JPH06100984A

JPH06100984A - バネ限界値と形状凍結性に優れたバネ用材料及びその製造方法

Info

Publication number: JPH06100984A
Application number: JP25306192A
Authority: JP
Inventors: Satoru Nishimura; 哲西村; Kosaku Shioda; 浩作潮田; Michio Endo; 道雄遠藤; Takahide Ono; 恭秀大野
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-09-22
Filing date: 1992-09-22
Publication date: 1994-04-12

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材料を得ることを目
的とする。【構成】Ｃｕ２０〜８５％，Ａｌ：０．３〜１１％，
Ｍｎ０．０５〜３．０％，Ｔｉ０．００５〜３．５％，
Ｃｒ０．１〜１０％，Ｍｏ０．００１〜１．５％を含
み、残部がＦｅからなる合金を溶解、造塊後７００〜１
０００℃で熱間加工し、圧下率５０％以上で一次冷間加
工を行い、焼鈍を施してから圧下率５〜８５％の二次冷
間加工を行い、必要により７００〜１０００℃で溶体化
処理後急冷し、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材料、たとえば
薄板（コネクタ又はコンタクトなどに使用）又は線材
（ピンに使用）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
用薄板又は線材として優れた特性と低コストを実現しう
る材料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％，Ａ
ｌ：０．３〜１１％，Ｍｎ：０．０５〜３．０％，Ｔ
ｉ：０．００５〜３．５％，Ｃｒ：０．１〜１０％，Ｍ
ｏ：０．００１〜１．５％を含有し、残部が不可避的不
純物およびＦｅからなる合金を７００〜１０００℃の温
度範囲で熱間圧延し、該熱間加工材を圧下率５０〜９５
％で一次冷間加工を施し、次いで４５０〜１０００℃の
温度範囲で焼鈍した後圧下率５〜８５％で二次冷間加工
を施し、さらに溶体化処理後急冷を行い、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材料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
バネ用薄板又は線材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Ａｌを０．３〜１１．０重量％に規定
するのは０．３％未満では熱間加工性向上への効果が少
なく１１．０重量％超では熱間加工性向上への効果が飽
和する上に伝導性の低下が大きくなるからである。さら
にＭｎはＡｌとの複合効果で熱間加工性を向上させ、
０．０５重量％未満では効果が少なく、３重量％超では
効果が飽和するため、０．０５〜３重量％の範囲に規定
する。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
ネ用薄板又は線材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５．５〜１
３．５％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５．５％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，
Ｎｉ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｎｂ，Ｐ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｙ，Ｖ，Ｃ
ａ，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、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金属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１０μｍ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、本発明のバネ用材料を製造する方法
について説明する。前述の化学成分を有する溶融金属を
インゴット又はスラブに造塊後、所望の板厚又は直径の
材料に７００〜１０００℃の温度域で熱間加工し、さら
に引続いて、圧下率５０〜９５％の一次冷間加工を行
う。これはバネ用薄板又線材に必要な板厚又は直径を得
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加工で蓄積し
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０．０５〜５０００℃／分の加熱速度、４５０〜１０
００℃の保持温度、および０．０５〜５０００℃／分の
冷却速度が適している。

【００１２】また、一次冷間加工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、その後二次冷間加
工を５〜８５％で行い、７００〜１０００℃の温度範囲
で溶体化処理後急冷を行い、さらに時効処理を行うこと
が必要である。二次冷間加工が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。従って二次冷間加工の圧下率を上
記範囲に規定する。なお、焼鈍条件として４５０〜１０
００℃の温度範囲で保定後、０．０５〜０．５℃／分未
満の冷却速度で冷却する場合、又は４５０〜７００℃未
満の温度範囲で保定後、０．５〜５０００℃／分の冷却
する場合は、必要により下記に示す溶体化処理を施す。
すなわち、７００〜１０００℃の温度範囲で保定後０．
５〜５０００℃／分の冷却速度で急冷する焼鈍を行う場
合は溶体化処理を省略することができる。溶体化処理及
び急冷は冷延材の含有成分を過飽和に固溶せしめてより
効果的に時効処理を施すために行われるもので、７００
〜１０００℃の温度範囲で１０秒〜２時間の保持が好ま
しい。なお、急冷は水又は不活性ガスの冷却媒体を使用
し、０．５〜５，０００℃／分の冷却速度が適してい
る。

【００１３】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。

【００１４】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。な
お、上記金属線材も同様のメッキ処理が行われる。

【００１５】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。

【００１６】

【実施例】

実施例１表１，２に示す本発明の成分範囲の合金（供試材Ａ〜Ｆ
とＳ〜II）と比較例の成分範囲の合金（供試材Ｇ〜Ｒ）
をそれぞれ、高周波誘導加熱装置で真空溶解を行い、連
続鋳造でスラブを製造した後９５０℃で熱間圧延を行
い、１．８mm板厚の金属板を得た。

【００１７】

【表１】

【表２】

【００１８】次に上記熱延板に８５％の一次冷間圧延を
行い、引続き１０００℃／分の加熱速度で９５０℃まで
昇温し、この温度で６０分保定した後、窒素ガスで１５
００℃／分の冷却速度で冷却する焼鈍を施した。次いで
２５％の二次冷間圧延を行った後、４８０℃で３時間の
時効処理を施した。又、供試材ＢとＣの合金を前記の同
様の一次冷間圧延まで行い、焼鈍条件として、１０００
℃／分の加熱速度６５０℃まで昇温し、この温度で６０
秒保定した後１００℃／分の冷却速度で窒素ガス冷却を
施した。次いで２５％の二次冷間圧延を行った後、９５
０℃で２分間保持の溶体化処理を施し、その後１５００
℃／分の冷却速度で窒素ガス冷却を行い、引続き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３及び表４の試料番号１〜３５に示す。ま
た、比較例としてＢｅ−Ｃｕ，Ｃｕ−Ｔｉ、リン青銅又
はＣＤＡ１９５等の合金も用いその特性を加えた。なお
合金ＩとＫは熱間圧延割れのため、評価不可能であっ
た。

【００１９】表３および表４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。

【００２０】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。

【００２１】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９，１０はＡｌ，
Ｍｎ添加量が多いため導電性が低い。また試料番号１
２，１４はＴｉ，Ｍｏ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１３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。このように比較
例に比べ本発明の特性が優れていることは明らかであ
る。

【００２２】

【表３】

【表４】

【００２３】実施例２表１，２に示す本発明の成分範囲の合金、供試材Ｂ，Ｓ
をそれぞれ前記と同様の溶解、連続鋳造後熱間圧延を行
い板厚２．０mmの金属板を得た。この金属板に一次冷間
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９５０℃で６０秒施し、処理後窒素がス
で１００℃／分の急冷を行った。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
０．１４６，０．１３８，０．１２０，０．０６８及び
０．０５３mmの金属薄板とした。次いで各金属薄板に５
５０℃で３時間の時効処理を施した。

【００２４】上記の金属板の材質特性を表５，６，７及
び８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。

【００２５】

【表５】

【表６】

【表７】

【表８】

【００２６】

【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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大野恭秀神奈川県川崎市中原区井田1618番地新日本製鐵株式会社先端技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃｕ：２０〜８５％，Ａｌ：
０．３〜１１％，Ｍｎ：０．０５〜３．０％，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
及び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材料。
【請求項２】Ｆｅ含有量に対するＣｒ含有量の比が
５．５〜１３．５％である請求項１記載のバネ用材料。
【請求項３】合金成分として、更に、Ｚｒ，Ｓｉ，Ｎ
ｉ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｎｂ，Ｐ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｙ，Ｖ，Ｃ
ａ，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
材料。
【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記載のバネ用材料。
【請求項５】有効量の請求項１，２または３に記載の
合金を溶解、造塊後、７００〜１０００℃の温度範囲で
熱間加工し、該熱間加工材を圧下率５０〜９５％で一次
冷間加工し、次いで４５０〜１０００℃の温度範囲で保
定した後０．０５〜５０００℃／分の冷却速度で急冷す
る焼鈍を施した後圧下率５〜８５％で二次冷間加工し、
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
材料の製造方法。
【請求項６】熱間加工、一次冷間加工に続いて４５０
〜１０００℃の温度範囲で保定した後、０．０５〜０．
５℃／分の冷却速度で急冷する焼鈍を施し、二次冷間加
工後７００〜１０００℃の温度範囲で溶体化処理した後
０．５〜５００℃／分の冷却速度で冷却し、さらに時効
処理を行う請求項５記載の製造方法。
【請求項７】熱間加工、一次冷間加工に続いて４５０
〜７００℃の温度範囲で保定した後、０．５超〜５００
０℃／分の冷却速度で冷却する焼鈍を施し、二次冷間加
工後７００〜１０００℃の温度範囲で溶体化処理した後
０．５〜５００℃の冷却速度で冷却し、さらに時効処理
を行う請求項５記載の製造方法。
【請求項８】Ｆｅ含有量に対するＣｒ含有量の重量比
が５．５〜１３．５％である請求項５，６又は７記載の
製造方法。
【請求項９】合金成分として、更に、Ｚｒ，Ｓｉ，Ｎ
ｉ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｎｂ，Ｐ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｙ，Ｖ，Ｃ
ａ，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５，６又は７記
載の製造方法。
【請求項１０】前記時効処理を施した後で加工材表面
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０．０１〜１０μ
ｍの単層又は複層で施す請求項５，６，７，８又は９記
載の製造方法。