JP5643503B2

JP5643503B2 - Ｃｕ−Ｓｉ−Ｎｉ系銅合金材

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Publication number: JP5643503B2
Application number: JP2009264089A
Authority: JP
Inventors: 室賀　岳海; 岳海室賀; 登萩原; 聡至関
Original assignee: 株式会社Ｓｈカッパープロダクツ
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2029-11-19
Also published as: CN102071334A; JP2011106005A

Description

本発明は、銅合金材に関する。特に、本発明は、曲げ加工性に優れた銅合金材に関する。

近年、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望まれている。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おり、高いばね性の確保には、材料の強度、及び耐力を十分に高めることを要する。

更に、部品の小型化に伴い、従来より小型で、かつ複雑な形状の部品を一体成形で製作する要求もあり、より厳しい条件の曲げ加工に適用できる材料が強く求められている。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。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、良好な導電性を有すると共に、良好な導電性を有することが求められている。

この要求に応じ、従来、固溶強化型銅合金（例えば、リン青銅、黄銅等）に代わり、析出強化型銅合金（例えば、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系のコルソン合金、チタン銅等）が用いられている。特にＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金は、高強度特性を有すると共に、比較的、高い導電率を有する。ただし、一般的に強度と曲げ加工性とは相反する特性であり、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金等においても高強度を保ちつつ曲げ加工性の改善が要求されている。

曲げ加工性の改善方法として、例えば、ＺｎとＳｎとを含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成の銅合金材であって、銅合金材の材料表面のＸ線回折強度から、Ｓ（ＮＤ）＝（Ｉ／Ｃｕ｛３１１｝＋Ｉ／Ｃｕ｛２００｝）÷（Ｉ／Ｃｕ｛２２０｝＋Ｉ／Ｃｕ｛１１１｝）により定まるパラメータ（ただし、式中のＩ／Ｃｕ｛ａｂｃ｝は測定試料の｛ａｂｃ｝面回折強度Ｉ_{｛ａｂｃ｝}と標準銅試料の｛ａｂｃ｝面回折強度Ｃｕ_{｛ａｂｃ｝}の比：Ｉ_{｛ａｂｃ｝}／Ｃｕ_{｛ａｂｃ｝}を表す）が０．３≦Ｓ（ＮＤ）≦０．５を満たし、かつ、当該銅合金材をその展伸方向と直角方向とに１８０°曲げ加工したときの加工可能な最小曲げ半径Ｒとその時の板材厚さｔとの比Ｒ／ｔが、Ｒ／ｔ≦１．０を満たす銅合金材が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、Ｎｉと、Ｓｉと、Ｍｇとを含み、残部がＣｕと不可避不純物とからなり、板表面における｛２００｝面からのＸ線回折強度をＩ｛２００｝、｛３１１｝面からのＸ線回折強度をＩ｛３１１｝、｛２２０｝面からのＸ線回折強度をＩ｛２２０｝としたとき、［Ｉ｛２００｝＋Ｉ｛３１１｝］／Ｉ｛２２０｝≧０．５を満たす電子部品用銅合金板が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特許文献１に記載の銅合金材は上記構成を備えるので、従来の黄銅、リン青銅等に比較して、成形加工性、耐環境性、耐熱性等を向上させることができる。また、特許文献２に記載の電子部品用銅合金板は上記構成を備えるので、優れた耐力、導電率、耐応力緩和特性、及び加工性を有する電子部品用材料を提供することができる。

特許第４２９６３４４号公報特許第３７３９２１４号公報

しかし、銅合金材の圧延面の表面に対してＸ線回折の２θ／θ測定により測定される結晶面は、一般に、｛１１１｝、｛００２｝、｛０２２｝、｛１１３｝、｛１３３｝、｛０２４｝であるものの、特許文献１に記載の銅合金材、及び特許文献２に記載の電子部品用銅合金板においては、これらの一部の結晶面についてしか制御していないので、銅合金材の曲げ加工性を適切に制御できない場合がある。すなわち、特許文献１及び特許文献２に記載の技術においては、銅合金材の曲げ加工性の向上に限界がある。

したがって、本発明の目的は、高強度、高耐力、高導電率、及び良好な曲げ加工性を有する銅合金材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、複数の結晶面を有する圧延面を備え、圧延面と複数の結晶面とは平行であり、複数の結晶面は、｛１１１｝、｛００２｝、｛０２２｝、｛１１３｝、｛０２４｝を含み、圧延面の表面からのＸ線回折で最大のＸ線回折強度を有する結晶面の強度を基準にした場合における複数の結晶面の相対強度をそれぞれ、Ｉ｛１１１｝、Ｉ｛００２｝、Ｉ｛０２２｝、Ｉ｛１１３｝、Ｉ｛０２４｝とし、銅標準粉末のＸ線回折で最大のＸ線回折強度を有する結晶面の強度を基準にした場合における複数の結晶面の相対強度をそれぞれ、Ｉ_０｛１１１｝、Ｉ_０｛００２｝、Ｉ_０｛０２２｝、Ｉ_０｛１１３｝、Ｉ_０｛０２４｝とした場合に、［Ｉ｛１１１｝／Ｉ_０｛１１１｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］≧０．１５、かつ、［Ｉ｛００２｝／Ｉ_０｛００２｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］≧０．２０、かつ、［Ｉ｛１１３｝／Ｉ_０｛１１３｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］≧０．６０、かつ、［Ｉ｛０２４｝／Ｉ_０｛０２４｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］≧０．１５
の関係を満たす銅合金材が提供される。

また、上記銅合金材は、Ｎｉと、Ｓｉとを含み、残部がＣｕ及び不可避的不純物から形成されることが好ましい。

また、上記銅合金材は、Ｚｎ、Ｓｎ、及びＰからなる群から選択される少なくとも１つの元素と、Ｎｉと、Ｓｉとを含み、残部がＣｕ及び不可避的不純物から形成されてもよい。

本発明に係る銅合金材によれば、高強度、高耐力、高導電率、及び良好な曲げ加工性を有する銅合金材を提供できる。

Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材のＸ線回折チャートである。本発明の実施の形態に係る銅合金材の製造工程の流れを示す図である。本発明の実施の形態の変形例に係る銅合金材の製造工程の流れを示す図である。実施例１に係る銅合金材に対応するＸ線回折結果のチャートである。実施例２に係る銅合金材に対応するＸ線回折結果のチャートである。実施例３に係る銅合金材に対応するＸ線回折結果のチャートである。実施例４に係る銅合金材に対応するＸ線回折結果のチャートである。実施例５に係る銅合金材に対応するＸ線回折結果のチャートである。実施例６に係る銅合金材に対応するＸ線回折結果のチャートである。比較例１に係る銅合金材に対応するＸ線回折結果のチャートである。比較例２に係る銅合金材に対応するＸ線回折結果のチャートである。比較例３に係る銅合金材に対応するＸ線回折結果のチャートである。比較例４に係る銅合金材に対応するＸ線回折結果のチャートである。比較例５に係る銅合金材に対応するＸ線回折結果のチャートである。比較例６に係る銅合金材に対応するＸ線回折結果のチャートである。

（発明者が得た知見）
本発明の実施の形態に係る銅合金材は、本発明者が得た以下の知見に基づく。すなわち、本発明者は、良好な曲げ加工性を発揮する銅合金材料について、合金材料の結晶方位制御の観点に基づいて鋭意研究した結果得た以下の知見に基づく。

具体的に、圧延工程を経て製造される銅合金材は、圧延面に複数の結晶面を有して製造される。そして、銅合金材の圧延面に平行な複数の結晶のうち、｛１１１｝、｛００２｝、｛０２２｝、｛１１３｝、｛０２４｝のＸ線回折測定における相対的な回折強度と、銅標準粉末の相対的な回折強度との比を所定の計算式で計算した値が所定の範囲内になるように銅合金材の製造を制御することにより、本来相反する高い強度と良好な曲げ加工性とを両立した銅合金材を得られるという知見を本発明者が得たことに基づく。

以下の実施の形態では、合金材である銅合金材のうち、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材を一例として説明する。

（実施の形態の要約）
複数の結晶面を有する圧延面を備える銅合金材において、前記圧延面と前記複数の結晶面とは平行であり、前記複数の結晶面は、｛１１１｝、｛００２｝、｛０２２｝、｛１１３｝、｛０２４｝を含み、前記圧延面の表面からのＸ線回折で最大のＸ線回折強度を有する結晶面の強度を基準にした場合における前記複数の結晶面の相対強度をそれぞれ、Ｉ｛１１１｝、Ｉ｛００２｝、Ｉ｛０２２｝、Ｉ｛１１３｝、Ｉ｛０２４｝とし、銅標準粉末のＸ線回折で最大のＸ線回折強度を有する結晶面の強度を基準にした場合における前記複数の結晶面の相対強度をそれぞれ、Ｉ_０｛１１１｝、Ｉ_０｛００２｝、Ｉ_０｛０２２｝、Ｉ_０｛１１３｝、Ｉ_０｛０２４｝とした場合に、
［Ｉ｛１１１｝／Ｉ_０｛１１１｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］≧０．１５
かつ
［Ｉ｛００２｝／Ｉ_０｛００２｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］≧０．２０
かつ
［Ｉ｛１１３｝／Ｉ_０｛１１３｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］≧０．６０
かつ
［Ｉ｛０２４｝／Ｉ_０｛０２４｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］≧０．１５
の関係を満たす銅合金材が提供される。

［実施の形態］
（銅合金材の概要）
本発明の実施の形態に係るＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材は、圧延工程を経て製造される銅合金材であって、圧延工程によって形成される圧延面を備える。そして、当該圧延面は、圧延面に平行な複数の結晶面を有する。Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材の複数の結晶面のうち、Ｘ線回折によって測定される結晶回折面の｛１１１｝、｛００２｝、｛０２２｝、｛１１３｝、｛０２４｝それぞれの回折強度と、Ｘ線回折によって測定される銅標準粉末の｛１１１｝、｛００２｝、｛０２２｝、｛１１３｝、｛０２４｝とに注目する。

具体的には、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材のＸ線回折で最大強度を有する結晶面の強度を基準（例えば、１００に設定する）とした場合に、｛１１１｝、｛００２｝、｛０２２｝、｛１１３｝、｛０２４｝それぞれの相対強度をＩ｛１１１｝、Ｉ｛００２｝、Ｉ｛０２２｝、Ｉ｛１１３｝、Ｉ｛０２４｝とする。同様に、銅標準粉末のＸ線回折で最大強度を有する結晶面の強度を基準（例えば、１００に設定する）とした場合に、｛１１１｝、｛００２｝、｛０２２｝、｛１１３｝、｛０２４｝それぞれの相対強度をＩ_０｛１１１｝、Ｉ_０｛００２｝、Ｉ_０｛０２２｝、Ｉ_０｛１１３｝、Ｉ_０｛０２４｝とする。

そして、本実施の形態に係るＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材は、以下の４つの式をすべて満たす。

［Ｉ｛１１１｝／Ｉ_０｛１１１｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］≧０．１５・・・（式１）

［Ｉ｛００２｝／Ｉ_０｛００２｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］≧０．２０・・・（式２）

［Ｉ｛１１３｝／Ｉ_０｛１１３｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］≧０．６０・・・（式３）

［Ｉ｛０２４｝／Ｉ_０｛０２４｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］≧０．１５・・・（式４）

なお、銅合金材におけるＸ線回折による結晶回折面には｛１３３｝も存在するが、本実施の形態において｛１３３｝についての制約はない。すなわち、｛１３３｝は、曲げ加工性の改善（つまり、高強度と良好な曲げ加工性との両立）には実質的に関与しない結晶面（つまり、曲げ加工性への影響が極めて小さい結晶面）であるので、本実施の形態において｛１３３｝のＸ線回折強度については規定しない。

ここで、結晶面の表記方法｛ｈｋｌ｝（ただし、ｈ、ｋ、ｌは整数）は、等価な対称性を有する結晶面のすべてを表す。具体的に、本実施の形態に係るＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金を構成する、銅、銅合金等の結晶構造は立方晶系であるので、｛ｈｋｌ｝と｛ｋｈｌ｝と｛ｋｌｈ｝とは互いに等価な結晶面である。例えば、｛１１３｝面と表記した場合、（１１３）面、（１３１）面、（０３１１）面、（−１１３）面、（１−１３）面、（１１−３）面、（−１３１）面、（１−３１）面、（１３−１）面、（−３１１）面、（３−１１）面、及び（３１−１）面のすべてを表している。

また、本実施の形態に係るＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材は、Ｎｉと、Ｓｉとを含み、残部がＣｕ及び不可避的不純物から形成される。具体的に銅合金材は、２．０重量％以上３．５重量％以下のＮｉを含み、０．３５重量％以上０．８５重量％以下のＳｉを含み、残部がＣｕと不可避的不純物とからなる。

なお、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材は上記例に限られず、Ｚｎ、Ｓｎ、及びＰからなる群から選択される少なくとも１つの元素と、Ｎｉと、Ｓｉとを含み、残部がＣｕ及び不可避的不純物から形成することもできる。具体的に、当該銅合金材は、２．０重量％以上３．５重量％以下のＮｉを含み、０．３５重量％以上０．８５重量％以下のＳｉを含み、Ｚｎ、Ｓｎ、及びＰからなる群から選択される少なくとも１つの元素を合計３．０重量％以下含むと共に、残部がＣｕ及び不可避的不純物から形成される。

（Ｘ線回折測定について）
図１は、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材のＸ線回折チャートの一例を示す。

図１を参照すると、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材のＸ線回折チャートにおいては、｛１１１｝、｛００２｝、｛０２２｝、｛１１３｝、｛１３３｝、及び｛０２４｝の各面に対応する角度にピークが測定される。

表１は、銅標準粉末のＪＣＰＤＳカードに示された結晶面と回折強度との対応を示す。ＪＣＰＤＳカードにおける銅結晶の各結晶面の回折強度は、回折強度が最大である結晶面の回折強度を１００とした場合における相対強度で表記されている。本実施の形態に係るＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材においても、Ｘ線回折強度が最大である結晶面の回折強度を１００として計算する。なお、後述する実施例においても同様である。

また、Ｘ線回折測定の条件は、以下の条件である。なお、後述する実施例におけるＸ線回折の条件も以下と同一である。

Ｘ線回折装置：ＵｌｔｉｍａＩＶ（株式会社リガク製）
対陰極（ターゲット）：Ｃｕ
管電圧：４０ｋＶ
管電流：４０ｍＡ
測定モード：２θ／θ
測定角度範囲（２θ）：４０°〜１５０°
測定ステップ幅：０．０１°
測定速度：２°／分
発散スリット：２／３°
受光スリット：０．６ｍｍ
試料サイズ：約３０ｍｍ×約３０ｍｍ

（銅合金材の製造工程）
図２は、本発明の実施の形態に係る銅合金材の製造工程の流れの一例を示す。

まず、製造する銅合金材に含まれるべき元素の原料と、純銅若しくは無酸素銅とを準備する。準備する原料の量は、製造する銅合金材に含まれる元素の組成比に応じた量である。そして、高周波溶解炉において準備した原料及び純銅若しくは無酸素銅を溶解させ、銅合金の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、銅合金からなるインゴットを熱間圧延加工することにより、銅合金の板材を製造する（熱間圧延工程：Ｓ２０）。続いて、銅合金の板材を冷間圧延する。本実施の形態においては、複数回、銅合金の板材に冷間圧延加工を施す（冷間圧延工程：Ｓ３０）。

ここで、本実施の形態においては、冷間圧延工程に含まれる複数の冷間圧延パスの各条件を圧延速度とロール径とのバランスを調整して制御する。具体的には、圧延ロールと材料との接触面における中立点の位置を制御する（なお、中立点についての詳細は、塑性加工技術シリーズ７「板圧延」日本塑性加工学会編，コロナ社，ｐ．１４，ｐ．２６〜２９を参照）。より具体的には、中立点の位置が、接触面において当該接触面の圧延方向の２分の１の位置より前方方向（すなわち、進行方向に対して前方側）に位置するように、１パス毎に制御しつつ圧延する。更に、本実施の形態においては、中立点の位置が、接触面の圧延方向の２分の１の位置より後方方向に位置するように制御する条件を組み合わせる。これにより、本実施の形態においては、製造される銅合金の板材の圧延面における各結晶面の割合を制御できる。

次に、冷間圧延工程を経た銅合金の板材に、溶体化処理を施す（溶体化処理工程：Ｓ４０）。続いて、様態化処理が施された銅合金の板材に、時効処理を施す（時効処理工程：Ｓ５０）。更に、時効処理が施された銅合金の板材に仕上げの冷間圧延加工を施す（仕上げ冷間圧延工程：Ｓ６０）。この仕上げ冷間圧延工程においても、上記の冷間圧延工程（Ｓ３０）と同様に、１パス毎の圧延において中立点の位置を制御することができる。以上の工程を経ることにより、本実施の形態に係るＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材が得られる。

なお、冷間圧延工程（Ｓ３０）及び仕上げ冷間圧延工程（Ｓ６０）における「中立点」の位置の制御は、Ｋａｒｍａｎの理論（なお、Ｋａｒｍａｎの理論についての詳細は、塑性加工技術シリーズ７「板圧延」日本塑性加工学会編，コロナ社，ｐ．２６〜２９を参照）に基づいて計算することのできる圧延条件で圧延する。また、中立点を計測することは実際には困難なので、実際の圧延において、１パス毎に計算した加工度で制御されている場合に、中立点の制御がなされているとすることができる。

（実施の形態の変形例の製造方法）
図３は、本発明の実施の形態の変形例に係る銅合金材の製造工程の流れの一例を示す。

実施の形態の変形例に係る銅合金材の製造工程は、溶体化処理工程後の工程が異なる点を除き、同一の工程を備える。したがって、相違点を除き詳細な説明は省略する。

実施の形態の変形例に係る銅合金材の製造工程においては、溶体化処理工程（Ｓ４０）の後、まず、溶体化処理を施した板材に仕上げの冷間圧延加工を施す（仕上げ冷間圧延工程：Ｓ５５）。次に、仕上げの冷間圧延加工が施された板材に時効処理を施す（時効処理工程：Ｓ６５）。これにより、本実施の形態と同様に、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材が得られる。

（変形例）
本実施の形態では、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材（コルソン系銅合金材とも言う）について説明したが、圧延面に平行な複数の結晶面の回折強度が上記説明における式（１）乃至式（４）のすべてを満たす限り、合金材はＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金材に限られない。例えば、チタン銅、りん青銅、黄銅、ベリリウム銅、及びその他の合金を用いることができる。

（実施の形態の効果）
本実施の形態に係る銅合金材は、圧延面が当該圧延面に平行な複数の結晶面を有しており、複数の結晶面は｛１１１｝、｛００２｝、｛０２２｝、｛１１３｝、｛０２４｝を含み、圧延面の表面からのＸ線回折強度をそれぞれＩ｛１１１｝、Ｉ｛００２｝、Ｉ｛０２２｝、Ｉ｛１１３｝、Ｉ｛０２４｝年、銅標準粉末のＸ線回折強度をＩ_０｛１１１｝、Ｉ_０｛００２｝、Ｉ_０｛０２２｝、Ｉ_０｛１１３｝、Ｉ_０｛０２４｝とした場合、上記説明における式（１）乃至式（４）を満たすので、高い強度、優れた耐力、及び良好な曲げ加工性を兼ね備えた銅合金材を提供できる。更に、圧延面に平行な複数の結晶面の回折強度が上記説明における式（１）乃至式（４）のすべてを満たす限り、合金組成によらず、高い強度、高い耐力を有すると共に、曲げ加工性に優れた合金材を提供することができる。

また、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金等の析出強化型銅合金材に本実施の形態に係る銅合金材を適用することで、高い導電性をも兼ね備えた銅合金材を提供することができる。したがって、本実施の形態に係る銅合金材は、例えば、小型の電気・電子装置に用いられる端子、コネクタ用途に安価に提供することができる。

また、本実施の形態に係る銅合金材は、高い強度、高い耐力を有すると共に、曲げ加工性に優れているので、電気・電子装置に用いられる端子、コネクタの小型化に容易に対応することができ、電気・電子装置の設計の自由度を大幅に拡げることができる。

以下、本発明の実施例に係る銅合金材及び比較例に係る銅合金材について説明する。

実施例及び比較例に係る銅合金材の製造方法は略同一である。すなわち、まず、母材としての純銅と、製造すべき銅合金材に含まれる合金元素とを準備した。準備した合金元素の量は、製造すべき銅合金材に含まれる各合金元素の組成に応じた量である。表２に、実施例１〜６、及び比較例１〜６のそれぞれに係る銅合金材の組成を示す。

次に、表２に示した銅合金材の組成になるように、純銅と合金元素とを高周波溶解炉で融解して、厚さ２０ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ２５０ｍｍのインゴットを鋳造した（鋳造工程）。次に、インゴットを８５０℃に加熱して熱間圧延加工することにより厚さ８ｍｍの板材を製造した（熱間圧延工程）。続いて、厚さ８ｍｍの板材を厚さ０．２５ｍｍの板材になるまで冷間圧延した（冷間圧延工程）。冷間圧延工程の後、冷間圧延した板材を７５０℃〜８５０℃の温度で１分間保持した後、水中に投入して約３００℃／分の速度で室温（約２０℃）まで冷却した（溶体化処理工程）。更に、冷却した板材を４５０℃で４時間保持した後、室温での空冷した（時効処理工程）。そして、空冷した板材を厚さ０．２ｍｍまで冷間圧延した（仕上げ冷間圧延工程）。

ここで、実施例と比較例との相違は、厚さ８ｍｍから厚さ０．２５ｍｍまで板材を冷間圧延する冷間圧延工程における条件である。すなわち、実施例及び比較例において、冷間圧延工程は複数の冷間圧延加工工程を有する。つまり、冷間圧延工程は、複数の冷間圧延パスを含む。そして、実施例と比較例とは、冷間圧延パスにおける条件が相違する。この冷間圧延パスによって圧延時の結晶回転が異なるため、各結晶方位を変化させることができる。つまり、各圧延時の加工率や加工速度などを変えることで結晶面を制御できる。

具体的には、冷間圧延では、圧延ロールと材料との接触面のおける中立点の位置を、当該接触面の圧延方向においてその２分の１の位置より前方方向（すなわち、進行方向に対して前方側）に位置するように制御しながら圧延するパスと、中立点の位置を当該接触面の圧延方向においてその２分の１の位置付近あるいは２分の１の位置より後方側（すなわち、進行方向に対して後方側）に制御して圧延するパスとを組み合わせることで各結晶面の割合を制御できる。すなわち、中立点の位置を制御することにより、各結晶面の割合を制御できる。

このようにして製造した銅合金材のＸ線回折測定結果を表３〜表１４に示す。表３〜表８は実施例の結果、表９〜表１４は比較例の結果である。

図４Ａ〜図４Ｆはそれぞれ、実施例１〜６に係る銅合金材に対応するＸ線回折結果のチャートを示し、図５Ａ〜図５Ｆはそれぞれ、比較例１〜６に係る銅合金材に対応するＸ線回折結果のチャートを示す。

実施例１〜６に係る銅合金はいずれも、
［Ｉ｛１１１｝／Ｉ_０｛１１１｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］ ≧ ０．１５と、［Ｉ｛００２｝／Ｉ_０｛００２｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］ ≧ ０．２０と、［Ｉ｛１１３｝／Ｉ_０｛１１３｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］ ≧ ０．６０と、［Ｉ｛０２４｝／Ｉ_０｛０２４｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］ ≧ ０．１５との関係をすべて満たしていた。

一方、比較例１に係る銅合金材においては、
［Ｉ｛０２４｝／Ｉ_０｛０２４｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］ ≧ ０．１５の条件は満たしていたが、
［Ｉ｛１１１｝／Ｉ_０｛１１１｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］ ≧ ０．１５と、
［Ｉ｛００２｝／Ｉ_０｛００２｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］ ≧ ０．２０と、
［Ｉ｛１１３｝／Ｉ_０｛１１３｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］ ≧ ０．６０とは満たしていなかった。

また、比較例２に係る銅合金材においては、
［Ｉ｛１１１｝／Ｉ_０｛１１１｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］ ≧ ０．１５と、
［Ｉ｛００２｝／Ｉ_０｛００２｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］ ≧ ０．２０と、
［Ｉ｛０２４｝／Ｉ_０｛０２４｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］ ≧ ０．１５との条件は満たしていたが、
［Ｉ｛１１３｝／Ｉ_０｛１１３｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］ ≧ ０．６０の条件だけ満たしていなかった。

また、比較例３に係る銅合金材においては、
［Ｉ｛１１１｝／Ｉ_０｛１１１｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］ ≧ ０．１５と、
［Ｉ｛０２４｝／Ｉ_０｛０２４｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］ ≧ ０．１５との条件は満たしていたが、
［Ｉ｛００２｝／Ｉ_０｛００２｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］ ≧ ０．２０と、
［Ｉ｛１１３｝／Ｉ_０｛１１３｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］ ≧ ０．６０とは満たしていなかった。

また、比較例４に係る銅合金材においては、
［Ｉ｛１１１｝／Ｉ_０｛１１１｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］ ≧ ０．１５の条件は満たしていたが、
［Ｉ｛００２｝／Ｉ_０｛００２｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］ ≧ ０．２０と、
［Ｉ｛１１３｝／Ｉ_０｛１１３｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］ ≧ ０．６０と、
［Ｉ｛０２４｝／Ｉ_０｛０２４｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］ ≧ ０．１５とは満たしていなかった。

また、比較例５に係る銅合金材においては、
［Ｉ｛００２｝／Ｉ_０｛００２｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］ ≧ ０．２０と、
［Ｉ｛１１３｝／Ｉ_０｛１１３｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］ ≧ ０．６０と、
［Ｉ｛０２４｝／Ｉ_０｛０２４｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］ ≧ ０．１５との条件は満たしていたが、
［Ｉ｛１１１｝／Ｉ_０｛１１１｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］ ≧ ０．１５は満たしていなかった。

また、比較例６に係る銅合金材においては、
［Ｉ｛００２｝／Ｉ_０｛００２｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］ ≧ ０．２０と、
［Ｉ｛０２４｝／Ｉ_０｛０２４｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］ ≧ ０．１５との条件は満たしていたが、
［Ｉ｛１１１｝／Ｉ_０｛１１１｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］ ≧ ０．１５と、
［Ｉ｛１１３｝／Ｉ_０｛１１３｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］ ≧ ０．６０とは満たしていなかった。

（実施例及び比較例に係る銅合金材の特性評価）
実施例及び比較例に係る銅合金材それぞれについて、引張り強さ、０．２％耐力、及び曲げ加工性を評価した。引張り強さ及び０．２％耐力は、ＪＩＳＺ２２４１に準拠した引張り試験を実施して測定した。曲げ加工性試験は、銅合金材から採取した試験片を用い、試験片の圧延方向と平行な方向を曲げ軸にしてＪＩＳＨ３１１０、Ｈ３１３０、及び日本伸銅協会技術標準ＪＣＢＡＴ３０７に準拠して実施した。曲げ加工性試験の試験条件は、試験片の厚さｔを０．２ｍｍにすると共に、曲げ半径をＲ＝０．１ｍｍにした場合（Ｒ／ｔ＝０．５）と、曲げ半径をＲ＝０．２ｍｍにした場合（Ｒ／ｔ＝１）との双方を実施した。表１５に、実施例及び比較例に係る銅合金材それぞれについて、引張り強さ、０．２％耐力、及び曲げ加工性の評価結果を示す。なお、表１５において、曲げ加工性の評価は、割れ大：×、割れ小：△、割れなし：○とした。

表１５を参照すると、実施例１〜６に係る銅合金材は、高強度、高耐力、及び曲げ加工性のすべてにおいて比較例１〜６に係る銅合金材より優れていることが示された。なお、実施例１〜６に係る銅合金材において、高強度、高耐力、及び曲げ加工性のすべての特性で優れている銅合金材が得られるメカニズムとしては、以下のメカニズムが考えられる。

すなわち、銅合金は圧延加工により結晶面が｛０１１｝面へ回転する傾向があるが、圧延時の中立点を変更することによって、結晶の回転方向に変化が生じる。したがって、このような結晶回転の変化を繰り返すことで、各結晶面の割合を制御できると考えられる。なお、定量的なメカニズム、つまり、中立点の位置と結晶の回転方向との定量的な関係は、まだ明確ではなく調査中である。

以上より、実施例１〜６に係る銅合金材のように、圧延時の圧延ロールと材料との接触面における中立点を制御することで高強度、高耐力、及び曲げ加工性のすべてにおいて優れている銅合金材が得られると考えた。

なお、曲げ加工性の改善と同時に高強度を維持するためには、圧延面に平行な結晶面のうち｛０２２｝面の占有率を多く制御することを要する。一方、曲げ加工性を改善するためには｛０２２｝面は不利になる（つまり、強度と曲げ加工性とは相反する性質を有しているためである）。そこで、他の結晶面｛ｈｋｌ｝面の占有割合を、下記式（５）のように｛０２２｝面を基準にして制御することで、強度の維持に有利な結晶面｛０２２｝面と、曲げ加工性に有利な結晶面｛ｈｋｌ｝面を適正な割合で混在させるように制御することで、銅合金材の強度の向上と良好な曲げ加工性とを両立できる。

［Ｉ｛ｈｋｌ｝／Ｉ_０｛ｈｋｌ｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］・・・式（５）

ここで、｛ｈｋｌ｝面は、｛１１１｝、｛００２｝、｛１１３｝、｛０２４｝である。そして、これら４つの結晶面が圧延面に平行である場合の曲げ加工性は、各々次のように考えることができる。まず、曲げ加工は塑性変形であり、塑性変形は結晶のすべり面がすべることで発生する。つまり、圧延面に平行な各結晶のすべり面の向き（すなわち、銅原子のすべり方向）と曲げ方向とが近いほど変形に有利である。そこで、上記の４つの結晶面各々について銅原子のすべり方向を考えると、｛００２｝面と｛０２４｝面とは引張り方向、つまり、一方向に対してはすべりやすい（つまり、変形しやすい）。しかしながら、曲げ加工は二方向で考えなければならないので、この場合は、｛１１３｝面と｛１１１｝面とが有利になる（つまり、銅原子がすべりやすい）。すなわち、これらの結晶面が多いほど曲げ加工に有利になる。したがって、
［Ｉ｛１１１｝／Ｉ_０｛１１１｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］≧０．１５と、［Ｉ｛１１３｝／Ｉ_０｛１１３｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］≧０．６０とを満たすより、
［Ｉ｛１１１｝／Ｉ_０｛１１１｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］≧０．２０と、［Ｉ｛１１３｝／Ｉ_０｛１１３｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］≧０．７０とを満たすことが好ましい。また、
［Ｉ｛１１１｝／Ｉ_０｛１１１｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］≧０．２５と、［Ｉ｛１１３｝／Ｉ_０｛１１３｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］≧０．８０とを満たすことが更に好ましい。

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

複数の結晶面を有する圧延面を備え、面心立方構造の結晶構造をとるＣｕ−Ｓｉ−Ｎｉ系銅合金材であって、
前記圧延面と前記複数の結晶面とは平行であり、
前記複数の結晶面は、｛１１１｝、｛００２｝、｛０２２｝、｛１１３｝、｛０２４｝を含み、
前記圧延面の表面からのＸ線回折で最大のＸ線回折強度を有する結晶面の強度を基準にした場合における前記複数の結晶面の相対強度をそれぞれ、Ｉ｛１１１｝、Ｉ｛００２｝、Ｉ｛０２２｝、Ｉ｛１１３｝、Ｉ｛０２４｝とし、銅標準粉末のＸ線回折で最大のＸ線回折強度を有する結晶面の強度を基準にした場合における前記複数の結晶面の相対強度をそれぞれ、Ｉ_０｛１１１｝、Ｉ_０｛００２｝、Ｉ_０｛０２２｝、Ｉ_０｛１１３｝、Ｉ_０｛０２４｝とした場合に、
［Ｉ｛１１１｝／Ｉ_０｛１１１｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］≧０．２３
かつ
［Ｉ｛００２｝／Ｉ_０｛００２｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］≧０．３２
かつ
［Ｉ｛１１３｝／Ｉ_０｛１１３｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］≧０．７９
かつ
［Ｉ｛０２４｝／Ｉ_０｛０２４｝］／［Ｉ｛０２２｝／Ｉ_０｛０２２｝］≧０．２７
の関係を満たすＣｕ−Ｓｉ−Ｎｉ系銅合金材。
２．０重量％以上３．５重量％以下のＮｉと、０．３５重量％以上０．８５重量％以下のＳｉとを含み、残部がＣｕ及び不可避的不純物から形成される請求項１に記載のＣｕ−Ｓｉ−Ｎｉ系銅合金材。
Ｚｎ、Ｓｎ、及びＰからなる群から選択される少なくとも１つの元素を合計３．０重量％以下含み、２．０重量％以上３．５重量％以下のＮｉと、０．３５重量％以上０．８５重量％以下のＳｉとを含み、残部がＣｕ及び不可避的不純物から形成される請求項１に記載のＣｕ−Ｓｉ−Ｎｉ系銅合金材。