CN106029930A - 铜合金绞线及其制造方法、汽车用电线 - Google Patents

铜合金绞线及其制造方法、汽车用电线 Download PDF

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Abstract

形成铸材，上述铸材具有含有共计为1.0质量％以上且2.0质量％以下的从由Fe、Ti、Sn、Ag、Mg、Zn、Cr及P构成的组中选择的至少一种添加元素并且剩余部分由Cu及由不可避免的杂质构成的化学组分。对铸材实施塑性加工而形成延伸材。对延伸材实施拉丝加工而形成中间线材。对中间线材实施退火。对实施了退火的中间线材以冷加工度为77％以上且小于99％的范围的方式实施拉丝加工而形成单线材。将多根单线材进行绞合而形成绞线材，并对绞线材实施热处理。由此得到铜合金绞线。

Description

铜合金绞线及其制造方法、汽车用电线
技术领域
本发明涉及铜合金绞线及其制造方法、汽车用电线，更具体而言，涉及用于汽车用电线的导体的铜合金绞线及其制造方法、汽车用电线。
背景技术
以往，已知具有导体和覆盖于导体的外周的绝缘体的汽车用电线。作为上述导体，通常使用绞合多根由铜合金构成的单线材而成的铜合金绞线。
近年来，随着汽车的轻量化而要求使汽车用电线轻量化。作为用于实现汽车用电线的轻量化的方法，已知有例如使导体细径化的方法。
例如在专利文献1中公开了用于汽车用电线的导体的绞线的截面积为0.22mm2以下的铜合金绞线的制造方法。该铜合金绞线的制造方法具有如下的工序：对Mg、Ag、Sn、Zn等添加元素的含量被限制为小于1质量％的铜合金材料以99％以上的冷加工度实施拉丝加工而形成单线材；及将多根所得到的硬质的单线材进行绞合而形成绞线材。
专利文献1：日本特开2008-16284号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，现有技术在以下方面还有待改进。即，如果使导体细径化，则构成导体的每一根单线材的线径变细。因此，导体的强度下降。为了避免导体强度下降，也有增加向铜合金中添加的添加元素的含量的方法。但是，当添加元素的含量共计达到1质量％以上时，铜合金材料的加工性会大幅地下降。
因此，以往的铜合金绞线的制造方法通过使用添加元素的含量被限制为小于1质量％的铜合金材料，来确保拉丝加工性。另外，以往的铜合金绞线的制造方法通过对上述铜合金材料以99％以上的冷加工度实施拉丝加工，来实现提高单线材强度。并且，以往的铜合金绞线的制造方法通过将多根确保了强度的单线材在保持硬质的状态下进行绞合而形成绞线材，来实现提高得到的铜合金绞线的强度。
然而，由于以往的铜合金绞线的制造方法是对硬质的单线材进行绞合，因此绞线加工性较差，有时无法进行绞线加工。另外，即使能够进行绞线加工，在绞线加工时也容易产生断线。另外，所得到的铜合金绞线虽然确保了强度，但伸长率较低。
本发明是鉴于上述背景而作出，提供一种能够抑制在绞线加工时的断线次数，且具有良好的强度和伸长率的铜合金绞线的制造方法，另外提供一种绞线加工引起的断线较少且强度及伸长率良好的铜合金绞线。
用于解决课题的方案
本发明的一个技术方案提供一种铜合金绞线的制造方法，上述铜合金绞线用于汽车用电线的导体，上述铜合金绞线的制造方法的特征在于，具有如下的工序：
形成铸材，上述铸材具有含有共计为1.0质量％以上且2.0质量％以下的从由Fe、Ti、Sn、Ag、Mg、Zn、Cr及P构成的组中选择的至少一种添加元素并且剩余部分由Cu及由不可避免的杂质构成的化学组分；
对上述铸材实施塑性加工而形成延伸材；
对上述延伸材实施拉丝加工而形成中间线材；
对上述中间线材实施退火；
对实施了上述退火的中间线材以冷加工度为77％以上且小于99％的范围的方式实施拉丝加工而形成单线材；及
将多根上述单线材进行绞合而形成绞线材并对该绞线材实施热处理，或者对上述单线材实施热处理并将多根实施了该热处理的单线材进行绞合而形成绞线材。
本发明的另一技术方案提供一种铜合金绞线，通过铜合金绞线的制造方法而得到，上述铜合金绞线的特征在于，
拉伸强度为450MPa以上，伸长率为5％以上。
本发明的又一技术方案提供一种汽车用电线，其特征在于，具有上述铜合金绞线和覆盖于上述铜合金绞线的外周的绝缘体。
发明效果
上述铜合金绞线的制造方法具有上述工序。因此，根据上述铜合金绞线的制造方法，能够得到由具有特定的化学组分的软质单线材构成的铜合金绞线，上述特定的化学组分以特定的范围含有上述特定的添加元素。因此，上述铜合金绞线的制造方法能够制造具有良好的强度和伸长率的铜合金绞线。
此外，上述铜合金绞线的制造方法对中间线材实施退火，因此减轻了上述退火前的拉丝加工等引起的加工硬化的影响，而得到被软化的中间线材。另外，上述铜合金绞线的制造方法对实施了退火的中间线材以冷加工度为77％以上且小于99％的范围的方式实施拉丝加工而得到单线材。因此，根据上述铜合金绞线的制造方法，与不对中间线材实施退火的情况相比，可得到减轻了加工硬化的影响的单线材。并且，上述铜合金绞线的制造方法将多根上述单线材进行绞合而形成绞线材并对绞线材实施热处理，或者对上述单线材实施热处理并将多根实施了热处理的单线材进行绞合而形成绞线材。因此，上述铜合金绞线的制造方法能够抑制在绞线加工时的断线次数。
因此，上述铜合金绞线的制造方法能够制造出可抑制在绞线加工时的断线次数且具有良好的强度和伸长率的铜合金绞线。
上述铜合金绞线使用上述铜合金绞线的制造方法制造。因此，上述铜合金绞线由绞线加工引起的断线较少，具有良好的强度和伸长率。
上述汽车用电线具有上述铜合金绞线，因此由绞线加工引起的断线较少，具有良好的强度和伸长率。
附图说明
图1是表示使用了通过实施例1的铜合金绞线的制造方法制造的铜合金绞线的汽车用电线的结构的说明图。
图2是表示使用了通过实施例1的铜合金绞线的制造方法制造的另一种铜合金绞线的汽车用电线的结构的说明图。
具体实施方式
上述铜合金绞线的制造方法具有形成具有上述特定的化学组分的铸材的工序。下面，对化学组分的限定理由进行说明。
从由Fe、Ti、Sn、Ag、Mg、Zn、Cr、及P构成的组中选择至少一种添加元素：共计为1.0质量％以上且2.0质量％以下
上述各添加元素是有助于由铜合金构成的单线材的强度提高的元素。为了得到其效果，上述各添加元素需要含有共计为1.0质量％以上。从强度与导电率的平衡等观点考虑，上述各添加元素优选的是共计为1.05质量％以上，更优选的是共计为1.1质量％以上。另一方面，当过量地包含上述各添加元素时，会导致拉丝加工性和导电率的下降。因此，需要将上述各添加元素限制成共计为2.0质量％以下。从强度与导电率的平衡等观点考虑，上述各添加元素优选的是共计为1.9质量％以下，更优选的是共计为1.8质量％以下，进一步优选的是共计为1.7质量％以下。上述各添加元素中，通过添加Fe、Ti、Sn、Mg、Cr而强度提高效果明显，是有用的。
在上述化学组分中，优选的是将O(氧)含量限制为按质量比为20ppm以下。通过将O含量限制在上述范围，而能够抑制生成与其他添加元素的氧化物例如二氧化钛(TiO2)、氧化锡(SnO2)等。其结果是，容易抑制拉丝加工性的下降和强度的下降。O含量更优选的是，按质量比为15ppm以下，进一步优选的是，按质量比为10ppm以下。
具有上述化学组分的铸材例如能够通过将电解铜和由铜和各添加元素构成的母合金熔化，并投入还原性气体或木材等还原剂，制作出以上述化学组分为目标的无氧铜熔融金属后，对该熔融金属进行铸造而形成。
铸造能够使用采用可动铸模或框状的固定铸模的连续铸造、采用箱状的固定铸模的金属模铸造等中的任何一个铸造方法。尤其是连续铸造，能够使熔融金属骤冷凝固，并能够使添加元素固溶。因此，具有能够省略之后的固溶处理的优点。
上述铜合金绞线的制造方法具有对铸材实施塑性加工而形成延伸材的工序。
作为塑性加工，能够采用例如热轧或冷轧或挤压等。另外，在通过连续铸造以外的方法制造铸材的情况下，优选的是在实施上述塑性加工前或后或者前后实施固溶处理。另外，在实施固溶处理的情况下，可以设定为例如在800℃以上且1050℃以下的温度下保持0.1小时以上且2小时以下的条件。
上述铜合金绞线的制造方法具有对延伸材实施拉丝加工而形成中间线材的工序。
从延伸材形成中间线材时的冷加工度能够适当选择，以形成最适合于在之后的工序中从中间线材形成所需的线径的单线材的线径。另外，拉丝加工能够重复实施一次或两次以上。
上述铜合金绞线的制造方法具有对中间线材实施退火的工序。
该退火对于减轻到形成中间线材为止的塑性加工和拉丝加工产生的加工硬化的影响、及使中间线材软化而言有用。尤其是上述铜合金绞线的制造方法采用具有上述添加元素的总含量为1.0质量％以上的较高的化学组分的铸材。因此，在采用未实施退火的中间线材的情况下，之后的拉丝加工性、绞线加工性会下降。但是，上述铜合金绞线的制造方法由于对中间线材实施退火，因此能够提高之后的拉丝加工性、绞线加工性。
退火温度具体而言，能够设于350℃～850℃的范围内，优选的是能够设于450℃～800℃的范围内。另外，退火时间具体而言，能够设为例如0.01秒～2小时的范围内，优选的是能够设为0.05秒～1小时的范围内。另外，退火环境能够设为真空、惰性气体(氮气、氩气等)、还原性气体(含氢气体、含有二氧化碳气体的气体)等非氧化性气氛。这是因为，通过退火时的热量容易抑制铜合金表面的氧化膜的增大、端子连接部的接触电阻的增大。
另外，退火可以是分批式、连续式中的任一个。作为分批式退火法，能够列举例如加热炉法等。作为连续式退火法，能够列举例如通电加热法、感应通电方式、高频感应加热法、上下开放的管状型炉式连续热处理等。连续式退火法的退火温度能够设定为高于分批式退火法的退火温度。具体而言，连续式退火法的退火温度能够设为例如450℃～850℃。分批式退火法的退火温度能够设为例如350℃～600℃。另外，连续式退火法的退火时间能够设定为短于分批式退火法的退火温度。连续式退火法的退火时间能够设为例如0.01秒～0.5小时。分批式退火法的退火时间能够设为例如0.5小时～2小时。连续式退火法具有容易抑制退火引起的长度方向的特性不均、能够提高生产率等优点。
上述铜合金绞线的制造方法具有对实施了退火的中间线材以冷加工度为77％以上且小于99％的范围的方式实施拉丝加工而形成单线材的工序。
当冷加工度成为99％以上时，10km的绞线加工时的断线次数急剧增加，难以抑制断线次数。另外，生产率也变差。从抑制绞线加工时的断线次数、提高生产率等观点考虑，冷加工度优选的是能够设为98.5％以下，更优选的是能够设为98％以下，进一步优选的是能够设为97.5％以下。另一方面，当冷加工度小于77％时，难以得到绞线截面积能够形成为0.22mm2以下的铜合金绞线的细径的单线材。从单线材的细径化等观点考虑，冷加工度优选的是能够设为80％以上，更优选的是能够设为82％以上，进一步优选的能够设为85％以上。另外，上述所说的加工度能够通过100×(中间线材的截面积-单线材的截面积)/(中间线材的截面积)而算出。用于形成单线材的拉丝加工能够重复实施一次或两次以上。
单线材的线径能够设为0.3mm以下。由此，能够比较容易地减小铜合金绞线的绞线截面积。从细径化、轻量化等观点考虑，单线材的线径优选的是能够设为0.25mm以下，更优选的是能够设为0.20mm以下。另外，从确保铜合金绞线的强度、减少上述断线次数、单线材的制造性等观点考虑，单线材的线径优选的是能够设为0.10mm以上。
上述铜合金绞线的制造方法具有将多根单线材进行绞合而形成绞线材并对绞线材实施热处理，或者对单线材实施热处理并将多根实施了热处理的单线材进行绞合而形成绞线材的工序。
该工序中的热处理为了软化绞线材、维持绞线材的强度并确保伸长率是有用的。在该工序中，也能够对单线材实施热处理并将多根实施了热处理的单线材进行绞合形成绞线材，进一步对绞线材实施热处理。在该情况下，能够进一步提高绞线材的伸长率，因此能够制造出拉伸特性优异的铜合金绞线。另外，在该工序中，也能够对绞线材实施压缩成形。
上述热处理具体而言，能够以得到的铜合金绞线的拉伸强度在450MPa以上并且伸长率在5％以上的条件进行。
热处理温度具体而言能够设为300℃～600℃的范围内，优选的是能够设为350℃～550℃的范围内。另外，热处理时间具体而言例如能够设为0.01秒～9小时的范围，优选的能够设为0.05秒～8小时的范围。另外，热处理气氛、热处理方法与在上述退火中说明的内容相同，因此省略说明。
连续式热处理法的热处理温度例如能够设为450℃～850℃。分批式热处理法的热处理温度例如能够设为350℃～600℃。另外，连续式热处理法的热处理时间例如能够设为0.01秒～0.5小时。分批式热处理法的热处理时间例如能够设为0.5小时～2小时。连续式热处理法具有容易抑制热处理引起的长度方向的特性不均、能够提高生产率等优点。
上述铜合金绞线的制造方法特别适合作为用于制造绞线截面积为0.22mm2以下的细径的铜合金绞线的方法。这是因为，可充分发挥上述铜合金绞线的制造方法的作用效果。另外，从细径化、轻量化等观点考虑，绞线截面积优选的是能够设为0.17mm2以下，更优选的是能够设为0.13mm2以下。另外，从确保铜合金绞线的强度、减少上述断线次数、铜合金绞线的制造性等观点考虑，绞线截面积优选的是能够设为0.05mm2以上，更优选的是能够设为0.08mm2以上。
上述铜合金绞线通过上述铜合金绞线的制造方法得到。上述铜合金绞线拉伸强度可以为450MPa以上，伸长率可以为5％以上。由此，即使在绞线截面积被设为0.22mm2以下的情况下，也容易确保抗冲击性能。因此，容易实现线束的组装性优异的汽车用电线。另外，由于拉伸强度为450MPa以上，即使在绞线截面积被设为0.22mm2以下的情况下，也容易实现与端子的固定力优异的汽车用电线。另外，上述拉伸强度优选的是在480MPa以上，更优选的是在500MPa以上。另外，从与导电性的平衡等观点考虑，上述拉伸强度优选的是能够设为570MPa以下。另外，上述伸长率优选的是在7％以上，更优选的是在10％以上。另外，从与导体强度的平衡的观点考虑，上述伸长率优选的是能够设为15％以下。
上述铜合金绞线的导电率可以为62％IACS以上。由此，容易实现绞线截面积为0.22mm2以下的汽车用电线。另外，该汽车用电线能够适合地用作信号线。
上述汽车用电线具有：上述铜合金绞线、覆盖于该铜合金绞线的外周的绝缘体。绝缘体能够由以具有电绝缘性的各种树脂或橡胶(包含弹性体)等聚合物为主要成分的树脂组合物构成。上述树脂或橡胶能够并用一种或两种以上。作为上述聚合物，具体而言能够例示例如氯乙烯类树脂、聚烯烃类树脂、聚砜类树脂等。绝缘体可以由一层构成，也可以由两层以上构成。绝缘体的厚度例如能够设为0.1mm以上且0.4mm以下。另外，绝缘体中也可以含有一种或两种通常用于电线的各种添加剂。作为上述添加剂，具体而言能够例示填充剂、阻燃剂、抗氧化剂、抗老化剂、润滑剂、增塑剂、铜缓蚀剂、颜料等。
此外，为了得到上述各作用效果等，上述各构成能够根据需要而任意地组合。
实施例
关于上述铜合金绞线及其制造方法、汽车用电线的实施例，与比较例一起进行说明。
(实施例1)
在本例中，制作将七根具有表1所示的化学组分的铜合金制单线材进行绞合而成的铜合金绞线，并进行评价。
铜合金绞线的制作通过实施如下的工序而进行：形成铸材，上述铸材含有共计为1.0质量％以上且2.0质量％以下的从由Fe、Ti、Sn、Ag、Mg、Zn、Cr及P构成的组中选择的至少一种添加元素，并且剩余部分具有Cu及由不可避免的杂质构成的化学组分；对铸材实施塑性加工而形成延伸材；对延伸材实施拉丝加工而形成中间线材；对中间线材实施退火；对实施了退火的中间线材以冷加工度为77％以上且低于99％的范围的方式实施拉丝加工而形成单线材；将多根单线材进行绞合而形成绞线材并对绞线材实施热处理、或者对上述单线材实施热处理并将多根实施了该热处理的单线材进行绞合而形成绞线材。
铜合金绞线的制作具体而言如下地进行。即，将纯度为99.99％以上的电解铜及含有铜和各添加元素的各母合金投入高纯度碳制坩埚中并在连续铸造装置内使其真空熔化，从而制作出如表1所示的化学组分的混合熔融金属。然后，使用高纯度碳制铸模对所得到的混合熔融金属进行连续铸造，而形成Φ12.5mm的截面圆形状的铸材。
接着，将所得到的铸材模锻加工至Φ8mm而形成延伸材。在本例中，对上述模锻加工后的延伸材以保持950℃的温度1小时的条件进行了固溶处理。
接着，将所得到的延伸材拉丝至Φ0.45mm～Φ1.2mm，而形成中间线材。
接着，对所得到的中间线材在表2所示的退火条件下实施退火。
接着，对实施了上述退火的中间线材以成为表1所示的冷加工度的方式实施拉丝加工，而形成Φ0.215mm或Φ0.16mm的单线材。
接着，将七根所得到的单线材以16mm的绞距进行绞合，而形成绞线材。此时，对10km的绞线加工时产生的断线次数加在一起而进行调查。另外，对所形成的绞线材以表2所示的热处理条件实施热处理。由此，得到样品1～样品6、样品C101的铜合金绞线。另外，样品C102是在上述铜合金绞线的制作中没有实施退火而形成单线材的样品。但是，无法进行之后的绞线加工。
然后，在由样品1～样品6的铜合金绞线构成的导体的外周以0.2mm的厚度挤压覆盖作为绝缘体的聚氯乙烯(PVC)。由此，得到样品1-1～1-6的汽车用电线。如图1所示，得到的汽车用电线5具有：保持为七根铜合金制的单线材1被绞合的状态的铜合金绞线2及覆盖于该铜合金绞线2的外周的绝缘体3。另外，如图2所示，汽车用电线5也能够构成为具有将七根铜合金制的单线材1绞合并向绞线径向圆形压缩而成的铜合金绞线2及覆盖于该铜合金绞线2的外周的绝缘体3。
如下地对在本例中得到的铜合金绞线进行特性评价。首先，在标距GL＝250mm、拉伸速度50mm/min的条件下实施拉伸试验，对拉伸强度(MPa)和伸长率(％)进行测定。另外，对标距GL＝1000mm间的电阻进行测定，计算出导电率(％IACS)。将得到的结果表示于表2。
[表1]
[表2]
根据表1和表2可知如下的内容。即，在样品C102的制作中，使用了由添加元素的总含量超过1质量％的铜合金构成的铸材。尽管如此，在样品C102的制作中，没有对中间线材实施退火地形成单线材。因此，在样品C102的制作中，绞线加工性较差，无法形成绞线材。
另外，在样品C101的制作中，使用了由添加元素的总含量超过1质量％的铜合金构成的铸材。尽管如此，在样品C101的制作中，对实施了退火的中间线材实施冷加工度99％以上的拉丝加工而形成单线材。因此，在样品C101的制作中，绞线加工时显著地产生了断线。其结果是，不能得到断线较少、并且强度及伸长率良好的铜合金绞线。
与此相对，在样品1～样品6的制作中，经由上述内容规定的工序来制作铜合金绞线。因此，能够抑制绞线加工时的断线次数。另外，可得到因绞线加工产生的断线较少、并且具有良好的强度和伸长率的铜合金绞线。另外，确认到：得到的各铜合金绞线尽管是高强度，但导电率仍在62％IACS以上，导电率没有受损，且强度得到了提高。
以上对本发明的实施例详细地进行了说明，但本发明不限定于上述实施例，在无损本发明的主旨的范围内可进行各种变更。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.(修改后)一种铜合金绞线，通过具有如下工序的铜合金绞线的制造方法而得到：
形成铸材，所述铸材具有含有共计为1.0质量％以上且2.0质量％以下的从由Fe、Ti、Sn、Ag、Mg、Zn、Cr及P构成的组中选择的至少一种添加元素并且剩余部分由Cu及由不可避免的杂质构成的化学组分；
对所述铸材实施塑性加工而形成延伸材；
对所述延伸材实施拉丝加工而形成中间线材；
对所述中间线材实施退火；
对实施了所述退火的中间线材以冷加工度为77％以上且小于99％的范围的方式实施拉丝加工而形成单线材；及
将多根所述单线材进行绞合而形成绞线材并对该绞线材实施热处理，或者对所述单线材实施热处理并将多根实施了该热处理的单线材进行绞合而形成绞线材，
所述铜合金绞线的特征在于，
所述铜合金绞线用于汽车用电线的导体，拉伸强度为450MPa以上，伸长率为5％以上。
2.(修改后)根据权利要求1所述的铜合金绞线，其特征在于，导电率为62％IACS以上。
3.(修改后)根据权利要求1或2所述的铜合金绞线，其特征在于，所述铸材的化学组分中O的含量按质量比为20ppm以下。
4.(修改后)根据权利要求1～3中任一项所述的铜合金绞线，其特征在于，所述单线材的线径为0.3mm以下。
5.(修改后)根据权利要求1～4中任一项所述的铜合金绞线，其特征在于，绞线截面积为0.22mm2以下。
6.(修改后)一种汽车用电线，其特征在于，具有权利要求1～5中任一项所述的铜合金绞线和覆盖于该铜合金绞线的外周的绝缘体。
7.(删除)。

Claims (7)

1.一种铜合金绞线的制造方法，所述铜合金绞线用于汽车用电线的导体，所述铜合金绞线的制造方法的特征在于，具有如下的工序：
形成铸材，所述铸材具有含有共计为1.0质量％以上且2.0质量％以下的从由Fe、Ti、Sn、Ag、Mg、Zn、Cr及P构成的组中选择的至少一种添加元素并且剩余部分由Cu及由不可避免的杂质构成的化学组分；
对所述铸材实施塑性加工而形成延伸材；
对所述延伸材实施拉丝加工而形成中间线材；
对所述中间线材实施退火；
对实施了所述退火的中间线材以冷加工度为77％以上且小于99％的范围的方式实施拉丝加工而形成单线材；及
将多根所述单线材进行绞合而形成绞线材并对该绞线材实施热处理，或者对所述单线材实施热处理并将多根实施了该热处理的单线材进行绞合而形成绞线材。
2.根据权利要求1所述的铜合金绞线的制造方法，其特征在于，所述铸材的化学组分中O的含量按质量比为20ppm以下。
3.根据权利要求1或2所述的铜合金绞线的制造方法，其特征在于，所述单线材的线径为0.3mm以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的铜合金绞线的制造方法，其特征在于，绞线截面积为0.22mm2以下。
5.一种铜合金绞线，通过权利要求1～4中任一项所述的铜合金绞线的制造方法而得到，所述铜合金绞线的特征在于，
拉伸强度为450MPa以上，伸长率为5％以上。
6.根据权利要求5所述的铜合金绞线，其特征在于，导电率为62％IACS以上。
7.一种汽车用电线，其特征在于，具有权利要求5或6所述的铜合金绞线和覆盖于该铜合金绞线的外周的绝缘体。
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