JP4294196B2

JP4294196B2 - コネクタ用銅合金およびその製造法

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Publication number: JP4294196B2
Application number: JP2000113520A
Authority: JP
Inventors: 章菅原; 一樹畠山; 樂凌
Original assignee: Dowa Metaltech Co Ltd
Current assignee: Dowa Metaltech Co Ltd
Priority date: 2000-04-14
Filing date: 2000-04-14
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2020-04-14
Also published as: DE10065735B4; JP2001294957A; US6627011B2; US20020006351A1; DE10065735A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コネクタ等の電気・電子部品用材料として好適な強度・導電性・耐応力緩和特性等を有し、さらにヤング率の小さい銅合金およびその製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のエレクトロニクスの発達により、種々の機械の電気配線は複雑化、高集積化が進み、それに伴いコネクタ等の電気・電子部品用材として使用される伸銅品材料が増加している。
また、コネクタ等の電気・電子部品用材は、軽量化、高信頼性、低コスト化が要求されている。よって、これらの要求を満たすために、コネクタ用銅合金材料は薄肉化され、また複雑な形状にプレスされるため、強度、弾性、導電性及びプレス成形性が良好でなければならない。
【０００３】
具体的には、端子において、挿抜時や曲げに対して座屈や変形しない強度、電線のかしめ、嵌合保持に対する強度として、０．２％耐力は６００N/mm^２以上、好ましくは６５０N/mm^２以上、更に好ましくは７００N/mm^２以上が要求され、引張強さは６５０N/mm^２以上、好ましくは７００N/mm^２以上、更に好ましくは７５０N/mm^２以上が要求されている。また、端子をプレスする際に連鎖方向の関係から、圧延等の展伸方向に直角方向の強度が要求され、したがって直角方向の強度において、０．２％耐力は６５０N/mm^２以上、好ましくは７００N/mm^２以上、更に好ましくは７５０N/mm^２以上が要求されており、引張強さは７００N/mm^２以上、好ましくは７５０N/mm^２以上、更に好ましくは８００N/mm^２以上が要求されている。
【０００４】
さらに、通電によるジュール熱発生を抑えるため導電率としては、２０％ＩＡＣＳ以上が好ましい。またさらに、従来は、コネクタが小型化され、小さい変位で大きな応力が得られるように材料のヤング率が大きいことが求められており、端子自身の寸法精度が厳しくなり、金型技術やプレスの操業管理、または材料の板厚や残留応力のバラツキ等、管理基準が厳しくなり、逆にコストアップを招く状況になっていた。そのため、最近ではヤング率の小さい材料を用い、ばねの変位を大きくとる構造とし、寸法のばらつきを許容できる設計が求められるようになってきている。したがって、ヤング率としては展伸方向においては１２０kN/mm^２以下、好ましくは１１５kN/mm^２以下、直角方向においては１３０kN/mm^２以下、好ましくは１２５kN/mm^２以下、さらに好ましくは１２０kN/mm^２以下であることが求められてきている。
【０００５】
上記の状況に加え、金型のメンテナンスの頻度もコストに占める割合が大きい点も問題になってきている。金型のメンテナンスの大きな要因として、金型工具の摩耗があげられる。すなわち、素材に打ち抜きや曲げ等プレス加工を施す際に、パンチ、ダイス、ストリッパー等の金型工具が摩耗することにより、加工材のバリ発生や寸法不良をもたらすようになる。また、同時に、素材自身の摩耗に与える影響も無視できず、金型摩耗性に対する加工材料側の改善要求も高くなってきている。
【０００６】
さらに、コネクタとしては、耐食性、耐応力腐食割れ性に優れていることが必要であり、またメス端子に至っては、熱的負荷が加わることから、耐応力緩和特性にも優れていなければならない。具体的には、応力腐食割れ寿命は従来の黄銅一種の３倍以上に、また、１５０℃における応力緩和率は黄銅一種の半分以下に、すなわち、応力緩和率としては２５％以下、好ましくは２０％以下、さらに好ましくは１５％以下であることが求められている。
【０００７】
従来、コネクタ材としては、黄銅やりん青銅等が一般的に使用されていた。このうち、黄銅は低コストな材料として使用されているが、耐力及び引張強さは質別がＨ０８（spring）でも５７０N/mm^２及び６４０N/mm^２程度であり、前記した６００N/mm^２以上の耐力および６５０N/mm^２以上の引張強さという要求を満足できず、さらに、黄銅は耐食性、耐応力腐食割れ性、耐応力緩和特性で劣っている。また、りん青銅については、このような強度、耐食性、耐応力腐食割れ性、耐応力緩和特性のバランスに優れているものの、導電率は、例えばばね用りん青銅で１２％ＩＡＣＳと小さく、かつコスト的にも不利になっている。
【０００８】
このため、多くの銅合金が研究、開発され提案されている。提案された多くの銅合金は、銅に微量な添加元素を加え、強度、導電率、耐応力緩和特性等の特性をバランスさせるようにしたものであるが、ヤング率については展伸方向でも１２０〜１３５KN/mm^２、直角方向では１２５〜１４５kN/mm^２と大きな値を示すものであり、またコストも高いものであった。
【０００９】
このような状況において、黄銅、りん青銅共にヤング率は、展伸方向が１１０〜１２０kN/mm^２、直角方向が１１５〜１３０kN/mm^２であり、小さいヤング率が前記した設計の要求に合致することから、最近またこれらの材料が見直されるようになってきている。すなわち、黄銅に近い価格で、展伸方向の０．２％耐力が６００N/mm^２以上、引張強さが６５０N/mm^２以上、ヤング率が１２０kN/mm^２以下、導電率が２０％ＩＡＣＳ以上および応力緩和率が２０％以下であり、展伸方向と直角方向において０．２％耐力が６５０N/mm^２以上、引張強さが７００N/mm^２以上およびヤング率が１３０kN/mm^２以下である材料が切に望まれるようになってきている。
【００１０】
また、コネクタ用の材料はＳｎめっきされる機会が多くなり、合金にＳｎを含んでいる方が原料として利用価値が高くなり、さらに黄銅に代表されるようにＺｎを含むと強度、加工性、コストのバランスに優れる合金が得られ易い。このような見地からＣｕ−Ｚｎ−Ｓｎ合金は注目に値する合金系といえる。Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｎ合金としては、ＣＤＡ（Copper Development Association；米国）規格のＣ４００００番台の銅合金が知られている。
【００１１】
例えば、Ｃ４２５００はＣｕ−９．５Ｚｎ−２．０Ｓｎ−０．２Ｐ合金であり、コネクタ用の材料として良く知られている。Ｃ４３４００はＣｕ−１４Ｚｎ−０．７Ｓｎ合金であり、スイッチ、リレー、端子用として少量であるが用いられている。しかしながら、これよりＺｎ量の多いＣｕ−Ｚｎ−Ｓｎ合金については、コネクタ用の材料としてほとんど用いられていない。すなわち、Ｚｎ量とＳｎ量が増すと熱間加工性が低下し、かつ、加工熱処理を制御しないとコネクタ材に必要な機械的特性をはじめとした各種特性が発現できないという問題があり、また適切なＺｎ量、Ｓｎ量とその製造条件が知られていなかったという事情もあった。
【００１２】
具体的には、Ｃ４２５００よりＺｎ量の多い銅合金として、Ｃ４３５００（Ｃｕ−１８Ｚｎ−０．９Ｓｎ）やＣ４４５００（Ｃｕ−２８Ｚｎ−１Ｓｎ−０．０５Ｐ）、Ｃ４６７００（Ｃｕ−３９Ｚｎ−０．８Ｓｎ−０．０５Ｐ）等が挙げられるが、楽器用、船舶用、雑貨品等の用途としての板、棒、管等の製品があるだけであり、コネクタ用の展伸材料とくに条材としては利用されていない。またこれらの材料としても、展伸方向の０．２％耐力が６００N/mm^２以上、引張強さが６５０N/mm^２以上、ヤング率が１２０kN/mm^２以下、導電率が２０％ＩＡＣＳ以上、応力緩和率が２０％以下、展伸方向と直角方向の０．２％耐力が６５０N/mm^２以上、引張強さが７００N/mm^２以上、ヤング率が１３０kN/mm^２以下であると共に、良好なプレス性、耐応力腐食割れ性等のコネクタ材に必要な特性を全て満たすことができない状況にある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の状況に鑑み、本発明の課題とするところは、エレクトロニクスの発達に伴い、コネクタ等の電気・電子部品用材料に要求される上記のような諸特性を同時に満足できる銅合金、すなわちコストが安く、０．２％耐力、引張強さ、導電率、ヤング率、耐応力緩和特性、プレス性等の特性に優れたコネクタ用銅合金とその製造法の提供にある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記の課題を解決するべく鋭意研究の結果、このようなコネクタ等の電気・電子部品用材料に要求される上記の諸特性を同時に満足できる銅合金としてＣｕ−Ｚｎ−Ｓｎ合金を追及することにより、該銅合金におけるＺｎおよびＳｎの最適な組成条件を見出すと共に、上記の諸特性を具現するには、さらに鋳塊の冷却条件や鋳塊の圧延加工条件と熱処理条件の関連が極めて重要であることを見出し、その最適処理条件を設定することにより、本発明を提供するに至ったものである。
【００１５】
すなわち、本発明は、第１に、Ｚｎ：２３〜２８wt％、Ｓｎ：０．３〜１．８wt％の範囲で、かつ次式（１）を満たしてなるＺｎ、Ｓｎを含み、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる銅合金であって、
６．０≦０．２５Ｘ＋Ｙ≦８．５（１）
ただし、Ｘ：Ｚｎの添加量（wt％）、Ｙ：Ｓｎの添加量（wt％）
０．２％耐力が６００N/mm^２以上、引張強さが６５０N/mm^２以上、導電率が２０％ＩＡＣＳ以上、ヤング率が１２０kN/mm^２以下および応力緩和率が２０％以下であることを特徴とするコネクタ用銅合金であり、第２に、Ｚｎ：２３〜２８wt％、Ｓｎ：０．３〜１．８wt％の範囲で、かつ次式（１）を満たしてなるＺｎ、Ｓｎを含み、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる銅合金であって、
６．０≦０．２５Ｘ＋Ｙ≦８．５（１）
ただし、Ｘ：Ｚｎの添加量（wt％）、Ｙ：Ｓｎの添加量（wt％）
展伸方向の０．２％耐力が６００N/mm^２以上、引張強さが６５０N/mm^２以上、ヤング率が１２０kN/mm^２以下、導電率が２０％ＩＡＣＳ以上および応力緩和率が２０％以下で、展伸方向と直角方向の０．２％耐力が６５０N/mm^２以上、引張強さが７００N/mm^２以上、およびヤング率が１３０kN/mm^２以下であることを特徴とするコネクタ用銅合金であり、第３に、前記銅合金が、さらに、Ｆｅ：０．０１〜３wt％、Ｎｉ：０．０１〜５wt％、Ｃｏ：０．０１〜３wt％、Ｔｉ：０．０１〜３wt％、Ｍｇ：０．０１〜２wt％、Ｚｒ：０．０１〜２wt％、Ｃａ：０．０１〜１wt％、Ｓｉ：０．０１〜３wt％、Ｍｎ：０．０１〜５wt％、Ｃｄ：０．０１〜３wt％、Ａｌ：０．０１〜５wt％、Ｐｂ：０．０１〜３wt％、Ｂｉ：０．０１〜３wt％、Ｂｅ：０．０１〜３wt％、Ｔｅ：０．０１〜１wt％、Ｙ：０．０１〜３wt％、Ｌａ：０．０１〜３wt％、Ｃｒ：０．０１〜３wt％、Ｃｅ：０．０１〜３wt％、Ａｕ：０．０１〜５wt％、Ａｇ：０．０１〜５wt％、Ｐ：０．００５〜０．５wt％のうち少なくとも１種以上の元素を含み、その総量が０．０１〜５wt％であり、かつ、Ｓが３０ppm以下であることを特徴とする前記第１または前記第２に記載のコネクタ用銅合金である。
また、本発明は、第４に、Ｚｎ：２３〜２８wt％、Ｓｎ：０．３〜１．８wt％の範囲で、かつ次式（１）を満たしてなるＺｎ、Ｓｎを含み、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる銅合金を溶解鋳造するに際し、
６．０≦０．２５Ｘ＋Ｙ≦８．５（１）
ただし、Ｘ：Ｚｎの添加量（wt％）、Ｙ：Ｓｎの添加量（wt％）
液相線温度から６００℃まで温度域を５０℃／min以上の冷却速度で冷却し、得られた鋳塊を引き続き９００℃以下の加熱温度で熱間圧延を行うことを特徴とするコネクタ用銅合金の製造方法であり、第５に、Ｚｎ：２３〜２８wt％、Ｓｎ：０．３〜１．８wt％の範囲で、かつ次式（１）を満たしてなるＺｎ、Ｓｎを含み、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる銅合金を溶解鋳造するに際し、
６．０≦０．２５Ｘ＋Ｙ≦８．５（１）
ただし、Ｘ：Ｚｎの添加量（wt％）、Ｙ：Ｓｎの添加量（wt％）
液相線温度から６００℃まで温度域を５０℃／min 以上の冷却速度で冷却し、得られた鋳塊を引き続き、９００℃以下の加熱温度で熱間圧延した後、冷間圧延と３００〜６５０℃の温度域での焼鈍を繰り返し、焼鈍後の圧延条の結晶粒径を２５μm以下とすることを特徴とするコネクタ用銅合金の製造方法であり、第６に、Ｚｎ：２３〜２８wt％、Ｓｎ：０．３〜１．８wt％の範囲で、かつ次式（１）を満たしてなるＺｎ、Ｓｎを含み、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる銅合金を溶解鋳造するに際し、
６．０≦０．２５Ｘ＋Ｙ≦８．５（１）
ただし、Ｘ：Ｚｎの添加量（wt％）、Ｙ：Ｓｎの添加量（wt％）
液相線温度から６００℃まで温度域を５０℃／min以上の冷却速度で冷却し、得られた鋳塊を引き続き９００℃以下の加熱温度で熱間圧延した後、冷間圧延と３００〜６５０℃の温度域での焼鈍を繰り返し、焼鈍後の圧延条の結晶粒径を２５μm以下とし、さらに３０％以上の加工率と４５０℃以下の低温焼鈍を行うことによって、展伸方向の０．２％耐力が６００N/mm^２以上、引張強さが６５０N/mm^２以上、ヤング率が１２０kN/mm^２以下、導電率が２０％ＩＡＣＳ以上および応力緩和率が２０％以下で、展伸方向と直角方向の０．２％耐力が６５０N/mm^２以上、引張強さが７００N/mm^２以上およびヤング率が１３０kN/mm^２以下である圧延条を得ることを特徴とするコネクタ用銅合金の製造方法であり、第７に、前記銅合金が、さらに、Ｆｅ：０．０１〜３wt％、Ｎｉ：０．０１〜５wt％、Ｃｏ：０．０１〜３wt％、Ｔｉ：０．０１〜３wt％、Ｍｇ：０．０１〜２wt％、Ｚｒ：０．０１〜２wt％、Ｃａ：０．０１〜１wt％、Ｓｉ：０．０１〜３wt％、Ｍｎ：０．０１〜５wt％、Ｃｄ：０．０１〜３wt％、Ａｌ：０．０１〜５wt％、Ｐｂ：０．０１〜３wt％、Ｂｉ：０．０１〜３wt％、Ｂｅ：０．０１〜３wt％、Ｔｅ：０．０１〜１wt％、Ｙ：０．０１〜３wt％、Ｌａ：０．０１〜３wt％、Ｃｒ：０．０１〜３wt％、Ｃｅ：０．０１〜３wt％、Ａｕ：０．０１〜５wt％、Ａｇ：０．０１〜５wt％、Ｐ：０．００５〜０．５wt％のうち少なくとも１種以上の元素を含み、その総量が０．０１〜５wt％であり、かつ、Ｓが３０ppm以下であることを特徴とする前記第１〜第６のいずれかに記載のコネクタ用銅合金の製造方法である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
所要組成に配合した銅合金溶湯を鋳型に注入して鋳塊を得るに際し、鋳型内において鋳塊を液相線温度から６００℃までの温度域を５０℃／min以上の冷却速度で冷却することにより、鋳塊におけるＺｎとＳｎの偏析を防止する。得られた鋳塊を９００℃以下、例えば８００℃程度に加熱して熱間圧延を行って、急冷することにより結晶粒径を抑えた均質な組織を持つ熱間圧延条を得ることができる。次いで、この熱間圧延条を冷間圧延した後、３００〜６５０℃の温度で焼鈍し、また必要に応じてこの冷間圧延と焼鈍を繰り返して、圧延条の結晶粒径を２５μm以下とする。好ましくはまたさらに、この圧延条について加工率３０％以上の冷間圧延を行うと共に、４５０℃以下の低温焼鈍を行って結晶粒径を制御することにより、展伸方向の０．２％耐力が６００N/mm²以上、引張強さが６５０N/mm^２、導電率が２０％ＩＡＣＳ以上、ヤング率が１２０kN/mm^２以下、応力緩和率が２０％以下で、展伸方向と直角方向の０．２％耐力が６５０N/mm^２以上、引張強さが７００N/mm^２以上、ヤング率が１３０kN/mm^２以下の銅合金圧延条を得ることができる。
【００１７】
以下、本発明の内容をさらに具体的に説明する。
［本発明銅合金における成分量限定理由］
Ｚｎ：Ｚｎを添加することにより、強度、ばね性が向上し、かつＣｕより安価であるため多量に添加することが望ましいが、２８wt％を超えるとＳｎとの共存下で粒界偏析が激しくなり熱間加工性が著しく低下する。また、冷間加工性、耐食性、耐応力腐食割れ性も低下する。さらに湿気や加熱によるめっき性、はんだ付け性についても低下する。また、２３wt％より少ないと０．２％耐力や引張強さなどの強度・ばね性が不足し、ヤング率が大きくなり、さらにＳｎを表面処理したスクラップを原料とした場合、溶解時の水素ガス吸蔵が多くなり、インゴットのブローホールが発生しやすくなる。また、安価なＺｎが少なく経済的にも不利になる。したがって、Ｚｎは、２３〜２８wt％の範囲であれば良い。更に好ましい範囲としては、２４〜２７wt％である。Ｚｎ量はこのように狭い範囲で規定する必要がある。
【００１８】
Ｓｎ：Ｓｎは微量でヤング率を大きくすることなく０．２％耐力や引張強さなどの強度・弾性をはじめとした機械的特性を向上させる効果がある。また、Ｓｎは高価であり、Ｓｎめっき等のＳｎを表面処理した材料を再利用できる点からも添加元素としてＳｎを含有させるのが好ましい。しかし、Ｓｎ含有量が増すと導電率が急激に低下し、またＺｎとの共存下で粒界偏析が激しくなり熱間加工性が著しく低下する。熱間加工性と２０％ＩＡＣＳ以上の導電率を確保するためには、１．８wt％を超えない範囲でなければならない。また、０．３wt％より少ないと機械的特性の向上が望めず、Ｓｎめっき等を施したプレスくず等が原料として利用しにくくなる。したがって、Ｓｎは、０．３〜１．８wt％の範囲が好ましく、さらに好ましい範囲は、０．６〜１．４wt％である。
【００１９】
また、以上のようにして限定された成分でかつ下記式（１）、さらに好ましくは下記式（２）を満たす範囲であれば、鋳造や熱間圧延等の高温時に粒界に析出するＺｎ、Ｓｎリッチ相を制御でき、展伸方向の０．２％耐力が６００N/mm^２以上、引張強さが６５０N/mm^２以上、ヤング率が１２０kN/mm^２以下、導電率が２０％ＩＡＣＳ以上および応力緩和率が２０％以下であり、展伸方向と直角方向の０．２％耐力が６５０N/mm^２以上、引張強さが７００N/mm^２以上およびヤング率が１３０kN/mm^２以下、さらにコネクタ材として必要な諸特性、具体的には耐食性、耐応力腐食割れ性（アンモニア蒸気中での割れ寿命が黄銅一種の３倍以上）、耐応力緩和特性（１５０℃における緩和率が黄銅一種の半分以下、りん青銅並）、プレス打ち抜き性等を満足する銅合金を作成できる。
６．０≦０．２５Ｘ＋Ｙ≦８．５（１）
６．４≦０．２５Ｘ＋Ｙ≦８．０（２）
ただし、Ｘ：Ｚｎの含有量（wt％）、Ｙ：Ｓｎの含有量（wt％）。
【００２０】
また、不純物のうちＳはできるだけ少ない方が望ましい。Ｓは少量の含有でも、熱間圧延における変形能を著しく低下させる。特に、硫酸浴でＳｎめっきされたくずを使用した場合やプレス等の油からＳが取り込まれるが、この値を規制することにより、熱間圧延での割れ防止につなげることができる。このような効果を発現するには、Ｓは３０ppm以下、好ましくは１５ppm以下が必要である。
【００２１】
さらに、第３添加元素として、Ｆｅ：０．０１〜３wt％、Ｎｉ：０．０１〜５wt％、Ｃｏ：０．０１〜３wt％、Ｔｉ：０．０１〜３wt％、Ｍｇ：０．０１〜２wt％、Ｚｒ：０．０１〜２wt％、Ｃａ：０．０１〜１wt％、Ｓｉ：０．０１〜３wt％、Ｍｎ：０．０１〜５wt％、Ｃｄ：０．０１〜３wt％、Ａｌ：０．０１〜５wt％、Ｐｂ：０．０１〜３wt％、Ｂｉ：０．０１〜３wt％、Ｂｅ：０．０１〜３wt％、Ｔｅ：０．０１〜１wt％、Ｙ：０．０１〜３wt％、Ｌａ：０．０１〜３wt％、Ｃｒ：０．０１〜３wt％、Ｃｅ：０．０１〜３wt％、Ａｕ：０．０１〜５wt％、Ａｇ：０．０１〜５wt％、Ｐ：０．００５〜０．５wt％のうち少なくとも１種以上の元素を含み、その総量が０．０１〜５wt％を含んでもよい。
これらは、導電率、ヤング率や成形加工性を大きく損なうことなく、強度を向上させることができる。また、各元素の含有範囲からはずれると所望とする効果が得られないか、もしくは、熱間加工性、冷間加工性、プレス性、導電率、ヤング率、コスト面等で不利となる。
【００２２】
［本発明法による製造条件限定理由］
まず最初に本発明合金を溶解鋳造する。原料を溶解するに際し、Ｓｎを表面処理してある端材を原料とする場合、特に、プレス打ち抜きくずを原料とする場合は、３００〜６００℃の温度で０．５〜２４hr、大気中または不活性雰囲気中で熱処理した後に溶解した方が好ましい。３００℃未満の温度では、プレスくずに付着したプレス油の燃焼が不十分であり、また保管中に吸着した水分の乾燥が不十分であり、この後急激に温度を上昇させ溶解作業に入ると、分解により生成した水素を溶湯中に吸収し，ブロ−ホ−ルを発生する原因となる。
【００２３】
また、溶解温度が６００℃を超える温度では、酸化が急激に進みドロス発生の原因となる。このドロスは溶湯の粘性を高め、鋳造性を低下させる。したがって、溶解前の原料熱処理温度は３００〜６００℃の範囲とする。０．５hr未満の時間では、プレス油の燃焼や水分の乾燥が十分でなく、２４hrを超える時間では母材のＣｕがＳｎ表面処理層に拡散し酸化し、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｏ系の酸化物を形成しドロスの原因となり、また経済的でもない。したがって熱処理時間は０．５〜２４hrの範囲とする。また、雰囲気は大気中で十分であるが、不活性ガスでシ−ルした方が酸化防止の面から好ましい。ただし、還元ガス中では高温になると水分の分解による水素の吸収、拡散があって不利になる。
【００２４】
原料溶解後の鋳造は連続鋳造によるのが望ましい。連続鋳造は、縦型、横型等どちらでも構わない。ただし、液相線温度から６００℃まで温度域を５０℃／min以上の冷却速度で冷却する。冷却速度が５０℃／min未満では粒界にＺｎ、Ｓｎの偏析が生じ、その後の熱間加工性を悪化させ、歩留りの低下を引き起こす。冷却速度を規定する温度域は、液相線温度から６００℃まででよい。液相線以上の温度域を規定しても効果がなく、６００℃以下では鋳造時の冷却過程の時間程度では粒界へのＺｎ、Ｓｎの過度な偏析を生じない。
【００２５】
溶解鋳造後、熱間圧延を行う。熱間圧延の加熱温度は９００℃以下とする。９００℃を超える温度では、Ｚｎ、Ｓｎの粒界への偏析による熱間割れが生じ、歩留りが低下する。９００℃以下の温度で熱間圧延することにより、鋳造時のミクロな偏析及び鋳造組織が消失し、本発明合金の組成のＺｎ量、Ｓｎ量を含んでも、組織的に均質な圧延条を得ることができる。さらに熱間圧延温度は８７０℃以下であるとなお好ましい。熱間圧延後の結晶粒径は３５μm以下とすることが望ましい。３５μmを越えるとその後の冷間加工率、焼鈍条件の管理幅が狭く、少しでも逸脱すると結晶粒が混粒になりやすく、特性が劣化する。
【００２６】
熱間圧延後、必要によっては表面を面削する。その後、冷間圧延と３００〜６５０℃の温度域での焼鈍を繰り返し、焼鈍後の結晶粒径を２５μm以下とする。３００℃未満の温度では結晶粒の制御に要する時間が長くなり不経済であり、６５０℃を越えると短時間で結晶粒が粗大化する。焼鈍後の結晶粒径が２５μmを越えると、特に０．２％耐力等機械的特性、あるいは加工性が低下する。好ましくは結晶粒径を１５μm以下、さらに好ましくは１０μm以下とする。
【００２７】
このようにして得られた焼鈍材を、３０％以上の加工率による冷間圧延と４５０℃以下の低温焼鈍によって、展伸方向の０．２％耐力が６００N/mm^２以上、引張強さが６５０N/mm^２以上、ヤング率が１２０kN/mm^２以下、導電率が２０％ＩＡＣＳ以上および応力緩和率が２０％以下であって、展伸方向と直角方向の０．２％耐力が６５０N/mm^２以上、引張強さが７００N/mm^２以上およびヤング率が１３０kN/mm^２以下である銅合金とすることができる。冷間加工率が３０％未満では加工硬化による強度向上が不十分であり、機械的特性の向上が不十分である。さらに加工率は好ましくは６０％以上とする。低温焼鈍は、さらに０．２％耐力、引張強さ、ばね限界値および耐応力緩和特性を向上させるために必要である。４５０℃を越える温度では、与える熱容量が大きすぎ短時間で軟化する。また、バッチ式、連続式共にワーク内での特性ばらつきが発生しやすくなる。すなわち低温焼鈍の条件を４５０℃以下とする。
【００２８】
このようにして得られた材料は、場合によっては、表面処理層として０．３〜２．０μmのＣｕ下地膜と０．５〜５．０μmのＳｎ表面膜を施して用いる。Ｃｕ下地膜は０．３μm未満では、合金中のＺｎが表面処理層および表面に拡散し酸化することによる接触抵抗の増加やはんだ付け性の低下を防止する効果が少なく、２．０μmを超えても効果が飽和しまた経済的でもなくなる。ただし、Ｃｕ下地膜は、純Ｃｕに限らず、Ｃｕ−ＦｅやＣｕ−Ｎｉ等の銅合金でもよい。
Ｓｎ表面膜は、０．５μm未満では耐食性、特に耐硫化水素性が不十分であり、また、５．０μmを超えても効果が飽和し経済的にも不利となる。さらに、これらの表面処理は電気めっきによって実施すれば、膜厚の均一性、経済性の面から好ましい。表面処理後に光沢をだすためにリフロ−処理を施してもよい。この処理はさらにＳｎウイスカの抑止策としても有効である。
【００２９】
このようにして得られた材料を端子にプレスした後に、１００〜２８０℃の温度で１〜１８０minの熱処理をしてもよい。この熱処理によって、プレス加工によって低下したばね限界値、耐応力緩和特性が改善され、さらにウイスカ対策が実現できる。１００℃未満の温度ではこのような効果が十分でなく、２８０℃を超えると拡散や酸化により、接触抵抗、はんだ付け性および加工性が低下する。また、熱処理時間が１min未満では効果が十分でなく、１８０minを超えると拡散や酸化による前述の特性低下が起こりまた経済的でもない。
【００３０】
【実施例】
［実施例１］
表１に組成（wt％）を示す銅合金Ｎo.１〜６を液相線温度より７０℃高い温度で溶解後、縦型の小型連続鋳造機を用いて、３０×７０×１０００（mm）の鋳塊に鋳造した。冷却については、鋳型による一次冷却と水シャワーによる二次冷却を調整することにより、液相線から６００℃までの冷却速度は５０℃／minを大きく上回るようにした。
その後、各鋳塊を８００〜８４０℃に加熱後、厚さ５mmまで熱間圧延し、表面やエッヂの割れにて熱間加工性を評価した。酸洗後５０倍の光学顕微鏡で割れが全く確認されないものを○、確認されたものを×とした。さらに、熱間圧延の終了温度を約６００℃とし、急冷によって結晶粒径を熱延上がりで約３０μmに制御した。次いで、冷間圧延によって厚さ１mmまで圧延し、４５０〜５２０℃の温度で熱処理し、結晶粒径が約１０μmになるように調整した。酸洗後に、厚さ０.２５mmまで冷間圧延し、最終工程で２３０℃の低温焼鈍を施した。
【００３１】
以上のようにして得られた条材から試験片を採取し、０．２％耐力、引張強さ、ヤング率、導電率、応力緩和率及び応力腐食割れ寿命の測定を行った。０．２％耐力、引張強さ、ヤング率の測定はJIS-Z-2241の試験方法、導電率はJIS-H-0505の測定方法に従った。ただし、圧延方向と直角方向の０．２％耐力、引張強さ、ヤング率は、試験片長さ７０mmの小型の試験片を用いた。応力緩和試験は、試料表面に０．２％耐力の８０％にあたる曲げ応力を加え、１５０℃、５００時間保持し、曲げぐせを測定した。応力緩和率は次式（３）によって計算した。
応力緩和率（％）＝［（Ｌ１−Ｌ２）／（Ｌ１−Ｌ０）］×100 （３）
だだしＬ０：治具の長さ（mm)
Ｌ１：開始時の試料長さ（mm）
Ｌ２：処理後の試料端間の水平距離（mm）
応力腐食割れ試験は、０．２％耐力の８０％にあたる曲げ応力を加え、１２．５％のアンモニア水を入れたデシケータ内に暴露保持した。暴露時間は、１０分単位とし１５０分まで試験した。各時間試験片を暴露後、取り出し、必要によっては皮膜を酸洗除去し、光学顕微鏡で１００倍の倍率で割れを観察した。そして割れを確認した１０分前の時間を応力腐食割れ寿命とした。
得られた測定結果を表１に示した。
【００３２】
［比較例１］
表１に組成を示す本発明の規定範囲外組成の銅合金を比較合金Ｎo.７〜１１として、実施例１の場合と同様の条件で鋳造し、加工して条材を得た。この条材から試験片を採取し、実施例１と同様に機械的性質や導電率等を測定した。
得られた結果を表１に併記した。
【００３３】
【表１】

【００３４】
表１に示した結果から、本発明に係るＮo.１〜６の銅合金は、熱間加工性に優れ、製造面でも有利であり、かつ０．２％耐力、引張強さ、ヤング率、導電率のバランスに優れ、また、耐応力緩和特性、耐応力腐食割れ性も良好であった。したがって、コネクタ等の電気・電子用材料として極めて優れた特性を有する銅合金が得られた。
【００３５】
これに対して、Ｓｎ含有量が少ない比較合金Ｎo.７及びＺｎ含有量が少ない比較合金Ｎo.９は、０．２％耐力、引張強さ、耐応力緩和特性に劣っていた。また、Ｎo.７はヤング率も劣っていた。Ｚｎ、Ｓｎ含有量が範囲内であっても前記式（１）で規定する値より大きいＮo.８は、熱間加工性に劣っており、歩留り低下によるコストアップの問題がある。さらに、Ｚｎ量、Ｓｎ量及び式（１）が満たされる範囲内であっても、Ｓ不純物の多いＮo.１０は、熱間圧延の途中で割れが入り、その後の冷間加工との兼ね合いで最終板厚まで歩留り良く製造できなかった。Ｚｎ量が多く、Ｓｎ量の少ないＮo.１１は、耐応力緩和特性、耐応力腐食割れ性に劣っていた。
【００３６】
［比較例２］
市販の黄銅１種（C26000-H08）、ばね用りん青銅（C52100-H08）について、実施例１の場合と同様に鋳造、加工を行って条材を得、その試験片について０．２％耐力、引張強さ、ヤング率、導電率、応力緩和率及び応力腐食割れ寿命を測定した。測定方法は、実施例１と同様である。また、これらの市販材料は、質別がH08（spring）であり、同一成分の中でも高強度な質別である。
得られた結果を、実施例１の本発明の合金Ｎo.１の結果（表１）と併せて、表２に示した。なお、硬さ（HV）についても示した。
【００３７】
【表２】

【００３８】
表２に示す結果から、本発明の銅合金は、従来の代表的なコネクタ等の電気・電子用材料である黄銅に比較して０．２％耐力、引張強さ、耐応力緩和特性、耐応力腐食割れ性等が向上していることがわかる。ばね用りん青銅に比較しても、ヤング率、導電率に優れている。ばね用りん青銅は高価なＳｎを８％も含有し、原料費が高騰しやすく、かつ熱間圧延できないため製法が限定され、製造費を含めたトータルコスト面で劣っていた。
したがって、本発明に係る銅合金は従来の黄銅、りん青銅に比較して十分に優れているといえる。
【００３９】
［実施例２］
Ｃｕ−２５．１Ｚｎ−０．８２Ｓｎの組成（wt％）をもつ本発明組成範囲内の合金Ｎｏ．１２を一次と二次の冷却条件と引き抜き速度条件を変えて連続鋳造した。冷却速度は、熱電対を一緒に鋳込みながら測定した。この合金の液相線が約９５０℃であり、この温度から６００℃までの平均冷却速度を求めた。
その後、８４０℃に加熱して、１パスあたり約１５％の加工率で９パスの熱間圧延を行い、表面とエッヂの割れを観察した。
この結果、５０℃／min以上の平均冷却速度で鋳造した鋳片に熱延割れは全く生じなかった。特に、８０℃／min以上の平均冷却速度の鋳片は、熱延温度を更に上げても、加工率を上げても対応でき、条件範囲に余裕がもてることがわかった。これに対し、５０℃／min 未満の冷却速度で鋳造した鋳片では熱延割れが発生し、適切な組成範囲であっても鋳造時の平均冷却速度によっては熱延割れを生じることがあり、歩留り低下をもたらす場合があることがわかった。
【００４０】
［実施例３］
実施例１によって得られた本発明の合金Ｎｏ．１に、Ｃｕ下地めっき０．４５μm、Ｓｎめっきリフロー１．２μmを施した。その後、ばね部を有する箱形メス端子に加工して、１９０℃の温度で６０minの熱処理を実施した。この端子と熱処理しなかった端子にオスを嵌合し、１２５℃で３３０時間恒温槽に暴露保持した。初期及び暴露後の端子の低電圧低電流抵抗、接触荷重を測定し、その結果を表３に示した。
【００４１】
【表３】

【００４２】
表３より、端子にプレス加工後に熱処理を施すことにより、高温放置後の低電圧低電流抵抗の増大や接触荷重の低下を効果的に抑制できることがわかる。すなわち、本発明の銅合金とその製造方法を利用した端子の信頼性向上につなげることができるといえる。
【００４３】
［実施例４］
実施例１によって得られた表１の本発明の合金Ｎo.１と比較例合金Ｎo.７、Ｎo.１１の条材を準備した。これらの条材を超硬のパンチと工具鋼のダイスを用いて、１．２５mmピッチの串歯状の端子にプレス打ち抜きした。ただし、クリアランスを板厚の８％とした。
このプレス打ち抜きを１００万ショット行った後、バリの状況を圧延方向、直角方向の打ち抜き面を光学顕微鏡で調査したところ、Ｎo.１のバリは高さ１０μm以下であったのに対し、Ｎo.７、Ｎo.１１は特に圧延方向に平行な部分に２０μmを越えるバリが発生していた。
以上より、本発明に係るＮo.１の合金は金型摩耗に対しても優れていることがわかる。
【００４４】
【発明の効果】
以上の説明により明らかなように、本発明に係る銅基合金または本発明方法によって得られた材料は、従来の黄銅やりん青銅等に比較して、０．２％耐力、引張強さ、導電率、ヤング率のバランスや耐応力緩和率特性、耐応力腐食割れ性等、さらにはプレス性に優れかつ安価に製造できるため、黄銅やりん青銅に代わるコネクタ等の電気・電子部品用材料として最適なものである。

Claims

Ｚｎ：２３〜２８ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０.３〜１.８ｍａｓｓ％の範囲で、かつ次式（１）を満たしてなるＺｎ、Ｓｎを含み、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる銅合金であって、
６.０≦０.２５Ｘ＋Ｙ≦８.５（１）
ただし、Ｘ：Ｚｎの含有量（ｍａｓｓ％）、Ｙ：Ｓｎの含有量（ｍａｓｓ％）
０.２％耐力が６００Ｎ／ｍｍ²以上、引張強さが６５０Ｎ／ｍｍ²以上、導電率が２０％ＩＡＣＳ以上、ヤング率が１２０ｋＮ／ｍｍ²以下および応力緩和率が２０％以下であることを特徴とするコネクタ用銅合金。
Ｚｎ：２３〜２８ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０.３〜１.８ｍａｓｓ％の範囲で、かつ次式（１）を満たしてなるＺｎ、Ｓｎを含み、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる銅合金であって、
６.０≦０.２５Ｘ＋Ｙ≦８.５（１）
ただし、Ｘ：Ｚｎの含有量（ｍａｓｓ％）、Ｙ：Ｓｎの含有量（ｍａｓｓ％）
展伸方向の０.２％耐力が６００Ｎ／ｍｍ²以上、引張強さが６５０Ｎ／ｍｍ²以上、ヤング率が１２０ｋＮ／ｍｍ²以下、導電率が２０％ＩＡＣＳ以上および応力緩和率が２０％以下で、展伸方向と直角方向の０.２％耐力が６５０Ｎ／ｍｍ²以上、引張強さが７００Ｎ／ｍｍ²以上およびヤング率が１３０ｋＮ／ｍｍ²以下であることを特徴とするコネクタ用銅合金。
前記Ｓｎが０.６〜１.４ｍａｓｓ％である請求項１または２に記載のコネクタ用銅合金。
Ｚｎ：２３〜２８ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０.３〜１.８ｍａｓｓ％の範囲で、かつ次式（１）を満たしてなるＺｎ、Ｓｎを含み、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる銅合金を溶解鋳造するに際し、
６.０≦０.２５Ｘ＋Ｙ≦８.５（１）
ただし、Ｘ：Ｚｎの添加量（ｍａｓｓ％）、Ｙ：Ｓｎの添加量（ｍａｓｓ％）
液相線温度から６００℃までの温度域を５０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で冷却し、得られた鋳塊を９００℃以下の加熱温度で熱間圧延した後、冷間圧延と３００〜６５０℃の温度域での焼鈍を繰り返し、焼鈍後の圧延条の結晶粒径を１５μｍ以下とし、さらに６０％以上の加工率による冷間圧延と４５０℃以下の低温焼鈍を行うことによって、展伸方向の０.２％耐力が６００Ｎ／ｍｍ²以上、引張強さが６５０Ｎ／ｍｍ²以上、ヤング率が１２０ｋＮ／ｍｍ²以下、導電率が２０％ＩＡＣＳ以上および応力緩和率が２０％以下で、展伸方向と直角方向の０.２％耐力が６５０Ｎ／ｍｍ²以上、引張強さが７００Ｎ／ｍｍ²以上およびヤング率が１３０ｋＮ／ｍｍ²以下である圧延条を得ることを特徴とするコネクタ用銅合金の製造方法。
前記Ｓｎが０.６〜１.４ｍａｓｓ％である請求項４記載のコネクタ用銅合金の製造方法。