JP2017217680A - 銅−鉄クラッド線材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】伸線を容易とするとともに生産効率を向上させることが可能な銅−鉄クラッド線材の製造方法を提供する。
【解決手段】銅−鉄クラッド線材１の製造方法は、０．００１質量％以上０．０１質量％以下のＣ、０．０１質量％以上０．１質量％以下のＭｇ、０．００１質量％以上１．０質量％以下のＣｒ、０．００１質量％以上１．０質量％以下のＮｉ、０．０１質量％以上０．５質量％以下のＳおよび０．０１質量％以上０．５質量％以下のＰからなる群から選択される一種以上の元素と、５０質量％以上９０質量％以下のＦｅと、を含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる溶融金属５１を準備する工程と、溶融金属５１を連続鋳造することにより、鉄相および銅相の一方が芯部３１であり、他方が芯部３１を取り囲む周囲層３２となるように、径方向に鉄相と銅相とが分離した複合金属線３０を得る工程と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、銅−鉄クラッド線材の製造方法に関するものである。

異なる２種類の金属のうち、第１の金属からなる芯部の外周が第２の金属からなる周囲層により覆われた構造を有する線材であるクラッド線材が知られている。このようなクラッド線材の製造方法として、鋼からなる芯線の外周に銅からなる帯状材を巻き付けた後、これを伸線する方法や、銅からなる管の内部に鋼からなる芯線を挿入した後、これを伸線する銅−鉄クラッド線材の方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１２−２４８４９５号公報

しかし、上述のような方法では、生産効率が低いという問題がある。また、上述のような方法では、伸線前の芯部と周囲層との結合が十分ではないため、伸線が難しいという問題がある。そこで、伸線を容易とするとともに生産効率を向上させることが可能な銅−鉄クラッド線材の製造方法を提供することを目的の１つとする。

本発明に従った銅−鉄クラッド線材の製造方法は、０．００１質量％以上０．０１質量％以下の炭素（Ｃ）、０．０１質量％以上０．１質量％以下のマグネシウム（Ｍｇ）、０．００１質量％以上１．０質量％以下のクロム（Ｃｒ）、０．００１質量％以上１．０質量％以下のニッケル（Ｎｉ）、０．０１質量％以上０．５質量％以下の硫黄（Ｓ）および０．０１質量％以上０．５質量％以下のリン（Ｐ）からなる群から選択される一種以上の元素と、５０質量％以上９０質量％以下の鉄（Ｆｅ）と、を含有し、残部が銅（Ｃｕ）および不可避的不純物からなる溶融金属を準備する工程と、溶融金属を連続鋳造することにより、鉄相および銅相の一方が芯部であり、他方が芯部を取り囲む周囲層となるように、径方向に鉄相と銅相とが分離した複合金属線を得る工程と、を備える。

上記銅−鉄クラッド線材の製造方法によれば、伸線を容易とするとともに生産効率を向上させることが可能な銅−鉄クラッド線材の製造方法を提供することができる。

銅−鉄クラッド線材の製造方法の概略を示すフローチャートである。 連続鋳造設備の構成を示す概略断面図である。 銅−鉄クラッド線材の構造を示す概略図である。

［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。本願の銅−鉄クラッド線材の製造方法は、０．００１質量％以上０．０１質量％以下の炭素、０．０１質量％以上０．１質量％以下のマグネシウム、０．００１質量％以上１．０質量％以下のクロム、０．００１質量％以上１．０質量％以下のニッケル、０．０１質量％以上０．５質量％以下の硫黄および０．０１質量％以上０．５質量％以下のリンからなる群から選択される一種以上の元素と、５０質量％以上９０質量％以下の鉄と、を含有し、残部が銅および不可避的不純物からなる溶融金属を準備する工程と、溶融金属を連続鋳造することにより、鉄相および銅相の一方が芯部であり、他方が芯部を取り囲む周囲層となるように、径方向に鉄相と銅相とが分離した複合金属線を得る工程と、を備える。

本発明者は、伸線を容易とするとともに生産効率を向上させることが可能とする銅−鉄クラッド線材の製造方法について検討を行った。その結果、５０質量％以上９０質量％以下という多量の鉄を含む銅と鉄との混合溶融金属に、銅相と鉄相との相分離を促進する元素を添加し、当該溶融金属を連続鋳造することにより、銅相および鉄相の一方が芯部、他方が周囲層となるように分離しつつ凝固することを見出した。

本願の銅−鉄クラッド線材の製造方法においては、５０質量％以上９０質量％以下の鉄と銅とを含む溶融金属に、銅相と鉄相との相分離を促進する元素である炭素、マグネシウム、クロム、ニッケル、硫黄およびリンからなる群から選択される一種以上の元素が添加された溶融金属が準備される。そして、この溶融金属が連続鋳造されることにより、鉄相および銅相の一方が芯部であり、他方が芯部を取り囲む周囲層となるように、径方向に鉄相と銅相とが分離した複合金属線が得られる。このようにして得られた銅−鉄クラッド線材である複合金属線は、芯部と周囲層とが密着している。そのため、伸線が容易となる。また、芯線の外周に帯状材を巻き付けたり、管の内部に芯線を挿入したりする場合に比べて、効率よく銅−鉄クラッド線材である複合金属線を得ることができる。そのため、生産効率を向上させることができる。このように、本願の銅−鉄クラッド線材の製造方法によれば、伸線を容易とするとともに生産効率を向上させることが可能な銅−鉄クラッド線材の製造方法を提供することができる。

溶融金属に含まれる炭素、マグネシウム、クロム、ニッケル、硫黄およびリンの量が上記下限値未満の場合、相分離を促進する効果が不十分となる。一方、炭素、マグネシウム、クロム、ニッケル、硫黄およびリンの量が上記上限値を超える場合、銅−鉄クラッド線材に意図しない性質が付与されるおそれがある。そのため、溶融金属に含まれる炭素、マグネシウム、クロム、ニッケル、硫黄およびリンの量は、上記範囲に設定する。

上記銅−鉄クラッド線材の製造方法において、複合金属線を得る工程では、１５００℃以上１７００℃以下の溶融金属が連続鋳造されてもよい。このようにすることにより、複合金属線を得る工程において銅相と鉄相とを径方向に分離しつつ連続鋳造を実施することが容易となる。鋳造設備の耐火物の耐久性を考慮して、複合金属線を得る工程では、１６００℃以下の溶融金属が連続鋳造されることが好ましい。

上記銅−鉄クラッド線材の製造方法において、複合金属線を得る工程では、溶融金属が鋳型に接触しつつ連続鋳造されてもよい。鋳型の熱伝導率は３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であってもよい。このような熱伝導率の範囲の鋳型に接触しつつ溶融金属が連続鋳造されることにより、複合金属線を得る工程において銅相と鉄相とを径方向に分離しつつ連続鋳造を実施することが容易となる。

上記銅−鉄クラッド線材の製造方法において、複合金属線を得る工程では、溶融金属が１０ｍｍ／ｍｉｎ以上１０００ｍｍ／ｍｉｎ以下の引抜速度で連続鋳造されてもよい。引抜速度を１０００ｍｍ／ｍｉｎ以下とすることにより、複合金属線を得る工程において銅相と鉄相とを径方向に分離しつつ連続鋳造を実施することが容易となる。引抜速度を１０ｍｍ／ｍｉｎ以上とすることにより、生産効率の低下を抑制することができる。上記引抜速度は、溶融金属の鋳型への溶着を抑制する観点から、５０ｍｍ／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。

上記銅−鉄クラッド線材の製造方法において、複合金属線を得る工程では、線径が５ｍｍ以上５０ｍｍ以下の複合金属線が得られるように溶融金属が連続鋳造されてもよい。連続鋳造によって得る複合金属線の線径としては、このような範囲が特に適している。上記線径は、後工程での伸線加工による材料強度の調整を考慮して、１５ｍｍ以上とすることが好ましい。

上記銅−鉄クラッド線材の製造方法は、複合金属線を伸線加工する工程をさらに備えていてもよい。このようにすることにより、種々の線径の銅−鉄クラッド線材を得ることができる。

上記銅−鉄クラッド線材の製造方法は、複合金属線を伸線加工する工程の前に、複合金属線の表面を含む領域を除去する工程をさらに備えていてもよい。このようにすることにより、表面付近に存在する酸化層等を除去したうえで伸線加工を実施することができる。

［本願発明の実施形態の詳細］
次に、本発明にかかる銅−鉄クラッド線材の製造方法の実施の形態を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

図１を参照して、本実施の形態における銅−鉄クラッド線材の製造方法では、まず工程（Ｓ１０）として溶融金属準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、０．００１質量％以上０．０１質量％以下の炭素、０．０１質量％以上０．１質量％以下のマグネシウム、０．００１質量％以上１．０質量％以下のクロム、０．００１質量％以上１．０質量％以下のニッケル、０．０１質量％以上０．５質量％以下の硫黄および０．０１質量％以上０．５質量％以下のリンからなる群から選択される一種以上の元素と、５０質量％以上９０質量％以下の鉄と、を含有し、残部が銅および不可避的不純物からなる溶融金属を準備される。

ここで、工程（Ｓ１０）および（Ｓ２０）を実施するための、連続鋳造設備について説明する。図２を参照して、連続鋳造設備１０は、溶融金属保持部１１と、鋳型１２と、冷却部１３とを備える。溶融金属保持部１１は、溶融金属５１を保持する容器である。鋳型１２は、筒状の形状を有し、溶融金属保持部１１に保持される溶融金属５１に一方の端部１２Ａ側が浸漬されるように配置される。鋳型１２の内周面１２Ｃは、連続鋳造において溶融金属を冷却して凝固させる冷却面である。冷却部１３は、鋳型１２の外周面１２Ｄに接触するように配置され、鋳型１２を冷却する。冷却部１３は、たとえば内部を冷却水が通過することにより鋳型１２を冷却する水冷装置である。

図１および図２を参照して、工程（Ｓ１０）では、溶融金属５１を構成する原料が融点以上に加熱されて溶融金属保持部１１内に保持される。溶融金属保持部１１には、たとえば加熱装置（図示しない）が設置されており、溶融金属５１が保温される。その結果、溶融金属５１が液体状態に維持される。

次に、工程（Ｓ２０）として連続鋳造工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、溶融金属５１を連続鋳造することにより、鉄相および銅相の一方が芯部であり、他方が芯部を取り囲む周囲層となるように、径方向に鉄相と銅相とが分離した複合金属線が得られる。具体的には、工程（Ｓ１０）において準備され、たとえば１５００℃以上１７００℃以下の温度域に保持された溶融金属５１が連続鋳造される。鋳型１２の一方の端部１２Ａ側から鋳型１２の内部に進入した溶融金属５１が、鋳型１２の内周面１２Ｃに接触しつつ引き上げられる。鋳型１２は、外周面１２Ｄに接触して配置された冷却部１３により冷却されている。その結果、鋳型１２の内部に進入した溶融金属５１は、鋳型１２によって冷却され、外周面（鋳型１２の内周面１２Ｃに接触する領域）から冷却され、鋳型１２内を上昇しつつ凝固する。このような状態が維持されることにより、鋳型１２の内部に進入した溶融金属５１が順次凝固し、連続鋳造が進行する。

ここで、工程（Ｓ１０）においては、５０質量％以上９０質量％以下の鉄と銅とを含む溶融金属に、銅相と鉄相との相分離を促進する元素である炭素、マグネシウム、クロム、ニッケル、硫黄およびリンからなる群から選択される一種以上の元素が添加された溶融金属５１が準備される。そして、溶融金属５１が工程（Ｓ２０）において連続鋳造される。その結果、鉄相および銅相の一方が芯部３１であり、他方が芯部３１を取り囲む周囲層３２となるように、径方向に鉄相と銅相とが分離した複合金属線３０が矢印αに沿って鋳型１２の他方の端部１２Ｂ側から引き出される。このようにして、複合金属線３０が得られる。工程（Ｓ２０）において得られる複合金属線３０の線径は、たとえば５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。

次に、工程（Ｓ３０）として表層部除去工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、工程（Ｓ２０）において得られた複合金属線３０の表面を含む領域である表層部が除去される。表層部の除去は、たとえば切削加工により実施することができる。これにより、複合金属線３０の表面付近に存在する酸化層等が除去される。表層部の除去は、複合金属線３０の周囲層３２が残存するように実施される。つまり、除去される表層部の厚みは、周囲層３２の厚みよりも小さい。

次に、工程（Ｓ４０）として伸線工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、工程（Ｓ３０）において表層部が除去された複合金属線３０が伸線加工される。これにより、図３を参照して、本実施の形態の銅−鉄クラッド線材１が得られる。銅−鉄クラッド線材１は、長手方向に垂直な断面が円形であり、外周面１Ａが円筒面形状を有する線材である。銅−鉄クラッド線材１は、芯部２と、芯部２の外周を覆う周囲層３とを備える。芯部２および周囲層３の一方は銅相から構成され、他方は鉄相から構成される。本実施の形態において、芯部２は銅相からなり、周囲層３は鉄相からなる。このような銅−鉄クラッド線材１は、たとえば電磁コイル用鉄被覆銅線として使用することができる。

上記本実施の形態の銅−鉄クラッド線材１の製造方法では、工程（Ｓ２０）において鉄相および銅相の一方が芯部３１であり、他方が芯部３１を取り囲む周囲層３２となるように、径方向に鉄相と銅相とが分離した複合金属線３０が得られる。このようにして得られた銅−鉄クラッド線材である複合金属線３０は、芯部３１と周囲層３２とが密着している。そのため、工程（Ｓ４０）における伸線が容易となる。また、芯線の外周に帯状材を巻き付けたり、管の内部に芯線を挿入したりする場合に比べて、効率よく銅−鉄クラッド線材である複合金属線３０を得ることができる。そのため、生産効率を向上させることができる。このように、本実施の形態の銅−鉄クラッド線材の製造方法は、伸線を容易とするとともに生産効率を向上させることが可能な銅−鉄クラッド線材の製造方法となっている。

なお、工程（Ｓ２０）においては、鉄相および銅相のうち、相分率が小さい方の相が芯部３１を構成し、相分率が大きい方の相が周囲層３２を構成する複合金属線３０が得られる。そのため、工程（Ｓ１０）において準備される溶融金属５１に含まれる鉄と銅との比率を調整することにより、銅相および鉄相のうち、どちらの相を芯部３１を構成する相とし、どちらの相を周囲層３２とするかを決定することができる。

また、本実施の形態においては、複合金属線３０に対して伸線加工を実施して銅−鉄クラッド線材１を得る方法について説明したが、複合金属線３０をそのまま（伸線加工することなく）銅−鉄クラッド線材として用いてもよい。

鋳型１２の熱伝導率は３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下とすることが好ましい。これにより、工程（Ｓ２０）において銅相と鉄相とを径方向に分離しつつ連続鋳造を実施することが容易となる。

また、工程（Ｓ２０）では、溶融金属５１が１０ｍｍ／ｍｉｎ以上１０００ｍｍ／ｍｉｎ以下の引抜速度で連続鋳造されることが好ましい。これにより、工程（Ｓ２０）において、生産効率の低下を抑制しつつ、銅相と鉄相とを径方向に分離することが容易となる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本願の銅−鉄クラッド線材の製造方法は、生産効率の向上が求められる銅−鉄クラッド線材の製造方法に、特に有利に適用され得る。

１ 銅−鉄クラッド線材
１Ａ 外周面
２ 芯部
３ 周囲層
１０ 連続鋳造設備
１１ 溶融金属保持部
１２ 鋳型
１２Ａ，１２Ｂ 端部
１２Ｃ 内周面
１２Ｄ 外周面
１３ 冷却部

Claims (7)

1. ０．００１質量％以上０．０１質量％以下の炭素、０．０１質量％以上０．１質量％以下のマグネシウム、０．００１質量％以上１．０質量％以下のクロム、０．００１質量％以上１．０質量％以下のニッケル、０．０１質量％以上０．５質量％以下の硫黄および０．０１質量％以上０．５質量％以下のリンからなる群から選択される一種以上の元素と、５０質量％以上９０質量％以下の鉄と、を含有し、残部が銅および不可避的不純物からなる溶融金属を準備する工程と、
   前記溶融金属を連続鋳造することにより、鉄相および銅相の一方が芯部であり、他方が前記芯部を取り囲む周囲層となるように、径方向に鉄相と銅相とが分離した複合金属線を得る工程と、を備える、銅−鉄クラッド線材の製造方法。
2. 前記複合金属線を得る工程では、１５００℃以上１７００℃以下の前記溶融金属が連続鋳造される、請求項１に記載の銅−鉄クラッド線材の製造方法。
3. 前記複合金属線を得る工程では、前記溶融金属が鋳型に接触しつつ連続鋳造され、
   前記鋳型の熱伝導率は３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である、請求項１または２に記載の銅−鉄クラッド線材の製造方法。
4. 前記複合金属線を得る工程では、前記溶融金属が１０ｍｍ／ｍｉｎ以上１０００ｍｍ／ｍｉｎ以下の引抜速度で連続鋳造される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の銅−鉄クラッド線材の製造方法。
5. 前記複合金属線を得る工程では、線径が５ｍｍ以上５０ｍｍ以下の前記複合金属線が得られるように前記溶融金属が連続鋳造される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の銅−鉄クラッド線材の製造方法。
6. 前記複合金属線を伸線加工する工程をさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の銅−鉄クラッド線材の製造方法。
7. 前記複合金属線を伸線加工する工程の前に、前記複合金属線の表面を含む領域を除去する工程をさらに備える、請求項６に記載の銅−鉄クラッド線材の製造方法。
   

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