JP2014095107A - Ｃｕ−Ｍｇ合金体、Ｃｕ−Ｍｇ合金体の製造方法および伸線材 - Google Patents

Abstract

【課題】十分な強度を有し、伸線加工がなされた際に、得られる伸線材の表面における割れの発生を十分に抑制することができるＣｕ−Ｍｇ合金体、Ｃｕ−Ｍｇ合金体の製造方法およびＣｕ−Ｍｇ合金体を伸線加工することにより製造される伸線材を提供すること。
【解決手段】Ｃｕ−Ｍｇ合金を含むＣｕ−Ｍｇ合金体であって、Ｃｕ−Ｍｇ合金体中のＭｇの含有率が０．３〜１．０質量％であり、Ｃｕ−Ｍｇ合金体の断面において、表面から深さ３０μｍまでの表層部の面積に占めるＭｇの偏析物の面積の割合である第１偏析Ｍｇ占有率が３．０面積％以下であるＣｕ−Ｍｇ合金体。
【選択図】なし

Description

本発明は、Ｃｕ−Ｍｇ合金体、Ｃｕ−Ｍｇ合金体の製造方法および伸線材に関する。

Ｃｕ−Ｍｇ合金体は、高強度かつ高導電率を有するため、例えばトロリ線などの架空電線に用いる伸線材に利用されている。

Ｃｕ−Ｍｇ合金体は一般には、連続鋳造法により製造される。例えば下記特許文献１には、Ｃｕ合金溶湯から鋳造ダイスを通し連続的に引上げを行うことにより製造される鋳造材及び、この鋳造材を伸線加工することにより製造される伸線材が開示されている。また、下記特許文献１においては、伸線加工がなされた際に、得られる伸線材の表面に割れが発生するのを防ぐため、伸線加工の前に鋳造材の表面を削る皮剥き加工をすることも開示されている。

特開２０１０−２０１５０５号公報

しかし、上記特許文献１に記載の鋳造材は、伸線加工の前に鋳造材の表面を削る皮剥き加工を必要とするため、伸線材の生産性に関して改善の余地があった。

そこで、伸線加工の前に皮剥き加工を行わなくても、伸線加工がなされた際に、得られる伸線材の表面における割れの発生を十分に抑制できるＣｕ−Ｍｇ合金体が望まれていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、十分な強度を有し、伸線加工して得られる伸線材の表面における割れの発生を十分に抑制することができるＣｕ−Ｍｇ合金体、Ｃｕ−Ｍｇ合金体の製造方法および伸線材を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋳造によって製造したＣｕ−Ｍｇ合金体を伸線加工する際に、得られる伸線材の表面に割れが発生する原因を突き止めるべく鋭意研究を行った。

その結果、本発明者らは、伸線材の表面に割れが発生する原因が、鋳造されたＣｕ−Ｍｇ合金体の表層部において偏析しているＭｇにあることを突き止めた。

そこで、本発明者らはさらに鋭意研究を重ねた結果、Ｃｕ−Ｍｇ合金体におけるＭｇの含有率を特定の範囲に調整し、Ｃｕ−Ｍｇ合金体の表層部に占めるＭｇの偏析物の割合を特定の範囲に調整することで、上記課題を解決できることを見出した。

さらに本発明者らは、Ｃｕ−Ｍｇ合金体の表層部に占めるＭｇの偏析物の割合が特定の範囲にあるＣｕ−Ｍｇ合金体を得るには、Ｃｕ−Ｍｇ合金体を鋳造によって製造する際に、ＣｕおよびＭｇを含む原料を溶解してなる合金溶湯の冷却速度を特定の範囲に調整することが有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、Ｃｕ−Ｍｇ合金を含むＣｕ−Ｍｇ合金体であって、前記Ｃｕ−Ｍｇ合金体中のＭｇの含有率が０．３〜１．０質量％であり、前記Ｃｕ−Ｍｇ合金体の断面において、表面から深さ３０μｍまでの表層部に占めるＭｇの偏析物の面積の割合である第１偏析Ｍｇ占有率が３．０面積％以下であるＣｕ−Ｍｇ合金体である。

本発明のＣｕ−Ｍｇ合金体によれば、十分な強度を有し、伸線加工がなされた際に、得られる伸線材の表面における割れの発生を十分に抑制することができる。

上記Ｃｕ−Ｍｇ合金体においては、前記第１偏析Ｍｇ占有率が１．５面積％以下であることが好ましい。

この場合、第１偏析Ｍｇ占有率が１．５面積％を超える場合にくらべて、伸線加工がなされた際に、得られる伸線材の表面における割れの発生をより十分に抑制することができる。

また、上記Ｃｕ−Ｍｇ合金体においては、前記Ｃｕ−Ｍｇ合金体の断面において、表面から深さ１００μｍまでの表層部の面積に占めるＭｇの偏析物の面積の割合である第２偏析Ｍｇ占有率が１．０面積％以下であることが好ましい。

この場合、第２偏析Ｍｇ占有率が１．０面積％を超える場合にくらべて、伸線加工がなされた際に、得られる伸線材の表面における割れの発生をより十分に抑制することができる。

また、上記Ｃｕ−Ｍｇ合金体においては、前記Ｃｕ−Ｍｇ合金体中のＭｇの含有率が０．３〜０．９質量％であることが好ましい。

この場合、Ｃｕ−Ｍｇ合金体中のＭｇの含有率が上記範囲を外れる場合に比べて、伸線加工がなされた際に、得られる伸線材の表面における割れの発生をより十分に抑制することができる。

また、本発明は、Ｃｕ及びＭｇ含有する原料を溶解させ、合金溶湯を得る溶解工程と、前記合金溶湯を、鋳造ダイスを通して冷却しながら連続的に引き取り、Ｃｕ−Ｍｇ合金体を得る鋳造工程と、を含み、前記鋳造工程における前記合金溶湯の冷却速度が２５０Ｋ／分以上である、Ｃｕ−Ｍｇ合金体の製造方法である。

本発明のＣｕ−Ｍｇ合金体の製造方法によれば、十分な強度を有し、伸線加工がなされた際に、得られる伸線材の表面における割れの発生を十分に抑制することができるＣｕ−Ｍｇ合金体を製造することができる。

また、本発明は、上記のＣｕ−Ｍｇ合金体を伸線加工して得られる伸線材である。

本発明の伸線材によれば、十分な強度を有し、表面における割れの発生が十分に抑制される。

本発明によれば、十分な強度を有し、伸線加工がなされた際に、得られる伸線材の表面における割れの発生を十分に抑制することができるＣｕ−Ｍｇ合金体、Ｃｕ−Ｍｇ合金体の製造方法および伸線材が提供される。

本発明のＣｕ−Ｍｇ合金体の製造方法において、合金溶湯を冷却するために使用される冷却器を示す断面図である。

以下、本発明について詳細に説明する。

（Ｃｕ−Ｍｇ合金体）
まず本発明のＣｕ−Ｍｇ合金体について説明する。

本発明のＣｕ−Ｍｇ合金体は、Ｃｕ−Ｍｇ合金を含むＣｕ−Ｍｇ合金体であって、Ｃｕ−Ｍｇ合金体中のＭｇの含有率が０．３〜１．０質量％であり、Ｃｕ−Ｍｇ合金体の表面から深さ３０μｍまでの表層部の面積に占めるＭｇの偏析物の面積の割合である第１偏析Ｍｇ占有率が３．０面積％以下である。

このＣｕ−Ｍｇ合金体によれば、十分な強度を有し、伸線加工がなされた際に、得られる伸線材の表面における割れの発生を十分に抑制することができる。

Ｃｕ−Ｍｇ合金体中のＭｇの含有率が０．３質量％未満の場合、Ｃｕ−Ｍｇ合金体は十分な強度を有しなくなる。また、Ｍｇの含有率が１．０質量％を超える場合、Ｃｕ−Ｍｇ合金体は伸線加工がなされた際に、得られる伸線材の表面における割れの発生を十分に抑制することができない。さらに、Ｃｕ−Ｍｇ合金体中のＭｇの含有率が１．０質量％を超える場合、Ｃｕ−Ｍｇ合金体は十分な導電性を有することができない。また、第１偏析Ｍｇ占有率が３．０面積％を超える場合、Ｃｕ−Ｍｇ合金体は伸線加工がなされた際に、得られる伸線材の表面における割れの発生を十分に抑制することができない。

Ｃｕ−Ｍｇ合金体中のＭｇの含有率は０．３〜０．９質量％であることが好ましい。この場合、Ｃｕ−Ｍｇ合金体中のＭｇの含有率が上記範囲を外れる場合に比べて、Ｍｇの偏析物がより少ないＣｕ−Ｍｇ合金体が得られる。

Ｃｕ−Ｍｇ合金体中のＭｇの含有率は０．３〜０．７質量％であることがより好ましい。

第１偏析Ｍｇ占有率は、１．５面積％以下であることが好ましい。この場合、第１偏析Ｍｇ占有率が１．５面積％を超える場合にくらべて、伸線加工がなされた際に、得られる伸線材の表面における割れの発生をより十分に抑制することができる。第１偏析Ｍｇ占有率は、１．０面積％以下であることがさらに好ましい。

第１偏析Ｍｇ占有率は、できるだけ小さいことが好ましいが、Ｃｕ−Ｍｇ合金体最表面に粘度の高い純銅層を形成できるという理由を考慮すると、０面積％より大きいことが好ましい。Ｃｕ−Ｍｇ合金は純粋な銅と比較して延性が小さく、割れが生じやすい。純銅の層が形成されることでＣｕ−Ｍｇ合金体表面が保護され、均一なＣｕ−Ｍｇ合金とするよりも割れを小さくすることができる。

また、Ｃｕ−Ｍｇ合金体においては、Ｃｕ−Ｍｇ合金体の断面において、表面から深さ１００μｍまでの表層部の面積に占めるＭｇの偏析物の面積の割合である第２偏析Ｍｇ占有率が１．０面積％以下であることが好ましい。

この場合、第２偏析Ｍｇ占有率が１．０面積％を超える場合に比べて、Ｃｕ−Ｍｇ合金体は伸線加工がなされた際に、得られる伸線材の表面における割れの発生をより十分に抑制することができる。

第２偏析Ｍｇ占有率は０．６面積％以下であることがより好ましく、０．４面積％以下であることがさらに好ましい。

ここで、第１偏析Ｍｇ占有率は以下のようにして求められる。すなわち、第１偏析Ｍｇ占有率は、得られたＣｕ−Ｍｇ合金体を切断して、切断面を光学顕微鏡で観察し、Ｃｕ−Ｍｇ合金体の表面から深さ３０μｍまでの表層部においてＭｇの偏析物の占有面積を測定し、このＭｇの偏析物の占有面積と、Ｃｕ−Ｍｇ合金体の表面から深さ３０μｍまでの表層部の全面積とから、下記式により求められる。
第１偏析Ｍｇ占有率（面積％）
＝表層部におけるＭｇの偏析物の占有面積／表層部の全面積×１００（面積％）

また第２偏析Ｍｇ占有率も、上記と同様の方法で求められる。

（Ｃｕ−Ｍｇ合金体の製造方法）
次に、本発明のＣｕ−Ｍｇ合金体を製造するＣｕ−Ｍｇ合金体の製造方法について説明する。

まず、本発明のＣｕ−Ｍｇ合金体を製造するＣｕ−Ｍｇ合金体の製造方法の説明に先立ち、本発明のＣｕ−Ｍｇ合金体の製造方法において、合金溶湯の冷却に使用される冷却器の一例について図１を参照しながら説明する。図１は、本発明のＣｕ−Ｍｇ合金体の製造に使用する冷却器の一例を示す概略断面図である。

Ｃｕ−Ｍｇ合金体の冷却器１００は、引き上げられる合金溶湯１を冷却するためのものであり、図１に示すように、その一部が合金溶湯１に浸漬されている。

図１に示すように、冷却器１００は、合金溶湯１を棒状に加工するための筒状の鋳造ダイス１０と、鋳造ダイス１０を包囲するように設置され、鋳造ダイス１０、および、鋳造ダイス１０から引き上げられた合金溶湯１を冷却する冷却体２０と、冷却体２０を収容する収容部３０と、冷却体２０の上で冷却体２０を通過して固化した合金溶湯１を冷却し、合金溶湯１をＣｕ−Ｍｇ合金体４０として通過させる上部開口５０ａを有する冷却管５０とを備えている。

冷却管５０の下部には、冷却水を導入する冷却水導入管５０ｂが接続され、冷却管５０の上部には、冷却水を排出する冷却水排出管５０ｃが接続されている。このため、冷却管５０内に冷却水を循環させることが可能となり、冷却体２０を通過した合金溶湯１を冷却することが可能となっている。また冷却管５０は、冷却体２０をも冷却するようになっている。

ここで、鋳造ダイス１０を構成する材料としては、例えば黒鉛が用いられる。収容部３０を構成する材料としては、例えば黒鉛が用いられる。

なお、図１において、Ｐ１は、冷却体２０と収容部３０との境界面の位置であって合金溶湯１の冷却が開始される位置（以下、「冷却開始位置」と呼ぶ）を示し、Ｐ２は、冷却管５０の上部開口５０ａの位置であって、合金溶湯１の冷却が終了する位置を示す（以下、「冷却終了位置」と呼ぶ）。

次に、Ｃｕ−Ｍｇ合金体４０の製造方法について説明する。

まず、Ｃｕ及びＭｇを含む原料を溶解させて合金溶湯１を得る（溶解工程）。ここで、Ｃｕ及びＭｇを含む原料としては、Ｃｕ−Ｍｇ合金、又は、Ｃｕ−Ｍｇ合金と、電気銅などのＣｕ単体金属との混合物などを用いることができる。合金溶湯１の温度は、例えば１４７３〜１５７３Ｋであればよい。

次に、冷却器１００の冷却水導入管５０ｂから冷却管５０内に冷却水を導入し、冷却水排出管５０ｃから冷却水を排出する。こうして、冷却管５０内で冷却水を循環させる。このとき、冷却体２０は冷却管５０によって冷却されるようになる。

この状態で、合金溶湯１を、鋳造ダイス１０に通して連続的に引き上げる（鋳造工程）。合金溶湯１は、鋳造ダイス１０を通過した後、冷却体２０によって冷却され、その後、冷却管５０によって冷却される。そして、冷却管５０の上部開口５０ａを通過する。こうしてＣｕ−Ｍｇ合金体４０が得られる。

このとき、合金溶湯１の冷却速度は、２５０Ｋ／分以上とする。

合金溶湯１の冷却速度を２５０Ｋ／分以上とするのは、合金溶湯１の冷却速度が２５０Ｋ／分未満である場合、得られたＣｕ−Ｍｇ合金体４０は、伸線加工がなされた際に、得られる伸線材の表面における割れの発生を十分に抑制することができないからである。

ここで、冷却速度は以下のようにして定義される。図１において、合金溶湯１の温度をＴ_１（Ｋ）、冷却管５０の上部開口５０ａを通過する際、すなわち冷却終了位置Ｐ２を通過する際のＣｕ−Ｍｇ合金体４０の表面の温度をＴ_２（Ｋ）、Ｃｕ−Ｍｇ合金体４０の引上げ速度をｖ（ｍ／分）、合金溶湯１の冷却開始位置Ｐ１から冷却終了位置Ｐ２までの高さをｈ（ｍ）とすると、冷却速度は、以下の計算式で定義される。
冷却速度（Ｋ／分）＝（Ｔ_１（Ｋ）−Ｔ_２（Ｋ））×ｖ（ｍ／分）／ｈ（ｍ）

上記のようにしてＣｕ−Ｍｇ合金体４０を製造すると、十分な強度を有し、伸線加工がなされた際に得られる伸線材の表面における割れの発生を十分に抑制することができるＣｕ−Ｍｇ合金体４０を製造することができる。

上記冷却速度は２７０Ｋ／分以上であることが好ましく、３００Ｋ／分以上であることがさらに好ましい。

但し、上記冷却速度は４００Ｋ／分以下であることが好ましい。この場合、冷却速度は４００Ｋ／分を超える場合に比べて、鋳造材表面の荒れをより十分に抑制する事ができる。

（伸線材）
伸線材は、上述したＣｕ−Ｍｇ合金体４０を伸線加工して得られる。

この伸線材によれば、十分な強度を有し、表面における割れの発生が十分に抑制される。

伸線加工の条件は、特に制限されず、公知の条件と同様でよい。但し、伸線加工の条件は、ダイス引抜きとすることが好ましい。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１〜９および比較例１〜８）
＜Ｃｕ−Ｍｇ合金体の製造＞
まずＣｕ−Ｍｇ合金体の原料として、電気銅とＣｕ−Ｍｇ合金（Ｍｇ含有量５０質量％）とを用意した。次にこれらの原料を、得られるＣｕ−Ｍｇ合金体におけるＭｇの含有率が表１及び表２に示す値になるように秤量して黒鉛るつぼに仕込み、加熱溶解させて合金溶湯を得た。合金溶湯の温度が１２５０℃（１５２３Ｋ）になったところで、合金溶湯を、黒鉛からなる鋳造ダイスを通して表１及び２に示す冷却速度で冷却しながら引き上げ、実施例１〜９及び比較例１〜８のＣｕ−Ｍｇ合金体を表１および表２に示す値の直径を有する丸線として得た。

＜第１および第２偏析Ｍｇ占有率の測定＞
実施例１〜９及び比較例１〜８のＣｕ−Ｍｇ合金体について、丸線の長手方向に垂直に合金体を切断し、この切断面において、表面から深さ３０μｍまでの表層部の面積に占めるＭｇの偏析物の面積の割合を求めた。この値を「第１偏析Ｍｇ占有率（３０μｍ）」として、表１及び２に示す。

また同様に、上記切断面において、表面から深さ１００μｍまでの表層部の面積に占めるＭｇの偏析物の面積の割合を求めた。この値を「第２偏析Ｍｇ占有率（１００μｍ）」として、表１及び２に示す。

［特性評価］
＜強度＞
Ｃｕ−Ｍｇ合金体の強度の評価は、実施例１〜９及び比較例１〜８のＣｕ−Ｍｇ合金体について、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に従って測定を行い、測定された引張強さの値に基づいて行った。結果を表１及び表２に示す。表１及び表２において、引張強さの単位はＭＰａであり、引張強さの合否基準は下記の通りとした。

引張強さが４２０ＭＰａ以上：合格
引張強さが４２０ＭＰａ未満：不合格

＜伸線加工して得られる伸線材の表面の割れ＞
Ｃｕ−Ｍｇ合金体を伸線加工して得られる伸線材の表面の割れの評価は、以下のようにして行った。

まず、実施例１〜９及び比較例１〜８のＣｕ−Ｍｇ合金体を冷間加工し、直径２６ｍｍの伸線材を得た。

得られた伸線材の表面を光学顕微鏡で１２０倍に拡大して写真を撮影し、この写真上に、伸線の長手方向に平行に、伸線材の実寸０．８５ｍｍに対応する長さの線分を引き、この線分と交差する伸線表面の亀裂部の幅を測定し、上記線分の長さと、上記線分上における亀裂部の幅の総和とから、下記式により、亀裂部の線占有率を算出した。

亀裂部の線占有率（％）＝線分上における亀裂部の幅の総和／線分の長さ×１００（％）

この算出を１０回行い、算出された亀裂部の線占有率の平均値によって、伸線表面の割れを評価した。結果を「伸線表面の割れ」として表１及び２に示す。ここで、亀裂部の線占有率の平均値が５％以下であれば合格として「○」と表示し、５％を超える場合は不合格として「×」と表示した。

表１及び２に示す結果より、実施例１〜９のＣｕ−Ｍｇ合金体は、強度、および伸線加工した際の伸線表面の割れのいずれの点についても合格基準に達していた。これに対し、比較例１〜８のＣｕ−Ｍｇ合金体は、強度または伸線加工した際の伸線表面の割れのいずれかについて合格基準に達していなかった。

このことから、本発明のＣｕ−Ｍｇ合金体によれば、十分な強度を有し、伸線加工がなされた際に、得られる伸線材の表面における割れの発生を十分に抑制することができることが確認された。

１…合金溶湯
１０…鋳造ダイス
４０…Ｃｕ−Ｍｇ合金体

Claims (6)

1. Ｃｕ−Ｍｇ合金を含むＣｕ−Ｍｇ合金体であって、前記Ｃｕ−Ｍｇ合金体中のＭｇの含有率が０．３〜１．０質量％であり、前記Ｃｕ−Ｍｇ合金体の断面において、表面から深さ３０μｍまでの表層部の面積に占めるＭｇの偏析物の面積の割合である第１偏析Ｍｇ占有率が３．０面積％以下であるＣｕ−Ｍｇ合金体。
2. 前記第１偏析Ｍｇ占有率が１．５面積％以下である請求項１に記載のＣｕ−Ｍｇ合金体。
3. 前記Ｃｕ−Ｍｇ合金体の断面において、表面から深さ１００μｍまでの表層部の面積に占めるＭｇの偏析物の割合である第２偏析Ｍｇ占有率が１．０面積％以下である請求項１又は２に記載のＣｕ−Ｍｇ合金体。
4. 前記Ｃｕ−Ｍｇ合金体中のＭｇの含有率が０．３〜０．９質量％である請求項１〜３のいずれか一項に記載のＣｕ−Ｍｇ合金体。
5. Ｃｕ及びＭｇを含有する原料を溶解させ、合金溶湯を得る溶解工程と、
   前記合金溶湯を、鋳造ダイスを通して冷却しながら連続的に引き取り、Ｃｕ−Ｍｇ合金体を得る鋳造工程と、
   を含み、
   前記鋳造工程における前記合金溶湯の冷却速度が２５０Ｋ／分以上である、
   Ｃｕ−Ｍｇ合金体の製造方法。
6. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のＣｕ−Ｍｇ合金体を伸線加工して得られる伸線材。
   
   

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