本發(fā)明涉及以銅為主要成分的銅合金、由銅合金形成的冷軋板材以及冷軋板材的制造方法。

背景技術(shù)：

對(duì)于銅合金，已知以往活用其的優(yōu)異的強(qiáng)度、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、耐腐蝕性、耐磨耗性等而用于電子部件、裝飾品、耐腐蝕構(gòu)件等廣泛的領(lǐng)域，其中，稱為鋁青銅的Cu-Al-Ni系的銅合金高強(qiáng)度、且耐腐蝕性以及耐磨耗性良好。

例如，專利文獻(xiàn)1中提出了一種耐磨耗性高強(qiáng)度銅合金，其為用作汽車的變速器機(jī)構(gòu)的變速齒輪以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子等中所使用的墊片等的原材料的高強(qiáng)度銅合金，作為要求耐磨耗性的高強(qiáng)度銅合金，含有4～8重量％的Al、0.5～5重量％的Ni、0.5～5重量％的Fe、0.01～0.5重量％的Cr、0.01～0.5重量％的Mn以及0.1～5重量％的Zn，余量為Cu以及不可避免的雜質(zhì)。

專利文獻(xiàn)2中作為具備良好的傳導(dǎo)性和優(yōu)異的耐腐蝕性、機(jī)械強(qiáng)度的銅合金，提出了包含1～7重量％的Al、1.5～6重量％的Ni、0.5～5重量％的Fe、0.1～2.5重量％的Mn、0.001～0.05重量％的B、0.5～8重量％的Zn、余量Cu的析出硬化型銅合金。

專利文獻(xiàn)3中作為裝飾用鋁青銅，提出了除5～7重量％的Al、0.2～1.5重量％的Ni、0.2～1.0重量％的Fe以外還含有0.05～0.1重量％的Mn、0.01～0.05重量％的Cr、0.002～0.005重量％的Ge、0.002～0.005重量％的Ti之中的2種以上，余量為Cu的鋁青銅，以及，包含5～7重量％的Al、0.2～1.5重量％的Ni、0.01～0.05重量％的Cr、0.0025～0.005重量％的Si、0.002～0.005重量％的Ti、余量Cu的鋁青銅。

專利文獻(xiàn)4中，作為耐腐蝕性、耐變色性、鑄造性、延展性優(yōu)異的鋁青銅，提出了除5～9重量％的Al、0.2～4重量％的Ni、0.01～0.2重量％的Cr以外，還含有0.1～0.5重量％的Fe、0.0025～0.2重量％的Be、0.001～0.01重量％的Ti、0.0025～0.2重量％的Ge之中的2種以上，余量實(shí)質(zhì)上為Cu的鋁青銅。

專利文獻(xiàn)5中作為具有耐變色性而適宜作為美術(shù)工藝品、飾品、餐具類、伸展材料、鑄造品等的合金，提出了除5～9重量％的Al、1～4重量％的Ni、0.005～0.3重量％的In以外，還含有0.1～0.5重量％的Mn、0.001～0.01重量％的Co、0.0025～0.2重量％的Be、0.001～0.01重量％的Ti、0.05～0.2重量％的Cr、0.001～0.5重量％的Si、0.005～0.5重量％的Zu、0.003～0.4重量％的Sn、0.0025～0.2重量％的Ge之中的一種或二種，余量為Cu的銅合金。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)平5-311286號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本特開(kāi)平10-298678號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)3：日本特開(kāi)2000-336440號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)4：日本特開(kāi)2002-60867號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)5：日本特開(kāi)2004-143574號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問(wèn)題

上述以往的Cu-Al-Ni系的銅合金雖然強(qiáng)度、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、耐腐蝕性、耐磨耗性等優(yōu)異，但是難以進(jìn)行冷加工，因此基于熱加工的厚物的制造是主流的，通過(guò)冷加工而得到的條狀材料或薄板的量產(chǎn)僅有限地進(jìn)行。

需要說(shuō)明的是，上述專利文獻(xiàn)1使Cu-Al-Ni系的銅合金中含有0.01～0.5質(zhì)量％的Cr、0.1～5質(zhì)量％的Zn來(lái)嘗試改善加工性，但難以說(shuō)加工性是充分的。

此外，在上述專利文獻(xiàn)2中，使Cu-Al-Ni系的銅合金中在0.001～0.05質(zhì)量％的范圍內(nèi)含有B并且在0.5～8質(zhì)量％的范圍內(nèi)含有Zn，從而實(shí)現(xiàn)析出硬化，并且嘗試實(shí)現(xiàn)加工性的改善，但加工性提高的效果難以說(shuō)充分。

因此，對(duì)于Cu-Al-Ni系的銅合金的用途，現(xiàn)狀是多以鑄造物品以及鍛造物品等厚物材料的形式被利用，以通過(guò)冷加工而得到的條狀材料以及薄板材料形式的利用實(shí)際上受到限制。

本發(fā)明鑒于所述的問(wèn)題點(diǎn)而成，其目的在于提高被認(rèn)為難以進(jìn)行冷加工的Cu-Al-Ni系的銅合金的冷加工性，從而提供它的薄板化以及條狀材料化變?nèi)菀椎腃u-Al-Ni系的銅合金、由該合金形成的冷軋板材以及該冷軋板材的制造方法。

用于解決問(wèn)題的方案

為了達(dá)成前述目的，本發(fā)明的銅合金為具有1～7質(zhì)量％的Al、2～4質(zhì)量％的Fe、0.8～4質(zhì)量％的Ni、0.5質(zhì)量％以下的Mn和余量為Cu以及不可避免的雜質(zhì)的組成的銅合金。該銅合金還可以含有0.1質(zhì)量％以下的Zn。

本發(fā)明的另一方面為冷軋板材，該冷軋板材是由如下的銅合金形成，厚度為1～2mm的冷軋板材，所述銅合金具有1～7質(zhì)量％的Al、2～4質(zhì)量％的Fe、0.8～4質(zhì)量％的Ni、0.5質(zhì)量％以下的Mn和余量為Cu以及不可避免的雜質(zhì)的組成。前述銅合金還可以含有0.1質(zhì)量％以下的Zn。

本發(fā)明的另一方面為冷軋板材的制造方法，該制造方法至少包括：對(duì)銅合金的鑄錠進(jìn)行熱鍛而制成厚板狀的初軋坯的熱鍛工序，其中所述銅合金具有1～7質(zhì)量％的Al、2～4質(zhì)量％的Fe、0.8～4質(zhì)量％的Ni、0.5質(zhì)量％以下的Mn和余量為Cu以及不可避免的雜質(zhì)的組成；將前述初軋坯加熱進(jìn)行熱軋而得到軋材的熱軋工序；對(duì)前述軋材進(jìn)行退火的退火工序；和在前述退火工序后進(jìn)行冷軋而得到冷軋材的冷軋工序。前述銅合金還可以含有0.1質(zhì)量％以下的Zn。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明，可以維持以往材料的強(qiáng)度、耐腐蝕性的水準(zhǔn)并且提高加工性，因此它的薄板化以及條狀材料化變?nèi)菀祝梢詰?yīng)用于要求強(qiáng)度、耐腐蝕性、耐磨耗性的廣泛的領(lǐng)域。作為結(jié)果，可以提供冷軋的加工性優(yōu)異的銅合金。此外，可以提供具有優(yōu)異的機(jī)械特性的冷軋板材。

具體實(shí)施方式

以下對(duì)于構(gòu)成本發(fā)明的銅合金的合金成分的添加理由及其添加量的范圍進(jìn)行說(shuō)明。

[Al]

Al為主要通過(guò)固溶強(qiáng)化而使銅合金的母相強(qiáng)化并且提高耐腐蝕性的元素。銅合金中的Al的含量不足1質(zhì)量％時(shí)，不能期待強(qiáng)度和耐腐蝕性的提高效果。另一方面，Al的含量超過(guò)7質(zhì)量％時(shí)，銅合金的強(qiáng)度雖然提高，但韌性以及延性降低，特別是冷加工性變差。因此，本發(fā)明中將銅合金中的Al的含量定為1～7質(zhì)量％。需要說(shuō)明的是，從提高加工性而不使強(qiáng)度降低的觀點(diǎn)出發(fā)，期望將Al的含量的下限設(shè)為4質(zhì)量％、將上限設(shè)為7質(zhì)量％，進(jìn)一步期望將下限設(shè)為5質(zhì)量％、將上限設(shè)為6質(zhì)量％。

[Fe]

Fe在將銅合金的組織微細(xì)化上是重要的。作為使組織微細(xì)化的結(jié)果，可以提高銅合金的強(qiáng)度以及耐磨耗性、疲勞強(qiáng)度等。此外，可以期待在鑄造時(shí)也會(huì)有一定的使組織微細(xì)化的效果。雖然受到同時(shí)添加的Ni的量的影響，但Fe的含量不足2質(zhì)量％時(shí)，不能充分地得到強(qiáng)度以及耐磨耗性、疲勞強(qiáng)度的提高效果。此外，F(xiàn)e的含量超過(guò)4質(zhì)量％時(shí)，反而冷加工性變差。因此，F(xiàn)e的含量定為2～4質(zhì)量％。

[Ni]

Ni通過(guò)與Fe一同添加，從而增加Fe在銅合金中的溶解度，提高通過(guò)添加Fe所得到的效果。此外，Ni提高銅合金的耐力，特別是提高高溫下的耐磨耗性。Ni的含量不足0.8質(zhì)量％時(shí)，這樣的效果不充分，另一方面，Ni的含量超過(guò)4質(zhì)量％時(shí)，延性降低，因此導(dǎo)致加工性降低。因此，將Ni的含量定為0.8～4質(zhì)量％。

[Mn]

Mn可以使β相穩(wěn)定化。Mn的含量超過(guò)0.5質(zhì)量％時(shí)，在薄板的耐腐蝕性而不是加工性的觀點(diǎn)上不利。因此，Mn的含量定為0.5質(zhì)量％以下。此外，Mn在α相中固溶，有助于強(qiáng)度以及耐磨耗性的提高，但在0.01質(zhì)量％以下不能得到該效果，另一方面，超過(guò)0.5質(zhì)量％時(shí)，導(dǎo)致耐腐蝕性能的降低，因此Mn的含量的下限優(yōu)選為0.01質(zhì)量％、上限優(yōu)選為0.5質(zhì)量％。

[Zn]

Zn與Mn同樣地在α相中固溶，有助于強(qiáng)度以及耐磨耗性的提高。因此，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)銅合金的強(qiáng)度以及耐磨耗性的提高的情況下，可以根據(jù)需要而添加。Zn的含量超過(guò)0.1質(zhì)量％時(shí)，降低韌性以及耐腐蝕性，因此Zn的含量設(shè)為0.1質(zhì)量％以下。Zn的含量的下限優(yōu)選可確認(rèn)到添加效果的0.01質(zhì)量％。

對(duì)于由包含上述合金成分的組成的銅合金形成的冷軋板材，其厚度為1～2mm即可。對(duì)于本發(fā)明的冷軋板材，機(jī)械特性優(yōu)異，拉伸強(qiáng)度為350～690MPa、耐力為230～440MPa、以及伸長(zhǎng)率為25～40％。

本發(fā)明的冷軋板材的制造方法至少包括：熱鍛工序、熱軋工序、退火工序和冷軋工序。前述熱鍛工序?yàn)閷?duì)銅合金的鑄錠進(jìn)行熱鍛而制成厚板狀的初軋坯的工序，其中所述銅合金具有1～7質(zhì)量％的Al、2～4質(zhì)量％的Fe、0.8～4質(zhì)量％的Ni、0.5質(zhì)量％以下的Mn和余量為Cu以及不可避免的雜質(zhì)的組成。前述熱軋工序?yàn)閷⑶笆龀踯埮骷訜徇M(jìn)行熱軋而得到軋材的工序。前述退火工序?yàn)閷?duì)前述軋材進(jìn)行退火的工序。前述冷軋工序?yàn)樵谇笆鐾嘶鸸ば蚝筮M(jìn)行冷軋而得到冷軋材的工序。本發(fā)明的冷軋板材的制造方法除上述工序之外還可以包括對(duì)前述冷軋材進(jìn)一步進(jìn)行最終退火的工序。

實(shí)施例

以下基于實(shí)施例詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。其中，本發(fā)明并不限于以下的實(shí)施例。

配合Cu、Al、Fe、Ni、Mn以及Zn以成為規(guī)定的成分組成，在熔解爐中將其熔解而得到金屬熔液。使用鑄模對(duì)該金屬熔液進(jìn)行鑄造，制造直徑約70mm、高度約80mm左右的圓柱狀的銅合金鑄錠。表1中示出本發(fā)明的銅合金鑄錠的成分組成。

此外，為了比較，對(duì)配合原料成分以成為規(guī)定的成分組成并在熔解爐中進(jìn)行熔解的金屬熔液進(jìn)行鑄造，制造在表2中示出的比較例的成分組成的銅合金鑄錠。

【表1】

【表2】

接著，對(duì)這些鑄錠進(jìn)行熱鍛，從而制造厚度約10mm的厚板狀的初軋坯。

將該厚板狀的初軋坯加熱至900℃后，熱軋至約4mm的厚度。然后，進(jìn)一步在900℃下實(shí)施1小時(shí)加熱的中間退火。

最后，實(shí)施約50％的冷軋，最終得到厚度為1.8mm的冷軋板材。表3中示出冷軋板材的最終板厚、以及進(jìn)行冷軋加工時(shí)的加工性的好壞。需要說(shuō)明的是，對(duì)于在軋制途中產(chǎn)生板端裂紋(裂邊)的主要情況記載在表3中。

【表3】

之后，對(duì)這些冷軋板材實(shí)施在880℃下進(jìn)行0.1小時(shí)加熱的最終退火。接著，將實(shí)施了最終退火的冷軋板材作為試驗(yàn)材料，使用自各試驗(yàn)材料在軋制方向上平行地切取的JIS Z 2241 5號(hào)試驗(yàn)片而進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測(cè)定拉伸強(qiáng)度、耐力以及伸長(zhǎng)率。表4中示出拉伸試驗(yàn)的結(jié)果。

【表4】

根據(jù)表3、表4中示出的結(jié)果可知，比較銅合金1～4均在冷軋時(shí)產(chǎn)生板端裂紋。另一方面，可知本發(fā)明所述的銅合金1～4均可以不產(chǎn)生板端裂紋地加工，在冷軋加工中加工性優(yōu)異。此外，確認(rèn)到本發(fā)明所述的銅合金1～4在拉伸試驗(yàn)中顯示出與比較銅合金1～4相同程度的機(jī)械特性。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

如以上說(shuō)明的那樣，根據(jù)本發(fā)明，可以提供使被認(rèn)為難以冷加工的Cu-Al-Ni系的銅合金的冷加工性提高，并且具備不遜于以往材料的機(jī)械特性的銅合金，因此其的薄板化以及條狀材料化成為可能，由此可以向更廣泛的領(lǐng)域開(kāi)展和推進(jìn)。