JP2009167461A - Copper alloy conductor, cable and trolley wire using the same, and manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば各種電子・電気機器用や産業用のケーブルや、電気鉄道車両にパンタグラフ等を介して給電を行うための架線(電車線)用のトロリー線等に用いられる銅合金導体、およびその銅合金導体を用いてなるケーブルならびにトロリー線、ならびにその銅合金導体の製造方法に関する。 The present invention is, for example, a copper alloy conductor used for various types of electronic / electric equipment and industrial cables, trolley wires for overhead wires (train wires) for feeding electric railway vehicles via pantographs, and the like, and The present invention relates to a cable and a trolley wire using the copper alloy conductor, and a method for producing the copper alloy conductor.
電車線用銅合金導体(トロリー線)、あるいは各種機器のケーブルなどに用いられる機器用ケーブル用の導体としては、導電率が高い硬銅線や、耐摩耗性・耐熱性を有する銅合金材(銅合金線)等が使用されている。
銅合金材としては、銅母材にSnを0.25〜0.35質量%含有させたものが提案されており(特許文献1)、新幹線および在来線のトロリー線(電車用架線)や、機器用ケーブル等の導体として用いられている。
Copper alloy conductors for train wires (trolley wires), or conductors for equipment cables used in various equipment cables, etc., hard copper wires with high electrical conductivity, and copper alloy materials with wear and heat resistance ( Copper alloy wire) is used.
As a copper alloy material, a copper base material containing Sn in an amount of 0.25 to 0.35 mass% has been proposed (Patent Document 1). Shinkansen and conventional trolley lines (train overhead lines) It is used as a conductor for equipment cables.
近年、例えば新幹線における時速270km〜300kmあるいはそれ以上での営業運転最高速度の達成や、在来線での最高時速130kmでの営業運転など、電車のさらなる高速化が進められている。このような高速化に対応すべく、電車用トロリー線の架線張力をさらに高めることが要請されており、その架線張力は、1.5トンから2.0トン以上にまで高められる傾向にある。
また、近年、特に大都市部の鉄道では、輸送能力のさらなる増強を図るために、電車通過密度(単位長さ当たりの線路を走行する電車の本数)が益々高くなる傾向にある。一路線上を同時に複数本の電気鉄道車両が走行している場合、等価回路的には、給電線である一本のトロリー線(および帰電線としての軌道レール)に対してその車両の本数に比例した総個数の電動機が並列に接続されている状態と見做すことができるので、一路線上を走行している多数の鉄道車両に供給することが必要となる電力量(主に電流量)は、電車通過密度の増大につれて益々大きくなる傾向にある。このため、トロリー線のさらなる大電流容量化が要求されるようになってきている。
In recent years, for example, the speed of trains has been further increased, for example, the achievement of the maximum speed of commercial operation at a speed of 270 to 300 km / h on the Shinkansen or the maximum speed of 130 km / h on the conventional line. In order to cope with such high speed, it is required to further increase the overhead wire tension of the train trolley wire, and the overhead wire tension tends to be increased from 1.5 tons to 2.0 tons or more.
In recent years, especially in large urban railways, the train passage density (the number of trains traveling on a track per unit length) tends to become higher in order to further increase the transportation capacity. When multiple electric railway vehicles are traveling simultaneously on one line, the equivalent circuit is proportional to the number of vehicles for one trolley wire (and track rail as a return wire) that is a feeder line. It can be considered that the total number of motors connected in parallel is the amount of power (mainly the amount of current) that needs to be supplied to many railway vehicles traveling on one line. As the train passing density increases, it tends to increase. For this reason, a further increase in current capacity of the trolley wire has been demanded.
また、各種電気・電子機器用ケーブルとして用いられる導体では、使用環境を考慮して、耐屈曲性・強度のさらなる向上が要請されている。また、各種電気・電子機器自体の軽量化・小型化・省電力化の要求を満たすために、それに用いられるケーブルにも、さらに高い導電性の達成が求められている。
さらには、産業用ケーブルについても、導電性の低下を極力抑制しつつ強度および耐熱性を向上させ、かつ使用環境を考慮して耐屈曲性等もさらに良好なものとした導体を用いることが益々強く求められるようになってきている。
Further, conductors used as cables for various electric / electronic devices are required to have further improved bending resistance and strength in consideration of the usage environment. Further, in order to satisfy the demands for reducing the weight, size and power consumption of various electric and electronic devices themselves, the cables used therefor are required to achieve higher conductivity.
Furthermore, for industrial cables, it is increasingly used conductors that improve strength and heat resistance while minimizing the decrease in conductivity, and that have even better bending resistance in consideration of the usage environment. It is strongly demanded.
そこで、これらの要求を満たすために、高い強度および高い導電性を備えた銅合金導体の実現が益々強く要請されるようになってきた。
高強度の銅合金導体としては、主に固溶強化型合金と析出強化型合金との、2種類がある。固溶強化型合金としては、Cu‐Ag合金(高濃度銀)、Cu‐Sn合金、Cu‐Sn‐In合金、Cu‐Mg合金、Cu‐Sn‐Mg合金などが挙げられる。また、析出強化型合金としては、Cu‐Zr合金、Cu‐Cr合金、Cu‐Cr‐Zr合金などが挙げられる。
固溶強化型合金は、固溶強化元素の含有量を多くするほど強度向上を図ることができる。しかし、それに伴って極端に導電率が低下してしまう。このため、従来のCu‐Sn系合金では、高強度を有しかつ良好な導電性を有する銅合金導体を製造することは極めて困
難であった。
また、析出強化型合金は、強度は極めて高いものの、その分、連続鋳造圧延の際に圧延ロールに対して過大な負荷が掛かってしまうので、連続鋳造圧延による製造が実際上不可能であり、押出しなどによるバッチ式の加工法によってしか製造することができなかった。のみならず、中間工程にて析出強化物を析出させるための熱処理が必要であるため、連続鋳造圧延で製造することが可能な固溶強化型合金の場合と比較して、生産性が低く、またそれに起因して製造コストが高額なものとなる傾向にある。
Therefore, in order to satisfy these requirements, there has been an increasing demand for the realization of a copper alloy conductor having high strength and high conductivity.
There are mainly two types of high-strength copper alloy conductors, a solid solution strengthened alloy and a precipitation strengthened alloy. Examples of the solid solution strengthened alloy include a Cu—Ag alloy (high concentration silver), a Cu—Sn alloy, a Cu—Sn—In alloy, a Cu—Mg alloy, and a Cu—Sn—Mg alloy. Examples of precipitation strengthening alloys include Cu—Zr alloys, Cu—Cr alloys, Cu—Cr—Zr alloys, and the like.
The solid solution strengthened alloy can improve the strength as the content of the solid solution strengthening element is increased. However, the electrical conductivity is extremely lowered accordingly. For this reason, it has been extremely difficult to produce a copper alloy conductor having high strength and good conductivity with conventional Cu-Sn alloys.
Moreover, although the precipitation strengthening type alloy is extremely high in strength, an excessive load is applied to the rolling roll during the continuous casting and rolling, so it is practically impossible to manufacture by continuous casting and rolling. It could only be produced by a batch processing method such as extrusion. Not only the heat treatment for precipitating the precipitation strengthened material in the intermediate process is necessary, but the productivity is low compared to the case of the solid solution strengthened alloy that can be manufactured by continuous casting and rolling, In addition, the manufacturing cost tends to be high due to this.
斯様な従来技術における不都合を解消または回避するために、酸素を0.001〜0.1質量%(10〜1000ppm)含む銅母材に、Snを0.15超〜0.70以下の質量%の割合で含有させた銅合金材で構成され、結晶組織を構成する結晶粒の平均粒径が100μm以下で、かつ結晶組織のマトリックスにSnの酸化物の80%以上が平均粒径1μm以下の微小酸化物として分散させた構成の銅合金導体が提案されている(特許文献2)。
この発明によれば、Sn酸化物を分散してなる結晶組織の微細化によって、その銅合金導体自体の強度と導電率との両方を向上させることが可能となる。
すなわち、結晶組織中に微細な粒径のSn酸化物を分散させることで、熱(潜熱)による結晶や結晶粒界の移動が抑制されるという、いわゆるピン止め効果によって、その銅合金導体の強度と導電率との両方を向上させることができ、またそれと共に、熱間圧延時における各結晶粒の成長が抑制されて、結晶組織が微細に保たれる。
In order to eliminate or avoid such disadvantages in the prior art, a copper base material containing 0.001 to 0.1% by mass (10 to 1000 ppm) of oxygen and a mass of Sn exceeding 0.15 to 0.70 or less. %, The average grain size of the crystal grains constituting the crystal structure is 100 μm or less, and 80% or more of the Sn oxide in the matrix of the crystal structure is 1 μm or less. There has been proposed a copper alloy conductor having a structure dispersed as a fine oxide (Patent Document 2).
According to this invention, it is possible to improve both the strength and conductivity of the copper alloy conductor itself by refining the crystal structure formed by dispersing the Sn oxide.
That is, by dispersing Sn oxide with a fine grain size in the crystal structure, the movement of crystals and grain boundaries due to heat (latent heat) is suppressed, so-called pinning effect, so that the strength of the copper alloy conductor In addition to this, the growth of each crystal grain during hot rolling can be suppressed and the crystal structure can be kept fine.
ところで、近年では、既述のように、ケーブルやトロリー線等に用いられる銅合金導体においては、強度を維持または向上しつつ、導電率のさらなる向上が強く要請されており、それに対応するために、上記のような銅合金導体の構成およびその製造方法についての技術をさらに改良することが急務の課題となってきている。 By the way, in recent years, as described above, in copper alloy conductors used for cables, trolley wires, etc., there has been a strong demand for further improvement in conductivity while maintaining or improving strength. Furthermore, it is an urgent task to further improve the technology regarding the configuration of the copper alloy conductor and the manufacturing method thereof.
本発明は、このような課題を解決するために成されたもので、その目的は、強度を維持または向上しつつさらなる高導電率を達成した銅合金導体、およびそれを用いたケーブルならびにトロリー線、ならびにその銅合金導体の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a copper alloy conductor that achieves further high conductivity while maintaining or improving strength, and a cable and a trolley wire using the copper alloy conductor. And a method for producing the copper alloy conductor.
本発明の銅合金導体は、酸素を0.01質量%〜0.1質量%(100質量ppm〜1000質量ppm)含む銅合金導体であって、錫を前記酸素の含有量に対して2.5倍以上〜4.5倍以下の質量比で含有し、かつ前記錫の酸化物を当該銅合金導体の結晶組織中に80%以上の体積分散率で平均粒径1μm以下の微小酸化物として分散してなること特徴としている。
また、本発明のケーブルは、上記の銅合金導体からなる製品の表面を絶縁被膜で被覆してなることを特徴としている。
また、本発明のトロリー線は、上記の銅合金導体を用いてなることを特徴としている。
また、本発明の銅合金導体の製造方法は、0.01質量%〜0.1質量%(100質量ppm〜1000質量ppm)の酸素を含んだ銅母材に、錫を前記酸素の含有量に対して2.5倍以上〜4.5倍以下の質量比で含有するように添加して、銅合金溶湯を作る工程と、前記銅合金溶湯を用いて連続鋳造を行って鋳造材を形成すると共に、前記銅合金溶湯を鋳造してなる鋳造材の温度を前記銅合金溶湯の融点よりも15℃以上低い温度にまで急速冷却する工程と、前記鋳造材を900℃以下とした後、当該鋳造材に対して最終圧延温
度が500℃以上〜600℃以下となるように温度を調節しながら熱間圧延加工を施す工程とを含むことを特徴としている。
The copper alloy conductor of the present invention is a copper alloy conductor containing 0.01% by mass to 0.1% by mass (100 ppm by mass to 1000% by mass) of oxygen, and tin is contained in an amount of 2. The tin oxide is contained in a mass ratio of 5 to 4.5 times and is a fine oxide having an average particle size of 1 μm or less at a volume dispersion of 80% or more in the crystal structure of the copper alloy conductor. It is characterized by being dispersed.
The cable of the present invention is characterized in that the surface of a product made of the copper alloy conductor is covered with an insulating coating.
Moreover, the trolley wire of this invention is characterized by using said copper alloy conductor.
Moreover, the manufacturing method of the copper alloy conductor of the present invention includes a copper base material containing 0.01 mass% to 0.1 mass% (100 mass ppm to 1000 mass ppm) of oxygen, and tin content of the oxygen. The step of making a copper alloy melt by adding 2.5 to 4.5 times the mass ratio with respect to the above, and forming a cast material by performing continuous casting using the copper alloy melt And a step of rapidly cooling the temperature of the cast material formed by casting the molten copper alloy to a temperature lower by 15 ° C. or more than the melting point of the molten copper alloy, and after setting the cast material to 900 ° C. or less, And a step of subjecting the cast material to hot rolling while adjusting the temperature so that the final rolling temperature is 500 ° C. or more and 600 ° C. or less.
本発明の銅合金導体によれば、酸素を0.01〜0.1質量%(100〜1000質量ppm)含む銅合金導体であって、錫を前記酸素の含有量に対して2.5倍以上〜4.5倍以下の質量比で含有し、かつ前記錫の酸化物を当該銅合金導体の結晶組織中に80%以上の体積分散率で平均粒径1μm以下の微小酸化物として分散させるようにしたので、従来では明確ではなかった、酸素の含有率に対する相対的な錫の含有率の比率の適正値を明確に設定することができ、その結果、この銅合金導体自体の強度を維持または向上しつつ、そのさらなる高導電率化を達成することが可能となる。
また、本発明の銅合金導体の製造方法によれば、0.01〜0.1質量%(100〜1000質量ppm)の酸素を含んだ銅母材に、錫を前記酸素の含有量に対して2.5倍以上〜4.5倍以下の質量比で含有するように添加して、銅合金溶湯を作る工程と、前記銅合金溶湯を用いて連続鋳造を行うと共に、前記銅合金溶湯を鋳造してなる鋳造材の温度を前記銅合金溶湯の融点よりも15℃以上低い温度にまで急速冷却する工程と、前記鋳造材を900℃以下とした後、当該鋳造材に対して最終圧延温度が500℃以上〜600℃以下となるように温度を調節しながら熱間圧延加工を施すようにしたので、その製造工程で、上記のような酸素の含有率に対する相対的な錫の含有率の比率の適正値を明確に設定・調節することができ、その結果、この製造方法によって得られる銅合金導体自体の強度を維持または向上しつつ、そのさらなる高導電率化を達成することが可能となる。
According to the copper alloy conductor of the present invention, it is a copper alloy conductor containing 0.01 to 0.1 mass% (100 to 1000 mass ppm) of oxygen, and tin is 2.5 times the content of oxygen. The tin oxide is contained in a mass ratio of ˜4.5 times and is dispersed as a fine oxide having an average particle size of 1 μm or less at a volume dispersion of 80% or more in the crystal structure of the copper alloy conductor. As a result, the appropriate value of the ratio of the tin content relative to the oxygen content, which was not clear in the past, can be clearly set, and as a result, the strength of the copper alloy conductor itself is maintained. Alternatively, it is possible to achieve higher conductivity while improving.
Moreover, according to the method for producing a copper alloy conductor of the present invention, tin is added to a copper base material containing 0.01 to 0.1 mass% (100 to 1000 mass ppm) of oxygen with respect to the oxygen content. And adding the copper alloy in a mass ratio of 2.5 times or more to 4.5 times or less to make a copper alloy molten metal, and performing continuous casting using the copper alloy molten metal, and the copper alloy molten metal A step of rapidly cooling the temperature of the cast material formed by casting to a temperature lower than the melting point of the molten copper alloy by 15 ° C. or more, and after setting the cast material to 900 ° C. or less, the final rolling temperature for the cast material Since the hot rolling process is performed while adjusting the temperature so that the temperature becomes 500 ° C. or more and 600 ° C. or less, in the production process, the relative content of tin with respect to the oxygen content as described above The appropriate value of the ratio can be clearly set and adjusted, and as a result While maintaining or improving the strength of the copper alloy conductor itself obtained by this manufacturing method, it is possible to achieve the further high conductivity index.
以下、本実施の形態に係る銅合金導体およびそれを用いたケーブルならびにトロリー線ならびに銅合金導体の製造方法について、図面を参照して説明する。
図1は、本実施の形態に係る銅合金導体の製造方法における主要な工程の流れを示す図である。
Hereinafter, a copper alloy conductor according to the present embodiment, a cable using the copper alloy conductor, a trolley wire, and a method for producing the copper alloy conductor will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a flow of main steps in the method of manufacturing a copper alloy conductor according to the present embodiment.
本実施の形態に係る銅合金導体の製造方法は、酸素を0.01〜0.1質量%(100〜1000質量ppm)含有する銅母材11に、Sn(錫)12を、酸素量に対して質量比で2.5倍以上〜4.5倍以下の割合で添加して溶解し、銅合金溶湯13を作る溶解工程F1と、その銅合金溶湯13を鋳造して鋳造材14とする鋳造工程F2と、鋳造材14に複数段(多段)の熱間圧延加工を施して、圧延材15とする熱間圧延工程F3と、その圧延材15を洗浄し、巻き取って、荒引線16とする洗浄・巻取工程F4と、その巻き取った荒引線16を送り出しながら冷間伸線加工を施して、銅合金線17とする冷間伸線加工F5とを、その主要な工程として含んでいる。そして、この製造方法によって製造された銅合金線17は、その後さらに、例えば線材、撚線、条材、板材などのような所望の形状に加工される。
上記の溶解工程F1から洗浄・巻取工程F4までは、既存の一般的な連続圧延設備(SCR連続鋳造設備)等を用いて行うことができる。但し、その設備を用いて行われる各工程でのプロセス条件等は一般的なものではなく、下記にさらに詳述するような設定および方法とするものであることは勿論である。
In the method for producing a copper alloy conductor according to the present embodiment, the
The melting step F1 to the cleaning / winding step F4 can be performed using existing general continuous rolling equipment (SCR continuous casting equipment) or the like. However, the process conditions and the like in each process performed using the equipment are not general, and it is a matter of course that the settings and methods are described in detail below.
すなわち、本実施の形態に係る銅合金導体である銅合金線17の製造方法は、さらに詳細には、まず溶解工程F1では、酸素を0.01〜0.1質量%(100〜1000質量ppm)含む銅母材11に、その銅母材11の酸素量に対して質量比で2.5倍以上〜4.5倍以下の割合でSn12を添加して溶解を行うことで、銅合金溶湯13を得る。このとき、Sn12は酸化されてSn酸化物(SnO2)として生成・分散される。そのSn
酸化物の80%以上は、平均粒径が1μm以下の微小酸化物となる。なお、銅母材11は、不可避的酸化物を含んでいても構わない。
That is, the manufacturing method of the
80% or more of the oxide is a fine oxide having an average particle size of 1 μm or less. Note that the
ここで、Snの含有量(実質的な添加量)が酸素含有量の2.5倍未満であると、その銅合金導体における結晶組織中に粗大なCuの酸化物が多数存在することとなり、その結晶組織全体の平均粒径も粗大なものとなる。その結果、強度を維持または向上させつつ導電率のさらなる向上を達成することができなくなる虞が極めて高くなる。また逆に、Snの含有量が酸素含有量の4.5倍超になると、導電率が明らかに低下し始める。このため
、上記のように銅母材11の酸素量に対して2.5倍以上〜4.5倍以下の質量比でSn12を添加することが望ましいのである。
Here, if the Sn content (substantial addition amount) is less than 2.5 times the oxygen content, a large number of coarse Cu oxides exist in the crystal structure of the copper alloy conductor, The average grain size of the entire crystal structure is also coarse. As a result, there is an extremely high possibility that the electrical conductivity cannot be further improved while maintaining or improving the strength. On the other hand, when the Sn content exceeds 4.5 times the oxygen content, the conductivity clearly starts to decrease. For this reason, it is desirable to add Sn12 at a mass ratio of 2.5 to 4.5 times the oxygen content of the
続いて、鋳造工程F2では、前工程の溶解工程F1で得られた銅合金溶湯13にSCR方式の連続鋳造圧延を施して、鋳造材14を形成する。この連続鋳造圧延のプロセス条件としては、一般的な連続鋳造の場合の鋳造温度(1120℃〜1200℃)よりも低い鋳造温度(1100℃〜1150℃)に設定すると共に、鋳型を強制冷却する。このようにすることにより、この鋳造工程F2で鋳造される鋳造材14は、銅合金溶湯13の凝固温度よりも少なくとも15℃以上低い温度まで急速冷却される。 Subsequently, in the casting process F2, the cast material 14 is formed by subjecting the copper alloy molten metal 13 obtained in the melting process F1 of the previous process to continuous casting rolling of the SCR method. As the process conditions of this continuous casting and rolling, the casting temperature (1100 ° C. to 1150 ° C.) lower than the casting temperature (1120 ° C. to 1200 ° C.) in the case of general continuous casting is set, and the mold is forcibly cooled. By doing so, the cast material 14 cast in the casting step F2 is rapidly cooled to a temperature that is at least 15 ° C. lower than the solidification temperature of the copper alloy molten metal 13.
このような鋳造プロセスおよび冷却処理の設定により、鋳造材14中に晶出(または析出)するSn酸化物のサイズまたは鋳造材14の結晶粒のサイズを、冷却を行わない従来の一般的な鋳造温度とした場合や、冷却は行ってもそれによる温度低下を銅合金溶湯13の凝固温度よりも15℃以上にはしなかった場合よりも、確実に微小化することができる。 By setting the casting process and the cooling process as described above, the size of the Sn oxide that crystallizes (or precipitates) in the cast material 14 or the size of the crystal grains of the cast material 14 does not require cooling. Even when the temperature is set or when cooling is performed, the temperature can be reduced more reliably than when the temperature drop is not made 15 ° C. or higher than the solidification temperature of the molten copper alloy 13.
続いて、熱間圧延工程F3では、鋳造材14の温度を、連続鋳造圧延における一般的な熱間圧延温度よりも50℃〜100℃低い温度である900℃以下、さらに望ましくは750℃〜900℃に調節した状態で、その鋳造材14に多段の熱間圧延を施す。その多段圧延における最終圧延では、圧延温度を500℃〜600℃に調節した状態で熱間圧延を行う。このような熱間圧延を経て、圧延材15が形成される。 Subsequently, in the hot rolling step F3, the temperature of the cast material 14 is 900 ° C. or lower, more preferably 750 ° C. to 900 ° C., which is 50 ° C. to 100 ° C. lower than the general hot rolling temperature in continuous casting rolling. The cast material 14 is subjected to multi-stage hot rolling in a state adjusted to ° C. In the final rolling in the multi-stage rolling, hot rolling is performed with the rolling temperature adjusted to 500 ° C to 600 ° C. The rolling material 15 is formed through such hot rolling.
このとき、最終圧延温度が500℃未満であると、その圧延加工に起因した表面傷が多発して、圧延材15や最終製品としての銅合金線17の表面品質の低下を招く虞が高くなる。また、最終圧延温度が600℃超であると、形成される圧延材15の結晶組織は、1μmを超えあるいはさらに大きな粒径を有する粗大な組織となってしまう虞が高くなる。しかし、本実施の形態に係る製造方法によれば、プロセス条件を上記のような設定とすることにより、圧延加工に起因した表面傷を生じることなく、形成される圧延材15の結晶組織を1μm以下のような微小な平均粒径とすることができる。
At this time, if the final rolling temperature is less than 500 ° C., surface scratches due to the rolling process frequently occur, and there is a high possibility that the surface quality of the rolled material 15 or the
続いて、洗浄・巻取工程F4では、圧延材15を洗浄し、巻き取りを行って、荒引線16とする。
そして最後に、冷間伸線加工F5では、巻き取った荒引線16を送り出しながら、その荒引線16に、例えば液体窒素を用いるなどして−193℃〜100℃の温度に保ちつつ、冷間伸線加工を施して、その荒引線16を銅合金線17とする。
このようにして、本実施の形態に係る銅合金導体を伸線加工して線材状に形成してなる銅合金線17が製造される。
Subsequently, in the cleaning / winding step F <b> 4, the rolled material 15 is cleaned and wound to form the rough drawn wire 16.
And finally, in the cold wire drawing F5, while the wound rough drawing wire 16 is sent out, the rough drawing wire 16 is kept cold at a temperature of −193 ° C. to 100 ° C. by using, for example, liquid nitrogen. Drawing is performed, and the rough drawn wire 16 is used as a
Thus, the
あるいはさらに、上記のようにして連続鋳造圧延され、伸線加工されて、線材状に形成された銅合金線17を、複数本撚り合わせて、いわゆる撚線(図示省略)とすることも可能である。
または、上記の線材状に形成された銅合金線17や撚線の表面上に、絶縁性材料からなる被膜を設けて、その銅合金線17や撚線の表面全体をほぼ完全に絶縁被覆することで、各種電子・電気機器用や産業用のケーブルを形成することも可能である。
もしくは、上記の線材状に形成された銅合金線17や撚線の表面に、Sn(錫)、Ni(ニッケル)、Ag(銀)などのめっき膜を各種めっき法等により被着させるようにしてもよい。
Alternatively, it is also possible to twist a plurality of
Alternatively, a coating made of an insulating material is provided on the surface of the
Alternatively, a plating film of Sn (tin), Ni (nickel), Ag (silver) or the like is deposited on the surface of the
このような製造方法によって製造される、本実施の形態に係る銅合金導体は、酸素を0.01〜0.1質量%(100〜1000質量ppm)含む銅合金導体であって、Snを酸素の含有量に対して2.5倍以上〜4.5倍以下の質量比で含有し、かつSn酸化物を、この銅合金導体全体の結晶組織中に80%以上の体積分散率で、平均粒径1μm以下の微小酸化物として分散してなるものである。 The copper alloy conductor according to the present embodiment manufactured by such a manufacturing method is a copper alloy conductor containing 0.01 to 0.1 mass% (100 to 1000 mass ppm) of oxygen, and Sn is oxygen. The Sn oxide is contained in a mass ratio of 2.5 times to 4.5 times the content of the copper, and the Sn oxide is averaged in a volume structure of 80% or more in the crystal structure of the entire copper alloy conductor. It is dispersed as a fine oxide having a particle size of 1 μm or less.
本実施の形態に係る銅合金導体およびそれを用いたケーブルならびにトロリー線ならびに銅合金導体の製造方法では、銅母材11中に、酸素を0.01〜0.1質量%(100〜1000質量ppm)含有させ、かつその酸素量に対して2.5倍以上〜4.5倍以下の質量比で適量のSnを含有させることにより、粗大なCu(銅)の酸化物の発生を抑制して、この銅合金線17の銅合金導体全体の結晶組織における結晶粒径を1μm以下のように微細化すると共に、導電率のさらなる向上を達成することができる。
これは、Snの含有量が酸素含有量の2.5倍未満であると、結晶組織中に粗大なCuの酸化物が多数発生し、その存在に起因して、結晶組織全体の結晶粒径が1μm超のように粗大化してしまうが、2.5倍以上とすることにより、粗大なCuの酸化物の発生を抑制して、結晶粒径を1μm以下のような微細なものとすることができるからである。また、Sn含有量が酸素含有量の4.5倍を超えると、そのような過剰なSnの添加に起因して酸素不足となり、酸化物を形成できなくなった余剰のSnが発生し、それが銅母材11中に固溶して、導電率の低下を引き起こす要因となるが、Sn含有量を酸素含有量の4.5倍以下にすることにより、余剰のSnの発生およびそれに起因したSnの固溶の発生を回避して、導電率の低下の解消ないしは導電率のさらなる向上を達成することができるからである。
In the copper alloy conductor and the cable and trolley wire and the copper alloy conductor manufacturing method according to the present embodiment, oxygen is contained in the
This is because when the Sn content is less than 2.5 times the oxygen content, a large number of coarse Cu oxides are generated in the crystal structure, and due to the presence, the crystal grain size of the entire crystal structure However, by making it 2.5 times or more, the generation of coarse Cu oxide is suppressed and the crystal grain size is made as fine as 1 μm or less. Because you can. Further, when the Sn content exceeds 4.5 times the oxygen content, oxygen is insufficient due to such excessive Sn addition, and surplus Sn that cannot form an oxide is generated. Although it becomes a factor causing a decrease in conductivity by solid solution in the
ここで、結晶組織全体におけるSn酸化物の体積分散率は、Sn含有量が酸素含有量の2.5倍未満で最も小さく、それよりもSn含有量が増大するにつれて、例えば80%以上のように大きくなる傾向にある。また、Sn含有量が酸素含有量の4.5倍を超えると、Sn酸化物の体積分散率に変化はほとんど見られないが、上記のように銅母材11の結晶組織中にSnが固溶することに起因すると推測される導電率の低下が生じる。このようなSn酸化物の体積分散率の観点からも、Sn含有量を酸素含有量の2.5倍以上〜4.5倍以下とすることにより、上記のような結晶粒径の微細化の作用と相まって、1μm以下の微細なSn酸化物の体積分散率を80%以上のような高いものとすることができ、延いてはこの銅合金導体からなる銅合金線17の強度の維持またはさらなる向上ならびに導電率のさらなる向上を達成することができる。
Here, the volume dispersion ratio of Sn oxide in the entire crystal structure is the smallest when the Sn content is less than 2.5 times the oxygen content, and as the Sn content increases more than 80%, for example, 80% or more. Tend to be larger. Further, when the Sn content exceeds 4.5 times the oxygen content, there is almost no change in the volume dispersion of the Sn oxide, but Sn is not fixed in the crystal structure of the
このように本発明の一実施の形態に係る銅合金導体およびそれを用いたケーブルならびにトロリー線ならびに銅合金導体の製造方法によれば、銅合金導体(本実施の形態では一例として銅合金線17)の機械的強度および耐屈曲特性を維持ないしは向上させつつ、導電率のさらなる向上を達成することができる。
As described above, according to the copper alloy conductor, the cable using the copper alloy conductor, the trolley wire, and the copper alloy conductor manufacturing method according to the embodiment of the present invention, the copper alloy conductor (the
上記の実施の形態で説明したような銅合金導体を、銅母材11へのSn添加量および熱間圧延加工の最終圧延温度等の設定を異ならせた複数種類の荒引線を多数作製し、それらに冷間伸線加工を施して、銅合金線17とした。そして、それらの銅合金線17を実施例1、2および比較例1、2の各試料として用いて、それら個々の試料についての引張強さ(MPa)および導電率(%IACS)をそれぞれ調べた。
図2は、実施例1、2および比較例1、2に係る銅合金導体の酸素含有量・Sn含有量
・Sn酸化物含有量比・Sn酸化物のサイズを纏めて示す図、図3は、実施例1、2および比較例1、2に係る銅合金線の引張強さおよび導電率をグラフとして示す図である。
The copper alloy conductor as described in the above embodiment is made of a plurality of types of rough drawn wires with different settings such as the amount of Sn added to the
FIG. 2 is a diagram collectively showing the oxygen content, the Sn content, the Sn oxide content ratio, and the Sn oxide size of the copper alloy conductors according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2. FIG. It is a figure which shows the tensile strength and electrical conductivity of the copper alloy wire which concerns on Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 as a graph.
実施例1、2では、銅母材11として、0.035質量%の酸素を含有させたものを用いた。そしてその銅母材11に対して、実施例1の試料では、Sn12を0.1質量%含有させることで、Sn酸化物含有量比を2.8とした銅合金溶湯13を作った。また実施例2の試料では、Sn12を0.15質量%含有させることで、Sn酸化物含有量比を4.3とした銅合金溶湯13を作った(F1)。
In Examples 1 and 2, a
そして、一般的なSCR連続鋳造の温度である1120℃〜1200℃よりも低い1100℃〜1150℃でSCR連続鋳造を行い、銅鋳型を強制水冷することで、このとき得られる鋳造材14を銅合金溶湯13の凝固温度よりも100℃低い温度にまで急速冷却した(F2)。
Then, SCR continuous casting is performed at 1100 ° C. to 1150 ° C., which is lower than the general SCR continuous casting temperature of 1120 ° C. to 1200 ° C., and the copper mold is forcibly water-cooled. The alloy was rapidly cooled to a
続いて、連続鋳造圧延における一般的な熱間圧延温度よりも50℃〜100℃低い温度である500℃〜600℃に調節した状態で、鋳造材14に多段の熱間圧延を施して、圧延材15とした(F3)。 Subsequently, the cast material 14 is subjected to multi-stage hot rolling in a state adjusted to 500 ° C. to 600 ° C., which is 50 ° C. to 100 ° C. lower than a general hot rolling temperature in continuous casting rolling, and rolled. It was set as material 15 (F3).
続いて、その圧延材15を洗浄し、巻取りを行って、荒引線16を形成した。この巻取った荒引線16の線径は約8mmであった(F4)。
そして最後に、巻取った荒引線16を送り出して行き、約30℃の温度で冷間圧延加工を行って、所定の線径を有する銅合金線17を作製した(F5)。
Subsequently, the rolled material 15 was washed and wound to form a rough drawn wire 16. The diameter of the wound rough drawn wire 16 was about 8 mm (F4).
Finally, the wound wire 16 was fed out and cold rolled at a temperature of about 30 ° C. to produce a
このようにして、図2に纏めて示したように、実施例1の試料としては、酸素を0.035質量%含有する銅母材11中に、Sn12を0.1質量%含有させた銅合金線17を得た。また、実施例2の試料としては、酸素を0.035質量%含有する銅母材11中に、Sn12を0.15質量%含有させた銅合金線17を得た。
また、比較例1の試料としては、上記の実施例1、2の製造方法とは異なった製造方法により、酸素を0.035質量%含有する銅母材11中にSn12を0.3質量%含有させた、Sn酸化物含有量比が8.1の銅合金線17を得た。また、比較例2の試料としては、上記の実施例1、2の製造方法とは異なった製造方法により、酸素を0.001質量%含有する銅母材11中にSn12を0.3質量%含有させた、Sn酸化物含有量比が300の銅合金線17を得た。
Thus, as collectively shown in FIG. 2, as a sample of Example 1, a
Moreover, as a sample of Comparative Example 1, Sn12 was 0.3% by mass in a
すなわち、実施例1、2の試料は、Sn酸化物の酸素量に対する割合およびSn酸化物のサイズ(粒径)の両方共が、上記実施の形態で説明した数値範囲内にあるものとした。これと対照的に、比較例1の試料は、Sn酸化物のサイズについては上記実施の形態で説明した数値範囲内にあるが、Sn酸化物の酸素量に対する含有量比を、上記実施の形態で説明した数値範囲内から敢えて逸脱させたものとした。また比較例2の試料は、Sn酸化物のサイズおよびSn酸化物の酸素量に対する含有量比の両方を、上記実施の形態で説明した数値範囲内から敢えて逸脱させたものとした。
このような各試料の銅合金線17についてそれぞれ、引張特性と導電率とを評価した。
That is, in the samples of Examples 1 and 2, both the ratio of the Sn oxide to the oxygen amount and the size (particle diameter) of the Sn oxide were within the numerical range described in the above embodiment. In contrast, the sample of Comparative Example 1 has the Sn oxide size in the numerical range described in the above embodiment, but the content ratio of the Sn oxide to the oxygen amount is different from that in the above embodiment. We deliberately deviated from the numerical range described in. In the sample of Comparative Example 2, both the size of the Sn oxide and the content ratio of the Sn oxide to the oxygen amount were deliberately deviated from the numerical range described in the above embodiment.
With respect to the
その結果、図3に示したように、実施例1、2の銅合金線17はいずれも、引張強さ(強度)を200MPa〜500MPaに保ちつつ、導電率を約100%IACS付近にまで向上させることに成功しており、比較例1、2の銅合金線17よりもさらに高い導電率を有し、かつ高強度を維持していることが確認できた。
As a result, as shown in FIG. 3, the
このような試料を用いた実験から、本実施例に係る銅合金線17およびその製造方法によれば、銅合金導体(本実施例では銅合金線17)の機械的強度および耐屈曲特性を維持
ないしは向上させつつ、導電率のさらなる向上を達成できることが確認された。
From the experiment using such a sample, according to the
11 銅母材
12 Sn(錫)
13 銅合金溶湯
14 鋳造材
15 圧延材
16 荒引線
17 銅合金線
F1 溶解工程
F2 鋳造工程
F3 熱間圧延工程
F4 洗浄・巻取工程
F5 冷間伸線加工工程
11
13 Copper alloy molten metal 14 Cast material 15 Rolled material 16 Rough drawn
Claims (6)
錫を前記酸素の含有量に対して2.5倍以上〜4.5倍以下の質量比で含有し、かつ前記錫の酸化物を当該銅合金導体の結晶組織中に80%以上の体積分散率で平均粒径1μm以下の微小酸化物として分散してなる
ことを特徴とする銅合金導体。 A copper alloy conductor containing oxygen in an amount of 0.01% by mass to 0.1% by mass,
Tin is contained at a mass ratio of 2.5 to 4.5 times with respect to the oxygen content, and the tin oxide is dispersed in a volume of 80% or more in the crystal structure of the copper alloy conductor A copper alloy conductor characterized by being dispersed as a fine oxide having an average particle size of 1 μm or less at a rate.
当該銅合金導体を加工して線材とし、当該線材の表面に錫またはニッケルもしくは銀のめっき膜を設けてなる
ことを特徴とする銅合金導体。 The copper alloy conductor according to claim 1,
A copper alloy conductor obtained by processing the copper alloy conductor into a wire, and providing a surface of the wire with a tin, nickel, or silver plating film.
前記線材を複数本撚り合わせてなる
ことを特徴とする銅合金導体。 The copper alloy conductor according to claim 2,
A copper alloy conductor comprising a plurality of the wire rods twisted together.
ことを特徴とするケーブル。 A cable comprising a product made of the copper alloy conductor according to any one of claims 1 to 3 and coated with an insulating film.
ことを特徴とするトロリー線。 A trolley wire comprising the copper alloy conductor according to any one of claims 1 to 3.
前記銅合金溶湯を用いて連続鋳造を行って鋳造材を形成すると共に、前記銅合金溶湯を鋳造してなる鋳造材の温度を前記銅合金溶湯の融点よりも15℃以上低い温度にまで急速冷却する工程と、
前記鋳造材を900℃以下とした後、当該鋳造材に対して最終圧延温度が500℃以上〜600℃以下となるように温度を調節しながら熱間圧延加工を施す工程と
を含むことを特徴とする銅合金導体の製造方法。 In a copper base material containing 0.01% by mass to 0.1% by mass of oxygen, tin is contained in a mass ratio of 2.5 to 4.5 times the oxygen content. Adding, making a copper alloy melt,
Continuous casting is performed using the molten copper alloy to form a cast material, and the temperature of the cast material formed by casting the molten copper alloy is rapidly cooled to a temperature that is 15 ° C. or lower than the melting point of the molten copper alloy. And a process of
And a step of performing hot rolling while adjusting the temperature so that the final rolling temperature is 500 ° C. or more and 600 ° C. or less with respect to the casting material after setting the casting material to 900 ° C. or less. A method for producing a copper alloy conductor.
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