JP3842053B2 - 捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金およびその合金線 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば低弛度送電線の芯線用材料等として使用する捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金およびその合金線に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、耐熱Ａｌ合金の撚り線からなる架空送電線の芯線としては、鋼線が主に使用されてきた。また、近年、電力需要の増大に対応するため、送電量を増やす必要がある。しかし、送電量を増やした場合、従来の鋼線では熱膨張が大きいため、電線の垂れ下がりが問題となる。そこで、低い熱膨張率を持つインバー合金を芯線用材料として用いて、低弛度化による送電量の増大を図る。この時、インバー合金は、最終的には細線の撚り線として使用するために、高い引張強さと優れた捻回特性を高位に安定させることが必要となる。
【０００３】
これらのことから、高強度低熱膨張合金として、例えば特公平３−２１６２２号公報や特公平３−２１６２３号公報および特許第２９６８４３０号特許公報が知られている。上記の特公平３−２１６２２号公報には、Ｃ：０．１％超過〜０．３％未満、Ｃｏ：０．１〜５．０％未満およびＣｕ：０．１〜７．０％以下（ただし、Ｃｏ＋Ｃｕ：８．０％以下）とともに、（Ｎｉ＋Ｃｏ＋Ｃｕ）：３８．０〜５０．０％となるＮｉを含有し、Ｓｉ，ＭｎおよびＣｒの１種または２種以上を１．０％以下と、Ｍｏ，Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，ＴａおよびＷの１種または２種以上を０．２０〜４．０％含有し、残部が実質的にＦｅからなる高強度低熱膨張合金が開示されている。
【０００４】
また、特公平３−２１６２３号公報には、Ｃ：０．１％超過〜０．３％未満およびＣｕ：０．１〜８．０％を含有し、（Ｎｉ＋Ｃｕ）：３５．０〜５０．０％となる量のＮｉを含有するとともに、Ｓｉ，ＭｎおよびＣｒの１種または２種以上を１．０％超過〜５．０％含有し、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｗ，ＨｆおよびＡｌの１種または２種以上を４．５％以下含有し、残余が実質的にＦｅからなる高強度低熱膨張合金であり、また、特許第２９６８４３０号特許公報は、重量比にして、Ｃ：０．１〜０．４％、Ｓｉ：０．２〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜１．５％、Ｎｉ：３３〜４２％、Ｃｏ：５．０％以下、Ｃｒ：０．７５〜３．０％、Ｖ：０．２〜３．０％、Ｂ：０．００３％以下、Ｏ：０．００３％以下、Ａｌ：０．１％以下、Ｍｇ：０．１％以下、Ｔｉ：０．１％以下、Ｃａ：０．１％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ１．０％≦Ｖ＋Ｃｒ≦５．０％の関係を有する高強度低熱膨張合金が開示されている。
【０００５】
一方、高強度合金線として、例えば特開平６−２７９９４５号公報や特開平６−３４６１９３号公報が知られている。この特開平６−２７９９４５号公報には、重量％で、Ｃ：０．０６〜０．５０％を含み、Ｃｏ：６５％以下、Ｎｉ：３０％以下の１種または２種をＣｏ＋Ｎｉで２５〜６５％含有し、残部がＦｅを主成分とする組成からなるオーステナイト相を主体とする高強度低熱膨張合金線であって、加工誘起マルテンサイト相を含有する高強度低熱膨張合金線が開示されている。
【０００６】
さらには、特開平６−３４６１９３号公報には、重量％で、Ｃ：０．０６〜０．５０％、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｎｉ：２５〜３０％、Ｃｏ：２〜１６．３％を含み、かつＮｉとＣｏの関係が５２−（５／３）Ｎｉ≦Ｃｏ≦５８−（５／３）Ｎｉからなり、さらに、Ｖ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ，ＨｆおよびＺｒの１種または２種を合計で１％以下含有し、残部は不純物を除きＦｅからなる組成で、少なくともオーステナイト相と加工誘起変態によって生じるマルテンサイト相との２相を有する組成とした高強度低熱膨張合金線が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特公平３−２１６２２号公報や特公平３−２１６２３号公報については、多くの強化元素の１つとしてＶ選択添加を掲げているが、しかし、Ｖ添加の捻回特性に対する優位性については特に述べられていない。また、特許第２９６８４３０号特許公報は、Ｖ添加の捻回特性に対する優位性について述べているが、しかし、低弛度送電線の芯線用材料として使用する際に、上記特許では、高い引張強さ、優れた捻回特性と、低い熱膨張特性を全て高位に安定させるためには未だ不十分であると言う問題がある。
【０００８】
さらに、特開平６−２７９９４５号公報や特開平６−３４６１９３号公報については、加工誘起マルテンサイト変態を利用したものである。しかし、上記材料を用いて製造した合金線は、１０％程度のＣｏを含有するためコストが高く、さらに加工誘起マルテンサイト変態によって、引張強さは向上するが、熱膨張率が大きくなり捻回特性が劣ると言う問題がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述したような問題を解消するために、発明者らは鋭意開発を進めた結果、時効強化元素であるＣとＶの含有量の比（Ｖ／Ｃ）を制御し、また、Ｃｒを含有する場合はＶ／Ｃｒ比を制御することにより、高い引張強さ、優れた捻回特性と低い熱膨張特性を全て高位に安定させた高強度低熱膨張合金、さらには、Ｖ添加型のＦｅ−Ｎｉ系合金を用いて、引張強さ１３００ＭＰａ以上、望ましくは１４００ＭＰａ以上で捻回値が２０回／１００Ｄ以上、望ましくは６０回／１００Ｄ以上の捻回特性に優れた高強度低熱膨張の合金線を提供するものである。その発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｃ：０．１〜０．４％、Ｓｉ：０．３３〜２．０％、Ｍｎ：２．０％以下、Ｖ：０．５％超〜３．０％、Ｎｉ：２５〜４０％、を含有し、２≦Ｖ／Ｃ≦９を満たし、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金。
【００１０】
（２）前記（１）において、Ｃｒ：３．０％以下を含み、かつ０．９≦Ｖ／Ｃｒであることを特徴とする捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金。
（３）前記（１）または（２）において、Ｃｏ：３．０２％以下を含み、かつ３７％≦Ｎｉ＋Ｃｏ≦４０％であることを特徴とする捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金。
（４）前記（１）〜（３）において、Ｂ：０．０５％以下、Ｃａ：０．０５％以下、のうちの１種または２種を含むことを特徴とする捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金。
【００１１】
（５）前記（１）〜（４）において、Ａｌ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｗ，Ｃｕ、のうちの１種または２種以上を合計で１．２０％以下含むことを特徴とする捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金。
（６）前記（１）〜（５）の材料を用いて製造される捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金線。
【００１２】
（７）前記（１）〜（５）からなる材料を用いて製造され、引張強さが１３００ＭＰａ以上、捻回値が２０回／１００Ｄ以上であることを特徴とする捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金線。但し、Ｄ：最終線径
（８）前記（６）、前記（７）の伸びが０．８％以上の特性を有することを特徴とする捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金線。
【００１３】
（９）前記（６）〜（８）の線膨張係数が、１５℃から１００℃までの２点間における平均線膨張係数が３×１０-6／℃以下（１５〜１００℃）、１５℃から２３０℃までの２点間における平均線膨張係数が４×１０-6／℃以下（１５〜２３０℃）、１００℃から２４０℃までの２点間における平均線膨張係数が４×１０-6／℃以下（１００〜２４０℃）、２３０℃から２９０℃までの２点間における平均線膨張係数が１１×１０-6／℃以下（２３０〜２９０℃）を満足する特性を有することを特徴とする捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金線。
（１０）前記（６）〜（９）記載の合金線にＡｌ被覆、またはＺｎめっき処理を施してなる捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金線にある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金の化学組成範囲について成分限定理由を述べる。
Ｃ：０．１〜０．４％
Ｃは、固溶強化、炭化物の析出強化として材料の強化に必要である。しかし、過剰に含有すると、捻回特性が劣化し、線膨張係数が大きくなるため、その範囲を０．１〜０．４％とした。
【００１５】
Ｖ：０．５％超〜３．０％
Ｖは、炭化物の析出強化として材料の強化に必要である。また、粗大炭化物の粒界析出を抑制し、粒内炭化物の微細析出を促進するため、捻回特性の向上に有効である。しかし、過剰に含有すると、捻回特性が劣化し、線膨張係数が大きくなるため、その範囲を０．５％超〜３．０％とした。
Ｎｉ：２５〜４０％
Ｎｉは、低い熱膨張特性を実現させるために不可欠であり、その範囲を２５〜４０％とした。
【００１６】
２≦Ｖ／Ｃ≦９
Ｖ／Ｃは、本発明の最大の特徴とするもので、Ｃ量に対してＶ量が少な過ぎると、析出強化が不十分であり、さらに、固溶Ｃ量が増えて、線膨張係数が大きくなる。また、Ｃ量に対してＶ量が過剰な場合も、線膨張係数が大きくなり、さらに捻回特性が劣化する。よって、２≦Ｖ／Ｃ≦９、さらに好ましくは３≦Ｖ／Ｃ≦５とする。
【００１７】
Ｓｉ：０．３３〜２．０％
Ｓｉは、材料の強化に必要である。しかし、０．３３％未満はその効果が十分でなく、また、多量の添加は、線膨張係数を大きくするために、その上限を２．０％とする。
Ｍｎ：２．０％以下
Ｍｎは、脱酸剤であり、さらに、材料の強化に有効である。しかし、多量の添加は、線膨張係数を大きくするために、その上限を２．０％とする。
【００１８】
Ｃｒ：３．０％以下
Ｃｒは、材料の強化に有効である。しかし、多量の添加は、線膨張係数を大きくするために、その上限を３．０％とする。
０．５≦Ｖ／Ｃｒ
Ｖ／Ｃｒは、Ｖ量に対して過剰のＣｒを含有すると、粗大なＣｒ系炭化物、粗大なＶ，Ｃｒ系の複合炭化物を生成し捻回特性が劣化する。捻回特性をさらに高位に安定させる必要のある場合、０．５≦Ｖ／Ｃｒ、さらに好ましくは０．９≦Ｖ／Ｃｒとする。
【００１９】
Ｃｏ：３．０２％以下
Ｃｏは、原材料に不可避的不純物として含まれる場合が多い。また、添加した場合には、Ｎｉと同様に線膨張係数の低減に有効であるが、多量の添加は、原価の上昇を招くため、その上限を３．０２％とした。
３７％≦Ｎｉ＋Ｃｏ≦４０％
Ｎｉ＋Ｃｏは、低弛度送電線の芯線用材料として使用する場合、常温から３００℃程度の温度域全般に渡って、平均的に低い線膨張係数を有する必要があるため、その範囲を３７％≦Ｎｉ＋Ｃｏ≦４０％とした。さらに必要に応じて３７．５％≦Ｎｉ＋Ｃｏ≦３９％とする。
【００２０】
Ｂ：０．０５％以下
Ｂは、熱間加工性の向上に有効である。しかし、多量の添加は、靱性劣化するために、その上限を０．０５％とした。
Ｃａ：０．０５％以下
Ｃａは、Ｓ等の不純物の固定による靱性の向上を計る元素である。しかし、多量の添加は逆に靱性劣化するために、その上限を０．０５％とした。
【００２１】
Ａｌ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｗ，Ｃｕのうちの１種または２種以上を合計で１．２０％以下
Ａｌ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｗ，Ｃｕは、材料の強化に有効であるが、しかし、多量の添加は延性、熱膨張特性の劣化を招くため、その上限を合計で１．２０％以下とした。
【００２２】
本発明の捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金線は、引張強さが１３００ＭＰａ以上、捻回値が２０回／１００Ｄ以上であることが望ましい。引張強さが１３００ＭＰａより小さいと、電線としての張力がかけられず、所望の弛度、つまり増容量化が難しくなり、捻回値が２０回／１００Ｄより小さいと、撚線時に断線するなど、線材としての信頼性がなくなる。そのため、引張強さを１３００ＭＰａ以上、捻回値を２０回／１００Ｄ以上とした。また、本発明の捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金線は、伸びが０．８％以上であることが望ましい。伸びが０．８％より小さいと架線時の断線等、合金線の信頼性がなくなるため、０．８％以上とした。
【００２３】
さらに、本発明の捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金線は、線膨張係数が、１５℃から１００℃までの２点間における平均線膨張係数が３×１０-6／℃以下（１５〜１００℃）、１５℃から２３０℃までの２点間における平均線膨張係数が４×１０-6／℃以下（１５〜２３０℃）、１００℃から２４０℃までの２点間における平均線膨張係数が４×１０-6／℃以下（１００〜２４０℃）、２３０℃から２９０℃までの２点間における平均線膨張係数が１１×１０-6／℃以下（２３０〜２９０℃）の特性を有することが望ましい。線膨張係数が上記に記載の値よりも大きいと、所望の弛度が得られず、増容量化が不可能である。
さらにまた、本発明の捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金線は、表面に耐食性を有する被膜処理されていることが望ましい。被膜処理としては、生産性に優れるＡｌ被覆またはＺｎめっきが望ましいが、同等の耐食性を有するものであってもよい。
【００２４】
本発明に係わる捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金線の製造方法としては、鋳造、圧延の終了後に、３０〜９０％の減面率での冷間加工、４５０〜７５０℃の温度範囲で熱処理を順次実施した後に、３０〜９９％の減面率での冷間加工を実施することが望ましい。圧延終了後に実施する冷間加工の減面率を３０〜９０％としたのは、冷間加工による歪みがある状態で適切な温度で熱処理を行えば有効に析出強化できるためであり、減面率が３０％未満であるとその効果が充分ではなく、９０％を超える冷間加工は製造コストの上昇となるためである。
【００２５】
また、前記冷間加工に引続き行う熱処理は、析出強化処理、および歪み取りとして行う。しかし、４５０℃未満では有効な析出強化はできない。また、７５０℃を超える温度域では、過時効および再結晶による強度低下を招く。さらに、熱処理によって生成するスケールは捻回特性を低下させる要因であるため、このスケールを除去するために、熱処理後に皮剥ぎ工程もしくは同じ効果が得られる工程があってもよい。熱処理後に実施する冷間加工の減面率を３０〜９９％としたのは、冷間加工により加工硬化できるためであり、減面率が３０％未満であるとその効果が充分でなく、９９％を超える加工は、捻回特性、伸びなどの靱性の劣化を招くためである。
【００２６】
以下、本発明について、実施例によって、具体的に説明する。
【実施例】
表１に示す元素と通常の不純物からなる本発明鋼および比較鋼の合金を溶製した。その後、本発明鋼Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７および比較鋼Ｎｏ．１５〜Ｎｏ．２１については、径１２ｍｍの線材圧延を行い、５１％の減面率となる径８．４ｍｍ伸線加工を行い、６５０℃の熱処理後、径８．０ｍｍまで表面の皮剥ぎし、最後に８６％の減面率となる径３．０ｍｍ伸線加工を行い合金線を製造した。また、本発明鋼Ｎｏ．８〜Ｎｏ．１４および比較鋼Ｎｏ．２２〜Ｎｏ．２４については、径１６ｍｍの線材圧延を行い、７２％の減面率となる径８．４ｍｍ伸線加工を行い、５８０℃の熱処理後、径８．０ｍｍまで表面の皮剥ぎし、最後に９２％の減面率となる径２．２ｍｍ伸線加工を行い合金線を製造した。
【００２７】
これらの材料を用いて、引張強さ、伸び、捻回特性、熱膨張特性について調査を行った。その結果を表１に示す。引張強さ、伸びは、径３．０ｍｍまたは２．２ｍｍ、ゲージ長さ２５０ｍｍの引張試験片を用いて実施し、熱膨張特性は（径３．０ｍｍまたは２．２ｍｍ）×（長さ１０ｍｍ）を誘導加熱で加熱または冷却を行い、長さ変化を作動トランスで読み取る。さらに、捻回特性は、径３．０ｍｍ×長さ３００ｍｍ（径の１００倍）、または径２．２ｍｍ×長さ２２０ｍｍ（の１００倍）の合金線の片端を固定し破断するまで捻り、破断までの回数を捻回値として測定した。その結果、表１に示すように、得られた本発明の合金線は、引張り強さを１３００ＭＰａ以上、望ましくは１４００ＭＰａ以上に高めた場合でも優れた捻回特性、伸び、低い線膨張係数を示していることが判る。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明による２≦Ｖ／Ｃ≦９に制御したＶ添加型の高強度熱膨張合金を用いて製造した合金線は、引張強さ１３００ＭＰａ以上、望ましくは１４００ＭＰａ以上とした場合でも、２０回／１００Ｄ以上、さらには１００回／１００Ｄ以上の優れた捻回特性を有する。また、加工誘起マルテンサイト変態が生じないため、得られた合金線は低い線膨張係数を示す極めて優れた効果を奏するものである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば低弛度送電線の芯線用材料等として使用する捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金およびその合金線に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、耐熱Ａｌ合金の撚り線からなる架空送電線の芯線としては、鋼線が主に使用されてきた。また、近年、電力需要の増大に対応するため、送電量を増やす必要がある。しかし、送電量を増やした場合、従来の鋼線では熱膨張が大きいため、電線の垂れ下がりが問題となる。そこで、低い熱膨張率を持つインバー合金を芯線用材料として用いて、低弛度化による送電量の増大を図る。この時、インバー合金は、最終的には細線の撚り線として使用するために、高い引張強さと優れた捻回特性を高位に安定させることが必要となる。
【０００３】
これらのことから、高強度低熱膨張合金として、例えば特公平３−２１６２２号公報や特公平３−２１６２３号公報および特許第２９６８４３０号特許公報が知られている。上記の特公平３−２１６２２号公報には、Ｃ：０．１％超過〜０．３％未満、Ｃｏ：０．１〜５．０％未満およびＣｕ：０．１〜７．０％以下（ただし、Ｃｏ＋Ｃｕ：８．０％以下）とともに、（Ｎｉ＋Ｃｏ＋Ｃｕ）：３８．０〜５０．０％となるＮｉを含有し、Ｓｉ，ＭｎおよびＣｒの１種または２種以上を１．０％以下と、Ｍｏ，Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，ＴａおよびＷの１種または２種以上を０．２０〜４．０％含有し、残部が実質的にＦｅからなる高強度低熱膨張合金が開示されている。
【０００４】
また、特公平３−２１６２３号公報には、Ｃ：０．１％超過〜０．３％未満およびＣｕ：０．１〜８．０％を含有し、（Ｎｉ＋Ｃｕ）：３５．０〜５０．０％となる量のＮｉを含有するとともに、Ｓｉ，ＭｎおよびＣｒの１種または２種以上を１．０％超過〜５．０％含有し、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｗ，ＨｆおよびＡｌの１種または２種以上を４．５％以下含有し、残余が実質的にＦｅからなる高強度低熱膨張合金であり、また、特許第２９６８４３０号特許公報は、重量比にして、Ｃ：０．１〜０．４％、Ｓｉ：０．２〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜１．５％、Ｎｉ：３３〜４２％、Ｃｏ：５．０％以下、Ｃｒ：０．７５〜３．０％、Ｖ：０．２〜３．０％、Ｂ：０．００３％以下、Ｏ：０．００３％以下、Ａｌ：０．１％以下、Ｍｇ：０．１％以下、Ｔｉ：０．１％以下、Ｃａ：０．１％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ１．０％≦Ｖ＋Ｃｒ≦５．０％の関係を有する高強度低熱膨張合金が開示されている。
【０００５】
一方、高強度合金線として、例えば特開平６−２７９９４５号公報や特開平６−３４６１９３号公報が知られている。この特開平６−２７９９４５号公報には、重量％で、Ｃ：０．０６〜０．５０％を含み、Ｃｏ：６５％以下、Ｎｉ：３０％以下の１種または２種をＣｏ＋Ｎｉで２５〜６５％含有し、残部がＦｅを主成分とする組成からなるオーステナイト相を主体とする高強度低熱膨張合金線であって、加工誘起マルテンサイト相を含有する高強度低熱膨張合金線が開示されている。
【０００６】
さらには、特開平６−３４６１９３号公報には、重量％で、Ｃ：０．０６〜０．５０％、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｎｉ：２５〜３０％、Ｃｏ：２〜１６．３％を含み、かつＮｉとＣｏの関係が５２−（５／３）Ｎｉ≦Ｃｏ≦５８−（５／３）Ｎｉからなり、さらに、Ｖ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ，ＨｆおよびＺｒの１種または２種を合計で１％以下含有し、残部は不純物を除きＦｅからなる組成で、少なくともオーステナイト相と加工誘起変態によって生じるマルテンサイト相との２相を有する組成とした高強度低熱膨張合金線が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特公平３−２１６２２号公報や特公平３−２１６２３号公報については、多くの強化元素の１つとしてＶ選択添加を掲げているが、しかし、Ｖ添加の捻回特性に対する優位性については特に述べられていない。また、特許第２９６８４３０号特許公報は、Ｖ添加の捻回特性に対する優位性について述べているが、しかし、低弛度送電線の芯線用材料として使用する際に、上記特許では、高い引張強さ、優れた捻回特性と、低い熱膨張特性を全て高位に安定させるためには未だ不十分であると言う問題がある。
【０００８】
さらに、特開平６−２７９９４５号公報や特開平６−３４６１９３号公報については、加工誘起マルテンサイト変態を利用したものである。しかし、上記材料を用いて製造した合金線は、１０％程度のＣｏを含有するためコストが高く、さらに加工誘起マルテンサイト変態によって、引張強さは向上するが、熱膨張率が大きくなり捻回特性が劣ると言う問題がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述したような問題を解消するために、発明者らは鋭意開発を進めた結果、時効強化元素であるＣとＶの含有量の比（Ｖ／Ｃ）を制御し、また、Ｃｒを含有する場合はＶ／Ｃｒ比を制御することにより、高い引張強さ、優れた捻回特性と低い熱膨張特性を全て高位に安定させた高強度低熱膨張合金、さらには、Ｖ添加型のＦｅ−Ｎｉ系合金を用いて、引張強さ１３００ＭＰａ以上、望ましくは１４００ＭＰａ以上で捻回値が２０回／１００Ｄ以上、望ましくは６０回／１００Ｄ以上の捻回特性に優れた高強度低熱膨張の合金線を提供するものである。その発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｃ：０．１〜０．４％、Ｓｉ：０．３３〜２．０％、Ｍｎ：２．０％以下、Ｖ：０．５％超〜３．０％、Ｎｉ：２５〜４０％、を含有し、２≦Ｖ／Ｃ≦９を満たし、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金。
【００１０】
（２）前記（１）において、Ｃｒ：３．０％以下を含み、かつ０．９≦Ｖ／Ｃｒであることを特徴とする捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金。
（３）前記（１）または（２）において、Ｃｏ：３．０２％以下を含み、かつ３７％≦Ｎｉ＋Ｃｏ≦４０％であることを特徴とする捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金。
（４）前記（１）〜（３）において、Ｂ：０．０５％以下、Ｃａ：０．０５％以下、のうちの１種または２種を含むことを特徴とする捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金。
【００１１】
（５）前記（１）〜（４）において、Ａｌ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｗ，Ｃｕ、のうちの１種または２種以上を合計で１．２０％以下含むことを特徴とする捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金。
（６）前記（１）〜（５）の材料を用いて製造される捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金線。
【００１２】
（７）前記（１）〜（５）からなる材料を用いて製造され、引張強さが１３００ＭＰａ以上、捻回値が２０回／１００Ｄ以上であることを特徴とする捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金線。但し、Ｄ：最終線径
（８）前記（６）、前記（７）の伸びが０．８％以上の特性を有することを特徴とする捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金線。
【００１３】
（９）前記（６）〜（８）の線膨張係数が、１５℃から１００℃までの２点間における平均線膨張係数が３×１０-6／℃以下（１５〜１００℃）、１５℃から２３０℃までの２点間における平均線膨張係数が４×１０-6／℃以下（１５〜２３０℃）、１００℃から２４０℃までの２点間における平均線膨張係数が４×１０-6／℃以下（１００〜２４０℃）、２３０℃から２９０℃までの２点間における平均線膨張係数が１１×１０-6／℃以下（２３０〜２９０℃）を満足する特性を有することを特徴とする捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金線。
（１０）前記（６）〜（９）記載の合金線にＡｌ被覆、またはＺｎめっき処理を施してなる捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金線にある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金の化学組成範囲について成分限定理由を述べる。
Ｃ：０．１〜０．４％
Ｃは、固溶強化、炭化物の析出強化として材料の強化に必要である。しかし、過剰に含有すると、捻回特性が劣化し、線膨張係数が大きくなるため、その範囲を０．１〜０．４％とした。
【００１５】
Ｖ：０．５％超〜３．０％
Ｖは、炭化物の析出強化として材料の強化に必要である。また、粗大炭化物の粒界析出を抑制し、粒内炭化物の微細析出を促進するため、捻回特性の向上に有効である。しかし、過剰に含有すると、捻回特性が劣化し、線膨張係数が大きくなるため、その範囲を０．５％超〜３．０％とした。
Ｎｉ：２５〜４０％
Ｎｉは、低い熱膨張特性を実現させるために不可欠であり、その範囲を２５〜４０％とした。
【００１６】
２≦Ｖ／Ｃ≦９
Ｖ／Ｃは、本発明の最大の特徴とするもので、Ｃ量に対してＶ量が少な過ぎると、析出強化が不十分であり、さらに、固溶Ｃ量が増えて、線膨張係数が大きくなる。また、Ｃ量に対してＶ量が過剰な場合も、線膨張係数が大きくなり、さらに捻回特性が劣化する。よって、２≦Ｖ／Ｃ≦９、さらに好ましくは３≦Ｖ／Ｃ≦５とする。
【００１７】
Ｓｉ：０．３３〜２．０％
Ｓｉは、材料の強化に必要である。しかし、０．３３％未満はその効果が十分でなく、また、多量の添加は、線膨張係数を大きくするために、その上限を２．０％とする。
Ｍｎ：２．０％以下
Ｍｎは、脱酸剤であり、さらに、材料の強化に有効である。しかし、多量の添加は、線膨張係数を大きくするために、その上限を２．０％とする。
【００１８】
Ｃｒ：３．０％以下
Ｃｒは、材料の強化に有効である。しかし、多量の添加は、線膨張係数を大きくするために、その上限を３．０％とする。
０．５≦Ｖ／Ｃｒ
Ｖ／Ｃｒは、Ｖ量に対して過剰のＣｒを含有すると、粗大なＣｒ系炭化物、粗大なＶ，Ｃｒ系の複合炭化物を生成し捻回特性が劣化する。捻回特性をさらに高位に安定させる必要のある場合、０．５≦Ｖ／Ｃｒ、さらに好ましくは０．９≦Ｖ／Ｃｒとする。
【００１９】
Ｃｏ：３．０２％以下
Ｃｏは、原材料に不可避的不純物として含まれる場合が多い。また、添加した場合には、Ｎｉと同様に線膨張係数の低減に有効であるが、多量の添加は、原価の上昇を招くため、その上限を３．０２％とした。
３７％≦Ｎｉ＋Ｃｏ≦４０％
Ｎｉ＋Ｃｏは、低弛度送電線の芯線用材料として使用する場合、常温から３００℃程度の温度域全般に渡って、平均的に低い線膨張係数を有する必要があるため、その範囲を３７％≦Ｎｉ＋Ｃｏ≦４０％とした。さらに必要に応じて３７．５％≦Ｎｉ＋Ｃｏ≦３９％とする。
【００２０】
Ｂ：０．０５％以下
Ｂは、熱間加工性の向上に有効である。しかし、多量の添加は、靱性劣化するために、その上限を０．０５％とした。
Ｃａ：０．０５％以下
Ｃａは、Ｓ等の不純物の固定による靱性の向上を計る元素である。しかし、多量の添加は逆に靱性劣化するために、その上限を０．０５％とした。
【００２１】
Ａｌ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｗ，Ｃｕのうちの１種または２種以上を合計で１．２０％以下
Ａｌ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｗ，Ｃｕは、材料の強化に有効であるが、しかし、多量の添加は延性、熱膨張特性の劣化を招くため、その上限を合計で１．２０％以下とした。
【００２２】
本発明の捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金線は、引張強さが１３００ＭＰａ以上、捻回値が２０回／１００Ｄ以上であることが望ましい。引張強さが１３００ＭＰａより小さいと、電線としての張力がかけられず、所望の弛度、つまり増容量化が難しくなり、捻回値が２０回／１００Ｄより小さいと、撚線時に断線するなど、線材としての信頼性がなくなる。そのため、引張強さを１３００ＭＰａ以上、捻回値を２０回／１００Ｄ以上とした。また、本発明の捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金線は、伸びが０．８％以上であることが望ましい。伸びが０．８％より小さいと架線時の断線等、合金線の信頼性がなくなるため、０．８％以上とした。
【００２３】
さらに、本発明の捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金線は、線膨張係数が、１５℃から１００℃までの２点間における平均線膨張係数が３×１０-6／℃以下（１５〜１００℃）、１５℃から２３０℃までの２点間における平均線膨張係数が４×１０-6／℃以下（１５〜２３０℃）、１００℃から２４０℃までの２点間における平均線膨張係数が４×１０-6／℃以下（１００〜２４０℃）、２３０℃から２９０℃までの２点間における平均線膨張係数が１１×１０-6／℃以下（２３０〜２９０℃）の特性を有することが望ましい。線膨張係数が上記に記載の値よりも大きいと、所望の弛度が得られず、増容量化が不可能である。
さらにまた、本発明の捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金線は、表面に耐食性を有する被膜処理されていることが望ましい。被膜処理としては、生産性に優れるＡｌ被覆またはＺｎめっきが望ましいが、同等の耐食性を有するものであってもよい。
【００２４】
本発明に係わる捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金線の製造方法としては、鋳造、圧延の終了後に、３０〜９０％の減面率での冷間加工、４５０〜７５０℃の温度範囲で熱処理を順次実施した後に、３０〜９９％の減面率での冷間加工を実施することが望ましい。圧延終了後に実施する冷間加工の減面率を３０〜９０％としたのは、冷間加工による歪みがある状態で適切な温度で熱処理を行えば有効に析出強化できるためであり、減面率が３０％未満であるとその効果が充分ではなく、９０％を超える冷間加工は製造コストの上昇となるためである。
【００２５】
また、前記冷間加工に引続き行う熱処理は、析出強化処理、および歪み取りとして行う。しかし、４５０℃未満では有効な析出強化はできない。また、７５０℃を超える温度域では、過時効および再結晶による強度低下を招く。さらに、熱処理によって生成するスケールは捻回特性を低下させる要因であるため、このスケールを除去するために、熱処理後に皮剥ぎ工程もしくは同じ効果が得られる工程があってもよい。熱処理後に実施する冷間加工の減面率を３０〜９９％としたのは、冷間加工により加工硬化できるためであり、減面率が３０％未満であるとその効果が充分でなく、９９％を超える加工は、捻回特性、伸びなどの靱性の劣化を招くためである。
【００２６】
以下、本発明について、実施例によって、具体的に説明する。
【実施例】
表１に示す元素と通常の不純物からなる本発明鋼および比較鋼の合金を溶製した。その後、本発明鋼Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７および比較鋼Ｎｏ．１５〜Ｎｏ．２１については、径１２ｍｍの線材圧延を行い、５１％の減面率となる径８．４ｍｍ伸線加工を行い、６５０℃の熱処理後、径８．０ｍｍまで表面の皮剥ぎし、最後に８６％の減面率となる径３．０ｍｍ伸線加工を行い合金線を製造した。また、本発明鋼Ｎｏ．８〜Ｎｏ．１４および比較鋼Ｎｏ．２２〜Ｎｏ．２４については、径１６ｍｍの線材圧延を行い、７２％の減面率となる径８．４ｍｍ伸線加工を行い、５８０℃の熱処理後、径８．０ｍｍまで表面の皮剥ぎし、最後に９２％の減面率となる径２．２ｍｍ伸線加工を行い合金線を製造した。
【００２７】
これらの材料を用いて、引張強さ、伸び、捻回特性、熱膨張特性について調査を行った。その結果を表１に示す。引張強さ、伸びは、径３．０ｍｍまたは２．２ｍｍ、ゲージ長さ２５０ｍｍの引張試験片を用いて実施し、熱膨張特性は（径３．０ｍｍまたは２．２ｍｍ）×（長さ１０ｍｍ）を誘導加熱で加熱または冷却を行い、長さ変化を作動トランスで読み取る。さらに、捻回特性は、径３．０ｍｍ×長さ３００ｍｍ（径の１００倍）、または径２．２ｍｍ×長さ２２０ｍｍ（の１００倍）の合金線の片端を固定し破断するまで捻り、破断までの回数を捻回値として測定した。その結果、表１に示すように、得られた本発明の合金線は、引張り強さを１３００ＭＰａ以上、望ましくは１４００ＭＰａ以上に高めた場合でも優れた捻回特性、伸び、低い線膨張係数を示していることが判る。
【００２８】
【表１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明による２≦Ｖ／Ｃ≦９に制御したＶ添加型の高強度熱膨張合金を用いて製造した合金線は、引張強さ１３００ＭＰａ以上、望ましくは１４００ＭＰａ以上とした場合でも、２０回／１００Ｄ以上、さらには１００回／１００Ｄ以上の優れた捻回特性を有する。また、加工誘起マルテンサイト変態が生じないため、得られた合金線は低い線膨張係数を示す極めて優れた効果を奏するものである。
Claims (10)
- 質量％で、
Ｃ：０．１〜０．４％、
Ｓｉ：０．３３〜２．０％、
Ｍｎ：２．０％以下、
Ｖ：０．５％超〜３．０％、
Ｎｉ：２５〜４０％、 を含有し、２≦Ｖ／Ｃ≦９を満たし、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金。 - 請求項１において、Ｃｒ：３．０％以下を含み、かつ０．９≦Ｖ／Ｃｒであることを特徴とする捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金。
- 請求項１または請求項２において、Ｃｏ：３．０２％以下を含み、かつ３７％≦Ｎｉ＋Ｃ
ｏ≦４０％であることを特徴とする捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金。 - 請求項１〜請求項３において、Ｂ：０．０５％以下、Ｃａ：０．０５％以下、のうちの１種または２種を含むことを特徴とする捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金。
- 請求項１〜請求項４において、Ａｌ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｗ，Ｃｕ、のうちの１種または２種以上を合計で１．２０％以下含むことを特徴とする捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金。
- 請求項１〜請求項５の材料を用いて製造される捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金線。
- 請求項１〜請求項５からなる材料を用いて製造され、引張強さが１３００ＭＰａ以上、捻回値が２０回／１００Ｄ以上であることを特徴とする捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金線。
但し、Ｄ：最終線径 - 請求項６、請求項７の伸びが０．８％以上の特性を有することを特徴とする捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金線。
- 請求項６〜８の線膨張係数が、１５℃から１００℃までの２点間における平均線膨張係数が３×１０ -6 ／℃以下（１５〜１００℃）、１５℃から２３０℃までの２点間における平均線膨張係数が４×１０ -6 ／℃以下（１５〜２３０℃）、１００℃から２４０℃までの２点間における平均線膨張係数が４×１０ -6 ／℃以下（１００〜２４０℃）、２３０℃から２９０℃までの２点間における平均線膨張係数が１１×１０ -6 ／℃以下（２３０〜２９０℃）を満足する特性を有することを特徴とする捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金線。
- 請求項６〜９記載の合金線にＡｌ被覆、またはＺｎめっき処理を施してなる捻回特性に優れた高強度低熱膨張合金線。
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