JPH05214489A

JPH05214489A - バネ限界値と形状凍結性に優れたバネ用薄板およびその製造方法

Info

Publication number: JPH05214489A
Application number: JP1912892A
Authority: JP
Inventors: Satoru Nishimura; 哲西村; Kosaku Shioda; 浩作潮田; Yoshiyuki Uejima; 良之上島; Atsushi Nakatsuka; 淳中塚; Toshiaki Mizoguchi; 利明溝口
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-02-04
Filing date: 1992-02-04
Publication date: 1993-08-24

Abstract

(57)【要約】【目的】バネ限界値と形状凍結性のバランスに優れ、
電気伝導性と信頼性に優れたバネ用薄板を得ることを目
的とする。【構成】Ｃｕ２０〜８５％，Ｃｏ０．０００５〜１．
０％，Ｔｉ０．００５〜３．５％，Ｃｒ０．１〜１０
％，Ｍｏ０．００１〜１．５％を含み、残部がＦｅから
なる溶融金属を１００℃／秒以上の凝固冷却速度で鋳造
し、圧下率５０％以上で一次冷間圧延を行い、焼鈍を施
してから圧下率５〜８５％の二次冷間圧延を行い、その
後時効処理を施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バネ限界値と形状凍結
性（すなわち高ヤング率を有すること）のバランスに優
れ、電気伝導性と信頼性に優れたバネ用薄板に関する。

【０００２】

【従来の技術】バネ用薄板材料としては、たとえばＪＩ
ＳＣ１７２０−ＰのＣｕ−１．８１Ｂｅ−０．０５Ｆｅ
合金、特開平１−１６２７３６号公報に記載されている
Ｃｕ−Ｔｉ（２．５〜５．０）重量％合金などがあり、
いずれもバネ限界値に優れるが高ヤング率と電気伝導性
を同時に兼ね備えていない。

【０００３】さらにＪＩＳＣ１７２０−ＰのＣｕ−１．
８１Ｂｅ−０．０５Ｆｅ合金は、Ｂｅを添加するため製
造環境の問題とコストが高い問題があり、これらの問題
を解決できる材料の出現が望まれている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこれらのバネ
用薄板として優れた特性と低コストを実現しうる薄板及
びその製造方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のような構成をなすものである。すなわ
ち、本発明の特徴は重量％で、Ｃｕ：２０〜８５％，Ｃ
ｏ：０．０００５〜１．０％，Ｔｉ：０．００５〜３．
５％，Ｃｒ：０．１〜１０％，Ｍｏ：０．００１〜１．
５％を含有し、残部が不可避的不純物およびＦｅからな
る溶融金属を１００〜５００００℃／秒の凝固冷却速度
で板厚０．５〜８mmの金属板に鋳造し、該金属板を圧下
率５０〜９５％で一次冷間圧延を施し、次いで４５０〜
１０００℃の温度範囲で焼鈍した後圧下率５〜８５％で
二次冷間圧延を施し、続いて１５０〜６５０℃の温度範
囲で時効処理を施すことにより、優れたバネ限界値と高
ヤング率を得ると同時に優れた電気伝導性を有するバネ
用薄板を得るところにある。

【０００６】

【作用】以下本構成要件の限定理由を説明する。まず、
合金の化学組成の限定理由は以下の通りである。バネ限
界値とヤング率を向上させるためにはＣｕの含有量が高
いほど好ましいが、接点バネ薄板の電気伝導性の要求に
対してはＣｕの含有量を制御して目的とする電気伝導性
とバネ限界値・ヤング率のバランスを得ることが望まし
い。Ｃｕ含有量は図１に示すように２０重量％未満では
バネ用薄板として必要な電気伝導性が得らずバネ限界値
とヤング率への効果しか得られないのでこれを下限とす
る。また上限を８５重量％とするのは、Ｆｅを主とする
Ｃｕ以外の総含有量が１５重量％未満では、本合金の特
徴とする高ヤング率と優れたバネ限界値とのバランスが
得られなくなるからである。従ってＣｕを２０〜８５重
量％の範囲とする。

【０００７】次にＣｏを０．０００５〜１．０重量％に
規定するのは０．０００５％未満ではバネ限界値への効
果が少なく１．０重量％超ではバネ限界値への効果が飽
和する上にコストが大きくなる。またＴｉを０．００５
〜３．５重量％に規定するのは０．００５％未満では導
電性への効果が少なく、３．５重量％超では導電性への
効果が飽和する上に鋳造、冷間加工などの製造性を阻害
するからである。

【０００８】Ｃｒを０．１〜１０重量％に、また、Ｍｏ
を０．００１〜１．５重量％にそれぞれ規定するのはバ
ネ薄板としての隙間腐食性を半田・Ａｇメッキ性を劣化
させずにＣｒとＭｏの複合効果で向上させるためであ
り、Ｍｏの含有量が０．００１重量％未満では隙間腐食
性への効果が少なく、１．５重量％超では隙間腐食性へ
の効果が飽和する上にコストが大きくなる。なおＣｒ含
有量をＦｅ含有量に対し重量比で６〜１３．５％に規定
すると、素材の耐食性を前記Ｍｏとの複合効果によって
より一層向上することができる。すなわち６％未満では
その効果が不十分で、また１３．５％を超えても耐食性
への効果が飽和する上に半田・Ａｇメッキ性などを劣化
させるのでこの範囲にする。

【０００９】また、鋳造組織制御やバネ限界値・強度向
上、加工性、各種メッキ性ならびに半田耐候性（半田付
けした後の１５０℃で１０００時間以上の長時間加熱剥
離性）などの改善の必要に応じて、更に、Ｚｒ，Ｓｉ，
Ａｌ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｎｂ，Ｐ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｙ，
Ｖ，Ｃａ，Ｂｅ，Ｍｇ及びＨｆの１種又は２種以上を合
計で０．００５〜８重量％，Ｃ及びＢの１種又は２種を
合計で０．００５〜２重量％添加する。

【００１０】特にＦｅ含有量に対するＣｒ含有量の重量
比を６％，Ｍｏ含有量のそれを０．０１％を超える成分
では、上記各成分を０．００５重量％以上の範囲内で添
加し、下記で説明する双ロール式鋳造方法などの急冷凝
固方式によって、本発明のＣｒおよびＭｏを含むＦｅ相
とＣｕ相が均一に微細分散された鋳造組織を得ることが
できるが、このことは加工、熱処理後、板厚方向で１０
μｍ以下の大きさの結晶粒を有する金属組織を得る上で
重要である。

【００１１】次に、本発明のバネ用薄板を製造する方法
について説明する。前述の化学成分を有する溶融金属を
例えば急冷凝固的手段である双ロール式鋳造装置の湯溜
り部に注入し、冷却ロールの回転によって溶融金属を急
速に冷却し、０．５〜８mm板厚の金属板を鋳造する。こ
のときの凝固冷却速度を１００〜５００００℃／秒にす
ることが重要である。

【００１２】溶融金属の凝固冷却速度と加工・熱処理後
の結晶粒径の関係は図２に示す通りである。なお結晶粒
径はＡＳＴＭの切断法によって得られた。図２に示すよ
うに溶湯凝固冷却速度を大きくすると、結晶組織のサイ
ズは微細化する。また本プロセスで加工・熱処理後Ｆｅ
相、Ｃｕ相ともに１０μｍ以下の等方的組織を得るため
には溶湯の凝固冷却速度を１００℃／秒以上にすること
が必要であり、この時ＣｒおよびＭｏを含むＦｅ相とＣ
ｕ相が均一分散した組織が得られる。また他の効果とし
て凝固冷却時のＦｅ相中のＣｕ，Ｃｕ相中のＦｅの過飽
和度の向上によるバネ限界値・強度の向上と時効促進効
果による時間短縮の効果も得られる。

【００１３】なお、上記急冷凝固式鋳造方法によれば、
組織を細粒化すると同時に、冷延と焼鈍の繰り返しなど
では得られないＣｒおよびＭｏを含むＦｅ相とＣｕ相が
微細に均一分散した形態を可能にするものであり、また
難熱延性の本合金においても熱間加工工程を省略するこ
とで工業的製造を可能にすると同時に歩留り向上のメリ
ットも有するのである。

【００１４】引続いて、圧下率５０〜９５％の一次冷間
圧延を行う。これはバネ用薄板に必要な板厚を得ること
ゝ、５０％以上の圧延を実施することでその後の焼鈍処
理による加工性の付与を行うためである。上記焼鈍方法
は、材料の強度を重視して一次冷間圧延で蓄積した加工
歪みの解放だけを目的とし、徐加熱−比較的低温での保
持−徐冷却の各処理を順似施す。かゝる処理条件は０．
０５〜５０℃／cmの加熱速度、４５０〜９５０℃の保持
温度、および０．０５〜５００℃／cmの冷却速度が適し
ている。

【００１５】また、一次冷間圧延で蓄積した加工歪みに
よって再結晶を生じさせ、異方性の小さい材料を得るよ
うにしてもよい。いずれの場合でも、その後二次冷間圧
延を５〜８５％で行い、さらに時効処理を行うことが必
要である。二次冷間圧延が５％未満の圧下率では時効析
出に必要な転位密度が不足であり、８５％を越えると加
工性が劣化する。従って二次冷間圧延の圧下率を上記範
囲に規定する。

【００１６】時効処理はバネ限界値と電気伝導性を向上
させるために、製造工程上必須のものであり、化学組成
と前工程条件により適性な温度を選定すべきである。そ
の条件としてはバネ限界値ならび導電性の関係より、低
温過ぎると析出物の周りに歪みが生じて導電性や伸びの
低下が生じたり、また、目的の導電性を得るために設備
制約や製造効率に影響が生じてコスト増になる。また高
温過ぎると析出量が少なくなり高いバネ限界値が得られ
ない。従って、時効処理の最適条件は２５０〜６５０℃
の温度範囲で１０〜５００分保持の時効処理を行うこと
である。

【００１７】上記金属薄板はコイル状またはスリット状
に加工された後Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕなどのメッキま
たはそれら合金メッキおよび半田、Ｓｎメッキなどが施
される。あるいは上記金属板が、予めバネ部品として加
工された後に、上記メッキ処理が施される。いずれの場
合でもメッキは以下の条件で行う。メッキはかかる素板
にアルカリ系脱脂剤を用いて電解また浸漬脱脂を行い、
さらに酸洗により表面を活性化した後に所望の金属浴ま
たは合金浴を用いて電気または浸漬メッキを行う。

【００１８】メッキ層の厚みは通常０．０１〜１０μｍ
程度の範囲であるが、密着性、厚み均一性、半田耐候性
ならびに経済性から見て０．２０〜５．０μｍの範囲が
良好である。０．２０μｍ以下では半田耐候性（半田の
１５０℃で１０００時間あるいは１５００時間の低温長
時間加熱で剥離する現象）やピンホールの存在により信
頼性が劣化する。また５．０μｍを超えると密着性およ
び厚みの均一性が劣化する。

【００１９】

【実施例】

（実施例１）表１に示す本発明の成分範囲の合金（供試
材Ａ〜ＦとＱ〜ＨＨ）と比較例の成分範囲の合金（供試
材Ｇ〜Ｐ）をそれぞれ、双ロール鋳造機の湯溜り部へ溶
融状態で注入し、３．２×１０²℃／秒の凝固冷却速度
によって板厚２．２mmの金属板を鋳造した。

【００２０】

【表１】

【００２１】次に、冷間圧延時の割れ対策として、得ら
れた金属板に８００℃で１時間の軟化焼鈍を施したあ
と、板厚２．１mmに表面研削し、８５％の一次冷間圧延
を行った。引続き７５０℃で３時間の焼鈍を施し、次い
で２５％の二次冷間圧延を行ったあと、４８０℃で３時
間の時効処理を施した。得られた金属薄板の材質特性を
表２及び表３の試料番号１〜３４に示す。なお、表３中
の試料番号３５，３６は本発明の供試材Ｂ，Ｄを本発明
の範囲外の凝固冷却速度１℃／秒で板厚１０．０mmの金
属板を水平連続鋳造機で鋳造したものである。また、比
較例としてＢｅ−Ｃｕ，Ｃｕ−Ｔｉ、リン青銅又はＣＤ
Ａ１９５を比較合金として用い、上記の本発明の鋳造方
法で鋳造した。

【００２２】表２および表３中のバネ限界値はモーメン
ト方式により測定し、強度はＪＩＳ１３Ｂ引張試験（引
張り速度：１０mm／min ）により、またヤング率は共振
法、導電率は４端子法によりそれぞれ求めた。耐食性と
して隙間腐食は切断面を含む０．１２５mm板厚、１０mm
幅、３０mm長さの試料をポリカーボネート製の樹脂の間
に挟み込みＪＩＳ−Ｚ２３７１に準じて塩水噴霧試験を
９６時間行い、試料全面での赤錆発生面積率により判定
し、また通常の耐食性は前記方法で素材の裸状態で行っ
た。

【００２３】メッキ性での半田濡れ性については濡れ面
積率で９５％以上を合格とした。またＡｇメッキ耐熱性
はＣｕストライクメッキを約０．３μｍ施した後、Ａｇ
を約３μｍメッキし、しかる後大気中４３０℃で３分加
熱して、メッキ表面での膨れの発生により判定した。製
造性は鋳造時のノズル詰り状況と冷間加工性（２．０mm
から０．１２５mmまで中間焼鈍を行わず、１５バス以内
で冷間加工した場合のエッジとセンターでの割れ状況）
で判定した。さらにコスト評価はＣｏ，Ｍｏ添加をしな
い時の平均原料価格に対して、１．３倍以下を良好と判
定した。

【００２４】表中にはＢｅ−Ｃｕ合金、Ｃｕ−Ｔｉ合
金、リン青銅の特性も比較に加えた。ここで試料番号７
はＣｕ添加量が２０重量％以下の場合であり、リン青銅
並みの低い導電率である。また試料番号８はＣｕ添加量
が８５重量％以上の場合でＦｅなどのヤング率に有効に
働く元素の添加量が少ないためにヤング率が低く、試料
番号９はＣｏ添加量が０．０００５重量％以下のためバ
ネ限界値と強度が低い。また試料番号１０はＣｏ添加量
が多いためコストが高い。試料番号１１はＴｉ含有量が
０．００５％以下のため導電性が低く、試料番号１２は
Ｔｉ含有量が３．５％以上で製造性が劣る。試料番号１
３はＭｏが低いため隙間腐食性が不良、試料番号１４は
コストが高い。また試料番号１５はＣｒが低いため耐食
性が低く、試料番号１６は半田濡れ性、Ａｇメッキ耐熱
性が劣る。試料番号３５，３６は溶融金属の凝固冷却速
度が本発明の範囲外の小さい場合で、バネ限界値と強度
が低く本発明の特性が優れていることは明らかである。

【００２５】

【表２】

【００２６】

【表３】

【００２７】（実施例２）表１に示す本発明の成分範囲
の合金、供試材Ｂ，Ｑをそれぞれ双ロール鋳造機の湯溜
り部へ溶融状態で注入し、３．２×１０²℃／秒の凝固
冷却速度によって板厚２．２mmの金属板を鋳造した。こ
の金属板に、一次冷間圧延時の割れ対策として８００℃
で１時間の軟化焼鈍を施し、かつ一次冷間圧延後板厚が
０．１５mmになるよう圧下率を考慮した上で表面研削を
行い、次いで一次冷間圧延を圧下率３５，５５及び８５
％の３水準で行った。しかる後、これらの金属板に焼鈍
を５５０℃で３時間施し、引続き二次冷間圧延を３，
８，２５，６５及び９０％の５水準で行って板厚０．１
４６，０．１３８，０．１２０，０．０６８及び０．０
５３mmの金属薄板とした。次いで該金属薄板に５５０℃
で３時間の時効処理を施た。

【００２８】上記の金属板の材質特性を表４に示す。評
価は実施例１と同様にバネ限界値・強度と導電率につい
て測定を行い、加工性は密着曲げによった。以下の結果
より一次冷間圧延率の低いものや、二次冷間圧延率９０
％超のものは加工性が不良であり、さらに二次冷間圧延
率の５％未満のものは導電性が低いことが判明した。

【００２９】

【表４】

【００３０】

【発明の効果】本発明は、上述したように現在バネ用材
料として用いられているＢｅ−Ｃｕ合金、Ｃｕ−Ｔｉ合
金、リン青銅にかわる優れたバネ限界値・高ヤング率と
優れた導電性を有すると同時に信頼性ならびに製造環境
も良好なバネ用材料を提供するものでその工業的効果は
顕著である。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｆｅ相中のＣｕ含有量（％）とバネ限界値、ヤ
ング率及び導電性との関係を示す図である。

【図２】溶融金属の凝固冷却速度と結晶粒度番号との関
係を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０２Ｚ 7217−4Ｋ 38/30 Ｃ２２Ｆ 1/08 Ａ 9157−4ＫＣ２３Ｃ 28/02 30/00 Ａ (72)発明者中塚淳山口県光市大字島田3434番地新日本製鐵株式会社光製鐵所内 (72)発明者溝口利明千葉県富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃｕ：２０〜８５％，Ｃｏ：
０．０００５〜１．０％，Ｔｉ：０．００５〜３．５
％，Ｃｒ：０．１〜１０％，Ｍｏ：０．００１〜１．５
％を含有し、残部が不可避的不純物およびＦｅからなる
金属薄板からなることを特徴とするバネ限界値と形状凍
結性に優れたバネ用薄板。
【請求項２】Ｆｅ含有量に対するＣｒ含有量の比が
６．０〜１３．５％である請求項１記載のバネ用薄板。
【請求項３】合金成分として、更に、Ｚｒ，Ｓｉ，Ａ
ｌ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｎｂ，Ｐ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｙ，
Ｖ，Ｃａ，Ｂｅ，Ｍｇ及びＨｆの１種又は２種以上を合
計で０．００５〜８重量％，Ｃ及びＢの１種又は２種を
合計で０．００５〜２重量％含有する請求項１記載のバ
ネ用薄板。
【請求項４】前記金属薄板の表面に、Ｎｉ，Ｃｕ，Ａ
ｇ又はＡｕ或いはそれらの合金の金属メッキ、半田又は
Ｓｎメッキが単層又は複層で０．０１〜１０μｍ施され
てなる請求項１，２又は３記載のバネ用薄板。
【請求項５】重量％で、Ｃｕ：２０〜８５％，Ｃｏ：
０．０００５〜１．０％，Ｔｉ：０．００５〜３．５
％，Ｃｒ：０．１〜１０％，Ｍｏ：０．００１〜１．５
％を含有し、残部が不可避的不純物およびＦｅからなる
溶融金属を１００〜５００００℃／秒の凝固冷却速度で
板厚０．５〜８mmの金属板に鋳造し、該金属板を圧下率
５０〜９５％で一次冷間圧延し、次いで４５０〜１００
０℃の温度範囲で焼鈍した後圧下率５〜８５％で二次冷
間圧延し、続いて１５０〜６５０℃の温度範囲で時効処
理を施すことを特徴とするバネ限界値と形状凍結性に優
れたバネ用薄板の製造方法。
【請求項６】Ｆｅ含有量に対するＣｒ含有量の重量比
が６．０〜１３．５％である請求項５記載の製造方法。
【請求項７】合金成分として、更に、Ｚｒ，Ｓｉ，Ａ
ｌ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｎｂ，Ｐ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｙ，
Ｖ，Ｃａ，Ｂｅ，Ｍｇ及びＨｆの１種又は２種以上を合
計で０．００５〜８重量％，Ｃ及びＢの１種又は２種を
合計で０．００５〜２重量％含有する請求項５記載の製
造方法。
【請求項８】前記時効処理を施した後で金属板表面に
Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇ、又はＡｕ或いはそれらの合金の金属
メッキ、半田又はＳｎメッキを厚さ０．０１〜１０μｍ
の単層又は複層で施す請求項５，６又は７記載の製造方
法。