JP3536139B2 - 高強度低熱膨張合金線材の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、高強度低熱膨張合金線
材、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線
材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。 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。 【０００３】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。 【０００４】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・時効とは複数回繰り返されることもあり、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。 【０００５】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。 【０００６】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。 【０００７】発明者らは、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線材を提供するこ
とを企てて研究の結果、特定の合金組成を選択するとと
もに、前記した線材製造工程において、熱間の線材圧延
終了時に粒界析出物量を一定限度以内にすること、具体
的には２％（面積率）以下にすること、および結晶粒径
を特定の微細なものにすること、具体的には５〜７０μ
ｍの範囲内にすることが効果的であることを見出した。
これらの要件は、一方でもみたされれば所望の線材が
得られるが、両方ともみたされれば、さらに好結果とな
る。 【０００８】上記の粒界析出物および結晶粒径の要件
は、一般に線材圧延後の材料を適切な条件で固溶化熱処
理することによって実現するが（ただし、結晶粒径を大
きくしすぎないよう注意を要する）、いうまでもなく熱
処理は時間・労力・エネルギーを要する作業であってコ
ストに影響するから、なるべく省略したい。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】従って本発明の一般的
な目的は、高い破断捻回値を示す高強度低熱膨張合金線
材の製造方法において、固溶化熱処理を行なうことな
く、上記の粒界析出物および結晶粒度に関する要件がみ
たされるような製造方法を提供することにある。 【００１０】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。 【００１１】 【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＋Ｃｏ：３０〜４２％）を含有し、Ａ
ｌ：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する線材を製造する方法であって、
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、熱間の線材圧延を、終止温度
９００℃以上１１００℃以下、圧下率ｌｎ（Ｓ_０／Ｓ）
≧３．０（ただし、Ｓ_０は圧延前断面積、Ｓは圧延後断
面積）の条件で実施し、その後の処理を、圧延終止から
７００℃までの温度範囲における冷却速度を３．０℃/s
ec以上の条件で実施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
０^-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
大きくなるし、脆くなって伸び１．５％以上を達成する
ことが困難になるので、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種以上
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 これらの元素は脱酸のため、または熱間加工性向上を意
図して添加することがある。 通常含まれる０．１％以
下の量は特性に影響を与えないが多量添加するとメッキ
性を害するので、０．１％を上限とした。 【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】熱間の線材圧延およびその後の処理の条件
を上記のように限定した理由は、つぎのとおりである。 【００２０】終止温度：９００℃以上１１００℃以下粒
界析出物となる炭化物を溶け込ませるため、ある程度高
い温度が必要であるが、高過ぎると結晶粒径を粗大化さ
せるので、それらを調和させ、従来のこの種合金の線材
圧延に行なわれていた条件より低い温度範囲を選択し
た。終止温度が低すぎると圧延時の変形抵抗が増大し、
圧延機に過大な負荷がかかって好ましくない。 【００２１】圧下率：ｌｎ（Ｓｏ／Ｓ）≧３．０ 高い圧下率を採用することにより、ミクロな偏析を解消
して結晶粒径を細かくする。 具体例を挙げれば、８０
mm径の棒から１２mm径の線材に圧延したときｌｎ＝３．
８、１４５mm角の棒から９mm径の線材にしたときｌｎ＝
５．８である。 加工の度合が低いと鋳造組織が残存
し、粒界炭化物量が増加して、最終製品の捻回値が低く
なる。 また、加工の不足は結晶粒径が大きくなりすぎ
る原因にもなり、それに伴って粒界炭化物量も増加して
好ましくない。 【００２２】冷却速度：圧延終止から７００℃までを
３．０℃/sec以上冷却速度が遅いと、粒界炭化物量が増
加する。また、結晶粒径が大きくなりやすく、最終製品
の伸びが小さくなる。析出物の生成を極力防いで低い温
度にするために、高温領域ではなるべく急速に冷却す
る。３．０℃/sec以上という冷却速度は、上記のような
必要から定めた下限であって、ブロア空冷により実現で
きる。 【００２３】 【実施例】図１に示した工程に従い、高強度低熱膨張合
金の線材を製造した。 以下に各工程を説明する。 【００２４】（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）を所定量配合して、表１に示す組成Ａおよび
組成Ｂの配合原料を用意した。 【００２５】（２）溶解−鋳造 組成Ａの配合原料を真空誘導炉へ入れ、真空（たとえば
１０^-2Torr）または不活性ガス（Ａｒ）雰囲気下に溶解
して、合金Ａを得た。 同様に、組成Ｂの配合原料を大
気誘導炉で溶解し、合金Ｂを得た。 【００２６】表１成分 組成Ａ 組成Ｂ Ｃ ０．２５ ０．３０ Ｓｉ ０．５１ ０．７５ Ｍｎ ０．２０ ０．３０ Ｐ ０．００８ ０．００３ Ｓ ０．００２ ０．００８ Ｃｕ ０．０２ ０．０１ Ｎｉ ３５．０ ３８．３ Ｃｒ ０．９８ ０．７０ Ｍｏ ２．０１ １．５３ Ｃｏ ３．１４ ０．２５ Ａｌ ０．０３ ０．０８ Ｍｇ ０．０２ ０．０１ Ｃａ ０．０１ ０．０１ Ｏ ０．００１５ ０．００１４ Ｎ ０．００１４ ０．００３５ 重量％、残部Ｆｅ。 【００２７】（３）分塊 合金Ａのインゴットを１２５０℃の温度に加熱し、鍛造
して１４５mm角のビレットまたは直径７５mmの丸棒にし
た。 合金Ｂのインゴットも加熱温度１２５０℃で分塊
圧延し、直径５０mm、７０mmまたは８０mmの丸棒にし
た。 【００２８】（４）熱間線材圧延 上記の分塊工程で製造した材料を１２８０℃から９００
℃の範囲の種々の温度に加熱し、圧延を行なった。 圧
延後の寸法を９〜１５mmの範囲で変化させ熱間圧延線材
を製造した。 【００２９】その際、圧延終止温度および圧延終了後７
００℃までの冷却速度を制御した。圧延後の冷却には、
ブロワーによる強制空冷および水冷却を行ない、それぞ
れ送風量および供給水量を制御して、冷却速度を制御し
た。 【００３０】熱間圧延の条件および冷却速度を、表２に
示す。 【００３１】 表２ No. 組成 熱間圧延材寸法 加工率 終止温度 冷却速度 冷却方法 抽出時 加工後 ln(So/S) （℃） （℃/sec） 実施例 １ Ａ 145B φ15 4.78 1050 4.5 空冷1* ２ Ａ 145B φ12 5.2 1050 7.2 空冷2 ３ Ａ 145B φ10.5 5.49 1050 8.3 空冷3 ４ Ｂ φ80 φ10.5 4.06 1050 7.0 空冷2 ５ Ｂ φ70 φ12 3.59 1000 7.5 空冷2 ６ Ｂ φ70 φ8 4.10 1100 40.0 水冷 比較例 ７ Ａ 145B φ12 6.53 1100 2.0 空冷0 ８ Ａ φ70 φ10.5 8.79 880 5.0 空冷1 ９ Ｂ φ50 φ12 2.40 1050 1.5 空冷0 *「空冷」の後の数字は、使用したブロワの数を示す。 【００３２】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」（株式会社ニレ
コの登録商標）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。 【００３３】（５）第１伸線 この表面を削った合金線を冷間伸線し、直径７．７５mm
とした。 【００３４】（６）熱処理 直径７．７５mmに伸線した線材を６５０℃に１０時間加
熱することにより熱処理を行ない、軟化および時効析出
効果を得た。 【００３５】（７）皮剥ぎ 熱処理後の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った。 【００３６】（８）第２伸線 冷間伸線により、直径３．０mmの合金線を得た。 加工
率は８５％とした。 【００３７】（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。 【００３８】メッキ後の合金線について、捻回値試験
（試験法は前記した。 １０コの平均と、標準偏差を求
めた。）、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。 【００３９】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、引張り強さおよ
び伸びの測定値を、表３にまとめて示す。 膨張係数
は、合金Ａでは３．６〜３．８×１０^-6/℃、合金Ｂで
は３．４〜３．６×１０^-6/℃であった。 【００４０】 表３ No. 組成 圧延線材特 性 最終製品サイズ の特性 結晶粒径 粒界炭化物 引張強さ 伸び 捻回値 （μｍ） （面積率％） （kgf／mm²）（％）（回/100d） 平均 σ 実施例 １ Ａ 26 1.1 132.3 2.0 115 9 ２ Ａ 21 0.13 134.3 2.1 125 5 ３ Ａ 17 0.05 136.5 2.2 120 7 ４ Ｂ 47 0.05 135.2 1.8 122 6 ５ Ｂ 55 0.06 138.3 1.6 123 6 ６ Ｂ 12 0.02 132.8 2.2 127 5 比較例 ７ Ａ 76 2.4 132.2 1.6 75 22 ８ Ａ 4 2.2 137.7 1.4 61 33 ９ Ｂ 82 3.1 131.5 1.5 82 25 上記表２および表３のデータから明らかなように、熱間
線材圧延とその後の処理の条件とを本発明に従って選択
することにより、高い破断捻回値が得られている。 【００４１】 【発明の効果】本発明によるときは、１００kgf／mm²以
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】 本発明の高強度低熱膨張合金線材の製造方法
の工程を示すブロックダイアグラム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮崎 健史 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 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６−136442（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−311548（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−70894（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−55364（ＪＰ，Ａ) 特許3451771（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21D 8/00 - 8/10 C22C 38/00 - 38/60

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【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、Ａｌ：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
   さを有する線材を製造する方法であって、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、熱間の線材圧延を、終止温度９００℃以上
   １１００℃以下、圧下率ｌｎ（Ｓ_０／Ｓ）≧３．０（た
   だし、Ｓ_０は圧延前断面積、Ｓは圧延後断面積）の条件
   で実施し、その後の処理を、圧延終止から７００℃まで
   の温度範囲における冷却速度を３．０℃/sec以上の条件
   で実施することを特徴とする高強度低熱膨張合金線材の
   製造方法。