JP4415070B2

JP4415070B2 - 高耐食送電線

Info

Publication number: JP4415070B2
Application number: JP19858999A
Authority: JP
Inventors: 彰治味村; 正受前嶋; 光一猿渡; 慎司片山; 豊永田; 裕二浅野
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1999-07-13
Filing date: 1999-07-13
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2019-07-13
Also published as: JP2001023436A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鉄塔間などに架設される架空送電線や鉄道用き電線等の送電線に関し、特に塩素イオンのような腐食性の高い物質が存在する環境に於いて、高い耐食性を有する送電線に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄塔間に架設される架空送電線や鉄道用き電線などは、鉄塔及びその他の設備の建設コストを低減するために、軽量であることが要求されている。このため、架空送電線や鉄道用き電線の導体素線としては軽量であって導体の中では比較的に導電率が高いアルミニウム又はアルミニウム合金からなる導体素線が用いられている。
【０００３】
ところで、このような架空送電線や電車用き電線は日光、風雨、雪等の自然の環境に曝されるので、耐環境性に優れたものであることが要求されるが、撚線の導体素線として用いられるアルミニウム又はアルミニウム合金線はこうした通常の自然環境に於いて比較的良好な耐食性を有するので、防食処理を施すことなく使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように耐食性に優れたアルミニウム又はアルミニウム合金線も海洋に近い地域に於いては、海水の塩分を含む蒸気が大気中に多量に存在するため、塩素イオン等によって腐食が進行し、電線の寿命が著しく低下するという問題がある。さらに又、このような海洋に近い地域以外でも、近年は酸性雨の原因物質である硫黄酸化物や窒素酸化物などの大気汚染物質が溶解した雨水などによって、アルミニウムやアルミニウム合金線の腐食が進行し、導電率低下による発熱等によって、さらに腐食が促進され断線するなどの問題がある。
【０００５】
そこで、このような厳しい腐食環境に曝される地域に於いて使用される架空送電線等に対しては、その金属表面にグリースを塗布するなどの防食対策がとられているが、グリースは大気環境に於いて劣化するという問題点を有している。即ち、グリースは高分子化合物により構成されているので、日光による紫外線や熱によりグリースが劣化し、ひび割れ等を生じたりして剥落し、防食性が失われるという問題がある。このためグリースを使用して防食処理が施された防食架空送電線に対しては布設される環境によって定期的に監視して、グリースの補充などの保守点検を実施することが必要となるが、上述のようにひび割れ等をした場合にはひび割れした隙間から腐食性の水溶液が浸透し、外観から観察できない部分で急速に腐食が進行したりするため、完全な保守管理が困難となる問題がある。さらに又、このようなグリースを用いた電線は張り替え等の際に、接続作業が面倒になると言った問題も有している。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、海洋地域に於ける塩素イオンを含む水分や酸性雨の原因となる硫黄酸化物や窒素酸化物などの腐食性物質の溶解した雨水などの腐食環境に曝される場合に於いて、グリースなどによる防食処理を施す必要のない高耐食性の送電線を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は前記課題を解決するために、鋭意実験研究を重ねた結果、Ａｌ−Ｍｎ系の金属間化合物が分散析出したアルミニウム合金を、線材又は被覆材として用いた合金線又は複合線を撚線の導体素線として用いることにより、高い導電率と上述のような防食処理が必要となる塩素イオンを含む水分が存在するような腐食性の高い環境に於いて極めて優れた耐食性を有する送電線が得られることを見出し、本発明に到達したものである。
【００１０】
さらに、請求項１の高耐食送電線は、撚線を構成する導体素線が、導電用アルミニウム又は導電用アルミニウム合金の芯材に、Ｍｎを０．３〜４．３重量％含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物とからなる組成を有し、かつＡｌ−Ｍｎ系の金属間化合物が分散析出しているアルミニウム合金が被覆されてなる高耐食複合線からなることを特徴とするものである。
【００１１】
又、請求項２の高耐食送電線は、撚線を構成する導体素線が、導電用アルミニウム又は導電用アルミニウム合金の芯材に、Ｍｎを０．３〜４．３重量％、Ｍｇを０．０５〜６．０重量％含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物とからなる組成を有し、かつＡｌ−Ｍｎ系の金属間化合物が分散析出しているアルミニウム合金が被覆されてなる高耐食複合線からなることを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について説明する。本発明は、前記課題を解決する手段に記載したように、特定量のＭｎを含有するアルミニウム合金を熱処理し、Ａｌ−Ｍｎ系の金属間化合物を分散析出させた合金を導電用のアルミニウム又は導電用のアルミニウム合金線に被覆した高耐食性の複合線を撚線の導体素線として用いた高耐食送電線である。ここで高耐食性導体素線の被覆材として用いられるアルミニウム合金について説明すれば、熱処理により分散析出させるＡｌ−Ｍｎ系の金属間化合物は微細で均一な状態とすることが望ましい。Ａｌ−Ｍｎ系の金属間化合物の分散析出が充分でないと、即ちアルミニウム中に固溶しているＭｎ濃度が高い場合には耐食性及び導電性とも優れたものが得られなくなる。このような微細で均一な状態に分散析出させる目的に対してはＭｇを所定量添加することが有効である。
【００１４】
又、送電線が布設される環境等により、より高い導電性や耐熱性が必要とされる場合には、導電用のアルミニウム又はアルミニウム合金を芯材として用い、これにＡｌ−Ｍｎ系の金属間化合物が分散析出した前記のアルミニウム合金を被覆した複合線を導体素線として用いることにより、耐食性以外の導電性、引張強度、耐熱性などの特性に於いて、より優れた高耐食の送電線を得ることができる。
【００１５】
なお、この複合線における被覆層の被覆率は、目的とする用途に応じて適宜選択して用いることができるが、通常高い導電性が要求される場合の被覆率は１５〜６０Vol ％の範囲が好ましい。６０Vol ％を超えて大きいと目的とする特性改善効果が得られず、又１５Vol ％未満では伸線加工の際などに芯材が露出したりして、目的とする耐食性が得られないことがある。
【００１６】
ここで、本発明の撚線を構成する導体素線において被覆材となる合金について、その組成の限定理由を述べる。
Ｍｎ；Ｍｎは本発明に於いて耐食性を付与するための重要な合金成分で、その添加量に応じてＡｌ−Ｍｎ系の金属間化合物として析出する。Ｍｎの添加量が４．３重量％を超えて多いと鋳造時に粗大なＭｎ化合物を生じ、その後の加工が困難になると共に、導電性及び耐食性も低下するので好ましくない。又、Ｍｎの添加量が０．３重量％より少ない場合にはＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物の析出量と分散状態に不足を生じ、充分な耐食性が得られなくなるため好ましくない。
【００１７】
Ｍｇ；Ｍｇは本発明に於いて必ずしも必須の元素ではないが、Ａｌ−Ｍｎ系金属間化合物の析出を促進するので、Ｍｎの添加量が比較的少ない時に前記のような析出状態を得るのに寄与する。しかし、Ｍｇの添加量が０．０５重量％未満ではこのような効果が充分得られず、又６．０重量％を超えて多いと導電性、鋳造性、加工性が低下するので、添加量としては０．０５〜６．０重量％とするのが好ましい。
【００１８】
又、以上のほか、鋳造結晶組織の微細化のためにはＴｉを０．００３〜０．２重量％添加することが好ましい。０．００３重量％未満では目的とする効果は得られず、又、０．２重量％を超えるとＴｉ−Ａｌ系の粗大金属間化合物が生成される。又ＴｉとＢ又はＴｉとＣを複合添加した場合には結晶の微細化がより促進される。ＴｉとＢを複合添加する場合Ｔｉは０．００３〜０．１重量％、Ｂは０．０００１〜０．０５重量％添加することが好ましい。一方ＴｉとＣを複合添加する場合Ｔｉは０．００３〜０．１重量％、Ｃは０．０００１〜０．０５重量％添加することが好ましい。
【００１９】
さらに強度向上のためにはＣｒ，Ｖ，Ｚｒの１種又は２種以上をそれぞれ０．０３〜０．１５重量％の範囲で添加することが望ましい。
又、鋳造時における溶湯の酸化を防止するためにはＢｅを０．０１重量％未満で含有させることが望ましい。
【００２０】
さらに又、本発明の高耐食導体素線の被覆材として用いられる合金に於いて、Ｆｅが０．２重量％以下、Ｓｉが０．４重量％以下、Ｚｎが０．５重量％以下、Ｃｕが０．３重量％以下の範囲の不純物元素を含んでいても本発明の作用効果に実質的な変化はない。
【００２１】
なお、高耐食送電線に於ける具体的な撚線構造の一例を示せば、図１に示すように全体を、Ａｌ−Ｍｎ系金属間化合物を分散析出させた高耐食のアルミニウム合金からなる導体素線のみで形成した送電線、あるいは、図２に示すように、中心部分に亜鉛めっき鋼線１２からなる撚線を配し、その周辺に導電用アルミニウム線を芯材とし、これに高耐食アルミニウム合金を被覆した複合線１３を導体素線として撚り合わせた送電線等が一例として挙げられる。なお図示してないが撚線を構成する導体素線としては図示したような断面形状が丸形のものだけでなく、平角、台形、テープ状あるいはパイプ型等、公知の種々の形状の導体素線を用いて撚線を構成することができることは勿論である。
【００２２】
【実施例】
次に、本発明の撚線に用いられる導体素線と、参考例、比較例とを比較して具体的に説明する。
【００２３】
参考例1
Ｍｎ：０．３重量％、Ｆｅ：０．１重量％、Ｓｉ：０．０５重量％、Ｚｎ：０．０５重量％、Ｃｕ：０．０２重量％、Ｔｉ：０．０２重量％、Ｃｒ：０．０３重量％、Ｖ：０．０２重量％、Ｚｒ：０．０２重量％、残部Ａｌの組成からなる鋳塊を作り、熱間圧延にて９．５ｍｍφの荒引き線を得た。その後４００℃の還元性雰囲気で１２時間熱処理した上で、この線材を連続伸線機により伸線し、Ａｌ−Ｍｎ系金属間化合物を析出させた３．２ｍｍφのアルミニウム合金線を得た。
【００２４】
参考例２
Ｍｎ：１．６重量％とした以外は参考例１と同様の組成からなるアルミニウム合金を用い、参考例１と同様にしてＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物を析出させた３．２ｍｍφのアルミニウム合金線を得た。
【００２５】
参考例３
Ｍｎ：４．３重量％とした以外は、参考例１と同様組成からなるアルミニウム合金を用い、参考例１と同様にしてＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物を析出させた３．２ｍｍφのアルミニウム合金線を得た。
【００２６】
比較例１
Ｍｎ：０．１重量％とした以外は参考例１と同様の組成からなるアルミニウム合金を用い、参考例１と同様にしてＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物を析出させた３．２ｍｍφのアルミニウム合金線を得た。
【００２７】
比較例２
Ｍｎ：４．８重量％とした以外は参考例１と同様の組成からなるアルミニウム合金を用い、参考例１と同様にしてＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物を析出させた３．２ｍｍφのアルミニウム合金線を得た。
【００２８】
参考例４
Ｍｇ：０．５重量％を添加した以外は参考例１と同様の組成からなる９．５ｍｍφ荒引線を作製し、次いで参考例１と同様の方法で伸線及び熱処理を行い、Ａｌ−Ｍｎ系金属間化合物を析出させた３．２ｍｍφのアルミニウム合金線を得た。
【００２９】
実施例５
参考例２と同様の組成を持つ鋳塊を４００℃の還元性雰囲気で１０時間熱処理した上で、熱間圧延、冷間圧延してＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物が分散析出された厚さ２．８ｍｍのアルミニウム合金テープを得た。次いでこのテープを９．５ｍｍφの導電用アルミニウムの芯材に縦添えし、管状に成形しながら縁部を溶接し、Ａｌ−Ｍｎ系金属間化合物が分散析出されたアルミニウム合金が被覆された複合線材を得た。その後、この複合線材を連続伸線機で伸線し、被覆材と芯材とが完全に一体化した３．２ｍｍφの複合線を得た。
【００３０】
実施例６
参考例２と同様の組成を持つ鋳塊を熱間及び冷間圧延して、厚さ０．９ｍｍのテープを作製し、その後、実施例５と同様の方法で、３．２ｍｍφの複合線を得た。
【００３１】
実施例７
参考例２と同様の組成を持つ鋳塊を熱間及び冷間圧延して、厚さ０．４ｍｍのテープを作製し、その後、実施例５と同様の方法で、３．２ｍｍφの複合線を得た。
【００３２】
従来例１
ＪＩＳＨ２１１０で定められる電気用アルミニウム地金から３．２ｍｍφの硬アルミニウム線を作製した。
【００３３】
従来例２
ＪＩＳＨ２１１０で定められる電気用アルミニウム地金に、Ｓｉ，Ｍｇ等を添加して電気学会電気規格調査会標準規格ＪＥＣ−３４０５で定められる３．２ｍｍφのイ号アルミ合金線を作製した。
【００３４】
従来例３
ＪＩＳＨ２１１０で定められる電気用アルミニウム地金に、Ｚｒ等を添加して電気学会電気規格調査会標準規格ＪＥＣ−３４０６で定められる３．２ｍｍφの耐熱アルミ合金線を作製した。
【００３５】
参考例９
参考例２のアルミニウム合金線を２．６ｍｍφまで伸線し、これを７本撚り合わせた撚線を作製した。
【００３６】
従来例４
従来例１のアルミニウム線を２．６ｍｍφまで伸線し、これを７本撚り合わせた撚線を作製した。
【００３７】
次に、このようにして得られた実施例、比較例、参考例および従来例の導体素線と撚線について、種々の特性評価を行った。即ち、参考例１乃至４、実施例５乃至７、比較例１乃至２、従来例１乃至３の導体素線については導電率、引張強度を測定すると共に、腐食試験を行って耐食性の評価を行った。又、実施例９、従来例４の撚線については腐食試験による耐食性の評価のみを行った。なお、耐食性の評価は以下の腐食試験によって行った。
・腐食試験１００ｍｍの長さに切断した導体素線と撚線をそれぞれ２Ｎ−ＨＣｌの水溶液と、２Ｎ−ＨＮＯ_３の水溶液に１００時間浸漬し、試験後の腐食減量をそれぞれ測定した。次いでこの腐食減量から線材の単位表面積（ｃｍ^２）当たりの腐食量（ｍｇ）を算出した。これらの試験結果を表１と表２に纏めて示す。
【００３８】
【表１】

【００３９】
【表２】

【００４０】
この表１に示すように、参考例1〜４および本発明の実施例５〜７の素線に於いては、全て導電線が５０％ＩＡＣＳ以上の高い導電率を有していると共に、耐食性に於いても腐食性の高い塩素イオンを含む水溶液中での腐食率が、現在導電用として使用されている従来例１〜３のアルミニウム線及び合金線に比べて数十分の１、又硝酸イオンのような酸化性の酸に対しても約１／２程度と優れた耐食性を有している。さらに実施例５〜７に示すように、芯材に導電性の高いアルミニウムを用いて複合線とした場合には現用のアルミニウム系導体材料に於いて、最も多くの場合に必要とされている導電率５５％ＩＡＣＳ以上の高い導電性を有する導体素線が得られる。
【００４１】
一方、本発明の合金組成から外れる比較例１〜２の合金線に於いて、Ｍｎの含有量が高い比較例１では導電率と塩素イオンを含む水溶液中での耐食性が急激に低下することを示している。又Ｍｎの含有量が低い比較例２では導電率は良い特性を示すものの、塩素イオンを含む水溶液中での耐食性は比較例１と同様に急激に低下することを示している。
【００４２】
また、表２に示すように、高耐食性の導体素線を用いた参考例９の撚線は、表1の導体素線と同様に、腐食性の高い塩素イオンを含む水溶液中での腐食率が、現在導電用として使用されている従来例4のアルミニウム撚線に比べて数十分の１、又、硝酸イオンのような酸化性の酸に対しても約１／２程度と優れた耐食性を有している。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係る高耐食送電線は、撚線を構成する導体素線が所定量のＭｎを含有する合金を熱処理し、Ａｌ−Ｍｎ系の金属間化合物を分散析出させた合金を種々の導電用アルミニウムや導電用アルミニウム合金線に被覆した高耐食複合線からなるため、塩素イオン等を含む水分が存在する腐食性の高い環境に於いて、極めて優れた耐食性を有すると共に、導電率も５０％ＩＡＣＳ以上の高い導電性が得られるから、耐食性と導電性を兼備した高耐食性の送電線を得ることができる。
【００４４】
又、本発明の撚線を構成する導体素線として、芯材に導電性、機械的強度、耐熱性などに優れる導体材料を用い、被覆材として上述の合金を用いることにより、耐食性に加えて、導電性、機械的強度、耐熱性などの特性においても優れた撚線を得ることができるから、腐食性の高い環境に曝される送電線など、種々の目的及び環境に適用することのできる応用範囲の広い高耐食送電線を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】送電線の一例の断面図
【図2】本発明の送電線の一例の断面図
【符号の説明】
１Ａｌ−Ｍｎ合金線
２亜鉛めっき鋼線
３Ａｌ−Ｍｎ合金覆アルミ線

Claims

撚線を構成する導体素線が、導電用アルミニウム又は導電用アルミニウム合金の芯材に、Ｍｎを０．３〜４．３重量％含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物とからなる組成を有し、かつＡｌ−Ｍｎ系の金属間化合物が分散析出しているアルミニウム合金が被覆されてなる高耐食複合線からなることを特徴とする高耐食送電線。
撚線を構成する導体素線が、導電用アルミニウム又は導電用アルミニウム合金の芯材に、Ｍｎを０．３〜４．３重量％、Ｍｇを０．０５〜６．０重量％含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物とからなる組成を有し、かつＡｌ−Ｍｎ系の金属間化合物が分散析出しているアルミニウム合金が被覆されてなる高耐食複合線からなることを特徴とする高耐食送電線。