JP4144188B2 - 導電用耐熱アルミニウム合金線の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、架空送電線の導体等として用いられる導電用耐熱アルミニウム合金線の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、架空送電線の送電容量を増加させるためには、導体の断面積を大きくすれば良いが、そうするとこれに比例して架空送電線全体の重量も増加し、既存鉄塔の許容強度を超えてしまうといった問題が生ずる。
【0003】
そのため、導体の断面積を変えずに送電容量を増加させるには、導体として、導電率に優れたアルミニウム線を用いれば良く、さらに耐熱性を付与させるべくZrを0.1重量%程度含んだAl−Zr合金線等のアルミニウム合金線を使用するのが望ましい。
【0004】
しかしながら、従来のAl−Zr合金線においては、Zrの添加量に比例して耐熱性が向上することから耐熱性をさらに向上させるべくZrの添加量を増やしてその固溶量を増加させると、反対に導電性が著しく低下してしまい、導電率と耐熱性を高次元で両立することが難しいといった欠点がある。
【0005】
このような問題を解決するために近年ではさらに第三元素としてFe,Mg,Si等を添加し、適当な熱処理を施すことで耐熱性と導電性の要求特性を満たした耐熱アルミニウム合金線が提案されている。
【0006】
また、さらにこの熱処理を短縮するために微量のBeを添加したAl−Zr−Be系合金線や、導体素線自体に熱処理を施すことで耐熱性を著しく向上させた超耐熱アルミニウム合金線も開発され、実用化に至っている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようにAl−Zr合金にFe,Mg,Si等の第三元素を添加した耐熱アルミニウム合金線にあっては、極めて長時間(100時間以上)の熱処理(時効処理)を要するため、製造効率が悪いといった欠点がある。
【0008】
一方、熱処理を短縮するために微量のBeを添加したAl−Zr−Be系合金線にあっては、Be自体が高価な金属であるため、材料コストが高くなってしまうという問題がある。しかも、これら従来の合金組成及び製造方法では、その耐熱性,導電率及び強度の更なる特性向上は期待できない。
【0009】
さらに、導体素線自体に熱処理を施した超耐熱アルミニウム合金線にあっては、耐熱性は向上するものの引張強さが低下し、また、耐熱性向上を目的とした添加元素の影響のため導電率に影響してしまい、加えて荒引線の熱処理と比較して著しく製造コストが増加してしまうといった問題点がある。
【0010】
そこで、本発明はこのような課題を有効に解決するために案出されたものであり、その目的は、従来の耐熱アルミニウム合金線よりも優れた導電性及び耐熱性並びに高強度特性を兼ね備えた新規な導電用耐熱アルミニウム合金線の製造方法を提供するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、Zrを0.10〜0.50重量%、Scを0.05〜0.50重量%、Siを0.05〜0.10重量%、Feを0.05〜0.30重量%、Tiを0.01〜0.10重量%、Bを0.003〜0.02重量%含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金を連続鋳造によって荒引線としてから、これを断面積減少率30%以上で冷間加工を行い、次いで100〜500℃で1〜100時間熱処理した後、断面積減少率70%以上の冷間加工を施してなるものである。
また、本発明は、Zrを0.10〜0.50重量%、Scを0.05〜0.50重量%、Si:0.05〜0.10重量%、Fe:0.05〜0.30重量%、Ti:0.01〜0.10重量%、B:0.003〜0.02重量%含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金を連続鋳造によって荒引線としてから、これを断面積減少率30%以上で冷間加工を行い、次いで50〜400℃で1〜30時間の一次熱処理を行った後、引き続き300〜500℃で10〜60時間の二次熱処理を行い、その後、断面積減少率70%以上の冷間加工を施してなるものである。
【0012】
そして、このようにして得られる本発明の導電用耐熱アルミニウム合金線にあっては、Alマトリックス中にAl3Zr,Al3Sc及びAl3(Zr,Sc)の析出物を含有しているため、加工組織が安定化し、導電率が低下することなく優れた耐熱性及び強度特性を発揮することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施する好適一形態を添付図面を参照しながら説明する。
【0014】
図1は、本発明に係る導電用耐熱アルミニウム合金線の製造方法の実施の一形態を示したものである。
【0015】
図示するように、先ず、Zr:0.10〜0.50重量%、Sc:0.05〜0.50重量%、残部がAl及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金を連続鋳造し、荒引線を形成する。尚、この連続鋳造法としては、特に限定されるものでなく、プロペルチ法,ヘズレー法,SCR法等の周知の鋳造方法をそのまま適用することができる。
【0016】
次に、このようにして得られた荒引線を断面積減少率30%以上で一次冷間加工を施し、次いで100〜500℃×1〜100時間の条件で熱処理を行った後、断面積減少率70以上で二次冷間加工を施すことによって得られる。
【0017】
そして、このようにして得られた本発明の導電用耐熱アルミニウム合金線にあっては、Alマトリックス中にZr及びScを固溶させ、これを冷間加工して転位を導入し、次いで熱処理を施すことにより、Al3Zr,Al3Sc及びAl3(Zr,Sc)の析出物が形成されるため、加工組織が安定化され、かつ導電率を低下させることなく、耐熱性及び強度特性が著しく向上することとなる。すなわち、本発明は従来技術であるZrをAl中に固溶させたり、或いは熱処理によりAl3Zrのみを析出させることによって耐熱性及び強度特性を向上させる従来型の合金とはその耐熱性及び強度特性の向上メカニズムにおいて全く異なるものである。
【0018】
ここで、アルミニウム合金中のZr及びScの添加量をそれぞれ0.10〜0.50重量%,0.05〜0.50重量%と限定したのは、Zr0.10重量%未満、あるいはSc0.05重量%未満では従来製法と比べて導電率の向上は達成できるものの、耐熱性の向上が達成できないからであり、反対にZr及びScの添加量が0.50重量%を超えると耐熱性の向上は達成できるものの導電率の向上が期待できないからである。従って、ZrとScの適正添加量はそれぞれ0.10〜0.50重量%,0.05〜0.50重量%である。
【0019】
また、熱処理条件として100〜500℃×1〜100時間と限定したのは、熱処理温度が100℃未満であると鋳造時に固溶したZrとScの析出物の核発生が生じ難く、反対に500℃を超えると生成した析出物が成長・肥大化するため好ましくないからである。また、熱処理時間が1時間未満であると析出物の核発生が不十分であり、反対に100時間を超えると析出物の粗大化が生じて好ましくないからである。
【0020】
また、荒引線の一次冷間加工時における断面積減少率を30%以上と限定したのは、30%未満では析出物の核発生サイトとなる転位の導入が少なく、熱処理時の析出が促進されないため、析出物による強度向上、導電性の回復、さらには耐熱性の向上が期待できないからである。また、熱処理後の二次冷間加工時における断面積減少率を70%以上と限定したのは、70%未満では冷間加工時の加工硬化によるアルミニウム合金線の強度特性の向上が期待できないからである。
【0021】
一方、このような製造方法を採用することによって得られる導電用耐熱アルミニウム合金線にあっては、前述したように優れた導電率と耐熱性及び強度特性を兼ね備えることができるが、さらに、材料となるアルミニウム合金としてSi,Fe,Ti,B及びBeを、Si:0.05〜0.10重量%、Fe:0.05〜0.30重量%、Ti:0.01〜0.10重量%、B:0.003〜0.02重量%、Be:0.005〜0.05重量%の比率で添加したり、図1の一点鎖線に示すように、一次冷間処理と二次冷間処理間に2段階の熱処理を施すようにしても良い。
【0022】
すなわち、Siを0.05〜0.10重量%の範囲で添加することにより、Al3Zr,Al3Sc及びAl3(Zr,Sc)の析出が促進され、また、Feを0.05〜0.30重量%の範囲で添加することにより、強度の向上が期待できる。また、Ti及びB,Beをそれぞれの範囲で添加することにより、鋳造による結晶粒を微細化して鋳造剤の割れや傷の発生が抑制され、製造時の歩留まりが大幅に向上するからである。
【0023】
一方、一次冷間処理と二次冷間処理間に2段階の熱処理、具体的には、50〜400℃×1〜30時間の一次熱処理と、300〜500℃×10〜60時間の二次熱処理を行えば、前述した1回の熱処理(100〜500℃×1〜100時間)に比べて多少手間が掛かるものの、鋳造時に固溶したZrとScを微細な粒子としてより確実に析出させることができる。ここで、一次熱処理条件として50〜400℃×1〜30時間と限定したのは、50℃未満では析出物の核発生が生じ難く、反対に400℃を超えると析出物が成長して好ましくないからであり、また、熱処理時間が1時間未満であると析出物の核発生が不十分であり、反対に30時間を超えると析出物の成長が生じて好ましくないからである。また、二次熱処理条件として300〜500℃×10〜60時間と限定したのは、300℃未満では析出物の成長が不十分となり、導電性が回復されず、反対に500℃を超えると析出物が肥大化し、耐熱性が向上しないからである。さらに熱処理時間が10時間未満では析出物の成長が十分でなく、反対に60時間を超えると析出物の粗大化が生じ、耐熱性が低下するためである。
【0024】
【実施例】
次に、本発明の実施例及び比較例を説明する。
(実施例1)
先ず、以下の表1の実施例1の欄に示すように、Zr:0.35重量%、Sc:0.20重量%、Si:0.08重量%、Fe:0.13重量%、Ti:0.07重量%、B:0.005重量%、残部:Al及び不可避的不純物からなる化学組成のアルミニウム合金材料を溶製し、この溶湯を用いてアルミニウム合金インゴットを形成した後、このインゴットにスェージャー加工を施して外径12mmのアルミニウム合金荒引線を形成した。
【0025】
次に、この荒引線に断面積減少率44%の一次冷間加工を施して外径9mmの合金線材を得た後、この合金線材に350℃×50度の熱処理を施し、その後、この合金線材に断面積減少率87%の二次冷間加工を施して外径3.2mmの導電用耐熱アルミニウム合金線を作成した。
(実施例2)
以下の表1の実施例2の欄に示すように、実施例1と同様にして形成した外径9mmの合金線材に200℃×7時間の一次熱処理を施し、次いで420℃×40時間の二次熱処理を施した後、断面積減少率87%の二次冷間加工を施して外径3.2mmの導電用耐熱アルミニウム合金線を作成した。
(実施例3)
以下の表1の実施例3の欄に示すように、Zr:0.20重量%、Sc:0.20重量%、Si:0.08重量%、Fe:0.13重量%、Ti:0.07重量%、B:0.005重量%、残部:Al及び不可避的不純物からなる化学組成のアルミニウム合金材料を用いた他は、実施例2と同様にして外径3.2mmの導電用耐熱アルミニウム合金線を作成した。
(比較例1)
以下の表1の比較例1の欄に示すように、Scを含有しないアルミニウム合金材料を用いた他は全て実施例1と同様にして、外径3.2mmの導電用耐熱アルミニウム合金線を作成した。
(比較例2)
以下の表1の比較例2の欄に示すように、Scを含有しないアルミニウム合金材料を用いた他は全て実施例2と同様にして、外径3.2mmの導電用耐熱アルミニウム合金線を作成した。
(比較例3)
以下の表1の比較例3の欄に示すように、Scを含有しないアルミニウム合金材料を用いた他は全て実施例3と同様にして、外径3.2mmの導電用耐熱アルミニウム合金線を作成した。
【0026】
【表1】
【0027】
そしてこのようにして得られたそれぞれの導電用耐熱アルミニウム合金線について、それぞれ引張強度(MPa)、導電率(%IACS)、耐熱性(%)を測定し、その測定結果を以下の表2に示す。尚、ここで耐熱性(%)は、(得られた導電用耐熱アルミニウム合金線に400℃で4時間加熱した後における引張強度/得られた導電用耐熱アルミニウム合金線の引張強度)×100で求められる値を示したものである。
【0028】
【表2】
【0029】
この結果、表2からも分かるように、本発明に係る実施例1〜3の導電用耐熱アルミニウム合金線にあっては、いずれも240MPa以上の優れた引張強度を発揮すると共に、優れた導電性及び87%以上の高い耐熱性を発揮し、強度,導電性及び耐熱性の全てを高次元で兼ね備えることができた。
【0030】
これに対し、本発明の対象外である比較例1〜3の導電用耐熱アルミニウム合金線にあっては、それぞれ実施例1〜3と同様な熱処理を施したにも拘わらず、本発明の必須成分であるScを全く含有していないため、引張強度,導電性及び耐熱性のいずれも実施例1〜3の導電用耐熱アルミニウム合金線よりも劣ってしまい、特に、引張強度及び耐熱性の著しく劣ってしまった。
【0031】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、優れた引張強度,導電性及び耐熱性を兼ね備えることができる。また、熱処理時間が短くなると共に、高価な材料を殆ど使用しないため、製造効率の向上及び製造コストの低廉化に大きく貢献することができる等といった優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る導電用耐熱アルミニウム合金線の製造方法の実施の一形態を示す工程図である。
Claims (2)
- Zrを0.10〜0.50重量%、Scを0.05〜0.50重量%、Siを0.05〜0.10重量%、Feを0.05〜0.30重量%、Tiを0.01〜0.10重量%、Bを0.003〜0.02重量%含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金を連続鋳造によって荒引線としてから、これを断面積減少率30%以上で冷間加工を行い、次いで100〜500℃で1〜100時間熱処理した後、断面積減少率70%以上の冷間加工を施すようにしたことを特徴とする導電用耐熱アルミニウム合金線の製造方法。
- Zrを0.10〜0.50重量%、Scを0.05〜0.50重量%、Siを0.05〜0.10重量%、Feを0.05〜0.30重量%、Tiを0.01〜0.10重量%、Bを0.003〜0.02重量%含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金を連続鋳造によって荒引線としてから、これを断面積減少率30%以上で冷間加工を行い、次いで50〜400℃で1〜30時間の一次熱処理を行った後、引き続き300〜500℃で10〜60時間の二次熱処理を行い、その後、断面積減少率70%以上の冷間加工を施すようにしたことを特徴とする導電用耐熱アルミニウム合金線の製造方法。
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