JPS5810465B2 - 導電用高耐熱性アルミニウム合金の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、十分な導電率と引張強度を保持し、しかも高
い耐熱性能を発揮し得る導電用高耐熱性アルミニウム合
金の製造方法に関する。

近年、電力需要は年々増大している。

このため、例えば架空送電線に対する通電容量の増加が
要請され、従来もいわゆる耐熱％Ｃ３Ｒ（鋼心アルミ撚
線）としてＺｒを０．１％程度含んだＡｌ−Ｚｒ系合金
が広く採用されている。

しかしこの場合、通常は導電性６０％１ＡＣ３短時間使
用許用温度１８０℃と規定し、もつと高い耐熱性を要求
する場合でも導電率５８％１ＡＣ３短時間使用許容温度
２３０Ｃと規定するものであった。

しかし、最近は電力需要の増加はますます大きくなり、
既設鉄塔を用いてさらに大容量送電をすることの必要が
高まりつつある。

このような場合、通電時の温度上昇が著しく導体の短時
間許容温度３００℃以上が要求される。

しかもそのために導電率や引張強さが低下してしまった
のでは実用にならず、導電率についても５８％１ＡＣ３
以上引張強さについても１６ｋｇ／ｍｍ２以上を確保す
るというきびしい条件を充足することが要請されている
。

単に耐熱性を向上せしめるというだけであれば、添加元
素の選択にあまり苦労はないかそれによって高い導電率
をも確保することは至難である。

Ｚｒは耐熱性の向上と導電率の保持を可能とする数すく
ない元素の一つであるが、従来の耐熱性向上のメカニズ
ムはＺｒの固溶に依存するものであり、高い耐熱性が要
求される場合、必然的にＺｒの量を増加させねばならず
、その結果として固溶元素の増加に基づく導電率の低下
はさけられない。

このため、従来合金においては先に述べたように０．１
％Ｚｒ程度の添加が限度となり、耐熱性の向上にも限度
が生じていたのである。

発明者等はこのような従来の問題点を解決するためによ
り高い精度のＺｒを添加し、これを微細析出せしめるこ
とにより耐熱性を向上せしめるとともに、導電率をも保
持することに着目した。

しかし、これを従来の固溶体化処理後、焼なましという
工程によって微細析出せしめることは至難であり、焼な
まし温度が高いと、粗大析出となって所期の耐熱性能が
得られず、温度を低くすると析出に長時間を要し、到底
工業的生産は不可能となるものである。

発明者等は、種々なる実験の結果、比較的高い濃度のＺ
ｒ添加をしても、第３元素の添加とある限られた加工条
件を与えることにより、工業的に容易にＺｒの微細析出
を行わしめ、それによって大巾な耐熱性の向上を可能と
し、しかも所期の導電率の保持および引張強さの保持の
できることを見出し、一挙に解決点に到達できることを
見出した。

以下に、順次詳細に説明する。

本発明に係る合金においては、耐熱性を増加させるため
に、前記従来例に比較して非常に高い濃度、すなわち、
０．２〜１．５％Ｚｒが添加される。

０．２％以下では短時間使用許容温度３００℃以上とい
う条件を満足する耐熱性を得ることができず除外される
。

１５％Ｚｒ以上になると５８％１ＡＣ３以上の導電性を
得ることがきわめて困難となる上、伸線後の脆化が著し
くなり、これも除外される。

しかして、もつとも望ましきＺｒの範囲は０．３〜０．
５％である。

また、本発明に係る合金には、第３元素としてＦｅが添
加される。

Ｆｅを添加する主なる目的はＦｅがＺｒの微細析出を助
長するとともに強度を保持する作用を有することが判明
したからである。

そのような析出助長効果が有効にみとめられるのはＦｅ
添加量において０．１〜１．０範囲である。

すなわち、０．１％以下の添加ではＺｒの析出が非常に
遅くなり、熱処理時間が長くなって期待する効果が得ら
れないのである。

Ｆｅは、前記Ｚｒの析出促進作用のほかに、合金自体の
引張強さを増加させる効果があるが、１．０％以上添加
しては伸線後、脆化が生ずるし、導電率や耐食性の低下
が生じ実用されない。

本発明に係る製造方法においては、上記組成物回内のア
ルミニウム合金を溶解し、それぞれつぎに示す工程を経
て、例えば鋼心アルミ撚線の素線として供される。

（１）まず溶解された上記組成範囲におけるアルミニウ
ム合金は鋳造され、鋳造後当該鋳塊は５℃／ｓｅｃ以上
の冷却速度で冷却されつつ加工が加えられ、素材温度が
２００Ｃ以下となるまでの間に８０％以上の減面率の加
工を行い、荒引線とする。

この工程においては、Ｚｒの過飽和固溶体を得ることと
、マトリックスに転位を導入することが主たる目的とな
る。

従って、５℃／ｓｅｃ以上で冷却しないと、Ａｌ−Ｚｒ
化合物が生じてＺｒが十分に固溶されないのである。

望ましきは１５℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却するの
がよい。

素材温度が２００Ｃ以下となるまでに、前記冷却と加工
を加えるのは、２００℃以上で仕上りとなるような加工
では温度が高すぎ、粗大なＺｒの化合物が析出して固溶
が十分でない上、高温域のみで加工となって接続する。

３００〜４５０×５〜２００ｈｒの熱処理において有効
となる転位の導入が不足する。

同様に加工度が８０％以下ではやはり転位の導入か不足
し、後続する熱処理において有効にはたらかない。

（２）上記冷却中での加工につづいて、素材は６０％以
上冷間加工される。

これは上記（１）において未だ不足な転位密度をこの冷
間加工によりさらに十分導入するためである。

従って、冷間加工６０％以下では転位密度が不足し、後
続する熱処理において硬化能をともなう微細な析出がお
こらず、また、熱処理後の引張強さも不足する。

（３）ついで素材は３００〜４５０℃混度において５〜
２０ｈｒ熱処理される。

これはいうまでもなくＺｒの微細析出を生じさせるため
のもので、３００℃以下ではＺｒの析出が非常に遅いた
めに導電率の上昇が少く、４５０℃以上では粗大化した
Ｚｒの化合物が析出し、耐熱性の向上に寄与せず、また
素材の引張強さが低下し、伸線加工後の引張強さが不足
する。

５ｈｒ以下ではＺｒの充分な析出が得られず、２００ｈ
ｒ以上では析出物の粗大化が起き、耐熱性の向上に有効
でない。

なお、この熱処理は３００〜４５０℃の範囲での合計の
熱処理時間が５〜２００ｈｒとなればよく、段階をふん
だ熱処理であっても効果には差異はない。

（４）ついで前記熱処理後１０％以上３０％以下の軽度
の冷間加工を施す。

この冷間加工は導電率に影響を与えず、しかも、所定の
引張強さを確保することを目的とするものである。

１０％以下ではあまりに軽度にすぎ所期の引張強さが得
られない。

また、３０％以下では加工度が犬となり導電率に悪影響
を与える上に加熱された場合の軟化が顕著となり、許容
使用温度にさらされたのち引張強さの残存率が低下して
耐熱性能を悪くするのである。

しかしながら、上記各工程を経て製造された本発明に係
るアルミニウム合金は、以下の実施例によって明らかに
される如く、導電用として使用しすぐれた耐熱性能を有
するものであってひとり架空送電線のみならずその応用
範囲は広い。

〔実施例（１）〕 第１表に示すように組成のＡｌ−Ｆｅ−Ｚｒ系合金を溶
解し、冷却速度１５℃／ｓｅｃで鋳造し、その鋳塊再加
熱することなく９７％の加工度まで圧延加工して仕上り
温度１２０℃で荒引線（以下ＷＲという）とする。

このＷＲに対してそのまま７８％の冷間加工を加えたも
の（処理■）７２％の冷間加工後、４００℃Ｘ６０ｈｒ
の熱処理を行い、さらに２０％の冷間加工を加えたもの
（処理■）について、引張強さ、導電率、耐熱性を測定
した。

耐熱性は１ｈｒ加熱の等時軟化試験を行い引張強さが１
０％減少する温度により評価した。

（以下同様）０ 第１表から明らかなように、Ｚｒが０．２〜１．５％Ｆ
ｅが０．１〜１．０％のものは中間熱処理およびその後
の小さな冷間加工により、著しく耐熱性が向上している
。

上記範囲外の組成の合金では中間熱処理及び小さな冷間
加工によっても耐熱性は向上しないが、引張強さ、導電
率が規格を満足しない。

〔実施例（２）〕 第１表に示すＮｏ、４の水冷シャワー量で調節した。

この鋳塊を５２０Ｃより圧延を開始し、１２０℃で圧延
を終了しＷＲを製造後、そのＷＲを７２％冷間加工し、
４００℃Ｘ６０ｈｒ熱処理し、さらに２０％の冷間加工
を加えて実施例（１）と同様に耐熱性を調査した。

その結果を第２表に示す。第２表から明らかなように、
５℃／ｓｅｃ以下の冷却速では耐熱性の向上はみられな
い。

〔実施例（３）〕 実施例（２）中の冷却速度１５℃／ｓｅｃのものについ
て、圧延仕上り温度を第３表に示すように変えてＷＲを
製造し、そのＷＲを７２％冷間加工し、４００℃Ｘ６０
ｈｒ熱処理し、さらに２０％の冷間加工を加えて実施例
（１）と同様に耐熱性を調査した。

その結果、第３表に示す。仕上り温度が２００℃以上で
は耐熱性が改善されないことが判る。

〔実施例（４）〕 第１表に示すＮｏ、４の組成の合金について、実施例（
１）と同様の条件でＷＲを製造し、７２％の冷間加工を
加えた後、第４表に示す条件で熱処理し、２０％の冷間
加工を加えて耐熱性を調査した。

その結果第４表に示す。

中間熱処理は、３００〜４５０ＣＸ５〜２００ｈｒの条
件でなければ耐熱性の向上に効果のないことが判る。

〔実施例（５）〕 第１表に示すＮｏ、４の組成の合金について、実施例（
１）と同様の条件でＷＲを製造し第５表に示すような加
工度を加えた後、４００℃Ｘ６０ｈｒの中間熱処理を行
い、さらに２０％の冷間加工を加えたものについて、そ
の引張強さを調査した。

冷間加工が６０％以下では、引張強さが低く、電線材料
として使用不可能であることが判る。

〔実施例（６）〕 実施例（４）中の中間熱処理条件４００℃Ｘ６０ｈｒの
ものについて、熱処理後の冷間加工度を第６表に示すよ
うに変えて耐熱性及び引張強さの調査を行った。

その結果を第６表に示す。

１０％以下の加工度では引張強さが不足し、３０％以上
の加工度では耐熱性が低下することが判る。

〔実施例（７）〕 （１）実際の操業材を用いて第７表に示す組成のＡｌ−
Ｚｒ−Ｆｅ系合金を生産し、従来の耐熱Ａ４合金（ＣＴ
−Ａｌ、ＵＴ−Ａｌ）とその性能を比較した。

このときの製造条件は次のとおりである。

その結果を第７表に示す。

鋳造速度１７５ｍｍ／ｓｅｃ、圧延温度５２０〜１２０
Ｃ，ＷＲ寸法９，５φ、第１番目の冷間加工度７２％、
中間熱処理３５０℃Ｘ９６ｈｒ、第２番目の冷間加工度
２０％、第７表から判るように、本発明によるＡ１合金
線は、従来の耐熱Ａ１合金線にくらべて、同等の引張強
さ、導電率を有し、耐熱性が非常にすぐれていることが
判る。

（２）第８表に示す合金について、（１）と同様な条件
で製造したＡｌ線について、加熱時間１ｈｒの等時軟化
試験を行い、試験後の引張強さを測定し、引張強さの残
存率を求めた。

その結果を第１および２図に示す。

比較のために、伸縮加工のみの場合も示した。

この結果から、本発明組成の合金の耐熱性のすぐれてい
ることがよく判る。

以上の実施例によって、本発明に係るアルミニウム合金
の高い導電性と引張強度の保持ならびに格段にすぐれた
耐熱性能について明らかにできた。

発明者等は上に示した実施例にとどまらず、各方面の実
験を行い、本発明の有するすぐれた効果については十分
に調査した。

しかして、本発明に係る製造条件は通常の連続鋳造法に
より達成することができるから、工業的にみてもきわめ
て経済的かつ大量生産が可能である。

しかも、本発明に係る合金は異常に高い濃度のＺｒが添
加しているにかかわらず、熱間加工、温間加工の条件に
特別の考慮をはらい、冷間加工の条件をも考慮すること
により犬なる転位を導入することに着目し、加えである
量のＦｅがＺｒ析出促進効果を有していることを見出す
ことにより、短時間できわめて効率的にＺｒの微細析出
を現出できることを見出し、これによって５８％１ＡＣ
３以上の導電率、１６にν／ｍｍ２の引張強さを保持し
つつ、短時間使用湯度３００度以上というきびしい条件
を十分に満足するアルミニウム合金を提供できたもので
ある。

従って先に説明した大容量送電用の導体としてのみなら
ず、耐熱性を要求される導電分野において広い応用が約
束されたものであり、産業上に及ぼす効果ははかり知れ
ない。

【図面の簡単な説明】

第１および第２図は等時軟化試験結果を示す線図である
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Ｚｒ０．２〜１．５％、Ｆｅ０．１〜１．０％残部
   Ａｌおよび不可避なる不純物よりなる合金を溶解鋳造し
   これを５℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却しつつ加工を
   加え、仕切り温度が２００℃以下となる間に８０％以上
   の減面率となる加工をし、その後６０％以上の冷間加工
   を行ったら、３００〜４５０℃の温度で５〜２００時間
   の熱処理をし、その後に１０％以上３０％以下の冷間加
   工を加えることを特徴とする導電用高耐熱性アルミニウ
   ム合金の製造方法。