JP2566877B2 - Ｃｕ−Ａｇ合金導体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロングパルスマグネッ
トなどの高磁界発生用マグネットの導体材料として有用
な、高強度高導電性Ｃｕ−Ａｇ合金導体の製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近時、高い強度と高い導電性を兼ね備え
たＣｕ−Ａｇ合金導体が開発され、物理、工学その他の
諸分野において広く用いられているロングパルスマグネ
ットなどの高磁界発生用マグネットの導体材料として期
待されている。

【０００３】従来、このＣｕ−Ａｇ合金導体は、Ａｇを
10〜16原子％程度添加したＣｕ基合金をインゴット鋳造
後、 450℃で熱間鍛造し、その後、 400℃または 450℃
で 2〜10時間の中間熱処理を施した後、表面を研削（面
削）し、さらに、冷間において伸線加工を加えて製造す
る方法が採られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな方法では、次のような不都合があった。

【０００５】すなわち、熱間加工での温度域が狭く 1回
の加熱での加工量が多くとれないため、加熱、鍛造、加
熱、鍛造の繰り返しを数多く行わなければならない。こ
の熱間加工の際、表面などに欠陥を生じやすいため、面
削を必要とするが、そのために、材料の歩留まりが悪
く、コスト高となる。長尺化のためインゴットのサイズ
を大きくすると、鋳造偏析を生じ、ひいては熱間鍛造割
れを招くおそれがあるため、長尺化には限界がある。細
径化が難しい。また、インゴット鋳造では、鋳造時の冷
却速度が遅いために析出が生じ、所期の導電性や強度が
安定して得られない。このことは大型インゴットを製造
する場合に特に問題になるところである。一方、これら
の欠点を解決する方法として、インゴット鋳造に代え
て、連続鋳造法の採用が考えられるが、鋳造径が小サイ
ズの場合には加工は容易であるが、最終サイズまでの加
工度が小さくなり、インゴット鋳造法の場合に比べて強
度が低下するなどの問題がある。また、鋳造径が大サイ
ズになると、熱間鍛造が必要になり、従来法に比して利
点が少ない。

【０００６】本発明は、このような従来の事情に対処し
てなされたもので、連続鋳造法を採用し、かつ連続鋳造
後の加工および熱処理条件を最適化することによって、
少い加工度でも高特性を得られるようにし、もって、イ
ンゴット鋳造を用いた従来法の場合と同等もしくはそれ
以上の高い強度と導電性を兼ね備えたＣｕ−Ａｇ合金導
体を生産性よく製造することができ、また、歩留まりも
向上させて大幅なコストダウンを図ることができるＣｕ
−Ａｇ合金導体の製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、Ａｇ10〜20原
子％を含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からな
るＣｕ基合金を連続鋳造し、析出物の生じない程度に急
冷して鋳造ロッドを得、この鋳造ロッドに、減面率80％
以上の冷間加工を施した後、 250〜350 ℃の温度で 1時
間以上熱処理し、次いで、前記鋳造ロッドからの減面率
90％以上の冷間加工を加えることを特徴とするＣｕ−Ａ
ｇ合金導体の製造方法であり、また、Ａｇ10〜20原子％
を含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなるＣ
ｕ基合金を連続鋳造し、析出物の生じない程度に急冷し
て鋳造ロッドを得、この鋳造ロッドに、 400〜500 ℃の
温度で 2〜50時間の熱処理を施し、次いで、減面率80％
以上の冷間加工を施した後、 250〜350 ℃の温度で 1時
間以上熱処理し、さらに、これに前記鋳造ロッドからの
減面率90％以上の冷間加工を加えることを特徴とするＣ
ｕ−Ａｇ合金導体の製造方法である。

【０００８】さらに、上記各Ｃｕ−Ａｇ合金導体の製造
方法において、鋳造ロッドからの減面率95％以上の冷間
加工を加えた後、さらに、 150〜300 ℃の温度で 1時間
以上の熱処理を施すことを特徴とするものである。

【０００９】本発明において、合金成分の組成を上述の
ような範囲に限定したのは、この範囲のものが最も強度
と導電性のバランスが良く、かつ加工性も良好であるか
らである。すなわち、Ａｇの添加量が10原子％未満では
強度が不十分となり、20原子％を越えると強度はさほど
変わらずに加工性が低下してくる。Ａｇ含有量のより好
ましい範囲は、12〜18原子％である。

【００１０】本発明においては、上記組成比を満足させ
た合金を用いて、たとえば次のように実施される。 （１）まず、上記合金素材を連続鋳造して鋳造ロッドを
得る。本発明においては、ここでの冷却速度が非常に重
要であり、少なくとも析出物の生じない程度に急冷する
ことが必要である。すなわち、図１（ａ）は、連続鋳造
により急冷して得られたＣｕ−Ａｇ合金の鋳造組織の一
例を示す走査型電子顕微鏡写真で、（ｂ）はその一部を
拡大したもの、図２（ａ）は、従来のインゴット鋳造に
よるＣｕ−Ａｇ合金の鋳造組織を示す走査型電子顕微鏡
写真で、（ｂ）はその一部を拡大したものである。これ
らの組織写真からも明らかなように、前記合金の鋳造組
織は、基本的に、Ｃｕ中にＡｇが固溶しているα相（黒
い部分）の周囲に、α相とＡｇ中にＣｕが固溶している
β相との共晶相（白い部分）がネット状に一様に分布し
た組織となるが、図１に示す、連続鋳造により急冷して
得られたＣｕ−Ａｇ合金の鋳造組織には、各相に析出物
が認められない。これに対し、図２に示す鋳造組織で
は、多量の析出物が観察される。ここでの析出は、その
後の、加工や熱処理における析出の制御を困難にし、最
終特性における強度、導電性を低下させるおそれがあ
る。したがって、本発明においては、鋳造時の冷却を急
冷とし、これによって、高強度、高導電性が安定して得
ることが可能になる。なお、鋳造ロッド径としては、 5
〜50mmφ程度が適当である。外径を大きくすると最終特
性における導電性を高める効果を有する。 （２）次に、この鋳造ロッドに冷間加工を施す。ここで
の加工度としては、減面率80％以上、好ましくは90〜95
％とする。減面率が80％未満では、最終特性における強
度が低下する。 （３）続いて、この冷間加工を施した線材に、 250〜35
0 ℃の温度で 1時間以上の熱処理を施す。具体的には、
処理温度が 250℃の場合10時間以上で、300 ℃の場合 1
〜10時間、350 ℃の場合 1〜5 時間で充分である。処理
温度が 250℃未満あるいは処理時間が 1時間未満の場合
には、最終特性における導電率が低下し、また、処理温
度が 350℃を越えると、最終特性における強度が低下す
る。 （４）この後、この熱処理を施した線材に、鋳造ロッド
からの減面率で90％以上、好ましくは95〜99％の冷間加
工を施す。鋳造ロッドからの減面率90％未満の加工度で
は十分な強度が得られない。

【００１１】以上の工程を経ることにより、α相中に長
さ方向に伸びるファイバー状の共晶相が多数（約 100,0
00本以上／mm² ）ほぼ均一に分散した組織となり、所期
の高強度で高導電率のＣｕ−Ａｇ合金からなる導体を、
生産性よく、また再現性よく、さらに高い歩留まりで製
造することができる。

【００１２】なお、上記（１）の工程、すなわち、鋳造
ロッドに対し冷間加工を施す工程に先立って、 400〜50
0 ℃の温度で 2〜50時間の熱処理を施すことにより、最
終特性における強度と導電率をさらに向上させることが
できる。具体的には、処理温度が 400℃の場合10〜50時
間、450 ℃の場合 5〜50時間、500 ℃の場合 2〜20時間
である。なお、熱処理温度が前記範囲を外れても、ある
いは熱処理時間が前記範囲を外れても、この工程による
効果を得ることはできない。

【００１３】また、上記（４）の工程の後、最終線径と
したところで、 150〜300 ℃の温度で 1時間以上の熱処
理を施すことにより、強度をあまり低下させずに導電率
を高めることができる。具体的には、処理温度が 150℃
の場合 5時間以上、200 ℃の場合 1〜50時間、250 ℃の
場合 1〜20時間、300 ℃の場合 1〜5 時間である。温度
が 150℃未満あるいは時間が 1時間未満のいずれであっ
ても導電率を十分に高めることができず、また、温度が
300℃を越えると強度の低下が著しくなる。

【００１４】なお、本発明において、平角導体のよう
に、最終形状を平角状などに加工する場合には、（４）
の工程において、250 ℃以下の温度で数時間、たとえば
1〜2時間程度の中間熱処理を加えた後、所望の平角形
状に加工することが望ましい。

【００１５】

【作用】本発明方法においては、連続鋳造法を採用し、
その際の冷却条件を急冷とするとともに、その後の加工
および熱処理条件を最適化したことによって、少ない加
工度で高い特性を得ることができる。したがって、強度
および導電性にともに優れた長尺なＣｕ−Ａｇ合金導体
を生産性よく、かつ安定して製造することができ、ま
た、材料の歩留まりも大幅に向上する。

【００１６】

【実施例】次に本発明の実施例について記載する。 実施例１〜１６ Ａｇ16原子％、残部Ｃｕからなる合金を、外周に水冷ジ
ャケットを設けた黒鉛鋳型を有する水平連続鋳造機によ
って連続鋳造して、表１に示すように 8mmφもしくは40
mmφの鋳造ロッドを製造した。得られた各鋳造ロッドに
同表に示すような条件の熱処理および冷間加工を同表左
から右に順に進めて 0.8mm×1.2mm もしくは 4mm×6mm
のＣｕ−Ａｇ合金からなる平角導体を製造した。

【００１７】また、比較のために、実施例と同様にして
得た鋳造ロッドに、表１に示すように、熱処理をまった
く行わないか、または本発明の条件範囲から外れた条件
の熱処理を含む方法で、 0.8mm×1.2mm のＣｕ−Ａｇ合
金からなる平角導体を製造した（比較例１〜８）。さら
に、実施例と同一組成の合金をインゴット鋳造し、熱間
鍛造、面削を施した後、表１に示すような熱処理および
冷間加工を行って、4mm×6mm のＣｕ−Ａｇ合金からな
る平角導体を製造した（比較例９）。

【００１８】次いで、上記各実施例および比較例で得ら
れたＣｕ−Ａｇ合金導体の導電率および引張強さを測定
した。測定結果を表１に併せ示す。なお、導電率は、長
さ400mmの試料片について、端子間距離を 300mmとして
ダブルブリッジによって測定したものである。また引張
強さは、引張試験機オートグラフ（島津製作所社製）を
用いて、標線間距離 250mm、クロスヘッド速度10mm/min
の条件で測定したものである。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【発明の効果】以上の実施例からも明らかなように、本
発明の製造方法によれば、連続鋳造法を採用し、その際
の冷却条件を急冷とするとともに、その後の加工および
熱処理条件を最適化したので、強度および導電性にとも
に優れた長尺なＣｕ−Ａｇ合金導体を生産性よく、かつ
再現性よく製造することができ、また、材料の歩留まり
向上させて、製造コストを低下減少することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるＣｕ−Ａｇ合金の鋳造組織の一例
を示す走査型電子顕微鏡写真で、（ｂ）は（ａ）の一部
拡大写真。

【図２】従来のインゴット鋳造によるＣｕ−Ａｇ合金の
鋳造組織を示す走査型電子顕微鏡写真で、（ｂ）は
（ａ）の一部拡大写真。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市原 政光 神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番 １号 昭和 電線電纜株式会社内 (72)発明者 熊野 智幸 神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番 １号 昭和 電線電纜株式会社内 (72)発明者 坂井 義和 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 科 学技術庁 金属材料技術研究所筑波支所 内 (72)発明者 井上 廉 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 科 学技術庁 金属材料技術研究所筑波支所 内 (72)発明者 前田 弘 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 科 学技術庁 金属材料技術研究所筑波支所 内 (56)参考文献 特開 平２−80534（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−254895（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ａｇ10〜20原子％を含有し、残部がＣｕ
   および不可避的不純物からなるＣｕ基合金を連続鋳造
   し、析出物の生じない程度に急冷して鋳造ロッドを得、
   この鋳造ロッドに、減面率80％以上の冷間加工を施した
   後、 250〜350℃の温度で 1時間以上熱処理し、次い
   で、前記鋳造ロッドからの減面率90％以上の冷間加工を
   加えることを特徴とするＣｕ−Ａｇ合金導体の製造方
   法。
2. 【請求項２】 Ａｇ10〜20原子％を含有し、残部がＣｕ
   および不可避的不純物からなるＣｕ基合金を連続鋳造
   し、析出物の生じない程度に急冷して鋳造ロッドを得、
   この鋳造ロッドに、 400〜500 ℃の温度で 2〜50時間の
   熱処理を施し、次いで、減面率80％以上の冷間加工を施
   した後、 250〜350 ℃の温度で 1時間以上熱処理し、さ
   らに、これに前記鋳造ロッドからの減面率90％以上の冷
   間加工を加えることを特徴とするＣｕ−Ａｇ合金導体の
   製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２記載のＣｕ−Ａ
   ｇ合金導体の製造方法において、鋳造ロッドからの減面
   率90％以上の冷間加工を加えた後、さらに、150〜300
   ℃の温度で 1時間以上の熱処理を施すことを特徴とする
   Ｃｕ−Ａｇ合金導体の製造方法。