JP2002302727A - 導電用耐熱アルミニウム合金線及びその製造方法 - Google Patents
導電用耐熱アルミニウム合金線及びその製造方法Info
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Abstract
えた新規な導電用耐熱アルミニウム合金線及びその製造
方法の提供。 【解決手段】 Zrを0.10〜0.50重量%、Sc
を0.05〜0.50重量%含有し、残部がAl及び不
可避的不純物からなるアルミニウム合金の荒引線を断面
積減少率30%以上で冷間加工し、次いで100〜50
0℃で1〜100時間熱処理してから断面積減少率70
%以上の冷間加工を施して形成する。これによって、従
来の耐熱アルミニウム合金線よりも優れた導電性及び耐
熱性並びに高強度特性を発揮することができる。
Description
等として用いられる導電用耐熱アルミニウム合金線及び
その製造方法に関するものである。
せるためには、導体の断面積を大きくすれば良いが、そ
うするとこれに比例して架空送電線全体の重量も増加
し、既存鉄塔の許容強度を超えてしまうといった問題が
生ずる。
量を増加させるには、導体として、導電率に優れたアル
ミニウム線を用いれば良く、さらに耐熱性を付与させる
べくZrを0.1重量%程度含んだAl−Zr合金線等
のアルミニウム合金線を使用するのが望ましい。
おいては、Zrの添加量に比例して耐熱性が向上するこ
とから耐熱性をさらに向上させるべくZrの添加量を増
やしてその固溶量を増加させると、反対に導電性が著し
く低下してしまい、導電率と耐熱性を高次元で両立する
ことが難しいといった欠点がある。
さらに第三元素としてFe,Mg,Si等を添加し、適
当な熱処理を施すことで耐熱性と導電性の要求特性を満
たした耐熱アルミニウム合金線が提案されている。
微量のBeを添加したAl−Zr−Be系合金線や、導
体素線自体に熱処理を施すことで耐熱性を著しく向上さ
せた超耐熱アルミニウム合金線も開発され、実用化に至
っている。
Al−Zr合金にFe,Mg,Si等の第三元素を添加
した耐熱アルミニウム合金線にあっては、極めて長時間
(100時間以上)の熱処理(時効処理)を要するた
め、製造効率が悪いといった欠点がある。
を添加したAl−Zr−Be系合金線にあっては、Be
自体が高価な金属であるため、材料コストが高くなって
しまうという問題がある。しかも、これら従来の合金組
成及び製造方法では、その耐熱性,導電率及び強度の更
なる特性向上は期待できない。
耐熱アルミニウム合金線にあっては、耐熱性は向上する
ものの引張強さが低下し、また、耐熱性向上を目的とし
た添加元素の影響のため導電率に影響してしまい、加え
て荒引線の熱処理と比較して著しく製造コストが増加し
てしまうといった問題点がある。
解決するために案出されたものであり、その目的は、従
来の耐熱アルミニウム合金線よりも優れた導電性及び耐
熱性並びに高強度特性を兼ね備えた新規な導電用耐熱ア
ルミニウム合金線及びその製造方法を提供するものであ
る。
に本発明は、Zrを0.10〜0.50重量%、Scを
0.05〜0.50重量%含有し、残部がAl及び不可
避的不純物からなるアルミニウム合金の荒引線を断面積
減少率30%以上で冷間加工し、次いで100〜500
℃で1〜100時間熱処理してから断面積減少率70%
以上の冷間加工を施してなるものである。
導電用耐熱アルミニウム合金線にあっては、Alマトリ
ックス中にAl3Zr,Al3Sc及びAl3(Zr,S
c)の析出物を含有しているため、加工組織が安定化
し、導電率が低下することなく優れた耐熱性及び強度特
性を発揮することができる。
態を添付図面を参照しながら説明する。
ウム合金線の製造方法の実施の一形態を示したものであ
る。
0.50重量%、Sc:0.05〜0.50重量%、残
部がAl及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金
を連続鋳造し、荒引線を形成する。尚、この連続鋳造法
としては、特に限定されるものでなく、プロペルチ法,
ヘズレー法,SCR法等の周知の鋳造方法をそのまま適
用することができる。
面積減少率30%以上で一次冷間加工を施し、次いで1
00〜500℃×1〜100時間の条件で熱処理を行っ
た後、断面積減少率70以上で二次冷間加工を施すこと
によって得られる。
導電用耐熱アルミニウム合金線にあっては、Alマトリ
ックス中にZr及びScを固溶させ、これを冷間加工し
て転位を導入し、次いで熱処理を施すことにより、Al
3Zr,Al3Sc及びAl3(Zr,Sc)の析出物が
形成されるため、加工組織が安定化され、かつ導電率を
低下させることなく、耐熱性及び強度特性が著しく向上
することとなる。すなわち、本発明は従来技術であるZ
rをAl中に固溶させたり、或いは熱処理によりAl3
Zrのみを析出させることによって耐熱性及び強度特性
を向上させる従来型の合金とはその耐熱性及び強度特性
の向上メカニズムにおいて全く異なるものである。
cの添加量をそれぞれ0.10〜0.50重量%,0.
05〜0.50重量%と限定したのは、Zr0.10重
量%未満、あるいはSc0.05重量%未満では従来製
法と比べて導電率の向上は達成できるものの、耐熱性の
向上が達成できないからであり、反対にZr及びScの
添加量が0.50重量%を超えると耐熱性の向上は達成
できるものの導電率の向上が期待できないからである。
従って、ZrとScの適正添加量はそれぞれ0.10〜
0.50重量%,0.05〜0.50重量%である。
×1〜100時間と限定したのは、熱処理温度が100
℃未満であると鋳造時に固溶したZrとScの析出物の
核発生が生じ難く、反対に500℃を超えると生成した
析出物が成長・肥大化するため好ましくないからであ
る。また、熱処理時間が1時間未満であると析出物の核
発生が不十分であり、反対に100時間を超えると析出
物の粗大化が生じて好ましくないからである。
面積減少率を30%以上と限定したのは、30%未満で
は析出物の核発生サイトとなる転位の導入が少なく、熱
処理時の析出が促進されないため、析出物による強度向
上、導電性の回復、さらには耐熱性の向上が期待できな
いからである。また、熱処理後の二次冷間加工時におけ
る断面積減少率を70%以上と限定したのは、70%未
満では冷間加工時の加工硬化によるアルミニウム合金線
の強度特性の向上が期待できないからである。
によって得られる導電用耐熱アルミニウム合金線にあっ
ては、前述したように優れた導電率と耐熱性及び強度特
性を兼ね備えることができるが、さらに、材料となるア
ルミニウム合金としてSi,Fe,Ti,B及びBe
を、Si:0.05〜0.10重量%、Fe:0.05
〜0.30重量%、Ti:0.01〜0.10重量%、
B:0.003〜0.02重量%、Be:0.005〜
0.05重量%の比率で添加したり、図1の一点鎖線に
示すように、一次冷間処理と二次冷間処理間に2段階の
熱処理を施すようにしても良い。
%の範囲で添加することにより、Al3Zr,Al3Sc
及びAl3(Zr,Sc)の析出が促進され、また、F
eを0.05〜0.30重量%の範囲で添加することに
より、強度の向上が期待できる。また、Ti及びB,B
eをそれぞれの範囲で添加することにより、鋳造による
結晶粒を微細化して鋳造剤の割れや傷の発生が抑制さ
れ、製造時の歩留まりが大幅に向上するからである。
段階の熱処理、具体的には、50〜400℃×1〜30
時間の一次熱処理と、300〜500℃×10〜60時
間の二次熱処理を行えば、前述した1回の熱処理(10
0〜500℃×1〜100時間)に比べて多少手間が掛
かるものの、鋳造時に固溶したZrとScを微細な粒子
としてより確実に析出させることができる。ここで、一
次熱処理条件として50〜400℃×1〜30時間と限
定したのは、50℃未満では析出物の核発生が生じ難
く、反対に400℃を超えると析出物が成長して好まし
くないからであり、また、熱処理時間が1時間未満であ
ると析出物の核発生が不十分であり、反対に30時間を
超えると析出物の成長が生じて好ましくないからであ
る。また、二次熱処理条件として300〜500℃×1
0〜60時間と限定したのは、300℃未満では析出物
の成長が不十分となり、導電性が回復されず、反対に5
00℃を超えると析出物が肥大化し、耐熱性が向上しな
いからである。さらに熱処理時間が10時間未満では析
出物の成長が十分でなく、反対に60時間を超えると析
出物の粗大化が生じ、耐熱性が低下するためである。
る。 (実施例1)先ず、以下の表1の実施例1の欄に示すよ
うに、Zr:0.35重量%、Sc:0.20重量%、
Si:0.08重量%、Fe:0.13重量%、Ti:
0.07重量%、B:0.005重量%、残部:Al及
び不可避的不純物からなる化学組成のアルミニウム合金
材料を溶製し、この溶湯を用いてアルミニウム合金イン
ゴットを形成した後、このインゴットにスェージャー加
工を施して外径12mmのアルミニウム合金荒引線を形
成した。
一次冷間加工を施して外径9mmの合金線材を得た後、
この合金線材に350℃×50度の熱処理を施し、その
後、この合金線材に断面積減少率87%の二次冷間加工
を施して外径3.2mmの導電用耐熱アルミニウム合金
線を作成した。 (実施例2)以下の表1の実施例2の欄に示すように、
実施例1と同様にして形成した外径9mmの合金線材に
200℃×7時間の一次熱処理を施し、次いで420℃
×40時間の二次熱処理を施した後、断面積減少率87
%の二次冷間加工を施して外径3.2mmの導電用耐熱
アルミニウム合金線を作成した。 (実施例3)以下の表1の実施例3の欄に示すように、
Zr:0.20重量%、Sc:0.20重量%、Si:
0.08重量%、Fe:0.13重量%、Ti:0.0
7重量%、B:0.005重量%、残部:Al及び不可
避的不純物からなる化学組成のアルミニウム合金材料を
用いた他は、実施例2と同様にして外径3.2mmの導
電用耐熱アルミニウム合金線を作成した。 (比較例1)以下の表1の比較例1の欄に示すように、
Scを含有しないアルミニウム合金材料を用いた他は全
て実施例1と同様にして、外径3.2mmの導電用耐熱
アルミニウム合金線を作成した。 (比較例2)以下の表1の比較例2の欄に示すように、
Scを含有しないアルミニウム合金材料を用いた他は全
て実施例2と同様にして、外径3.2mmの導電用耐熱
アルミニウム合金線を作成した。 (比較例3)以下の表1の比較例3の欄に示すように、
Scを含有しないアルミニウム合金材料を用いた他は全
て実施例3と同様にして、外径3.2mmの導電用耐熱
アルミニウム合金線を作成した。
導電用耐熱アルミニウム合金線について、それぞれ引張
強度(MPa)、導電率(%IACS)、耐熱性(%)
を測定し、その測定結果を以下の表2に示す。尚、ここ
で耐熱性(%)は、(得られた導電用耐熱アルミニウム
合金線に400℃で4時間加熱した後における引張強度
/得られた導電用耐熱アルミニウム合金線の引張強度)
×100で求められる値を示したものである。
明に係る実施例1〜3の導電用耐熱アルミニウム合金線
にあっては、いずれも240MPa以上の優れた引張強
度を発揮すると共に、優れた導電性及び87%以上の高
い耐熱性を発揮し、強度,導電性及び耐熱性の全てを高
次元で兼ね備えることができた。
1〜3の導電用耐熱アルミニウム合金線にあっては、そ
れぞれ実施例1〜3と同様な熱処理を施したにも拘わら
ず、本発明の必須成分であるScを全く含有していない
ため、引張強度,導電性及び耐熱性のいずれも実施例1
〜3の導電用耐熱アルミニウム合金線よりも劣ってしま
い、特に、引張強度及び耐熱性の著しく劣ってしまっ
た。
張強度,導電性及び耐熱性を兼ね備えることができる。
また、熱処理時間が短くなると共に、高価な材料を殆ど
使用しないため、製造効率の向上及び製造コストの低廉
化に大きく貢献することができる等といった優れた効果
を発揮する。
製造方法の実施の一形態を示す工程図である。
1)
一次冷間加工を施して外径9mmの合金線材を得た後、
この合金線材に350℃×50時間の熱処理を施し、そ
の後、この合金線材に断面積減少率87%の二次冷間加
工を施して外径3.2mmの導電用耐熱アルミニウム合
金線を作成した。 (実施例2)以下の表1の実施例2の欄に示すように、
実施例1と同様にして形成した外径9mmの合金線材に
200℃×7時間の一次熱処理を施し、次いで420℃
×40時間の二次熱処理を施した後、断面積減少率87
%の二次冷間加工を施して外径3.2mmの導電用耐熱
アルミニウム合金線を作成した。 (実施例3)以下の表1の実施例3の欄に示すように、
Zr:0.20重量%、Sc:0.20重量%、Si:
0.08重量%、Fe:0.13重量%、Ti:0.0
7重量%、B:0.005重量%、残部:Al及び不可
避的不純物からなる化学組成のアルミニウム合金材料を
用いた他は、実施例2と同様にして外径3.2mmの導
電用耐熱アルミニウム合金線を作成した。 (比較例1)以下の表1の比較例1の欄に示すように、
Scを含有しないアルミニウム合金材料を用いた他は全
て実施例1と同様にして、外径3.2mmの導電用耐熱
アルミニウム合金線を作成した。 (比較例2)以下の表1の比較例2の欄に示すように、
Scを含有しないアルミニウム合金材料を用いた他は全
て実施例2と同様にして、外径3.2mmの導電用耐熱
アルミニウム合金線を作成した。 (比較例3)以下の表1の比較例3の欄に示すように、
Scを含有しないアルミニウム合金材料を用いた他は全
て実施例3と同様にして、外径3.2mmの導電用耐熱
アルミニウム合金線を作成した。
Claims (8)
- 【請求項1】 Zrを0.10〜0.50重量%、Sc
を0.05〜0.50重量%含有し、残部がAl及び不
可避的不純物からなるアルミニウム合金の荒引線を断面
積減少率30%以上で冷間加工し、次いで100〜50
0℃で1〜100時間熱処理してから断面積減少率70
%以上の冷間加工を施してなることを特徴とする導電用
耐熱アルミニウム合金線。 - 【請求項2】 Zrを0.10〜0.50重量%、Sc
を0.05〜0.50重量%含有し、残部がAl及び不
可避的不純物からなるアルミニウム合金の荒引線を断面
積減少率30%以上で冷間加工し、次いで50〜400
℃で1〜30時間の一次熱処理を行った後、引き続き3
00〜500℃で10〜60時間の二次熱処理を行い、
その後、断面積減少率70%以上の冷間加工を施してな
ることを特徴とする導電用耐熱アルミニウム合金線。 - 【請求項3】 上記アルミニウム合金が、Si,Fe,
Ti,B及びBeから選ばれる少なくとも1種以上の金
属成分をさらに含有するものであることを特徴とする請
求項1又は2に記載の導電用耐熱アルミニウム合金線。 - 【請求項4】 上記Si,Fe,Ti,B及びBeの含
有量が、Si:0.05〜0.10重量%、Fe:0.
05〜0.30重量%、Ti:0.01〜0.10重量
%、B:0.003〜0.02重量%、Be:0.00
5〜0.05重量%であることを特徴とする請求項3に
記載の導電用耐熱アルミニウム合金線。 - 【請求項5】 Zrを0.10〜0.50重量%、Sc
を0.05〜0.50重量%含有し、残部がAl及び不
可避的不純物からなるアルミニウム合金を連続鋳造によ
って荒引線としてから、これを断面積減少率30%以上
で冷間加工を行い、次いで100〜500℃で1〜10
0時間熱処理した後、断面積減少率70%以上の冷間加
工を施すようにしたことを特徴とする導電用耐熱アルミ
ニウム合金線の製造方法。 - 【請求項6】 Zrを0.10〜0.50重量%、Sc
を0.05〜0.50重量%含有し、残部がAl及び不
可避的不純物からなるアルミニウム合金を連続鋳造によ
って荒引線としてから、これを断面積減少率30%以上
で冷間加工を行い、次いで50〜400℃で1〜30時
間の一次熱処理を行った後、引き続き300〜500℃
で10〜60時間の二次熱処理を行い、その後、断面積
減少率70%以上の冷間加工を施すようにしたことを特
徴とする導電用耐熱アルミニウム合金線の製造方法。 - 【請求項7】 上記アルミニウム合金として、Si,F
e,Ti,B及びBeから選ばれる少なくとも1種以上
の金属成分をさらに含有するものを用いることを特徴と
する請求項5又は6に記載の導電用耐熱アルミニウム合
金線の製造方法。 - 【請求項8】 上記Si,Fe,Ti,B及びBeの含
有量が、Si:0.05〜0.10重量%、Fe:0.
05〜0.30重量%、Ti:0.01〜0.10重量
%、B:0.003〜0.02重量%、Be:0.00
5〜0.05重量%であることを特徴とする請求項7に
記載の導電用耐熱アルミニウム合金線の製造方法。
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JP2001108743A JP4144188B2 (ja) | 2001-04-06 | 2001-04-06 | 導電用耐熱アルミニウム合金線の製造方法 |
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US9779849B2 (en) | 2011-09-05 | 2017-10-03 | Dyden Corporation | Aluminum-based conductive material and electric wire and cable using the same |
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