JP3451771B2 - 高強度低熱膨張合金の線材およびその製造方法 - Google Patents

高強度低熱膨張合金の線材およびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高強度低熱膨張合金の
線材に関し、とくに低弛度架空送電線の中心部用線に使
用する、引張り強さ100kgf/mm2以上の高強度低熱膨
張合金の線材とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】低弛度架空送電線の中心部用線の材料と
しては、「インバー」合金Fe−36%Ni、「コバー
ル」合金Fe−29%Ni−17%Co、「スーパーイ
ンバー」合金Fe−36%(Ni+Co)のような、F
e−Ni系またはFe−(Ni+Co)系の合金が使用
されて来た。
【0003】Fe,NiおよびCoは熱膨張の制御に重
要な成分であって、使用温度範囲において所望の熱膨張
係数を実現するために、最適な割合で配合される。
【0004】実際のものは、強度の増加を意図して、固
溶強化により母相の強度を高める目的で、または炭化物
・窒化物あるいは金属間化合物の析出を容易にする目的
で、適量のC,Si,Mn,Ti,Cr,Mo,W,N
b等の元素を添加している。
【0005】合金から線材を製造するには、一般につぎ
の工程に従う。 すなわち、溶製した合金のインゴット
または連続鋳造の鋳片の分塊圧延または鍛造−熱間の線
材圧延−表面処理(酸洗または皮削り)−伸線−軟化焼
鈍・時効−メッキの諸工程である。 伸線工程と軟化焼
鈍・時効は複数回繰り返すことがあり、メッキに先立っ
てさらに伸線を行ない、加工硬化による強度増大をはか
ることもある。
【0006】低弛度架空送電線の中心部用線に使用する
合金線には、きびしい特性すなわち、(1)高強度(1
00kgf/mm2以上の引張り強さ)、(2)低熱膨張係数
(室温〜300℃における線膨張率αが5×10-6/℃
以下)、(3)高い伸び(1.5%以上)が要求され、
これらに加えて、(4)高い破断捻回値(16回以上)を
もつことが望ましいとされる。 ここで破断捻回値は、
合金線の直径の100倍の長さをゲージ長として約60
rpm で線材を捻ったときに破断に至るまでの回転数をい
い、送電線用線材に適用されている試験法である。
【0007】従来の合金線においては、既知の組成の合
金を常用の加工法で加工した場合、上記(1)〜(3)
の特性要求をみたすことができても、(4)の破断捻回
値を高い値に保つことが困難であった。 これまでの経
験では、低熱膨張合金の破断捻回値はバラツキが大きく
なりやすい特性であって、信頼性の高い架空送電線を構
成するには、破断捻回値を高いレベルに引き上げなけれ
ばならない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の一般的な目的
は、このような困難を克服し、他の特性を損うことなく
高い破断捻回値を示す高強度低熱膨張合金の線材と、そ
の製造方法を提供することにある。
【0009】本発明のより具体的な目的は、このような
線材を使用して、耐久力に関して信頼性の高い低弛度架
空送電線の中心部用線を実現することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の高強度低熱膨張
合金の線材は、重量で、C:0.1〜0.8%、Siお
よびMnの1種または2種(2種の場合は合計で):
0.15〜2.5%、CrおよびMoの1種または2種
(2種の場合は合計で):8.0%以下、ならびに、N
i:25〜40%およびCo:10.0%以下(ただ
し、Ni+Co:30〜42%)を含有し、A1:0.
1%以下、Mg:0.1%以下、Ca:0.1%以下、
O:0.005%以下、かつ、N:0.008%以下で
あり、残部が実質上FeであるFe−Ni系合金の線材
であって、最終製品のサイズで100kgf/mm2以上の引
張り強さを有し、温度900〜1280℃で線材圧延を
行なうことにより製造され、線材圧延終了時に粒界析出
物量が2%以下であるものを加工してなる。
【0011】上記の高強度低熱膨張合金の線材の製造方
法は、重量で、C:0.1〜0.8%、SiおよびMn
の1種または2種(2種の場合は合計で):0.15〜
2.5%、CrおよびMoの1種または2種(2種の場
合は合計で):8.0%以下、ならびに、Ni:25〜
40%およびCo:10.0%以下(ただし、Ni+C
o:30〜42%)を含有し、A1:0.1%以下、M
g:0.1%以下、Ca:0.1%以下、O:0.00
5%以下、かつ、N:0.008%以下であり、残部が
実質上FeであるFe−Ni系合金からなり、最終製品
のサイズで100kgf/mm2以上の引張り強さを有する線
材を製造する方法であって、温度900〜1280℃に
おける熱間の線材圧延後、少なくとも皮剥ぎ、伸線、焼
鈍および表面被覆の工程を含み、線材圧延終了時に粒界
析出物量が2%以下であるものを加工することを特徴と
する。
【0012】
【作用】本発明の合金の組成を上記のように限定した理
由は、つぎのとおりである。
【0013】Ni:25〜40%、Co:10.0%以
下 (ただしNi+Co:30〜42%) これらの主成分は、残部のFeとともに、前記した低熱
膨張係数(室温〜300℃における線膨張率αが5×1
-6/℃以下)を実現するために必要な割合で組み合わ
せてある。
【0014】C:0.1〜0.8% 第2伸線がもたらす加工硬化により引張り強さ100kg
f/mm2以上を達成する上で、Cが0.1%以上存在しな
ければならない。 しかしC量が増大すると熱膨張率が
大きくなり、また脆くなり、伸び1.5%以上を達成す
るのが困難になるので、0.8%を上限とする。 好ま
しいC量は、0.2〜0.5%である。
【0015】SiおよびMnの1種または2種(2種の
場合は合計量で):0.15〜2.5% 脱酸剤として、SiおよびMnのどちらか一方または両
方を使用する。 脱酸効果を確保するためには0.15
%以上の添加が必要であるが、どちらも熱膨張率を高め
るので、上限2.5%を設けた。
【0016】Crおよび,Moの1種または2種(2種
の場合は合計量で):8.0%以下 これらの元素は、合金を強化し、加工硬化、析出硬化に
よる高強度を実現するのに役立つ。 多量に加えると熱
膨張率が高まるので、合計量で8.0%を添加の上限と
する。
【0017】Al:0.1%以下,Mg:0.1%以
下,Ca:0.1%以下 これらは脱酸または熱間加工性向上のために添加される
ことがある。 その場合に通常含まれる各々0.1%程
度の量は特性にとって差支えないが、多量になるとメッ
キ性を害するので、0.1%の上限を設けた。
【0018】O:0.005%以下、N:0.008%
以下 それぞれ酸化物、窒化物の介在物を形成し、それらがと
くに粒界に存在すると捻回値の安定にとって妨げになる
から、これらの不純物量は極力低減したい。 上記の
O:0.005%、N:0.008%は、それぞれの許
容限界である。
【0019】熱間の線材圧延時の粒界析出物量と捻回値
との間には、後記の実施例にみるように臨界的な関係が
あり、2%より低い値であれば捻回値を高い水準に確保
できるが、2%を超えると格段に低下する。 熱間の線
材圧延終了時の粒界析出物量は、その後の加工段階でも
維持され、最終製品である線材の物性を左右することが
わかった。 粒界の析出物は炭化物、とくにMoの炭化
物が主体であり、若干の窒化物も加わっているようであ
る。
【0020】粒界析出物の量は結晶粒径とも関係があ
り、熱間線材圧延を終了した段階で、結晶粒径の平均値
を圧延方向で測定したとき5〜70μmの間にあると
き、粒界析出物量が減ることがわかった。 低温で加工
すれば結晶粒径が小さくなるが、低温では析出物が生じ
やすく、かつ粒界に析出しやすいので、加工温度をあま
り低くすることは好ましくない。 一方、高温で加工す
れば、炭化物などの析出物はほとんど固溶して消失する
が、結晶粒径が大きくなり、これも捻回値を安定させる
ためには不利益である。
【0021】粒界の析出物量をコントロールする手段と
しては、まず熱間圧延の温度、加工率を適切に選択する
ことと、圧延後の冷却速度をなるべく速くすることが有
力である。 熱間圧延後の溶体化処理も、析出物量を減
らすという観点からは効果があるが、一方で結晶粒径を
大きくしてしまうので、常に有効な手段であるとは限ら
ない。
【0022】
【実施例】下記の諸工程により、高強度低熱膨張合金の
線材を製造した。
【0023】(1)原料配合 製造しようとする合金の組成に従って、Fe源(スクラ
ップ、電解鉄等)、Ni源(電解ニッケル、フェロニッ
ケル等)に42Ni合金やスーパーインバー合金を所要
量組み合わせ、さらに合金元素(C,Si,Mn,C
r,Mo,V)を所定量配合した。
【0024】(2)溶解−鋳造 上記の配合原料を真空誘導炉へ入れて、真空(たとえば
10-2Torr)または不活性ガス(Ar)雰囲気下に溶解
し、溶湯を直径100mmの円柱状インゴットに鋳造し、
下の表1に示す組成の合金Aを得た。 同様に、大気誘
導炉により溶解し、やはり表1に示す組成の合金Bを得
た。
【0025】 表1 C Si Mn Cr Mo Ni Co Al Mg Ca O N A 0.25 0.51 0.20 0.98 2.01 35.0 3.14 0.03 0.02 0.01 15 13 B 0.30 0.75 0.30 0.70 1.53 38.3 0.25 0.08 0.01 0.01 14 15 C〜Caの値は重量%、OおよびNの値はppm、残部Fe。
【0026】(3)鍛造または分塊圧延 合金Aのインゴットを、代表的には1250℃の温度に
加熱し、鍛造して直径75mmの丸棒にした。 合金Bの
インゴットは、やはり代表的には1250℃に加熱し、
分塊圧延により75mmの丸棒にした。
【0027】(4)熱間線材圧延 鍛造または分塊圧延により得た丸棒を、900〜128
0℃の範囲の種々の温度に加熱し、熱間圧延して直径1
2mmの線材にした。 熱間圧延後、冷却速度を種々選択
し、種々の加熱温度と組み合わせることにより、粒界析
出物の量と結晶粒度とがさまざまな値をとるようにし
た。
【0028】この段階で、粒界析出物量および結晶粒径
を測定した。 試験片を縦(圧延)方向に切断して切断
面を研磨し、5%ナイタール液で40秒間腐食したの
ち、走査型電子顕微鏡を用い倍率4000倍で写真撮影
をした。 その写真を自動画像処理装置「ルーゼック
ス」にかけて、粒界に存在する析出物の面積率を算出
し、その値を析出物量とした。 あわせて、結晶粒径の
圧延方向の径を平均して、結晶粒径のサイズとした。
【0029】(5)皮削り 伸線にそなえて12mm線材の表面の酸化スケールと疵を
除くため、ダイスを通して表面を削り、直径9.0mmに
した。
【0030】(6)第1伸線 この表面を削った合金線を冷間伸線し、直径8.0mmと
した。
【0031】(7)軟化焼鈍・時効 直径8.0mmに伸線した線材を700℃に30分間加熱
することにより、軟化焼鈍および時効析出効果を得た。
【0032】(8)第2伸線 冷間伸線により、直径3.0mmの合金線を得た。
【0033】(9)メッキ 上記の直径3.0mmの線を架空送電線の中心部用線に用
いるには耐食性を高めなければならないので、溶融Zn
−Al合金に浸漬してメッキした。
【0034】メッキ後の合金線について、捻回値試験
(試験法は前記)、伸び(引張試験における破断時の)お
よび線膨張率(30℃〜300℃までの平均値)を測定
した。
【0035】前記した熱間線材圧延後の粒界析出物量と
結晶粒径との測定値に加えて、捻回値、引張り強さ、伸
びおよび熱膨張係数の測定値を、表2にまとめて示す。
【0036】 表2 No. 合金 粒界析出 結晶粒径 引張り強さ 伸び 捻回値 線膨張率α 組成 物量(%) (μm) (kgf/mm 2) (%) (回/100d)〔×10 -6/℃〕 実施例 1 A 0.05 82 132.3 2.0 113 3.8 2 A 0.12 65 131.9 2.2 105 3.6 3 A 0.24 53 134.0 1.6 112 3.7 4 B 0.42 26 135.0 1.7 107 3.5 5 B 1.10 17 136.1 1.6 98 3.4 6 B 1.5 22 135.6 1.6 103 3.6 比較例 7 A 2.40 72 132.9 1.9 42 3.5 8 B 2.75 4 138.5 1.5 53 3.4 表2における粒界析出物量と破断捻回値との関係を、図
1のグラフに示す。
【0037】上記表2および図1から明らかなように、
熱間線材圧延の段階での粒界析出物量が2%以下の場合
に、高い破断捻回値が得られている。
【0038】
【発明の効果】本発明によるときは、100kgf/mm2
上の強度をもつFe−(Ni+Co)系高強度低熱膨張
合金において、合金のもつ物理的特性を維持したまま、
破断捻回値が向上したものが得られる。 従ってこの合
金の線材は、低弛度架空送電線の中心部線として用いる
とき、信頼性の高い製品を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例のデータであって、高強度低
熱膨張率合金製造の熱間線材圧延の段階における粒界介
在物の析出量と線材製品の破断捻回値との関係を示すグ
ラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北村 真一 大阪府大阪市此花区島屋一丁目1番3号 住友電気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 吉田 敦 大阪府大阪市此花区島屋一丁目1番3号 住友電気工業株式会社大阪製作所内 (56)参考文献 特開 平2−15153(JP,A) 特開 平8−199307(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 - 38/60 C21D 8/06

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量で、C:0.1〜0.8%、Siお
    よびMnの1種または2種(2種の場合は合計で):
    0.15〜2.5%、CrおよびMoの1種または2種
    (2種の場合は合計で):8.0%以下、ならびに、N
    i:25〜40%およびCo:10.0%以下(ただ
    し、Ni+Co:30〜42%)を含有し、A1:0.
    1%以下、Mg:0.1%以下、Ca:0.1%以下、
    O:0.005%以下、かつ、N:0.008%以下で
    あり、残部が実質上FeであるFe−Ni系合金の線材
    であって、最終製品のサイズで100kgf/mm2以上の引
    張り強さを有し、温度900〜1280℃で線材圧延を
    行なうことにより製造され、線材圧延終了時に粒界析出
    物量が2%以下であるものを加工してなる、高強度低熱
    膨張合金の線材。
  2. 【請求項2】 重量で、C:0.1〜0.8%、Siお
    よびMnの1種または2種(2種の場合は合計で):
    0.15〜2.5%、CrおよびMoの1種または2種
    (2種の場合は合計で):8.0%以下、ならびに、N
    i:25〜40%およびCo:10.0%以下(ただ
    し、Ni+Co:30〜42%)を含有し、A1:0.
    1%以下、Mg:0.1%以下、Ca:0.1%以下、
    O:0.005%以下、かつ、N:0.008%以下で
    あり、残部が実質上FeであるFe−Ni系合金からな
    り、最終製品のサイズで100kgf/mm2以上の引張り強
    さを有する線材を製造する方法であって、温度900〜
    1280℃における熱間の線材圧延後、少なくとも皮剥
    ぎ、伸線、焼鈍および表面被覆の工程を含み、線材圧延
    終了時に粒界析出物量が2%以下であるものを加工する
    ことを特徴とする高強度低熱膨張合金の線材の製造方
    法。
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