JP2944907B2

JP2944907B2 - 導電用アルミニウム合金線の製造方法

Info

Publication number: JP2944907B2
Application number: JP7082788A
Authority: JP
Inventors: 毅池田
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 1995-04-07
Filing date: 1995-04-07
Publication date: 1999-09-06
Anticipated expiration: 2014-09-06
Also published as: JPH08277447A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強度、導電率ならびに
耐熱性に優れ、電力ケーブルの導体として好適なアルミ
ニウム合金線の製造方法に関する。

【０００２】

【従来技術・発明が解決しようとする課題】導電用耐熱
アルミニウム合金線として、従来からAl-Zr 系合金から
なる超耐熱アルミ合金(UTAl)や特別耐熱アルミ合金線(X
TAl)などが実用化されてきているが、これらの合金線の
強度は硬アルミ線(HAl) と同等であり、送電線の支持用
鉄塔の建設が困難な山岳部や海峡横断部のように、電線
の布設環境により、必然的に長径間に電線を架線する必
要がある場合や、また著しい着雪、強風など苛酷な条件
に曝される用途では、機械的強度の点からは充分な特性
を有しているとは言えなかった。そこで、アルミニウム
合金線に強度を持たせるために、アルミニウムより線の
中心に強度の高い鋼心線を配置した鋼心アルミニウムよ
り線（ＡＣＳＲ）などがあるが、アルミニウム単線に比
べて重く、軽量化のためにテンションメンバーとしての
鋼芯を省略した構造の電線への用途では、強度が不足す
るという問題があった。一方、高強度合金であるAl-Mg-
Si合金系のイ号アルミ合金線では強度は十分であるもの
の、導電率が５２％ＩＡＣＳと低く、また耐熱性が低い
ために電流容量に限界があり、高強度を維持しつつ、導
電性と耐熱性を両立させた導電用アルミニウム合金線が
望まれている。また、これまでAl-Mg-Si系合金にZrを添
加した合金で溶体化処理なしに荒引線を直接加工する方
法が考案されていたが、この方法では生産コストが若干
低くなる一方で、荒引線製造時の諸条件の変動、微量不
純物成分の量的な変動などの多くの因子によって、荒引
線の特性や成分元素の固溶状態に大きな差異が生ずるた
め、製品としての特性を安定して得ることが困難であっ
た。

【０００３】本発明の目的は、上記に鑑みて、強度、導
電率ならびに耐熱性に優れ、特に強度を向上させた導電
用アルミニウム合金を得る方法を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するために鋭意研究を重ねた結果、特定の合金系を
用い、かつ当該合金由来の荒引線に特定の溶体化処理を
加えて急冷した後に、加工と熱処理とを施すことによ
り、安定して高強度、高耐熱性および高導電率を有する
アルミニウム合金線が容易に製造し得ることを見出し、
本発明を完成するに到った。

【０００５】すなわち本発明は、Ｚｒ０．０１〜０．
１重量％、Ｍｇ０．１〜１．０重量％およびＳｉ０．３
〜１．０重量％、ならびに残部Ａｌを含有する合金由来
の荒引線を、４５０〜６００℃の温度で０．５〜１０時
間溶体化処理した後、５℃／秒以上の速度で冷却し、そ
の後断面積減少率８０％以上の加工を施し、さらに１５
０〜３５０℃の温度で０．５〜２０時間熱処理すること
を特徴とする導電用アルミニウム合金線の製造方法に関
し、またＺｒ０．０１〜０．１重量％、Ｍｇ０．１〜
１．０重量％、Ｓｉ０．３〜１．０重量％、Ｃｕ０．０
１〜０．２重量％およびＦｅ０．１〜１．０重量％、な
らびに残部Ａｌを含有する合金由来の荒引線を、４５０
〜６００℃の温度で０．５〜１０時間溶体化処理した
後、５℃／秒以上の速度で冷却し、その後断面積減少率
８０％以上の加工を施し、さらに１５０〜３５０℃の温
度で０．５〜２０時間熱処理することを特徴とする導電
用アルミニウム合金線の製造方法に関する。

【０００６】

【発明の作用】本発明では、Ｚｒ０．０１〜０．１重量
％、Ｍｇ０．１〜１．０重量％およびＳｉ０．３〜１．
０重量％、ならびに残部Ａｌを含有する合金由来の荒引
線、またはＺｒ０．０１〜０．１重量％、Ｍｇ０．１〜
１．０重量％、Ｓｉ０．３〜１．０重量％、Ｃｕ０．０
１〜０．２重量％およびＦｅ０．１〜１．０重量％、な
らびに残部Ａｌを含有してなる合金由来の荒引線を、４
５０〜６００℃の温度で０．５〜１０時間溶体化処理し
た後、５℃／秒以上の速度で冷却することによって、Ｚ
ｒ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｆｅの各元素をＡｌマトリック
スに強制固溶させる。続く断面積減少率８０％以上の加
工では、固溶状態のＭｇ、Ｃｕが加工硬化を大きくして
強度を高める。この加工で導入された加工組織は固溶し
たＺｒにより安定化され、かくして高強度と耐熱性を両
立することができる。また加工後の熱処理は、強加工さ
れた組織の残留応力を緩和するとともに、Ｍｇ、Ｓｉの
一部はＭｇ_２Ｓｉとして析出して強度の低下を防ぎ、導
電性が向上する。

【０００７】本発明で用いられる合金系において、Zrを
0.01〜0.2 重量％としたのは、0.01重量％未満では耐熱
性が十分でなく、0.2 重量％より多くなると導電率が著
しく低下するためである。好ましいZrの添加量は0.02〜
0.15重量、より好ましくは0.03〜0.1 重量％である。

【０００８】Mgを 0.1〜1.0 重量％としたのは、0.1 重
量％未満では加工時の強度増加が期待できず、1.0 重量
％より多いと導電率が低下するためである。好ましいMg
の添加量は 0.2〜0.8 重量％、より好ましくは 0.3〜0.
7 重量％である。

【０００９】Siを 0.1〜1.0 重量％としたのは、0.1 重
量％未満では強度が充分でなく、1.0 重量％より多いと
導電率と耐熱性が低下するためである。好ましいSiの添
加量は 0.2〜0.8 重量％、より好ましくは 0.3〜0.7 重
量％である。

【００１０】本発明に用いられる合金は、強度を向上さ
せるために、さらにCu0.01〜0.2 重量％およびFe 0.1〜
1.0 重量％を含有していることが好ましい。

【００１１】Cuを0.01〜0.2 重量％としたのは、0.01重
量％未満では加工時の強度増加が不十分となる傾向があ
り、0.2 重量％より多いと導電率が低下する傾向がある
ためである。好ましいCuの添加量は0.02〜0.18重量％、
より好ましくは0.04〜0.15重量％である。

【００１２】Feを 0.1〜1.0 重量％としたのは、0.1 重
量％未満では強度が不十分となる傾向があり、1.0 重量
％より多いと導電率と耐熱性が低下する傾向があるため
である。好ましいFeの添加量は0.15〜0.8 重量％、より
好ましくは 0.2〜0.6 重量％である。

【００１３】本発明で用いられるAlには、通常含まれる
不純物を通常程度含有することは許容されるが、V やMn
のように導電性を低下させるような元素の少ない地金を
用いることがより好ましい。

【００１４】本発明に用いられる荒引線の製造方法は特
に制限されないが、上記のアルミニウム合金素材を例え
ば連続鋳造圧延することにより得ることができる。連続
鋳造圧延法としては、プロペルチ法、ヘズレー法、ＳＣ
Ｒ法、スピーデム法などの周知の方法が採用できる。好
ましくはプロペルチ法であり、例えば、回転する水冷銅
鋳型ホイールとエンドレスベルトの間に溶湯を注ぎ、ホ
イールが約3/4 周した所で凝固したアルミバーを連続的
に取り出し、該バーをそのまま圧延機に導入して荒引線
に加工する。連続鋳造法により例えば直径８〜１５ｍｍ
の荒引線を得るが、その際の鋳造温度は７５０〜９００
℃とし、得られた鋳造バーを２００℃以下の温度になる
間に断面積減少率８０％以上で圧延することが好まし
い。

【００１５】該荒引線は、次いで４５０〜６００℃の温
度で０．５〜１０時間溶体化処理した後、５℃／秒以上
の速度で冷却される。これによって添加された合金元素
をAlマトリックスに固溶させることができる。この結
果、後記する冷間加工と加工後の熱処理によって十分な
強度と耐熱性を持つ組織を形成するための素地が得られ
る。

【００１６】本発明において、上記荒引線の溶体化処理
温度を４５０〜６００℃としたのは、４５０℃未満の温
度では溶質元素が完全に固溶せず、６００℃より高いと
結晶粒の粗大化が進行し、後工程での加工性や、加工後
の特性を低下させる恐れがあるためである。好ましい溶
体化処理温度は４８０〜５７０℃である。

【００１７】また、溶体化処理時間を０．５〜１０時間
としたのは、０．５時間未満では溶質元素が完全に固溶
せず、１０時間よりも長いと結晶粒の粗大化が進行する
だけでなく、いたずらに長い溶体化処理はコストを上昇
させるからである。好ましい溶体化処理時間は１〜８時
間である。

【００１８】また、溶体化処理後の冷却方法は特に制限
されないが、例えば水などに浸漬することによって行わ
れる。冷却速度を５℃／秒以上としたのは、５℃／秒未
満では冷却中にMg、Si、Fe等の析出が進行し、溶質元素
を充分に強制固溶させられないからである。好ましい冷
却速度は８℃／秒以上である。

【００１９】続いて荒引線は、常温で断面積減少率８０
％以上の冷間加工を施される。断面積減少率８０％以上
としたのは、断面積減少率８０％未満では十分な加工硬
化が得られないからである。好ましい冷間加工は断面積
減少率９０％以上の加工である。

【００２０】冷間加工された線は、さらに１５０〜３５
０℃の温度で１〜２０時間の熱処理を施される。この熱
処理によりMgの一部とSiの一部が化合物を形成し、強度
と伸びが向上するとともに導電率も向上する。この熱処
理で、熱処理温度を１５０〜３５０℃としたのは、１５
０℃未満の温度ではMgとSiの化合物生成に非常に長時間
を要するので熱処理コストが上昇し、３５０℃より高い
と過時効軟化が顕著になって、逆に強度と伸びが低下す
るためである。熱処理時間を１〜２０時間としたのは、
１時間未満では強度の向上、導電率の向上が充分でな
く、２０時間より長いと過時効状態となって強度と伸び
が低下するためである。好ましい熱処理条件は１７０〜
３００℃で２〜１０時間である。

【００２１】また、アルミニウム合金線の表面に存在す
るキズなどの欠陥部分を切削除去するために、冷間加工
の前、または途中に線表面の皮むき加工工程を入れても
差し支えない。ここで、皮むき加工工程とは、線の表面
を一定の厚さで薄肉状に切削、除去する工程をいい、荒
引線からの伸線工程の任意の段階で実施可能である。例
えば荒引線を伸線する際、断面積減少率が３〜８０％の
段階で、該伸線した荒引線を１枚以上の皮むきダイスを
通過させることによりなされる。その切削厚さは、荒引
線の表面に存在するキズなどの深さや線の断面積減少率
に応じて適宜選択される。

【００２２】

【実施例】以下、実施例および比較例により本発明を一
層詳細に説明する。

【００２３】実施例１〜５、比較例１〜９表１に示す組成（残部はアルミニウム）の実施例および
比較例の合金を、プロペルチ法により連続鋳造圧延し、
外径１２ｍｍの荒引線を得た。該荒引線に所定の溶体化
処理を施した後、冷却し、冷間加工を加えてアルミニウ
ム合金線（素線）とし、さらに所定の素線熱処理を施し
て目的とする導電用アルミニウム合金線を得た。各実施
例および比較例で得た合金線につき、引張強さ、導電率
および耐熱性を評価した。引張強さは、ＪＩＳＺ−２
２４１に基づいて測定した。導電率は、ＪＩＳＨ−０
５０５に基づいて測定した。耐熱性は１時間の加熱で引
張強さが加熱前の９０％になる温度とした。表１には合
金組成、溶体化処理条件および冷却速度を、表２には冷
間加工時の断面積減少率、素線熱処理条件、ならびに導
電用アルミニウム合金線の特性（引張強さ、導電率およ
び耐熱性）を示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、例えば直径３．８ｍｍ
の線材で２５ｋｇｆ／ｍｍ²以上の引張強さを有し、か
つ５５％ＩＡＣＳ以上の導電率と２３０℃以上の耐熱温
度を有するアルミニウム合金線が製造できる。即ち、強
度ならびに耐熱性に優れ、品質の高い導電用アルミニウ
ム合金線を容易かつ安定に製造できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｂ 13/00 ５０１Ｈ０１Ｂ 13/00 ５０１Ｄ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｚｒ０．０３〜０．１重量％、Ｍｇ０．
１〜１．０重量％、およびＳｉ０．３〜０．７重量％、
ならびに残部Ａｌ合金を含有する合金由来の荒引線を、
４５０〜６００℃の温度で、０．５〜１０時間溶体化処
理した後、５℃／秒以上の速度で冷却し、その後断面積
減少率８０％以上の加工を施し、さらに１５０〜３５０
℃の温度で０．５〜２０時間熱処理することを特徴とす
る導電用アルミ二ウム合金線の製造方法。
【請求項２】Ｚｒ０．０３〜０．１重量％、Ｍｇ
０．１〜１．０重量％、Ｓｉ０．３〜０．７重量％、Ｃ
ｕ０．０１〜０．２重量％およびＦｅ０．１〜１．０重
量％、ならびに残部Ａｌ合金を含有する合金由来の荒引
線を、４５０〜６００℃の温度で、０．５〜１０時間溶
体化処理した後、５℃／秒以上の速度で冷却し、その後
断面積減少率８０％以上の加工を施し、さらに１５０〜
３５０℃の温度で０．５〜２０時間熱処理することを特
徴とする導電用アルミ二ウム合金線の製造方法。以上