CN104508161A - 粗拉铜线及绕线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种表面品质良好的粗拉铜线及起泡缺陷的产生得到抑制的绕线。本发明的粗拉铜线具有如下组成：含有P：超过10质量ppm且30质量ppm以下、O：10质量ppm以下、及H：1质量ppm以下，剩余部分包含Cu和不可避免杂质，在真空中以500℃实施30分钟的加热处理后的氢浓度被设定为0.2质量ppm以下。绕线(70)具备使用该粗拉铜线来制造的拉丝材(71)及包覆于该拉丝材(71)的外周的绝缘膜(72)。

Description

粗拉铜线及绕线
技术领域
本申请发明涉及一种例如用作马达的绕线等的线材的粗拉铜线及使用该粗拉铜线的绕线。
本申请基于2012年8月31日在日本申请的专利申请2012-192136号主张优先权，并将其内容援用于此。
背景技术
以往，作为上述粗拉铜线，广泛使用由韧铜构成的粗拉铜线。然而，由于韧铜含有0.02～0.05质量％的氧(O)，因此在焊接绕线而进行使用时，发生氢脆，因此无法进行使用。因此，在进行焊接的用途中，使用由氧量以质量ppm计设为10ppm以下的无氧铜等的含氧量较低的铜构成的粗拉铜线。
上述粗拉铜线通过浸渍成型或挤压来制造。在浸渍成型中，使熔融铜连续地在铜芯线的外周固化而得到棒状铜材，并将其轧制而得到粗拉铜线。并且，在挤压加工中，对铜的坯料进行挤压加工并进行轧制等，从而得到粗拉铜线。然而，这些制造方法存在生产效率较差、制造成本较大的问题。
作为制造成本较小的粗拉铜线的制造方法，例如专利文献1所记载的那样，有基于使用带轮式连续铸造机和连续轧制装置的连续铸造轧制的方法。该连续铸造轧制法为对在竖炉等的大型的熔炉中熔解的熔融铜进行冷却固化而作成铸块并将该铸块连续地抽出轧制的方法，能够利用大型设备进行大量生产。
然而，当熔炼含氧量较低的铜时，熔融铜中的氢浓度上升，产生水蒸汽的气泡。而且，在带轮式连续铸造机中，由于铸模旋转移动，因此难以使所产生的上述气泡从熔液面消失，其残留在铸块内而产生气孔。
这种残留在铸块中的气孔认为是粗拉铜线的表面缺陷的主要原因。当实施拉拔加工来作成拉丝材时，粗拉铜线的表面缺陷也会引起拉丝材的表面缺陷。而且，当将该拉丝材用作绕线的导体时，若在拉丝材的表面涂布瓷漆膜(绝缘膜)，则残留在拉丝材的表面缺陷中的水分和油分被封在瓷漆膜中，干燥后加热时在瓷漆膜中产生气泡并膨胀而产生被称为“起泡”的缺陷，这成为问题。
为了抑制该起泡缺陷的产生，例如在专利文献2中公开有以铸块的磷(P)的含量成为1～10ppm的方式，将P化合物添加到熔融铜中，并将熔融铜的温度调整为1085℃～1100℃来制造的粗拉铜线。
专利文献1：日本专利公开2007-50440号公报(A)
专利文献2：日本专利第4593397号公报(B)
然而，在专利文献2中记载的粗拉铜线中，P的含量设为1～10ppm，P的含量较少，因此在铸造时无法以P充分固定铜熔液中的O，未能充分抑制因水蒸汽(H2O)引起的气泡的产生。因此，无法抑制铸块中产生气孔，且无法充分降低粗拉铜线上产生的表面缺陷。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种表面品质良好的粗拉铜线及起泡缺陷的产生得到抑制的绕线。
本申请发明人们为了解决上述课题而进行了研究，结果发现如下见解：在连续铸造轧制的铸造时，通过将O设定为10质量ppm以下并添加超过10质量ppm且30质量ppm以下的P来以P固定金属熔液中的O，从而能够抑制H2O(水蒸汽)的产生，且能够有效地抑制铸块中产生的气孔。
此时，粗拉铜线中大量存在最终未与O发生反应的自由氢。在此，若对所得到的粗拉铜线在真空中以500℃实施30分钟的加热处理，则前述自由氢被释放到外部，可以确认粗拉铜线的氢浓度成为0.2质量ppm以下。
本申请发明是基于上述见解而完成的，其方式为如下。
即，本申请发明的一种方式的粗拉铜线(以下称为“本申请发明的粗拉铜线”)，其通过连续铸造轧制来进行制造，其中，所述粗拉铜线具有如下组成：含有P：超过10质量ppm且30质量ppm以下、O：10质量ppm以下、及H：1质量ppm以下，剩余部分包含Cu和不可避免杂质，在真空中以500℃实施30分钟的加热处理后的氢浓度为0.2质量ppm以下。
根据本申请发明的粗拉铜线，由于P的含量被设定为超过10质量ppm且30质量ppm以下，在真空中以500℃实施30分钟的加热处理后的氢浓度被设定为0.2质量ppm以下，因此粗拉铜线中的氢以自由氢的形式存在。因此，在粗拉铜线中不会存在由H2O引起的气孔，能够抑制表面缺陷的产生。
并且，本申请发明的绕线，其具备使用上述粗拉铜线来制造的拉丝材及包覆于该拉丝材的外周的绝缘膜。
根据本申请发明的绕线，由于设为使用了用如上所述的表面品质良好的粗拉铜线制造的拉丝材的绕线，因此可以抑制拉丝材的表面缺陷的产生，且能够抑制绕线中产生的起泡缺陷的产生。
根据本申请发明，能够提供一种表面品质良好的粗拉铜线及起泡缺陷的产生得到抑制的绕线。
附图说明
图1是本申请发明的实施方式所涉及的绕线的剖视图。
图2是制造出本申请发明的实施方式所涉及的粗拉铜线制造装置的概略说明图。
图3是图2的粗拉铜线制造装置所具备的连续轧制装置的剖视图。
图4是表示通过图3的连续轧制装置所具备的轧辊来对被轧材进行轧制的部分的放大示意图。
图5是本实施方式所涉及的粗拉铜线的制造方法及绕线的制造方法的流程图。
具体实施方式
以下，对本申请发明的实施方式所涉及的粗拉铜线及绕线进行说明。
本实施方式所涉及的粗拉铜线60例如用作图1所示的绕线70的原材料。首先，对本实施方式所涉及的绕线70进行说明。
如图1所示，绕线70具备有对粗拉铜线60进行拉拔加工而成的拉丝材71及包覆该拉丝材71的瓷漆膜72(绝缘膜)。在本实施方式中，拉丝材71设为扁线，具体而言，绕线70用作马达用绕线。
接着，对本实施方式所涉及的粗拉铜线60进行说明。
粗拉铜线60具有如下组成：含有超过10质量ppm且30质量ppm以下的P、10质量ppm以下的O、及1质量ppm以下的H，剩余部分包含Cu和不可避免杂质，在真空中以500℃实施30分钟的加热处理后的氢浓度被设定为0.2质量ppm以下。在本实施方式中，在1×10-10Torr的真空中进行加热处理。
在此，粗拉铜线60中的氢浓度使用LECO公司制造的氢分析装置(RHEN-600型)，通过惰性气体熔融气相色谱分离热导率测定法进行测定。另外，在该氢分析装置(RHEN-600型)中，氢浓度的方法定量下限值被设定为0.2质量ppm。另外，方法定量下限值是指在该分析方法中能够准确地进行定量的下限值。
并且，在粗拉铜线60中，在进行截面减少率为20％以上的冷加工之后进行退火，在完全软化的铜线的与拉拔方向正交的截面上，优选＜111＞取向相对于拉拔方向朝向±10°以内的晶体被设定为所有晶体的30％以内。
另外，在该粗拉铜线60中，在进行截面减少率为20％以上的加工之后使其完全软化时的晶体取向中，优选＜100＞取向相对于拉拔方向朝向±10°以内的晶体被设定为所有晶体的10％以上，且＜111＞或＜112＞取向相对于拉拔方向朝向±10°以内的晶体被设定为所有晶体的30％以下。并且，该粗拉铜线60的导电率优选设为100％IACS(国际退火铜线标准：International Annealed Copper Standard)以上。
另外，关于晶体的取向，能够通过电子背散射衍射图像(Electron Back ScatterDiffraction Patterns)法(EBSD法)进行测定。该EBSD法为如下方法：将EBSD检测器连接于SEM(扫描电子显微镜)，分析将收敛电子束照射到试样表面时所产生的各个晶体的衍射图像(EBSD)的取向，并由取向数据和测定点的位置信息测定材料的晶体取向。以晶体取向图(IPF Map)的形式示出该测定结果。
接着，对用于制造本实施方式所涉及的粗拉铜线的粗拉铜线制造装置1进行说明。在图2中示出粗拉铜线制造装置的概略。
粗拉铜线制造装置1具有熔炉A、保持炉B、铸造导管C、带轮式连续铸造机D、连续轧制装置E及卷绕机F。
作为熔炉A，在本实施方式中使用具有圆筒形炉主体的竖炉。
在炉主体的下部沿圆周方向配备有多个上下方向多级形状的燃烧炉(省略图示)。而且，从炉主体的上部装入作为原料的电解铜，通过所述燃烧炉的燃烧来进行熔解，从而连续制作出铜熔液。
保持炉B用于将在熔炉A中制作出的铜熔液以保持为规定温度的状态暂且储存，并将一定量的铜熔液输送至铸造导管C。
铸造导管C用于将从保持炉B输送的铜熔液移送至配置于带轮式连续铸造机D的上方的漏斗11。
在漏斗11的铜熔液的流动方向末端侧配置有金属熔液浇注喷嘴12，漏斗11内的铜熔液经由该金属熔液浇注喷嘴12供给至带轮式连续铸造机D。
带轮式连续铸造机D具有：外周面上形成有槽的铸造轮13；及以与该铸造轮13的外周面的一部分接触的方式环绕移动的循环带14，在形成于所述槽与循环带14之间的空间注入经由金属熔液浇注喷嘴12供给的铜熔液并进行冷却，从而连续铸造长形铸块21。
而且，该带轮式连续铸造机D与连续轧制装置E连结。
该连续轧制装置E将从带轮式连续铸造机D制造出的长形铸块21作为被轧材22而连续轧制，从而制造出规定外径的粗拉铜线60。从连续轧制装置E制造出的粗拉铜线60经由清洗冷却装置15及探伤器16缠绕在卷绕机F上。
清洗冷却装置15用乙醇等清洗剂清洗从连续轧制装置E制造出的粗拉铜线60的表面，并对其进行冷却。
并且，探伤器16检测从清洗冷却装置15输送的粗拉铜线60的瑕疵。
接着，对连续轧制装置E进行说明。在图3中示出用于本实施方式所涉及的粗拉铜线制造装置1的连续轧制装置E。
如图3所示，连续轧制装置E具有罩部件31，在罩部件31的一端侧(在图3中为左侧端)形成有装入长形铸块21的装入口32，在罩部件31的另一端侧(在图3中为右侧端)形成有制造出粗拉铜线60的制造口33。
而且，在罩部件31的内部具备具有沿垂直方向对置配置的一对垂直轧辊48、48的垂直轧制单元40及具有沿水平方向对置配置的一对水平轧辊58、58的水平轧制单元50。
具有一对垂直轧辊48、48的垂直轧制单元40从装入口32侧配置有第1垂直轧制单元41、第2垂直轧制单元42、第3垂直轧制单元43、第4垂直轧制单元44及第5垂直轧制单元45这5组。另外，在第1垂直轧制单元41上设有用于将轧制油喷涂至辊表面的喷嘴36。
具有一对水平轧辊58的水平轧制单元50从装入口32侧配置有第1水平轧制单元51、第2水平轧制单元52、第3水平轧制单元53、第4水平轧制单元54及第5水平轧制单元55这5组。
垂直轧辊48被支承为在沿着被轧制的被轧材22的行进方向的垂直面上旋转，并通过未图示的动力源沿图3所示的箭头方向被旋转驱动。该垂直轧辊48分别成对地沿垂直方向夹持被轧材22而进行轧制。第1～5垂直轧制单元41～45的垂直轧辊48分别构成为能够单独控制转速。
并且，水平轧辊58被支承为在沿着被轧制的被轧材22的行进方向的水平面上旋转，并通过未图示的动力源沿图3所示的箭头方向被旋转驱动。水平轧辊58分别成对地沿水平方向夹持被轧材22而进行轧制。第1～5水平轧制单元51～55的水平轧辊58分别构成为能够单独控制转速。
以下，使用图2至图5，对使用设为上述结构的粗拉铜线制造装置1的粗拉铜线的制造方法及绕线的制造方法进行说明。
首先，投入4N(纯度99.99％)的电解铜并进行熔解，得到铜熔液(熔解工序S1)。在该熔解工序S1中，调整竖炉的多个燃烧炉的空燃比来将熔炉A的内部设为还原气氛。
将该铜熔液输送至保持炉B并以保持为规定温度的状态经由铸造导管C移送至漏斗11。
在本实施方式中，作为用于脱氧及脱氢的脱气机构，在铸造导管C中的熔融铜通道上设有搅拌机构，进行脱气(脱气工序S2)。该搅拌机构由多个阻挡件构成，使铜熔液被强烈搅拌的同时流动。该搅拌机构主要为了进行脱氢处理而设置，通过搅拌铜熔液，残留在铜熔液中的氧也被进行脱氧。如此，铜熔液的氧(O)含量成为10质量ppm以下，氢(H)含量成为1质量ppm以下。
而且，在漏斗11中，在铜熔液中添加P，将铜熔液的P含量设定为超过10质量ppm且30质量ppm以下(P添加工序S3)。并且，此时的熔融铜优选保持为1085℃以上1115℃以下。
而且，从漏斗11经由金属熔液浇注喷嘴12供给至形成于带轮式连续铸造机D的铸造轮13与循环带14之间的空间(模具)，进行冷却而凝固，制造成长形铸块21(连续铸造工序S4)。在本实施方式中，制造出的长形铸块21呈宽度为约100mm、高度为约50mm的大致梯形截面形状。
通过带轮式连续铸造机D连续制造出的长形铸块21被供给至连续轧制装置E。从连续轧制装置E的装入口32装入长形铸块21作为被轧材22，并利用第1垂直轧制单元41和第1水平轧制单元51进行初始轧制，进而，利用第2垂直轧制单元42、第2水平轧制单元52、第3垂直轧制单元43、第3水平轧制单元53、第4垂直轧制单元44、第4水平轧制单元54、第5垂直轧制单元45及第5水平轧制单元55进行连续轧制，从而从制造口33制造出规定外径(在本实施方式中，直径为8.0mm)的粗拉铜线60(连续轧制工序S5)。
在此，在连续轧制工序S5中，至少在最终级(第5水平轧制单元55)或最终级的前一级(第5垂直轧制单元45)中，如图4所示，控制长形铸块21的制造速度及垂直轧辊48及水平轧辊58的转速，以使被轧材22的移送速度Vw与垂直轧辊48及水平轧辊58在加工点P上的切线方向速度Vr的比率Vw/Vr成为0.99≤Vw/Vr≤1.07的范围。另外，求出从连续轧制装置E制造出的被轧材22的速度Vf及截面积Sf，将各轧制单元40、50中的被轧材22设为S，由Vw＝Vf×(S/Sf)计算出被轧材22的移送速度Vw。
并且，位于最靠制造口33侧的第5水平轧制单元55中的轧制温度设定为500℃以上。
由制造口33制造出的粗拉铜线60在清洗冷却装置15中进行清洗和冷却，并通过探伤器16检测瑕疵，将品质上没有问题的粗拉铜线60缠绕在卷绕机F上。
而且，作为本实施方式的粗拉铜线60进一步实施拉拔加工而成为直径为0.5～3.2mm的细线，进一步通过扁平加工而成为扁平形状的拉丝材(拉丝工序S6)。而且，在拉丝材的外周面实施瓷漆涂敷，从而形成瓷漆膜72(绝缘膜)而成为绕线70(瓷漆膜形成工序S7)。该绕线70卷绕于芯部件而形成线圈等，例如成为马达用线圈。
在如此构成的本实施方式所涉及的粗拉铜线60中，由于P的含量被设定为超过10质量ppm且30质量ppm以下，在真空中以500℃实施30分钟的加热处理之后的氢浓度被设定为0.2质量ppm以下，因此可以抑制粗拉铜线60上产生的表面缺陷的产生，从而表面品质变得良好。
即，在连续铸造轧制的铸造时，通过将O设定为10质量ppm以下并添加超过10质量ppm且30质量ppm以下的P来以P固定金属熔液中的O，由此抑制H2O(水蒸汽)的产生，结果存在大量自由氢，从而能够有效地抑制铸块中产生的气孔。而且，若在真空中对粗拉铜线以500℃实施30分钟的加热处理，则前述自由氢被释放到粗拉铜线的外部，从而氢浓度成为0.2质量ppm以下。换言之，若氢在粗拉铜线中以H2O的形式存在，则即使在真空中以500℃实施30分钟的加热处理之后，氢浓度也会大于0.2质量ppm。
因此，在真空中以500℃实施30分钟的加热处理之后，氢浓度成为0.2质量ppm以下的粗拉铜线60中，氢不以H2O的形式存在，铸造时可以抑制气孔的产生，因此表面缺陷较少，表面品质变得良好。
并且，本实施方式所涉及的绕线70具备使用如上所述的表面品质良好的粗拉铜线60制造的拉丝材71，当粗拉铜线60的表面品质良好时，抑制拉丝材71上产生的表面缺陷的产生，能够使表面品质变得良好，因此能够抑制绕线70上产生的起泡缺陷的产生。
并且，根据本实施方式的粗拉铜线的制造方法，至少在最终级(第5水平轧制单元55)或最终级的前一级(第5垂直轧制单元45)中，将被轧材22的移送速度Vw与垂直轧辊48及水平轧辊58在加工点P上的切线方向速度Vr的比率Vw/Vr设定在0.99≤Vw/Vr≤1.07的范围，因此被加工的被轧材22与垂直轧辊48及水平轧辊58的速度差变小，从而能够抑制由所述速度差引起的张力作用于被轧材22及粗拉铜线60的表面。
因此，在被轧材22及粗拉铜线60的表面不会产生由该张力产生的＜111＞织构或＜112＞织构，能够确保粗拉铜线60表面的加工性。因此，即使对该粗拉铜线60实施拉拔加工来制造出所希望的线径的拉丝材71，也能够抑制产生拉丝材71的表面缺陷。
另外，根据本实施方式的粗拉铜线的制造方法，由于位于最靠制造口33侧的第5水平轧制单元55中的轧制温度设定为500℃以上，因此能够抑制在所制造出的粗拉铜线60的表面出现＜111＞织构，从而能够提高粗拉铜线60的加工性。
并且，在粗拉铜线60中，优选在进行截面减少率为20％以上的冷加工之后进行退火，且在完全软化的铜线的与拉拔方向正交的截面上，＜111＞取向相对于拉拔方向朝向±10°以内的晶体被设定为所有晶体的30％以内，因此在拉拔加工的途中，通过进行使其完全软化的热处理，在其后的拉拔加工中也能够使晶体旋转，从而能够抑制表面缺陷的产生。
另外，在所制造出的粗拉铜线60中，优选在进行截面减少率为20％以上的加工之后使其完全软化时的晶体取向中，＜100＞取向相对于拉拔方向朝向±10°以内的晶体被设定为所有晶体的10％以上，且＜111＞或＜112＞取向相对于拉拔方向朝向±10°以内的晶体被设定为所有晶体的30％以下，因此在拉拔加工的途中，通过进行使其完全软化的热处理，在其后的拉拔加工中也能够使晶体旋转，从而能够抑制表面缺陷的产生。
并且，在连续铸造工序S4中，使用如下带轮式连续铸造机D，其具有外周面上具有槽的铸造轮13及循环带14，并通过在被所述槽和循环带14划分的空间(模具)浇注所述铜熔液来得到长形铸块21，因此能够有效地且以低成本生产粗拉铜线60。
并且，在本实施方式中，由于在连续铸造轧制中铸造时的金属熔液的温度设为1085℃以上1115℃以下，因此能够降低氢的溶解度，并减少凝固时所产生的气孔，从而能够抑制粗拉铜线60上产生的表面缺陷的产生。
以上，对本申请发明的实施方式进行了说明，但本申请发明并不限定于此，在不脱离该发明的技术思想的范围内可以适当进行变更。例如，用具备5组垂直轧制单元、及5组水平轧制单元的连续轧制装置进行了说明，但并不限定于此，可以适当地设定轧制单元的数量和配置。
另外，在上述实施方式中，将4N的电解铜作为熔解原料来制造出粗拉铜线的情况进行了说明，但并不限定于此，也可以将废料等作为原料来制造出粗拉铜线。
并且，长形铸块的截面形状和尺寸并没有限定，对于粗拉铜线的线径也并不限定于实施方式。
并且，在本实施方式中，对拉丝材为扁线的情况进行了说明，但也可以为圆线或圆线轧材。
另外，在连续铸造工序中，使用带轮式铸造机来进行了说明，但也可以使用双带式铸造机。
实施例
以下，对为了确认本申请发明的有效性而进行的确认实验的结果进行说明。确认实验中，使用作为前述实施方式的粗拉铜线制造装置，准备本申请发明例1～本申请发明例5、比较例1～比较例3的粗拉铜线(线径：8.0mm)。
然后，对该粗拉铜线的P、O、H的含量及导电率进行测定。
P的含量使用Thermo Fisher Scientific公司制造的ARL4460并通过火花放电发射光谱分析法进行测定。
O的含量使用LECO公司制造的氧分析装置(RO-600型)并通过惰性气体熔融红外线吸收法进行测定。
H的含量使用LECO公司制造的氢分析装置(RHEN-600型)并通过惰性气体熔融气相色谱分离热导率测定法进行测定。另外，在该氢分析装置(RHEN-600型)中，方法定量下限值被设定为0.2质量ppm。
导电率使用横河电气公司制造的精密双臂电桥并通过双电桥法进行测定。
接着，对所得到的粗拉铜线，使用#2400的耐水砂纸进行研磨之后，使用将磷酸和水以1比1混合的电解研磨液进行电解研磨，并利用水和乙醇进行清洗。然后，以500℃在真空度1×10-10Torr下实施30分钟的热处理之后，通过惰性气体熔融气相色谱分离热导率测定法测定粗拉铜线的氢浓度。
接着，对所得到的粗拉铜线实施冷拉丝加工(拉拔加工)来制造出线径为2.6mm的拉丝材。
通过肉眼检查、及使用薄丝袜的手感触检查来检测如此得到的拉丝材的表面缺陷，并对每100kg的表面缺陷的个数进行计数。
将上述测定结果示于表1。
如表1所示，在本申请发明例1～本申请发明例5中，粗拉铜线的P的含量在超过10质量ppm且30质量ppm的范围内，加热处理后的粗拉铜线的氢浓度低于测定定量下限值即0.2质量ppm，因此可以确认拉丝材的表面缺陷的个数较少。并且，可以确认导电率较高。
另一方面，在比较例1中，粗拉铜线的P含量为10质量ppm以下，因此加热处理后的氢浓度大于0.2质量ppm，拉丝材的表面缺陷的个数增多。
并且，在比较例2中，粗拉铜线的P含量多于30质量ppm，因此导电率比本申请发明例1～本申请发明例5差。
并且，在比较例3中，粗拉铜线的H含量多于1质量ppm，加热处理后的粗拉铜线的氢浓度高于0.2质量ppm，因此表面缺陷的个数增多。
产业上的可利用性
能够以低成本生产表面品质良好的粗拉铜线。
符号说明
60-粗拉铜线，70-绕线，71-拉丝材，72-瓷漆膜(绝缘膜)。

Claims (2)

1.一种粗拉铜线，通过连续铸造轧制来进行制造，其特征在于，具有如下组成：
含有P：超过10质量ppm且30质量ppm以下、O：10质量ppm以下及H：1质量ppm以下，剩余部分包含Cu和不可避免杂质，
在真空中以500℃实施30分钟的加热处理后的氢浓度为0.2质量ppm以下。
2.一种绕线，其特征在于，
具备使用权利要求1所述的粗拉铜线来制造的拉丝材及包覆于该拉丝材的外周的绝缘膜。
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