JP3871894B2 - 延性に優れた高強度低熱膨張合金の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低弛度送電線の芯線用材料として使用できる延性に優れた高強度低熱膨張合金の製造方法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。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が、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、最終的に細線に冷間加工を施し撚り線として使用するため、高い引張強さを有し、かつ優れた延性を高位に安定させる芯線用材料が必要となる。
【０００３】
これらのことから、低弛度送電線の芯線用材料として、高強度低熱膨張率Ｆｅ−Ｎｉ系合金およびその製造方法として、例えば特公昭５８−７７５２５号公報、特開平５−７０８９４号公報、特開平８−１００２４２号公報、特開平８−１９９２３８号公報、、特開平５−１９９３０６号公報、特開平５−１９９３０７号公報、特開平８−１９９３０８号公報および特許第２９４１３１２号公報が提案されており、これらは、Ｆｅ−Ｎｉ合金にＣ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｎｂなどの合金元素を添加し、強度向上を図り、さらに最終の冷間加工により加工硬化を利用し所定の強度を得るものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特許においては、低弛度送電線の芯線用材料として所定の強度を得るために、最終冷間加工において、加工率を上げるとその加工硬化によって、延性が劣化する。そのため、圧延後に固溶化処理を施す方法、最終冷間加工後に焼鈍などの熱処理によって延性の回復を得る方法、炭化物の制御を行う方法などが提案されているが、工程追加によるコストアップを招いたり、安定して高い引張強度を得ることが困難である。
【０００５】
【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、熱間圧延条件を制御し、その後の３０〜７０％の冷間加工と熱処理を組み合わせることにより、高い冷間加工を施して高い強度を付与しても延性が劣化しない高強度低熱膨張合金の製造方法を提供するものである。
【０００６】
その発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｃ：０．１〜０．４％、Ｖ：０．２〜３．０％、Ｎｉ：２５〜５０％、３７％≦Ｎｉ＋Ｃｏ≦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合金を用いて、熱間圧延に際し該合金を１１００〜１２５０℃の範囲に加熱し、圧延最終温度を９００℃以上となるように制御圧延を行ない、引続き３０〜７０％の減面率での冷間加工後、５５０〜７００℃の温度範囲で熱処理を行うことを特徴とする延性に優れた高強度低熱膨張合金の製造方法。
（２）前記（１）において、圧延最終温度を９００℃以上で圧延終了後、水冷による冷却を行うことを特徴とする延性に優れた高強度低熱膨張合金の製造方法にある。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る製造条件について述べる。
低い線膨張係数を有する必要があるため、２５〜５０％のＮｉを含有するＦｅ合金を用い、該合金を熱間圧延での圧延温度を１１００〜１２５０℃とし、圧延最終温度を９００℃以上となるように制御圧延を行なうことは、析出強化の際に炭化物などの時効強化元素が有効に働くために制御するもので、圧延加熱時に完全に固溶化させるため、また、圧延最終温度を９００℃以上とするために、圧延加熱温度を１１００℃以上とする。高温になると、スケールの生成が増大し、また加熱による製造コストも高くなるため、上限を１２５０℃とした。
【０００８】
圧延最終温度が低いと圧延中もしくは終了後に炭化物が析出し、析出強化に有効な元素が減少するばかりでなく、延性も劣化するため、圧延最終温度は９００℃以上、さらに炭化物の析出を有効にするためには、圧延終了後急冷することが必要で、その場合の冷却条件としては水冷とした。
冷間加工：３０〜７０％
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。しかし、３０％未満では、その効果が十分でなく、７０％を超える冷間加工は製造コストの上昇となる。従って、その範囲を３０〜７０％とした。
【０００９】
熱処理温度：５５０〜７００℃
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、５５０℃未満では有効な析出強化はできない。また、７００℃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、この後に熱処理によって生成するスケールを除去するため、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。
【００１０】
次に、本発明に係る延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。
延性に優れた高強度低熱膨張合金としては、質量％で、Ｃ：０．１〜０．４％、Ｖ：０．２〜３．０％、３７％≦Ｎｉ＋Ｃｏ≦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合金である。その理由は、粒界に析出する炭化物を形成するＭｏを無添加とし、替わりにＶを添加し時効強化元素であるＣとＶの含有量の比（Ｖ／Ｃ）を制御することで、粗大なＶ系炭化物の生成を抑制し、高い引張強さと延性を高位に安定させるためである。
【００１１】
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、延性が劣化し、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。
Ｖ：０．２〜３．０％
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、炭化物の微細析出を促進するため、延性の向上に有効である。しかし、過剰に含有すると、延性が劣化し、線膨張係数が大きくなるため、その範囲を０．２〜３．０％とした。
【００１２】
２≦Ｖ／Ｃ≦９
Ｖ／Ｃは、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、さらに延性が劣化する。よって、２≦Ｖ／Ｃ≦９とする。
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〜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、３７％≦Ｎｉ＋Ｃｏ≦４０％とした。ただし、Ｃｏは不純物レベル程度でもよい。
【００１３】
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に示す化学成分の材料を溶製し、鋼塊を製造し、分塊圧延にて鋼片を製造し、この鋼片を１０００〜１２５０℃に加熱し、圧延開始温度から最終温度範囲を８００〜１０００℃に制御し、熱間圧延にてφ１２〜１６ｍｍの線材を製造した。その後、冷間加工率２５〜７０％程度で伸線し、５１０〜７２０℃の温度域で３ｈ保持し熱処理した後、皮剥ぎを実施し、φ１０〜６．５ｍｍのコイルを製造した。得られたコイルを用いて、その状態で引張強度、線膨張係数を測定した。その結果を表２に示す。
【００１４】
表２に示すように、Ｎｏ．１〜６は本発明例であり、Ｎｏ．７〜８は比較例である。圧延加熱温度、最終温度が低い比較例Ｎｏ．７は、引張強度、のびが低下している。熱処理温度が低いＭｏ．８は、他のＡ材と比較して、引張強度、のびが著しく劣る。これに対し、本発明例は、高い引張強さを有しながら、低い熱膨張特性と優れた伸びを有することが判る。さらに、圧延後、水冷したものは、空冷材に比べ強度が高く、伸びが向上している。
【００１５】
【表１】

【００１６】
【表２】

【００１７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により製造される合金は、高い延性を有しているため低弛度送電線の芯線用材料として使用するのに適した材料であり、これにより、大容量の送電が可能となる極めて優れた効果を奏するものである。

Claims (2)

1. 質量％で、Ｃ：０．１〜０．４％、Ｖ：０．２〜３．０％、Ｎｉ：２５〜５０％、３７％≦Ｎｉ＋Ｃｏ≦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合金を用いて、熱間圧延に際し該合金を１１００〜１２５０℃の範囲に加熱し、圧延最終温度を９００℃以上となるように制御圧延を行ない、引続き３０〜７０％の減面率での冷間加工後、５５０〜７００℃の温度範囲で熱処理を行うことを特徴とする延性に優れた高強度低熱膨張合金の製造方法。
2. 請求項１において、圧延最終温度を９００℃以上で圧延終了後、水冷による冷却を行うことを特徴とする延性に優れた高強度低熱膨張合金の製造方法。