專利名稱：Cu-Mg-P系銅合金條材及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適于連接器、引線框、繼電器、開關(guān)等電子電氣零部件的Cu-Mg-P系銅合金條材，特別是涉及抗拉強度、彈性極限值和應(yīng)力松弛率在高水平下取得平衡的Cu-Mg-P系銅合金條材及其制造方法。本申請基于2010年2月24日申請的日本特愿2010-038516號主張優(yōu)先權(quán)，在此引用其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
近年來，在手機或筆記本PC等電子儀器中，小型化、薄型化和輕量化得到發(fā)展，使用的端子、連接器部件也使用更小型且電極間距離窄的部件。通過如此小型化，所使用的材料雖然變得更薄，然而由于即使薄也有必要確保連接的可靠性，因此要求在更高強度下彈性極限值和應(yīng)カ松弛率在高水平下取得平衡的材料。另ー方面，由于伴隨儀器的高功能化的電極數(shù)的增加或通電電流的增加，產(chǎn)生的焦耳熱變得巨大，強烈要求導(dǎo)電率高于現(xiàn)有以上的材料。這種高導(dǎo)電率材料在通電電流的増加急速發(fā)展的用于車輛的端子、連接器材料上要求強烈。以往，這種端子、連接器用的材料通常使用黃銅或磷青銅。然而，一直以來廣泛使用的黃銅或磷青銅產(chǎn)生不能充分響應(yīng)對上述連接器材料的要求。即，黃銅的強度、弾性和導(dǎo)電性不充分，因此不能對應(yīng)于連接器的小型化及通電電流的増加。此外，雖然磷青銅具有較高的強度和更高的弾性，然而由于導(dǎo)電率低、為20%IACS程度，因此不能對應(yīng)于通電電流的増加。進ー步地，磷青銅還存在耐遷移性差的缺點。遷移指的是在電極間產(chǎn)生結(jié)露等吋，陽極側(cè)的Cu形成離子而在陰極側(cè)析出，最終導(dǎo)致電極間短路的現(xiàn)象，如車輛那樣在高濕環(huán)境下使用的連接器中成為問題的同時，由于小型化而電極間距離變窄的連接器中也是需要注意的問題。作為改善這種黃銅或磷青銅具有的問題的材料，例如，申請人提出了專利文獻廣2所示的以Cu-Mg-P為主要成分的銅合金。在專利文獻I中，公開了 ー種銅合金條材，以重量％計，含有Mg :0. f 1.0%、P O. 00Γ0. 02%，剩余部分含有Cu和不可避免的雜質(zhì)，表面晶粒形成橢圓形狀，該橢圓形狀晶粒具有平均短徑為5 20 μ m、平均長徑/平均短徑的值為I. 5飛.O的尺寸，形成上述橢圓形狀晶粒時，在即將最終冷軋之前的最終退火中平均結(jié)晶粒徑調(diào)整為5 20 μ m的范圍內(nèi)，接著在最終冷軋エ序中使軋制率為3(Γ85%范圍內(nèi)的沖壓時沖壓模具的磨損少。在專利文獻2中，公開了下述發(fā)現(xiàn)在具有含有Mg :0. 3^2重量％、P :0. OOf O. I重量％，剰余部分含有Cu和不可避免的雜質(zhì)的組成的現(xiàn)有銅合金薄板中，將P含量限定在O. ΟΟΓΟ. 02重量％，進而將氧含量調(diào)整為0. 0002、. 001重量％、C含量調(diào)整為0. 0002、. 0013重量％，從而將分散在基體中的含有Mg的氧化物粒子的粒徑調(diào)整為3 μ m以下，由此與現(xiàn)有的銅合金薄板相比彎曲加工后的弾性極限值的降低少，若由該銅合金薄板制造連接器，則所得到的連接器與以往相比表現(xiàn)出更優(yōu)異的連接強度，車輛的發(fā)動機轉(zhuǎn)動等在高溫下存在振動的環(huán)境下使用也不會脫落。專利文獻I :日本特開平6-340938專利文獻2 :日本特開平9-157774通過上述專利文獻I、專利文獻2公開的發(fā)明，能得到強度、導(dǎo)電性等優(yōu)異的銅合金。然而，隨著電子電氣儀器的高功能化變得越來越顯著，進ー步強烈要求這些銅合金的性能提高。特別是在用于連接器等的銅合金中，在高溫下長時間使用的狀態(tài)下不會產(chǎn)生彈力減弱，如何在高的應(yīng)カ下使用變得重要，對抗拉強度、彈性極限值和應(yīng)力松弛率在高水平下取得平衡的Cu-Mg-P系銅合金條材的要求強烈。此外，在上述各專利文獻中，雖然限定銅合金組成及表面晶粒的形狀，然而并未觸及基于對晶粒的微細組織的分析進行深入研究的抗拉強度與弾性極限值特性的關(guān)系
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供抗拉強度、弾性極限值和高溫下長時間使用時的應(yīng)力松弛率在高水平下取得平衡的Cu-Mg-P系銅合金條材及其制造方法。一直以來，晶粒的塑性應(yīng)變通過表面的組織觀察進行，作為可以應(yīng)用于晶粒的應(yīng)變評價的最近的技術(shù)，有電子背散射衍射(EBSD)法。該EBSD法為，在掃描型電子顯微鏡(SEM)內(nèi)設(shè)置試樣，由從樣品表面得到的電子射線的衍射像(菊池線)求得其晶體取向的方法，若為通常的金屬材料則可以簡便地測定取向。隨著最近計算機處理能力的提高，即使在多結(jié)晶金屬材料中，若為存在于幾毫米程度的對象區(qū)域中的100個左右的晶粒，則可以在實用的時間內(nèi)評價它們的取向，由使用計算機的圖像處理技術(shù)，可以從評價了的晶體取向數(shù)據(jù)提取晶界。若由如此提取的圖像中檢索所期望條件的晶粒并選擇模型化的部位，則能夠進行自動處理。此外，晶體取向的數(shù)據(jù)對應(yīng)于圖像的各部位(實際上為像素)，因此，可以從文件提取對應(yīng)于所選擇部位圖像的晶體取向數(shù)據(jù)。利用這些本發(fā)明人進行深入研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，利用帶有電子背散射衍射圖像系統(tǒng)的掃描型電子顯微鏡使用EBSD法對Cu-Mg-P系銅合金的表面進行觀察，結(jié)果若將鄰接的像素間的取向差為5°以上的邊界看做晶界時的、晶粒內(nèi)的全部像素間的平均取向差在全部晶粒中的平均值為3. 8° 4. 2°的范圍，則Cu-Mg-P系銅合金的抗拉強度、弾性極限值和高溫下長時間使用時的應(yīng)力松弛率在高水平下取得平衡。本發(fā)明的銅合金條材，具有以質(zhì)量％計Mg為O. 3 2%、P為O. ΟΟΓΟ. 1%、剩余部分為Cu和不可避免雜質(zhì)的組成，其中，利用帶有電子背散射衍射圖像系統(tǒng)的掃描型電子顯微鏡進行的EBSD法，在步長O. 5 μ m下對所述銅合金條材表面的測定面積內(nèi)的全部像素的取向進行測定，將鄰接的像素間的取向差為5°以上的邊界看做晶界時的、全部晶粒中的晶粒內(nèi)的全部像素間的平均取向差的平均值為3. 8° 4. 2°，抗拉強度為64f708N/mm2，彈性極限值為472 503N/mm2，在200°C熱處理1000小時后的應(yīng)カ松弛率為12 19%。若所述全部晶粒中的晶粒內(nèi)的全部像素間的平均取向差的平均值小于3. 8°或者超過4. 2°，則抗拉強度、弾性極限值、高溫?zé)崽幚砗蟮膽?yīng)カ松弛率都降低，若為適宜值3.8° 4. 2°，則抗拉強度為641 708N/mm2，彈性極限值為472 503N/mm2，在200°C熱處理1000小時后的應(yīng)カ松弛率為12 19%，抗拉強度、弾性極限值和高溫?zé)崽幚砗蟮膽?yīng)カ松弛率在高水平下取得平衡。進ー步地，在本發(fā)明的銅合金條材中，可以含有以質(zhì)量％計為O. ΟΟΓΟ. 03%的Zr。添加O. 00Γ0. 03%的Zr有助于抗拉強度和弾性極限值的提高以及在200°C熱處理1000小時后的應(yīng)カ松弛率的降低。本發(fā)明的銅合金條材的制造方法，其中，通過依次包括熱軋、固溶處理、精冷軋、低溫退火的エ序制造銅合金時，在熱軋起始溫度為720V 820°C、總熱軋率為90%以上、每次軋制的平均軋制率為109Γ35%下進行所述熱軋，將所述固溶處理后的銅合金板的維氏硬度調(diào)整為8(Tl00Hv，在250 350で下實施120秒 240秒的所述低溫退火。 為了使銅合金組織穩(wěn)定化，抗拉強度、弾性極限值和在200°C熱處理1000小時后的應(yīng)カ松弛率在高水平下取得平衡，有必要適當(dāng)調(diào)整熱軋、固溶處理、冷軋的各條件以使固溶處理后的銅合金板的維氏硬度為8(Γ 00Ην，進ー步地，利用帶有電子背散射衍射圖像系統(tǒng)的掃描型電子顯微鏡進行的EBSD法對所述銅合金條材表面的測定面積內(nèi)的全部像素的取向進行測定，為了使將鄰接的像素間的取向差為5°以上的邊界看做晶界時的、全部晶粒中的晶粒內(nèi)的全部像素間的平均取向差的平均值為3.8° 4. 2°、抗拉強度為64Γ708Ν/mm2、彈性極限值為472 503N/mm2、在200°C熱處理1000小時后的應(yīng)カ松弛率為12 19%，有必要在25(T350°C下實施120秒 240秒的低溫退火。在熱軋中，進行軋制起始溫度為720V 820°C、總軋制率為90%以上、每次軋制的平均軋制率為10°/Γ35%的熱軋是重要的。每次軋制的平均軋制率小于10%時，在后エ序中的加工性變差，若超過35%，則容易產(chǎn)生材料開裂?？傑堉坡市∮?0%時，添加元素不能均勻地分散，并且容易產(chǎn)生材料開裂。軋制起始溫度低于720°C時，添加元素難以均勻地分散，并且容易產(chǎn)生裂紋，若超過820°C，則熱成本增加，經(jīng)濟上變得浪費。低溫退火溫度低于250°C時，看不到彈性極限值特性的提高，若超過350°C，則形成脆的粗大Mg化合物，對抗拉強度以及在200°C熱處理1000小時后的應(yīng)カ松弛率帶來不良影響。同樣地，低溫退火時間小于120秒時，看不到彈性極限值特性的提高，若超過240秒，則形成脆的粗大Mg化合物，對抗拉強度以及在200で熱處理1000小時后的應(yīng)カ松弛率帶來不良影響。根據(jù)本發(fā)明，能得到抗拉強度、弾性極限值和在200°C熱處理1000小時后的應(yīng)カ松弛率在高水平下取得平衡的Cu-Mg-P系銅合金條材。


圖I為表示利用帶有電子背散射衍射圖像系統(tǒng)的掃描型電子顯微鏡進行的EBSD法對上述銅合金條材表面的測定面積內(nèi)的全部像素的取向進行測定，將鄰接的像素間的取向差為5°以上的邊界看做晶界時的、全部晶粒中的晶粒內(nèi)的全部像素間的平均取向差的平均值與彈性極限值(kb)之間的關(guān)系的圖。圖2為表示利用帶有電子背散射衍射圖像系統(tǒng)的掃描型電子顯微鏡進行的EBSD法對上述銅合金條材表面的測定面積內(nèi)的全部像素的取向進行測定，將鄰接的像素間的取向差為5°以上的邊界看做晶界時的、全部晶粒中的晶粒內(nèi)的全部像素間的平均取向差的平均值與抗拉強度之間的關(guān)系的圖。
圖3為表示利用帶有電子背散射衍射圖像系統(tǒng)的掃描型電子顯微鏡進行的EBSD法對上述銅合金條材表面的測定面積內(nèi)的全部像素的取向進行測定，將鄰接的像素間的取向差為5°以上的邊界看做晶界時的、全部晶粒中的晶粒內(nèi)的全部像素間的平均取向差的平均值與在200°C熱處理1000小時后的應(yīng)カ松弛率之間的關(guān)系的圖。
具體實施例方式以下對本發(fā)明的實施方式進行說明。本發(fā)明的銅合金條材具有以質(zhì)量％計Mg為O. 3 2%、P為O. ΟΟΓΟ. 1%、剩余部分為Cu和不可避免的雜質(zhì)的組成。Mg固溶于Cu基體而不會損害導(dǎo)電性地使強度提高。此外，P在熔解鑄造時具有脫酸作用，在與Mg成分共存的狀態(tài)下提高強度。通過在上述范圍內(nèi)含有這些Mg、P，可以有效地發(fā)揮其特性。
此外，還可以含有以質(zhì)量％計為O. ΟΟΓΟ. 03%的Zr，該范圍的Zr的添加對抗拉強度和弾性極限值的提高以及在200°C熱處理1000小時后的應(yīng)カ松弛率的降低有效。關(guān)于該銅合金條材，利用帶有電子背散射衍射圖像系統(tǒng)的掃描型電子顯微鏡進行的EBSD法對上述銅合金條材表面的測定面積內(nèi)的全部像素的取向進行測定，將鄰接的像素間的取向差為5°以上的邊界看做晶界時的、全部晶粒中的晶粒內(nèi)的全部像素間的平均取向差的平均值為3. 8° 4. 2°，抗拉強度為641 708N/mm2，彈性極限值為472 503N/mm2，在200°C熱處理1000小時后的應(yīng)カ松弛率為12 19%。全部晶粒中的晶粒內(nèi)的全部像素間的平均取向差的平均值如下求得。作為前處理，將IOmmX IOmm的樣品在10%硫酸中浸潰10分鐘后，進行水洗，利用送風(fēng)來噴水后，噴水后的樣品用日立ハィテクノロジーズ社制平面銑削(フラッ卜ミリング)(離子銑削)裝置以加速電壓5kV、入射角5°、照射時間I小時實施表面處理。接著，利用帶TSL公司制EBSD系統(tǒng)的日立ハィテクノロジーズ社制掃描型電子顯微鏡S-3400N觀察該樣品表面。觀察條件為加速電壓25kV，測定面積150 μ mX 150 μ m。由觀察結(jié)果，在下述條件下求得全部晶粒中的晶粒內(nèi)的全部像素間的平均取向差的平均值。在步長0. 5 μ m下對測定面積范圍內(nèi)的全部像素的取向進行測定，鄰接的像素間的取向差為5°以上的邊界視為晶界。接著，對于所有被晶界包圍的各晶粒，通過數(shù)學(xué)式I的算式計算晶粒內(nèi)的全部像素間的取向差的平均值(G0S =Grain Orientation Spread)，將其所有值的平均值作為全部晶粒中的晶粒內(nèi)的全部像素間的平均取向差。而且，將兩像素以上連結(jié)而成的粒子作為晶粒。[數(shù)學(xué)式I]
權(quán)利要求
1.一種銅合金條材，具有以質(zhì)量％計Mg為0. 3 2%、P為0. OOfO. 1%、剩余部分為Cu和不可避免雜質(zhì)的組成，其特征在于，利用帶有電子背散射衍射圖像系統(tǒng)的掃描型電子顯微鏡進行的EBSD法，在步長0. 5 y m下對所述銅合金條材的表面的測定面積內(nèi)的全部像素的取向進行測定，將鄰接的像素間的取向差為5°以上的邊界看做晶界時的、全部晶粒中的晶粒內(nèi)的全部像素間的平均取向差的平均值為3. 8° 4. 2°，抗拉強度為64f708N/mm2，彈性極限值為472 503N/mm2，在200°C熱處理1000小時后的應(yīng)力松弛率為12 19%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的銅合金條材，其特征在于，含有以質(zhì)量％計為0.OOfO. 03%的Zr。
3.—種權(quán)利要求I所述的銅合金條材的制造方法，其特征在于，通過依次包括熱軋、固溶處理、精冷軋、低溫退火的工序制造銅合金時，在熱軋起始溫度為720°C 820°C、總熱軋率為90%以上、每次軋制的平均軋制率為109^35%下進行所述熱軋，將所述固溶處理后的銅合金板的維氏硬度調(diào)整為8(Tl00Hv，在25(T350°C下實施120秒 240秒的所述低溫退火。
全文摘要
本發(fā)明提供抗拉強度、彈性極限值和高溫下長時間使用時的應(yīng)力松弛率在高水平下取得平衡的Cu-Mg-P系銅合金條材及其制造方法。該銅合金條材具有以質(zhì)量%計Mg為0.3~2%、P為0.001~0.1%，剩余部分為Cu和不可避免的雜質(zhì)的組成，利用帶有電子背散射衍射圖像系統(tǒng)的掃描型電子顯微鏡進行的EBSD法，在步長0.5μm下對銅合金條材的表面的測定面積內(nèi)的全部像素的取向進行測定，將鄰接的像素間的取向差為5°以上的邊界看做晶界時的、全部晶粒中的晶粒內(nèi)的全部像素間的平均取向差的平均值為3.8°~4.2°，抗拉強度為641~708N/mm2，彈性極限值為472~503N/mm2，在200℃熱處理1000小時后的應(yīng)力松弛率為12~19%。
文檔編號C22F1/08GK102753712SQ201080063568
公開日2012年10月24日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月24日
發(fā)明者櫻井健, 阿部良雄, 龜山嘉裕 申請人:三菱伸銅株式會社