこで、本実施の形態に係る銅合金の金属組織は、銅合金に曲げ加工を施した場合における割れの発生の抑制を目的として、異方性の小さい微細な結晶粒から構成される。具体的に、本実施の形態に係る銅合金は、圧延方向に平行な曲げ軸に沿って曲げ加工を施した場合に銅合金に割れが発生することを抑制すべく、圧延加工方向に対して平行な断面における銅合金の結晶粒の長径ａと短径ｂとの比ａ／ｂを１．０以上２．５以下に制御される。また、銅合金の良好な曲げ加工性を維持することを目的として、長径ａと短径ｂとの相加平均値（ａ＋ｂ）／２を、１０μｍ以下の範囲に制御される。本実施の形態に係る銅合金がこのような微細な結晶粒の金属組織を有することにより、銅合金の曲げ加工性が向上する。

また、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｂ、Ｇａ、及びＩｎからなる群から選択される少なくとも１種類の材料を銅合金に添加することにより、微細な結晶粒の金属組織からなる銅合金が得やすくなる。Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｂ、Ｇａ、及びＩｎからなる群から選択される少なくとも１種類の材料を銅合金に添加すると、当該銅合金に高温の熱処理を施して再結晶させた後に、熱処理後の銅合金の金属組織の結晶粒径が微細化される。これにより、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｂ、Ｇａ、及びＩｎからなる群から選択される少なくとも１種類の材料が添加されていない銅合金に比べて、これらの材料のうち少なくとも１種類の材料が添加された銅合金に対しては、広い温度範囲における熱処理を施しても微細な結晶粒の金属組織が形成される。

なお、結晶粒径の微細化により曲げ加工性の向上を目的として、総量で０．０３質量％以上のＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｂ、Ｇａ、及びＩｎからなる群から選択される少なくとも１種類の材料を銅合金に添加することが好ましい。また、銅合金の導電率を所定の導電率以上に維持することを目的として、総量で０．３質量％以下のＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｂ、Ｇａ、及びＩｎからなる群から選択される少なくとも１種類の材料を銅合金に添加することが好ましい。

（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工程の流れの一例を示す。

本実施の形態に係る銅合金の製造方法により製造される銅合金は、一例として、板形状を有する銅合金である。まず、銅、例えば、無酸素銅を母材として、当該母材に複数の金属元素（すなわち、Ｎｉ、Ｃｏ、及びＳｉ、並びに、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｂ、Ｇａ、及びＩｎからなる群から選択される少なくとも１種類の金属元素）が添加された原料としての銅合金を準備する（原料準備工程）。そして、この所定の組成を有する銅合金を無酸素銅を母材にして溶製することにより、銅合金からなるインゴットを鋳造する（鋳造工程：ステップ１０。以下、ステップを「Ｓ」と称する。）。次に、インゴットに押出加工を施して板状部材を形成する（押出加工工程：Ｓ２０）。

続いて、板状部材に冷間圧延を施して、第１の板材を形成する（第１冷間圧延工程：Ｓ３０）。第１の板材の厚さは、製造すべき板材の厚さよりも厚い厚さに制御する。具体的に、第１冷間圧延工程は、後述する第１の熱処理工程後の第２冷間圧延工程において、冷間圧延を施す材料に適切な量の格子欠陥を導入することを目的として、第１の板材の厚さが製造すべき板材の１．１倍以上１．３倍以下の厚さになるまで冷間圧延する。より具体的には、第１冷間圧延工程においては、第１の熱処理工程後の第２冷間圧延工程での板材の伸びの低下を抑制して良好な曲げ加工性を確保することを目的として、１．３倍以下の厚さまで冷間圧延する。また、第１冷間圧延工程においては、第２冷間圧延工程において導入される格子欠陥が少ないことに起因する、製造されるべき板材の耐力の低下の抑制を目的として、１．１倍以上の厚さまで冷間圧延する。

次に、第１の板材に加熱処理を施した後、加熱処理後の第１の板材を冷却する（第１の熱処理工程：Ｓ４０）。具体的に、第１の熱処理工程は、溶体化（すなわち、複数の金属元素、例えば、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＳｉをＣｕ中に十分に固溶させる処理）を目的としており、第１の板材に８００℃以上９００℃以下の温度の加熱処理を施した後、毎分２５℃以上の降温速度で３００℃まで冷却する。なお、降温速度は毎分２５℃以上である限り上限を設けることを要さない。すなわち、冷却中の第１の板材中に析出物が生じること、及び仮に析出物が生じたとしても当該析出物の粗大化を抑制して機械的強度の弱い箇所の残存を抑制することを目的として、第１の熱処理工程における降温は急冷であることが好ましい。詳細には、第１の熱処理工程は、溶体化を十分に進行させることを目的として、加熱処理の温度を８００℃以上に設定すると共に、加熱処理により生成される結晶粒の粗大化により製造される銅合金の曲げ加工性の低下を抑制すべく９００℃以下の温度に設定する。そして、第１の熱処理工程は、冷却中の第１の板材中に粗大な析出物が再形成されることを防止すべく、降温速度を毎分２５℃以上に規定することが好ましい。

第１の熱処理工程の後に、製造すべき板材の厚さ（すなわち、最終板厚）まで冷間圧延して第２の板材を形成する（第２冷間圧延工程：Ｓ５０）。続いて、第２の板材に、時効を目的とした第２の熱処理を施す。すなわち、第２の熱処理工程は、銅合金中に微細な析出物を形成することで、銅合金の導電率及び強度を向上させる。具体的には、第２の冷間圧延工程を経て得られる第２の板材に加熱処理を施した後、冷却する（第２の熱処理工程：Ｓ６０）。より具体的に、第２の熱処理工程は、第２の板材に４００℃以上５５０℃以下の温度の加熱処理を施した後、当該温度下において第２の板材を、３０分以上８時間以下、保持する。

なお、第２の熱処理工程における加熱処理の温度が５５０℃を超えると共に、保持時間が８時間を超える場合、銅合金中に析出する析出物が粗大化して、製造される銅合金の強度が低下する。また、第２の熱処理工程における加熱処理の温度が４００℃未満の場合、及び保持時間が３０分未満の場合、銅合金中に析出物が十分に析出しないので、製造される銅合金の導電率及び強度は十分な導電率及び強度にならない。

以上の工程を経ることにより、異方性の小さな結晶粒を有する銅合金を製造することができる。

（実施の形態の効果）
本実施の形態に係る銅合金は上記のような構成を備えるので、８００ＭＰａ以上の引張強さ、１０％以上の伸び、５０％ＩＡＣＳ以上の導電率を有すると共に、金属組織の異方性が小さいことに起因する曲げ加工性の優れた高強度・高導電性の銅合金を提供できる。例えば、本実施の形態に係る銅合金は、優れた強度に加えて、良好な曲げ加工性を備えるので、端子、コネクタ、リレー、スイッチ等の電気・電子部品用（例えば、小型化された電気・電子部品用）の材料に用いることができる。

また、本実施の形態に係る銅合金は、少なくとも従来のりん青銅、従来のＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金等の銅合金よりも良好な強度、ばね性、導電性を有すると共に、優れた曲げ加工性を有しているので、当該銅合金から形成される電子部品の設計の自由度を拡大することができる。

実施の形態に基づいて製造した実施例１〜１１に係る銅合金と、比較例１〜１６に係る銅合金とについて説明する。

（実施例１）
実施例１に係る銅合金は以下のようにして製造した。まず、１．５質量％のＮｉと、１．２質量％のＣｏと、０．６質量％のＳｉと、０．１５質量％のＳｎと、０．１５質量％のＺｎと、残部が無酸素銅及び不可避的不純物とからなる銅合金を母材にして、高周波溶解炉において溶製することにより、直径３０ｍｍ、長さ２５０ｍｍのインゴットを鋳造した（鋳造工程）。次に、得られたインゴットを９００℃で押出加工することにより幅２０ｍｍ、長さ８ｍｍの板状部材を製造した（押出加工工程）。更に、この板状部材に冷間圧延加工を施して、厚さ０．３ｍｍの第１の板材を形成した（第１冷間圧延工程）。

次に、第１の板材に８５０℃、１０分間の加熱処理を施した後、水中に投入して約３００℃／分の降温速度で室温（約２０℃）まで第１の板材を冷却した（第１の熱処理工程）。続いて、第１の板材に冷間圧延加工を施して、０．２５ｍｍの厚さの第２の板材を製造して（第２冷間圧延工程）、第２の板材に、４７０℃、２時間の第２の熱処理を施すことにより（第２の熱処理工程）、実施例１（試料Ｎｏ．１）に係る銅合金を製造した。

以上のようにして製造した実施例１に係る銅合金の引張強さ、伸び、導電率の各特性値を測定した。引張強さ及び伸びについてはＪＩＳＺ２２４１に準拠して測定した。また、導電率は、ＪＩＳＨ０５０５に準拠して測定した。その結果、実施例１に係る銅合金の引張強さは８２６ＭＰａであり、伸びは１２％であり、導電率は５３％ＩＡＣＳであった。

（実施例２〜１１）
表１に示す組成を有するインゴットを実施例１に係るインゴットと同様に鋳造した。そして、鋳造して得られたインゴットから、実施例１と同様の工程により実施例２〜１１（試料Ｎｏ．２〜１１）に係る厚さが０．２５ｍｍの銅合金を製造した。そして、実施例２〜１１に係る銅合金のそれぞれについて、実施例１と同様にして引張強さ、伸び、及び導電率の各特性値を測定した。測定結果を表２に示す。

表２を参照すると分かるように、実施例１〜１１に係る銅合金はすべて、優れた引張強さ、伸び、及び導電率を示した。

また、実施例１〜１１に係る銅合金について、圧延加工方向に対して平行な断面の結晶組織を観察した。具体的には、実施例１〜１１に係る銅合金をＪＩＳＨ０５０１に規定された切断方法で切断して、その切断面において観察される結晶粒の長径ａ及び短径ｂを測定した。そして、長径の短径に対する比ａ／ｂと平均値（ａ＋ｂ）／２とを算出した。更に、実施例１〜１１に係る銅合金について、曲げ加工についての異方性を確認することを目的として曲げ試験を実施した。曲げ試験の試験方法は、ＪＩＳＨ３１１０に規定されたＷ曲げ試験に準拠して実施した。すなわち、銅合金を曲げ半径０ｍｍで９０度に曲げ、曲げ部分の表面を観察することにより亀裂の発生の有無を観察した。ここで、曲げ軸の方向が圧延方向に直角になるように曲げた場合、及び圧延方向に平行になるように曲げた場合のそれぞれについて観察して異方性の有無を確認した。測定結果を表３に示す。

実施例１〜１１に係る銅合金はすべて、圧延方向に平行な方向と圧延方向に直角な方向との双方について、良好な曲げ加工性を有することが確認された。特に、実施例１に係る銅合金に対して、０．０５質量％のＴｉを更に添加した実施例６に係る銅合金、０．０５質量％のＺｒを更に添加した実施例７に係る銅合金、０．０５質量％のＨｆを更に添加した実施例８に係る銅合金、０．０５質量％のＢを更に添加した実施例９に係る銅合金、０．０５質量％のＧａを更に添加した実施例１０に係る銅合金、及び０．０５質量％のＩｎを更に添加した実施例１１に係る銅合金はいずれも、結晶粒の微細化が顕著であり、これらの金属元素の添加により、強度と曲げ加工性との双方を更に向上させることができることが示された。

（比較例）
比較例１〜１０（試料Ｎｏ．１２〜２１）に係る銅合金として、表１に示した組成を有するインゴットをそれぞれ鋳造した。そして、実施例と同様に、インゴットに所定の加工、熱処理等を施して、厚さ０．２５ｍｍの比較例１〜１０に係る銅合金を製造した。そして、比較例１〜１０に係る銅合金のそれぞれについて、実施例と同様にして、引張強さ、伸び、及び導電率の各特性値を測定した。測定結果を表２に示す。

比較例１及び比較例２に係る銅合金は、本実施の形態に係る銅合金のＮｉ、Ｃｏ、及びＳｉの含有量の範囲外の量のＮｉ、Ｃｏ、及びＳｉを含有する銅合金である。そして、比較例１に係る銅合金は、Ｎｉ、Ｃｏ、及びＳｉの含有量が少ないことに起因して、十分な引張強さが得られなかった。また、比較例２に係る銅合金においては、Ｎｉ、Ｃｏ、及びＳｉの含有量が多いことに起因して、銅合金の導電率が低下した。

比較例３及び比較例４に係る銅合金は、本実施の形態に係る銅合金のＮｉとＣｏとの合計量とＳｉの量との比率の範囲外の量のＮｉ、Ｃｏ、及びＳｉを含有する銅合金である。表２に示すように、比較例３及び比較例４に係る銅合金の特性を参照すると、ＮｉとＣｏとの合計量がＳｉの量より過剰になった場合、及びＳｉの量がＮｉとＣｏとの合計量より過剰になった場合のいずれも、導電率が悪化すると共に、良好な引張強さが得られないことが示された。

比較例５及び比較例６に係る銅合金は、本実施の形態に係る銅合金のＮｉの量とＣｏの量との比率の範囲外の量のＮｉ、及びＣｏを含有する銅合金である。表２に示すように、比較例５及び比較例６に係る銅合金の特性を参照すると、Ｎｉの量がＣｏの量に対して過剰になると導電率が低下することが示され、Ｃｏの量がＮｉの量に対して過剰になると十分な引張強さが得られないことが示された。

比較例７〜比較例９に係る銅合金は、本実施の形態に係る銅合金のＳｎの量とＺｎの量との範囲外の量のＳｎ、及びＺｎを含有する銅合金である。表２に示すように、比較例７〜９に係る銅合金の特性を参照すると、Ｓｎ及びＺｎを含まない比較例７に係る銅合金は引張強さが不足していることが示され、Ｓｎ及びＺｎを実施例１〜１１に比べて過剰に含有している比較例８及び比較例９に係る銅合金は、導電率が悪化していることが示された。また、比較例１０に係る銅合金は、添加するＴｉの量が実施例に比べて過剰である銅合金である。表２を参照すると、比較例１０に係る銅合金の導電率の悪化が顕著であることが示された。

続いて、実施例１に係る銅合金の製造条件を所定の製造条件に代えて製造した比較例１１〜１６（試料Ｎｏ．２２〜２７）に係る銅合金について説明する。具体的に、実施例１に係る銅合金と同一のインゴットを鋳造した。そして、第１の熱処理工程の前の冷間圧延材（すなわち、熱処理を施す前の第１の板材）と第２の熱処理後の最終材（すなわち、最終的に製造される銅合金）との板厚比（以下、「熱処理前と最終材との板厚比」という）、第１の熱処理工程の加熱条件、及び第２の熱処理工程の加熱条件を表４に示す条件で実施することにより、比較例１１〜１６に係る銅合金をそれぞれ製造した。

比較例１１〜１６に係る銅合金のそれぞれについて実施例と同様に引張強さ、導電率の各特性値を測定した。また、圧延加工方向に平行な断面における金属組織の結晶粒の長径及び短径を測定して、長径の短径に対する比ａ／ｂ、及び平均値（ａ＋ｂ）／２を算出した。更に、実施例と同様にしてＷ曲げ試験によって曲げ加工性を確認した。これらの測定結果を表５に示す。

比較例１１及び比較例１２に係る銅合金は、熱処理前と最終材との板厚比が本実施の形態に係る銅合金の製造方法における１．１倍以上１．３倍以下の範囲から外れた条件で製造された銅合金である。表５を参照すると、比較例１１のように熱処理前の板厚（すなわち、熱処理を施す前の第１の板材の厚さ）が薄いと、不十分な引張強さを有する銅合金になることが示された。また、比較例１２のように熱処理を施す前の第１の板材の厚さが厚いと、第２の冷間圧延工程において結晶粒が大きく変形することに起因して、結晶粒の長径の短径に対する比率が、本実施の形態の範囲外になる。これにより、比較例１２においては、曲げ試験において、特に、圧延方向に平行な曲げ軸に沿って銅合金を曲げたときに割れが発生した。

比較例１３及び比較例１４に係る銅合金は、第１の熱処理工程の加熱温度を、本実施の形態に係る銅合金の製造方法における温度範囲外の温度にして製造された銅合金である。表５を参照すると、第１の熱処理工程の加熱温度が本実施の形態における加熱温度よりも低いと、十分な強度を有した銅合金が得られず、第１の熱処理工程の加熱温度が本実施の形態における加熱温度よりも高いと、結晶粒径が大きくなることに起因して曲げ試験における割れが発生しやすいことが示された。

比較例１５及び比較例１６に係る銅合金は、第２の熱処理工程の加熱温度を、本実施の形態に係る銅合金の製造方法における温度範囲外の温度にして製造された銅合金である。表５を参照すると、第２の熱処理工程の加熱温度が本実施の形態における加熱温度よりも低いと、導電率が低いと共に不十分な引張強さを有する銅合金が製造され、第１の熱処理工程の加熱温度が本実施の形態における加熱温度よりも高いと、結晶粒径が大きくなると共に、不十分な引張強さを有する銅合金が製造されることが示された。

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。

Claims

圧延加工を経て製造される銅合金であって、
Ｓｉと、前記Ｓｉと反応してシリコン化合物を形成するＮｉ及びＣｏと、前記銅合金に含まれる結晶粒の成長を抑制するＳｎ及びＺｎとを含有すると共に、残部がＣｕと不可避的不純物とからなり、
前記Ｎｉと前記Ｃｏとの合計量の前記Ｓｉに対する質量濃度比（Ｎｉ＋Ｃｏ）／Ｓｉが４以上５以下であり、
前記Ｎｉの前記Ｃｏに対する質量濃度比Ｎｉ／Ｃｏが０．５以上２以下であり、
前記圧延加工の圧延方向に対して平行な断面における前記銅合金の結晶粒の長径ａと短径ｂとの比ａ／ｂが１．０以上２．５以下であると共に、前記長径ａと前記短径ｂとの相加平均値（ａ＋ｂ）／２が１０μｍ以下である銅合金。
前記Ｎｉは、１．０質量％以上２．５質量％以下含有され、
前記Ｃｏは、０．５質量％以上２．０質量％以下含有され、
前記Ｓｉは、０．３質量％以上１．０質量％以下含有され、
前記Ｓｎは、０．０５質量％以上０．３質量％以下含有され、
前記Ｚｎは、０．０５質量％以上０．５質量％以下含有される請求項１に記載の銅合金。
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｂ、Ｇａ、及びＩｎからなる群から選択される少なくとも１種類の材料を総量で０．０３質量％以上０．３質量％以下、更に含有する請求項２に記載の銅合金。
８００ＭＰａ以上の引張強さと、１０％以上の伸びと、５０％ＩＡＣＳ以上の導電率とを有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の銅合金。
板材を呈する銅合金の製造方法であって、
複数の金属元素を含む原料としての銅合金を準備する原料準備工程と、
前記原料としての銅合金を溶製してインゴットを鋳造する鋳造工程と、
前記インゴットに押出加工を施して板状部材を形成する押出加工工程と、
前記板状部材を、前記板材の厚さよりも厚い厚さまで冷間圧延して第１の板材を形成する第１冷間圧延工程と、
前記第１の板材に加熱処理を施した後、冷却する第１の熱処理工程と、
前記第１の熱処理工程の後に、前記板材の厚さまで冷間圧延して第２の板材を形成する第２冷間圧延工程と、
前記第２の冷間圧延工程の後に、前記第２の板材に加熱処理を施した後、冷却する第２の熱処理工程と
を備える銅合金の製造方法。
前記第１冷間圧延工程は、前記第１の板材の厚さが前記板材の１．１倍以上１．３倍以下の厚さになるまで冷間圧延し、
前記第１の熱処理工程は、前記第１の板材に８００℃以上９００℃以下の温度の加熱処理を施した後、毎分２５℃以上の降温速度で３００℃まで冷却し、
前記第２の熱処理工程は、前記第２の板材に４００℃以上５５０℃以下の温度の加熱処理を施した後、当該温度下で３０分以上８時間以下、保持する請求項５に記載の銅合金の製造方法。
製造される前記銅合金は、Ｓｉと、前記Ｓｉと反応してシリコン化合物を形成するＮｉ及びＣｏと、前記銅合金に含まれる結晶粒の成長を抑制するＳｎ及びＺｎとを含有すると共に、残部がＣｕと不可避的不純物とからなり、
前記Ｎｉと前記Ｃｏとの合計量の前記Ｓｉに対する質量濃度比（Ｎｉ＋Ｃｏ）／Ｓｉが４以上５以下であり、
前記Ｎｉの前記Ｃｏに対する質量濃度比Ｎｉ／Ｃｏが０．５以上２以下であり、
前記圧延加工の圧延方向に対して平行な断面における前記銅合金の結晶粒の長径ａと短径ｂとの比ａ／ｂが１．０以上２．５以下であると共に、前記長径ａと前記短径ｂとの相加平均値（ａ＋ｂ）／２が１０μｍ以下である請求項６に記載の銅合金の製造方法。
前記Ｎｉは、１．０質量％以上２．５質量％以下含有され、
前記Ｃｏは、０．５質量％以上２．０質量％以下含有され、
前記Ｓｉは、０．３質量％以上１．０質量％以下含有され、
前記Ｓｎは、０．０５質量％以上０．３質量％以下含有され、
前記Ｚｎは、０．０５質量％以上０．５質量％以下含有される請求項７に記載の銅合金の製造方法。
前記銅合金は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｂ、Ｇａ、及びＩｎからなる群から選択される少なくとも１種類の材料を総量で０．０３質量％以上０．３質量％以下、更に含有する請求項８に記載の銅合金の製造方法。
前記第２の熱処理工程を経て製造される前記銅合金は、８００ＭＰａ以上の引張強さと、１０％以上の伸びと、５０％ＩＡＣＳ以上の導電率とを有する請求項５〜９のいずれか１項に記載の銅合金の製造方法。