专利名称：Cu-Mg-P系铜合金条材及其制造方法
技术领域：
本发明涉及适于连接器、引线架、继电器、开关等电气/电子部件的Cu-Mg-P系铜 合金条材，特别涉及拉伸强度和弹性极限值能够以高水平取得平衡的Cu-Mg-P系铜合金条 材及其制造方法。
背景技术：
近年来，在手机或笔记本电脑等电子设备中，小型、薄型化及轻量化逐步发展，而 所使用的端子/连接器部件也变得使用更小型且电极间间距狭窄的材料。基于这种小型 化，所使用的材料也变得更薄，但从尽管薄也需要确保连接信赖度考虑，更高强度且以高水 平与弹性极限值取得平衡的材料受到要求。另一方面，因伴随设备的高性能化的电极数的增加或通电电流的增加所产生的焦 耳热也变得极大的同时，对导电率高于以往的材料的要求不断加强。这种高导电率材料，在 通电电流的增加正在迅速发展的汽车用端子/连接器材料中受到强烈要求。以往，作为这 种端子/连接器用的材料，通常使用黄铜或磷青铜。然而，以往广泛使用的黄铜或磷青铜产生无法充分适应对所述连接器材料的要求 的问题。即，黄铜的强度、弹性及导电性不足，因此无法适应连接器的小型化及通电电流的 增加。并且，磷青铜虽然具有更高的强度和更高的弹性，但因导电率低至20% IACS左右，所 以无法适应通电电流的增加。另外，磷青铜还有抗迁移性差的缺点。迁移性是指在电极间产生结露等时，阳极侧 的Cu离子化而在阴极侧析出，最终达到电极间的短路的现象，在如汽车般在高湿环境中使 用的连接器中成为问题，同时在因小型化而电极间间距变窄的连接器中也是需要注意的问题。作为改善这种黄铜或磷青铜所具有的问题的材料，例如，申请人提出以如专利文 献1 2所示的Cu-Mg-P为主成分的铜合金。专利文献1 日本特开平6-；340938专利文献2 日本特开平9-157774专利文献1中公开有如下铜合金条材其是以重量％计，含有Mg 0. 1 1. 0%、P 0. 001 0. 02%、余量由Cu及不可避免的杂质组成的条材，其中，表面晶粒形成长圆形状， 具有该长圆形状晶粒的平均短径为5 20 μ m，平均长径/平均短径的值为1. 5 6. 0的尺 寸，为了形成这种长圆形状晶粒，在最终冷轧之前的最终退火中，调整成平均晶粒径为5 20 μ m的范围内，接着在最终冷轧工序中将压延率设为30 85%的范围内的冲压时，冲压 模具的磨损少。专利文献2公开有如下见解在具有含有Mg :0. 3 2重量％、P :0. 001 0. 1重 量％、余量由Cu及不可避免的杂质构成的组成的以往的铜合金薄板中，通过将P含量限 制至0. 001 0. 02重量％，进而将含氧量调整至0. 0002 0. 001重量％，将C含量调整 至0. 0002 0. 0013重量％而将分散于基体材料中的包含Mg的氧化物粒子的粒径调整至3μπι以下，由此使得弯曲加工后的弹性极限值的下降比以往的铜合金薄板少，若从该铜合 金薄板制造连接器，则得到的连接器较以往显示进一步优异的连接强度，即使在汽车发动 机周围那样的高温中在存在振动的环境下使用也不会脱离。通过上述专利文献1、专利文献2公开的发明，能够获得强度、导电性等优异的铜 合金。但随着电气/电子设备的高功能化变得逐渐显著，也进一步强烈要求这些铜合金的 性能提高。特别地，在用于连接器等的铜合金中，如何在使用状态中不产生永久变形而能以 高应力使用变得重要，对拉伸强度和弹性极限值能够以高水平取得平衡的Cu-Mg-P系铜合 金条材的要求越来越强烈。此外，在上述各专利文献中，虽然对铜合金组成及表面晶粒的形状进行了规定，但 对于深入晶粒的微细组织分析的拉伸强度和弹性极限值特性的关系并未触及。
发明内容
鉴于这种状况，本发明提供拉伸强度和弹性极限值能够以高水平取得平衡的 Cu-Mg-P系铜合金条材及其制造方法。一直以来，晶粒的塑性变形通过表面的组织观察来进行，作为能够应用于晶粒的 应变评价的最近技术有背散射电子衍射(EBSD)法。该EBSD法是将试验片设置于扫描型电 子显微镜(SEM)内，从得自试样表面的电子线的衍射像(菊池线)求出其晶体取向的手段， 只要是通常的金属材料就能够简便地测量取向。随着最近电子计算机处理能力的提高，即 使在多晶金属材料中，只要是存在于数mm左右的对象区域中的100个左右的晶粒，也能够 在实用的时间内评价它们的取向，通过使用了计算机的图像处理技术能够从已评价的结晶 取向数据提取晶界。若从这样提取的图像检索所希望条件的晶粒来选择进行模型化的部位，则能够进 行自动处理。此外由于结晶取向的数据与图像的各部位(实际上是像素)对应，所以能够 从文件提取与已选择的部位的图像对应的结晶取向数据。利用上述事实，本发明人等进行了精心研究，结果发现使用EBSD法以带有背散 射电子衍射像系统的扫描型电子显微镜观察Cu-Mg-P系铜合金的表面后，对测量范围内的 全部像素的取向进行测量，将邻接的像素间的取向差为5°以上的分界当作晶界时，晶粒内 的全部像素间的平均取向差不到4°的晶粒的面积相对于总测量面积的比例与Cu-Mg-P系 铜合金的拉伸强度和弹性极限值特性具有紧密的关系。本发明的铜合金条材，是以质量％计具有Mg :0. 3 2%、P :0. 001 0. 1%、余量 为Cu及不可避免的杂质的组成的铜合金条材，其特征在于，以通过带有背散射电子衍射像 系统的扫描型电子显微镜的EBSD法，以0. 5 μ m步长测量所述铜合金条材表面的测量面积 内的全部像素的取向，将邻接的像素间的取向差为5°以上的分界当作晶界时的、晶粒内的 全部像素间的平均取向差不到4°的晶粒的面积比例为所述测量面积的45 55%，拉伸强 度为641 708N/mm2，弹性极限值为472 503N/mm2。若所述晶粒内的全部像素间的平均取向差不到4°的晶粒的面积比例不到所述 测量面积的45%，或超过55%，则拉伸强度和弹性极限值都引起下降，若为适当值的45 55%，则拉伸强度为641 708N/mm2，弹性极限值成为472 503N/mm2，拉伸强度和弹性极 限值以高水平保持平衡。
另外，在本发明的铜合金条材中，可以以质量％计含有0. 001 0. 03% &。Zr的0. 001 0. 03%添加有助于拉伸强度及弹性极限值的提高。本发明的铜合金条材的制造方法，其特征在于，在以依次包含热轧、熔体化处理、 精冷轧、低温退火的工序制造铜合金时，热轧开始温度为700°C 800°C，总热轧率为90% 以上，将每1轧制道次的平均压延率设为10% 35%来进行所述热轧，将所述熔体化处理 后的铜合金板的维氏硬度调整至80 ΙΟΟΗν，以250 450°C实施所述低温退火30 180 秒。为了使铜合金组织稳定化，以高水平取得拉伸强度和弹性极限值的平衡，需要适 当地调整热轧、熔体化处理、冷轧的各种条件，以使熔体化处理后的铜合金板的维氏硬度成 为80 ΙΟΟΗν，另外，以通过带有背散射电子衍射像系统的扫描型电子显微镜的EBSD法，测 量所述铜合金条材表面的测量面积内的全部像素的取向，将邻接的像素间的取向差为5° 以上的分界当作晶界时的、晶粒内的全部像素间的平均取向差不到4°的晶粒的面积比例 为所述测量面积的45 55%，为了使拉伸强度为641 708N/mm2，使弹性极限值为472 503N/mm2,需要以250 450°C实施低温退火30 180秒。根据本发明，能够得到拉伸强度和弹性极限值能够以高水平取得平衡的Cu-Mg-P 系铜合金条材。
图1是表示以通过带有背散射电子衍射像系统的扫描型电子显微镜的EBSD法，测 量所述铜合金条材表面的测量面积内的全部像素的取向，将邻接的像素间的取向差为5° 以上的分界当作晶界时的、晶粒内的全部像素间的平均取向差不到4°的晶粒的相对于总 测量面积的面积比例(Area Fraction)和弹性极限值(Kb)的关系的图。图2是表示以通过带有背散射电子衍射像系统的扫描型电子显微镜的EBSD法，测 量所述铜合金条材表面的测量面积内的全部像素的取向，将邻接的像素间的取向差为5° 以上的分界当作晶界时的、晶粒内的全部像素间的平均取向差不到4°的晶粒的相对于总 测量面积的面积比例(Area Fraction)和拉伸强度的关系的图。
具体实施例方式以下，对本发明的实施方式进行说明。本发明的铜合金条材以质量％计具有Mg :0. 3 2 %、P :0. 001 0. 1 %、余量为Cu 及不可避免的杂质的组成。Mg固熔于Cu的基体材料以不损害导电性而使强度提高。并且，P在熔解铸造时有 脱氧作用，并以与Mg成分共存的状态使强度提高。通过以上述范围含有这些Mg、P，能够有 效地发挥其特性。并且，也可以以质量％计含有0. 001 0. 03% Zr，该范围的&的添加有助于拉伸 强度和弹性极限值的提高。该铜合金条以通过带有背散射电子衍射像系统的扫描型电子显微镜的EBSD法， 测量所述铜合金条材表面的测量面积内的全部像素的取向，将邻接的像素间的取向差为 5°以上的分界当作晶界时的、晶粒内的全部像素间的平均取向差不到4°的晶粒的面积比例为所述测量面积的45 55%，拉伸强度为641 708N/mm2，弹性极限值为472 503N/ mm2 ο晶粒内的全部像素间的平均取向差不到4°的晶粒的面积比例如下求出。作为前处理，将IOmmX IOmm试样浸渍于10%硫酸中10分钟后，通过水洗、吹气 散水后，用日立高新技术公司制造的平压铣削(离子铣削)装置，以加速电压5kV、入射角 5°、照射时间1小时，对散水后的试样施以表面处理。接着，用TSL公司制造的带有EBSD系统的日立高新技术公司制造的扫描型电子显 微镜S-3400N观察该试样表面。观察条件设为加速电压25kV、测量面积150 μ mX 150 μ m。由观察结果，晶粒内的全部像素间的平均取向差不到4°的晶粒的相对于总测量 面积的面积比例以以下的条件求出。以0. 5 μ m步长，对测量面积范围内的全部像素的取向进行测量，并将邻接的像素 间的取向差为5°以上的分界当作晶界。其次，对由晶界包围的各晶粒，由数1的式计算晶 粒内的全部像素间的取向差的平均值(GOS :Grain Orientation Spread)，并算出平均值不 到4°的晶粒的面积，并将其除以总测量面积而求出总晶粒中所占的晶粒内的平均取向差 不到4°的晶粒的面积的比例。应予说明，将连结有2像素以上的设为晶粒。[数1]
权利要求
1.铜合金条材，其是以质量％计具有Mg:0. 3 2%、P :0. 001 0. 1%、余量为Cu及 不可避免的杂质的组成的铜合金条材，其特征在于，以通过带有背散射电子衍射像系统的 扫描型电子显微镜的EBSD法，以0. 5 μ m步长测量所述铜合金条材表面的测量面积内的全 部像素的取向，将邻接的像素间的取向差为5°以上的分界当作晶界时的、晶粒内的全部像 素间的平均取向差不到4°的晶粒的面积比例为所述测量面积的45 55%，拉伸强度为 641 708N/mm2，弹性极限值为472 503N/mm2。
2.如权利要求1所述的铜合金条材，其特征在于，以质量％计，含有0.001 0. 03%Zr。
3.铜合金条材的制造方法，其是权利要求1或2所述的铜合金条材的制造方法，其特征 在于，在以依次包含热轧、熔体化处理、精冷轧、低温退火的工序制造铜合金时，热轧开始温 度为700°C 800°C，总热轧率为90%以上，将每1轧制道次的平均压延率设为10% 35% 来进行所述热轧，将所述熔体化处理后的铜合金板的维氏硬度调整至80 ΙΟΟΗν，以250 450°C实施所述低温退火30 180秒。
全文摘要
本发明提供拉伸强度和弹性极限值能够以高水平取得平衡的Cu-Mg-P系铜合金及其制造方法。铜合金条材，其以质量％计具有Mg0.3～2％、P0.001～0.1％、余量为Cu及不可避免的杂质的组成，以通过带有背散射电子衍射像系统的扫描型电子显微镜的EBSD法，测量所述铜合金条材表面的测量面积内的全部像素的取向，将邻接的像素间的取向差为5°以上的分界当作晶界时的、晶粒内的全部像素间的平均取向差不到4°的晶粒的面积比例为所述测量面积的45～55％，拉伸强度为641～708N/mm2，弹性极限值为472～503N/mm2。
文档编号C22C9/00GK102108457SQ20101022344
公开日2011年6月29日 申请日期2010年7月2日 优先权日2009年12月23日
发明者樱井健, 阿部良雄, 龟山嘉裕 申请人:三菱伸铜株式会社