JPH0621310B2 - 高導電性Al―Mg―Si系合金管の製造方法 - Google Patents

高導電性Al―Mg―Si系合金管の製造方法

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JPH0621310B2 JP2165766A JP16576690A JPH0621310B2 JP H0621310 B2 JPH0621310 B2 JP H0621310B2 JP 2165766 A JP2165766 A JP 2165766A JP 16576690 A JP16576690 A JP 16576690A JP H0621310 B2 JPH0621310 B2 JP H0621310B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、電気伝導性に優れたアルミニウム合金管の製
造方法に関し、特に大容量導電用管路気中送電線の外部
円筒導体に使用される高導電性Al−Mg−Si系合金
押出管の製造方法に関するものである。
[従来の技術] 管路気中送電線は、新しいタイプの地中送電ケーブルと
して、最近実用化されつつある送電線である。第3図並
びに第4図はその管路気中送電線の断面を示したもの
で、内部円筒導体1及び外部円筒導体2にアルミニウム
合金製のパイプが使用され、導体1,2の空間に絶縁体
として六弗化硫黄(SF)ガスが使用されている。そ
して、内部円筒導体1の内部には撚線導体3が収納され
ている。
かかるアルミニウム合金製パイプの材質については、ま
だ確立したものはないが、導電性、加工性及び現地溶接
性の良好なものが要求されている。このために押出用合
金の代表的な合金であるJIS 6063、6101等の合金が使用
されている。
又、本出願人は、先に特願平1−19836 号で、Mg、S
i、Fe及び他の不純物を規制し、残部が実質的にAl
からなり、MgSi析出物の面積率が1.2%以下で
ある電気伝導性に優れたアルミニウム合金材料、及び上
記組成の合金を均質化処理した後、10〜70℃/hrの冷却
速度で冷却した後、熱間押出をする製造法を提案した。
更に線材で導電性に優れたアルミニウム合金材料及びそ
の製造方法として、次のようなものが提案されている。
Si、Ge、Mg、Feを規制したアルミニウム合金
で、MgGeを析出させ、導電率を低下させずに強度
を向上させるもの(特開昭48−53916) Fe、Mg、Si(Be又はSb)を規制したアルミ
ニウム合金で、電気アルミニウム地金にMg、Si、S
bを添加して得られ、Mg、Si、Feによって導電率
を低下させずに強度を高め、耐食性の劣化をBe又はS
bで防止するもの(特開昭49−49814 及び特開昭49−49
815) Mg、Siを規制し、荒引き線材を60%以上で冷間加
工の後、120〜180℃で一次熱処理後、15%以上の冷間加
工を行い、130〜240℃で二次熱処理することにより、M
Si析出物を微細にし、強度を高める方法(特開昭
53−76114) Mg、Si、Ti、Bを規制し、塩素ガス又はフロン
ガスによる脱ガスを施し、更にTi、B処理を行うこと
により、鋳塊の割れを防止する方法(特開昭53−13581
4) Zr、Si、Mgを規制し、鋳塊を5℃/sec以上で冷
却しながら200℃までを80%以上の加工を行い、その後6
5%以上の冷間加工を行った後、300〜450℃で20〜100時
間の熱処理を行うことにより、耐熱性と高強度を行う方
法(特開昭56−65968)。
[発明が解決しようとする課題] 従来のJIS 6063合金は、電気伝導度が53〜55%(IACS,
%)と、純度99.5%の普通アルミニウムの57〜59%に比
べ低く、送電時の電力損失が大きくなっていた。又、JI
S 6101合金は溶接性が劣るため、管路の接合法を工夫し
なければならないという欠点があった。
又、先に提案した特願平1−19836 号に記載の発明は、
均質化処理した後10〜70℃/hrの冷却速度で冷却しなけ
ればならないので、冷却炉が必要となるという欠点があ
る。更に〜で提案されているものは、いずれも鋼ベ
ルトと鋳造輪を用いた連続鋳造法(プロペルチ方式)で
製造されるものであり、本発明の対象である管用には使
用できないものである。
そこで本発明の目的は、電気導電率がIACS表現で60
%以上が得られるアルミニウム合金押出管の製造法を提
供するものである。
[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するために本発明は、Mg:0.3〜
0.8%、Si:0.3〜0.8%、Fe:≦0.10%、
B:0.0003〜0.0030%を含有し、Mn、Cr、Ti、
V、Zrの遷移金属をいずれも0.0030%以下で、かつこ
れらの合計を0.0100%以下及び他の不純物の合計を0.00
50%以下とし、残部が実質的にAlからなるアルミニウム
合金を450〜600℃で8〜24時間均質化処理した後、30
0〜400℃にて8〜24時間の析出処理した後、通常の条
件で熱間押出焼入れ及び時効処理を行う高導電性Al−
Mg−Si系合金管の製造方法である。
[作 用] 本発明における合金の成分範囲並びに製造条件の限定理
由は下記の通りである。
Mg:MgはSiと共存してMgSi析出物を形成
し、強度の向上に寄与するが、Mg含有量が高くなると
電気伝導度が低くなる。したがって、Mgの含有量が0
3%未満の場合には導体としての強度が不足し、0.8
%を超えると電気伝導度が低下する。したがって、Mg
含有量を0.3〜0.8%と定めた。なお、両性能のか
ねあいで、0.35〜0.5%がより好ましい。
Si:SiはMgと共存してMgSi析出物を形成
し、強度の向上に寄与するが、Si含有量が高くなると
電気伝導度と溶接性が低下する。Siが含有量0.3%
未満の場合には、単体としての強度が不足し、0.8%
を超えると電気伝導度が低下する。したがって、0.3
〜0.8%と定めた。なお、両性能のかねあいで0.35〜
0.5%がより好ましい。
1e:Feは、アルミニウム合金の電気伝導度を下げる
ため0.10%以下とする。
B:Bは合金鋳塊の結晶組織を微細化させると同時に、
アルミニウム溶湯中に含有している不純物元素(Mn、
Cr、Ti、V、Zr)をボロン化合物として沈降除去
させる作用があり、Mn、Cr、Ti、V、Zr含有量
を軽減させ、導電率を高める効果がある。その量が0.00
03%未満ではその効果がなく、0.0030%を超えるとボロ
ン化合物が残存し、導電率を低下させる。したがって、
B含有量を0.0003〜0.0030%とする必要がある。
Mn、Cr、Ti、V、Zr:Mn、Cr、Ti、V、
Zrは、アルミニウム地金中に含有しているものであ
り、いずれも電気導電率を低下させる作用がある。した
がって、それぞれの最大含有量を0.0030%以下とし、更
にこれらの全含有量を0.0100%以下とすることが好まし
い。
その他の不純物:その他の不純物は、いずれも電気伝導
率を低下させる作用がある。したがって少ない方が好ま
しく、全含有量を0.0050%以下とするのが好ましい。
MgSi析出物:MgSi析出物は、強度を確保す
るために必要であるが、形状が大きくなると電気伝導率
を低下させる作用がある。強度及び導電率を確保するた
めに析出物の長さを5μm以下とするのが好ましい。
均質化処理条件:鋳塊の均質化処理条件は450〜600℃の
温度域が好ましい。これが450℃未満では鋳造時に晶出
したMg−Si系の晶出物が十分に溶入しないため、強
度が低くなる。処理時間が8時間未満の場合も同様であ
る。又、均質化処理温度が600℃を超えると強度は高く
なるが、電気伝導度が低下する。処理時間が24時間を
超える場合も同様である。鋳塊の均質化処理は、Al−
Fe−Si系及びAl−Mg−Si系の共晶化合物を凝
集させ、押出性を向上させるために行う。450℃未満で
あるとFe、Si、Mg原子の拡散速度が低く、共晶化
合物の凝集が起こらないので押出性を低下させる。又、
600℃を超えると鋳塊の一部に溶解が起こるようにな
る。
析出処理:均質化処理により固溶したMg、Siを、析
出処理によってMgSi化合物として結晶粒内に均一
微細に析出させ、押出を容易にすると同時に、押出後の
材料の再結晶粒を微細化させ、強度を高める効果があ
る。この温度が300未満であると、MgSi化合物の
析出が不十分となり、強度を高める効果が軽減される。
又、400℃を超えるとMgSi化合物の析出物が大き
くなって再結晶の微細化が得られず、強度向上の効果が
なくなる。その他押出温度は、350℃未満では押出圧力
が大きくなり、550℃を超えると押出材の表面状態が悪
くなり、不純物元素(Mn、Cr、Ti、V、Zr)な
どの再固溶によって導電率が低下するので好ましくな
い。押出後450〜500℃から焼入及び250〜300℃で時効処
理を行いMgSi化合物を微細に析出させる。
[実施例] 第1表に示した組成のアルミニウム合金溶湯を、フィル
ター処理して非金属介在物を除去した後、外径520mm、
内径150mmの中空鋳塊に鋳造し、外周を面削により外径5
00mmとした。これを470℃で10時間の均質化処理後、3
50℃で8時間の析出処理をした後、450℃で押出加工を
行い、外径150mm、肉厚18mmの管材を得た。これを更に2
80℃で7時間の時効処理を行った後、試験片を切り出
し、MgSi析出物、機械的性質及び導電率の試験を
行った。
MgSi析出物の大きさの測定は、倍率400倍の光学
顕微鏡写真から求めた。具体的には第1図が析出処理材
の写真で第2図が析出処理を行わないものの写真であ
る。この写真を画像解析装置にかけ、析出物の粒径分布
を統計的に処理してMgSi析出物の大きさ(最大
値)を求めた。
導電率の測定は、JIS H 0505「非金属材料の体積抵抗率
及び導電率測定方法」により求めた。機械的性質は、JI
S Z 2201「金属材料引張試験片」4号試験片によった。
これらの結果を第1表に示した。
第1表の結果から、発明材料であるNo.1〜5は、Mg
Si析出物の大きさはいずれも5μm以下、引張強さ
が10kgf/mm以上、0.2%耐力が6kg/mm以上及び導
電率が60%以上のIACS値が得られた。
これに対して、比較材料のNo.6はMg含有量が0.22%
と低いため、耐力が5.8kgf/mmと僅かに低く、Mg
Si析出物の大きさが8μmとなり導電率59.2%と低
くなった。No.7はMg含有量が1.02%と高いため、M
Si析出物の大きさが10μmとなり、導電率が59.8
%と低くなった。No.8は、Si含有量が0.24%と低い
ため、引張強さが9.6kgf/mmと僅かに低くなった。N
o.9は、Si量が0.98%と高いため、MgSi析出物
の大きさが10μm及び単体Si析出物が存在し、導電率
が58.6%と低くなった。No.10はB含有量が0.0040%と
高いためB化合物が残存し、導電率が58.7%と低くなっ
た。No.11〜15は、Mn、Cr、Ti、V、Zrの含有
量がそれぞれ高く、いずれも導電率が60%以下となっ
た。No.16は、Mn、Cr、Ti、V、Zr含有量の和
が0.0105%と高く、導電率が58%と低くなった。
実施例2 第1表に示したアルミニウム合金組成のNo.2ないし5
材を、実施例1と同じ方法で鋳造、面削した後、均質化
処理、析出処理を第2表に示す条件で行った後、450℃
で押出加工を行った後、480℃に2時間保持した後水中
に焼入れ後、280℃で8時間の時効処理を行って試験材
を得た。これらを実施例1と同様に各種試験を行い、そ
の結果を第2表に示した。
発明例のNo.17〜23は、いずれもMgSi析出物の大
きさが5μm以下であり、引張強さが11.9kgf/mm
上、0.2%耐力が6.9kgf/mm以上及び導電率が60
%以上IACS値が得られた。
これに対し、比較例のNo.24は均質化処理温度が400℃
と低いため、MgSi析出物の大きさが10μmとな
り、導電率が55.8%と低く、又、耐力が5.3kgf/mm
と低くなった。No.25は析出処理温度が250℃と低いた
め、MgSi析出物の大きさが10μmとなり、導電率
が55.2%と低くなった。No.26〜29は、アルミニウム合
金組成が異なるが、それぞれ析出処理温度が450℃と高
いため、MgSi析出物の大きさが15〜20μmと大き
くなり、導電率が55.9〜57.8%と低くなった。
[発明の効果] このようにして、本発明は、MgSi含有量をそれぞ
れ0.3〜0.8%に規制したアルミニウム合金をボロ
ン処理することによって、遷移金属元素を極微量に制限
し、均質化処理後析出処理することによって、Mg
i析出物を微細することにより、導電率が60%以上のI
ACS値が得られ、管路中送電線に用いられる有用なア
ルミニウム合金が得られた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の析出処理材の結晶の構造の電子顕微鏡
写真、第2図は析出処理をしないものの結晶の構造の電
子顕微鏡写真、第3図並びに第4図は本発明を適用した
送電線の断面図である。 1……内部円筒導体、2……外部円筒導体、 3……撚線導体。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Mg:0.3〜0.8%、Si:0.3〜0.
    8%、B:0.0003〜0.0030%を含有し、不可避不純物と
    してFe:≦0.10%、Mn、Cr、Ti、V、Zrの還移金属をい
    ずれも0.0030%以下で、かつ、これらの合計を0.0100%
    以下及び他の不純物の合計を0.0050%以下とし、残部が
    実質的にAlからなるアルミニウム合金を450〜600℃で8
    〜24時間均質化処理をした後、300〜400℃にて8〜2
    4時間の析出処理をした後、通常の条件で熱間押出、焼
    入れ及び時効処理を行うことを特徴とする高導電性Al−
    Mg−Si系合金管の製造方法。
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