专利名称：耐热性优良的铜合金及铜合金板的制法的制作方法
技术领域：
本发明是关于在成型加工后即使在进行了比如是应变消除退火等热处理的情况下，强度降低较小且耐热性优良的铜合金及其制法，因而这种铜合金，发挥其优良耐热性，可在以电气电子领域和机械领域为主的各种领域广泛有效地利用。
背景技术：
近年来，随着以电子设备等为主的各种设备的小型化和薄壁轻量化进展，用做构成这些设备的引线框架和端子、连接器等的铜合金部件的小型轻量化也在迅速发展。
例如，作为半导体引线框架用铜合金，一般使用含有少量铁的铜合金，特别是含有Fe2.1～2.6％(指质量％；在化学成分的情况下，以下相同)P0.015～0.15％以及Zn0.05～0.20％的铜合金(CDA 194合金)，即使在铜合金中，因它其在强度、导电性、热传导性等方面也优秀，故作为国际标准铜合金而被广泛使用。
可是在加工成引线框架等时，一般采用上述那种化学组成的铜合金板，通过冲压成形作成多管脚(peen)形状。可是最近为了适应如前所述的电气电子部件的小型化和薄壁轻量化，做为原材料使用的铜合金板的薄壁化以及多管脚化正在发展，伴随于此，有冲压成形后的加工品上易残留应变应力，管脚变得不整齐的倾向。于是通常实行对用冲压加工获得的多管脚形状的铜合金板实施热处理(消除应变退火)来消除应变。然而，一旦进行这样的热处理，材料即易于软化，不可能维持热处理之前的机械强度。此外，从制造工序方面来看，从提高生产率的观点出发，需要以更加高温、短时间来进行所述热处理，强烈要求在高温下热处理后仍可保持高强度的耐热性。
对于这样的课题，到目前为止，使其含有Fe、P、Zn等合金元素及其他Sn、Mg、Ca等微量添加元素，或调整他们的添加量等的改善对策已被探讨过。然而，因仅靠这样的成分调整不可能充分适应铜合金部件的小型轻量化和耐热强度特性等。因此最近在研究控制铜合金的集合组织等的技术。
例如在专利文献1中，通过控制最终轧制后的X射线衍射强度比和最终轧制前的晶粒大小来提高强度。此外，在专利文献2中，公开了在X射线衍射强度比之外再加以控制Cube方位的方位密度来提高加工性的技术。
特开2003-96526号公报[专利文献2]特开2002-339028号公报上述专利文献1中所公开的方法，是将无氧铜中添加了少量银的铜合金用做原料，在热轧后反复进行冷轧和再结晶退火，通过控制最终冷轧中的加工性、最终冷轧前的再结晶退火后的平均结晶粒径、以及最终退火前的冷轧加工性来控制最终轧制后的X射线衍射强度比和最终轧制前的晶粒大小，以谋求高强度化。并且根据此文献，如果立方体集合组织发达，强度就降低，且在腐蚀性方面出现各向异性，因而即使从这样的观点出发，认为X射线衍射强度是应得到适当控制的。此外，该文献中记载这种铜合金在耐热性方面也是优异的。然而，即使照样采用此文献中所推荐的轧制和退火条件，也不可能获得后述本发明中指望那种高水平耐热性，需要进一步的改善。
另据文献2，其中记载有通过在适当范围控制(200)晶面和(220)晶面的X射线衍射强度比与Cube方位的方位密度，可获得加工性和成型性改善了的电子部件用铜合金。然而，即使采用此技术，也达不到保证本发明中所指望的高水平耐热性。
发明内容
本发明是有鉴于如上所述的众所周知的技术而进行的。其目的是提供即使不配以贵重的合金元素，并且，即使特别是在为适用于电气电子部件用铜合金材的小型轻量化而进行了热处理(消除应变退火)的情况下，也具有可保持高强度的耐热性的铜合金，同时还提供更可靠地制造这种铜合金的方法。
能够解决上述课题的本发明的耐热性优良的铜合金，其特征是含有Fe，在500℃下经1分钟退火后的Cube方位的方位密度为50％以下，理想的是平均结晶粒径在30μm以下。
本发明的铜合金，如上所述，做为廉价的合金元素将少量的Fe作为必须成分而含有的，其含量不做特别限制，不过理想的是在0.01％以上，4％以下。做为另外往往含有的某些元素，有0.03％左右以下的磷(P)和0.1％左右的锌等，但是关于其他元素，应控制在不可避免的杂质量上。
此外，本发明的制法是能够更可靠地制造上述耐热性优良的铜合金的方法，其特征在于将含Fe的铜合金经热轧后进行冷轧来制造冷轧铜合金时，在热轧与最终冷轧之间，至少要将冷轧和退火各进行两次，同时以50～80％的加工率来进行每一次的冷轧，将最终冷轧时的加工率定为30～85％。
根据本发明，通过将经500℃×1分钟退火后的Cube方位密度控制50％以下，即可获得稳定而且耐热性优良的铜合金。还能够尽可能减小在以往材料中所指出的以应变消除为目的的退火热处理后的强度劣化。其结果，在因比如是冲压成形处理等而导致有应变应力残留，致使担心尺寸精度降低的情况下，也能通过应变消除退火等控制强度降低的同时防止尺寸精度的降低，提供品质稳定的铜合金。
图1是实施例中所制得的铜合金板的用「EBSP测定分析系统OIM」得出的立方体方位映射图。
图2是实施例中同样制得的铜合金板的由SEM照相求得的结晶粒径的直方图。
具体实施例方式
本发明的耐热性优良的铜合金，如上所述是用含有少量Fe的铜合金制成的，其具有的第一特征在于500℃下经1分钟退火后的Cube方位的方位密度为50％以下，更理想的是在该方位密度之外，其具有的第二特征在于，500℃下经1分钟退火后的平均结晶粒径在30μm以下。
如上所述，将在500℃下经1分钟退火后的Cube方位的方位密度设定在50％以下，是根据下述理由的。即根据本发明者们通过各种实验所证实以下事实在含有少量Fe的铜合金的情况下，加热退火后Cube方位的方位密度越大，则因热处理而致的强度降低程度就越大，该方位密越小，则因热处理而致的强度降低程度就越小，即为耐热性优良的铜合金；另外该方位密度的定量基准能够以加热退火设定在[500℃×1分钟]时退火后的Cube方位密度为基准来做评价，如果超过50％，则因热处理而致的强度降低程度就会明显变大，该方位密度在50％以下时，更理想的是在40％以下时，显示出稳定且优良的耐热性。
还有，在Cube方位密度之外，上述在500℃下经1分钟退火后的平均结晶粒径也与耐热性有较高相关性。该平均结晶粒径为30μm以下时，证实其显示出更加优良的耐热性。
再者，所谓Cube方位，是结晶的<001>方向与轧制方向，轧制面法线以及宽度方向成平行的方位，在轧制面上由(100)面定向。随着Cube方位的发达，具有该Cube方位的晶粒的存在比率就变大，Cube方位一经过度发达，该铜合金的强度就会降低。于是若将Cube方位的方位密度控制在50％以下，就能够确保本发明中所指望的高水平的耐热性。
这里，Cube方位的方位密度可以用EBSP(Electron Back-Scatterdiffraction Pattern)测定，即在EBSP法中，使电子束入射在试料表面上，由此时发生的反射电子可得到如图1中所示的菊池图案(Cube方位映象)。若将菊池图案加以分析，即可知电子入射位置的结晶方位。然后使该电子束在试料表面上进行二维扫描，若按每段规定间距均测定出结晶方位，即可测定试料表面的方位分布。
但是由于薄壁化和冲压成形等的加工而导致的应变场和滑移线、位错边界等缺陷大量存在于试料中的情况下，不易得到菊池图案。本发明的铜合金，正如随后将要详述的那样，由于是通过强压下的冷轧进行最后加工的，因此在最终冷轧板的原本状态下是不能用EBSP法来评价Cube方位的方位密度的。因此，在本发明中，是以500℃下经1分钟退火后的Cube方位密度来规定的。
又，随着Cube方位的发达，在相同方向上取向的晶粒的比例增多，因而晶粒边界上原子的紊乱程度变小，晶粒明显粗大化的倾向可被观察到。该结晶粒径在30μm以下，更理想的是在25μm以下时，即使在500℃下经1分钟退火后仍保持高强度也得到证实。
本发明中所使用的铜合金是将Fe作为必须成分而含有的，包括该Fe含量在内，对该铜合金的成分组成未做特别限制，但是要使本发明的效果更为有效地发挥，或者说使做为铜合金的各种特性更有效地显现，希望使用Fe含量0.01％以上，4.0％以下的。顺便说一下，如果Fe含量不足0.01％时，铜合金基体内的Fe或Fe基金属间化合物的析出量较少，因而做为引线框架和端子、连接器等所要求的强度就会不够，此外，耐热性也不够了。但是，这样的Fe的作用大约在4.0％时即饱和，得不到进一步提高强度和耐热性的效果，倒是含Fe的粗大晶粒和析出物大量生成，会对铸造性和热轧时的加工性造成不良影响，因而最好控制在4.0％以下。要使强度和耐热性与铸造性和热加工性达到并存，更理想的Fe含量是0.03％以上，3.5％以下，进一步理想的是0.05％以上，3.0％以下。
又，本发明的铜合金中，除上述Fe之外，磷(P)和锌也会混入，但是为了抑止因粗大结晶的生成而导致的铸造性的降低，最好控制在0.1％左右以下。此外，锌在制止锡和焊药的剥离方面是有效的元素，但若过多时其效果就会饱和，反而使熔融锡和焊药的浸湿扩展性劣化，因而希望控制在1.0％左右以下。关于其它元素，则不必积极地使它含入，不过在不防碍本发明的上述作用效果范围，例如Pb、Ni、Mn、Cr、Al、Mg、Ca、Be、Si、Zr、In等不可避免杂质量混入也是可以的，或者积极地添加少量也是可能的。这些情况也都包括在本发明的技术范围内。
以下关于获得满足上述Cube方位密度和平均结晶粒径的耐热性优良的铜合金的制法进行说明。
在制造本发明的铜合金时，在热轧之后至进行最后冷轧的过程中，将冷轧和退火至少各反复进行两次，最后经冷轧加工成规定厚度。在以往的方法中，一般所采用的是，从生产率和成本出发的将热轧后的冷轧和退火控制在必要的最低限(例如，热轧-冷轧-退火-最终冷轧)来进行的方法。但是根据本发明者们所证实的情况来看，如果将每一次冷轧时的加工率提高过度，就会有Cube方位的核形成，在将加工制品退火时，Cube方位就容易发达。反之，如果每一次冷轧时的加工率过低，则B方位({011}<211>)和S方位({123}<634>)等的轧制集合组织的发达就被抑制，成为冷轧前(即热轧结束时刻)所残留的Cube方位及其核大量残留着的状态。
可是在热轧和最终冷轧之间，如果在适当的加工率范围内将冷轧和退火至少各反复进行两次，则Cube方位的发达以及核的形成就被大幅度抑制。顺便提一下，如果使每一次冷轧时的加工率不足50％或超过80％，则在将制品退火完时，Cube方位显著容易成长，在500℃下经1分钟退火后的Cube方位密度会超过上述合适范围。不过随着Cube方位的发达，晶粒异常成长，平均结晶粒径也超过30μm，进而成为使耐热性劣化的原因。于是在本发明中，将每次冷轧的加工率定为50～80％，并且必须将该冷轧和退火至少各进行两次。
又，通过在热轧后所进行的上述冷轧和退火的反复操作，充分抑制Cube方位的发达和核形成，以尺寸调整为重点的最终冷轧时的允许加工范围能够虽然得到一些扩大，但是若要将最终冷轧工序中Cube方位的发达和核形成也可靠抑制，则最好将最终冷轧时的加工率抑制在30％以上85％以下，更理想一些的是抑制在35％以上80％以下。
本发明是如上述那样构成的，通过将在规定条件下加热后的Cube方位密度特定在50％以下，可得到加热退火时的强度降低较小而耐热性优良的铜合金，而且通过在热轧至最终冷轧之间所进行的规定加工率的冷轧和退火的反复操作和最终冷轧时的加工率的适当控制，能够可靠地制造高耐热性的铜合金。
这样得到的本发明的铜合金如上所述具有优良的耐热性，即使加以应变消除退火等热处理，强度降低也较小，因而可有效地用作为比如象IC引线框架、端子、连结器等为了最终加工后尺寸调整而要进行应变消除退火等热处理的铜合金制品的原料。
以下举述实施例以及比较例来更具体地说明本发明。本发明当然不会是因下述实施例而受到限制的，在能适合前后所述的宗旨的范围内，适当加以变更实施也是可能的。这些情况当然也包括在本发明的技术范围之内。
实施例将下述表1中所示化学成分的铜合金分别在无芯炉中熔炼，用半连续铸造法来造块，制成厚50mm×宽200mm×长500mm的铸块。将所制得的各铸块加热后热轧至厚度12mm，之后进行平面切削，然后再重复冷轧和退火，最后进行最终轧制，制得厚约0.2mm的铜合金板。
将所制得的铜合金板在500℃的盐浴炉中经1分钟退火后，采选组织观察用的试验片，进行机械研磨以及抛光研磨后，做电解研磨来调整表面。关于所制得的各个试验片，利用日本电子社制造的SEM(型号「JEOL JSM5410」)和TSL社制造的EBSP测定分析系统OIM(Orientation ImagingMacrograph)在500μm×500μm的范围内以1μm的间隔进行了测定。然后，用同一系统的分析软件(软件名「OIM Analysis」)求得Cube方位的方位密度(由理想方位起算15°之内)和平均结晶粒径。
图1是利用了上述「EBSP测定分析系统OIM」对表1所示的符号1的样品测定得到的Cube方位映射图，呈黑色的领域是Cube方位。因而若将这样的Cube方位映射图用上述分析软件进行图象解析，即可求得Cube方位密度。此外，图2同样是对符号1的样品用相同分析软件求得的结晶粒径的直方图。从这样的结晶粒径和各面积比率的直方图，即可求得平均结晶粒径。
另外，各个提供的试材的耐热性是按照由退火导致的硬度降低程度来评价的。硬度的测定是由最终轧制完工后的铜合金板制品和将其在500℃下经1分钟退火后的板中分别任意采选试验片(厚0.2mm×宽10mm×长10mm)，用松泽精机社制造的显微威氏硬度计(商品名「微小硬度计」)加以0.5kg的荷重来进行的。
将结果汇总示于表1。
表1
由表1可知，符号1-7是满足本发明的规定条件的实施例，每个都是500℃×1分钟退火后的Cube方位密度为50％以下，平均结晶粒径为30μm以下，而且退火前后的硬度降低量均在40Hv以下，具有优良耐热性。
与这些情况相对比，符号8-16都是缺乏如下所述的本发明中所规定的某项规定条件的比较材料，每个Cube方位密度均超过50％，同时平均结晶粒径超过30μm，退火前后的强度降低量大而且不能说耐热性是充分的。
符号8热轧后的最终轧制期间所进行的冷轧的最高加工率超过80％。
符号9热轧后的最终轧制期间所进行的冷轧的最高加工率超过80％，此外，最终轧制时的加工率也超过85％。
符号10热轧后的最终轧制期间所进行的冷轧的最高加工率超过80％。
符号11热轧后的最终轧制期间所进行的冷轧的最高加工率不足50％。
符号12最终轧制时的加工率超过85％。
符号13热轧后的最终轧制期间所进行的冷轧的最高加工率超过80％，此外，最终轧制时的加工率也超过85％。
符号14热轧后的最终轧制期间所进行的冷轧的最低加工率不仅不足50％，而且最终轧制时的加工率也未达到30％。
符号15热轧后的最终轧制期间所进行的冷轧的最低加工率不足50％，此外，最终轧制时的加工率超过85％。
符号16热轧后的最终轧制期间所进行的冷轧和退火的重复次数仅有一次。
权利要求
1.一种耐热性优良的铜合金，其特征在于含有铁，在500℃下经1分钟退火后的Cube方位的方位密度为50％以下。
2.一种耐热性优良的铜合金，其特征在于含有铁，在500℃下经1分钟退火后的Cube方位的方位密度为50％以下，而且在500℃下经1分钟退火后的平均结晶粒径为30μm以下。
3.根据权利要求项1中所记载的铜合金，铁含量为0.01～4质量％。
4.根据权利要求项2中所记载的铜合金，铁含量为0.01～4质量％。
5.一种耐热性优良的铜合金的制法，其特征在于，将含Fe的铜合金热轧后进行冷轧来制造冷轧铜合金时，在热轧与最终冷轧之间，将冷轧和退火至少各进行两次，同时以50～80％的加工率进行每一次的冷轧，最终冷轧时的加工率设定为30～85％。
全文摘要
一种耐热性优良的铜合金及铜合金板的制法，所述耐热性优良的铜合金含有Fe，在500℃下经1分钟退火后的Cube方位的方位密度为50％以下，而且在500℃下经1分钟退火后的平均结晶粒径为30μm以下，该铜合金能通过以下工艺来制造，即，将含Fe的铜合金热轧后进行冷轧来制造冷轧铜合金时，在热轧与最终冷轧之间，将冷轧和退火至少各进行两次，同时以50～80％的加工率进行每一次的冷轧，将最后冷轧时的加工率设定为30～85％。根据本发明，提供在进行了应变消除退火等热处理的情况下也几乎不会引起强度降低且耐热性优良的铜合金及铜合金板的制法。
文档编号C22F1/00GK1614052SQ20041009035
公开日2005年5月11日 申请日期2004年11月4日 优先权日2003年11月5日
发明者有贺康博, 梶原桂 申请人:株式会社神户制钢所