JPS5919183B2 - 高力耐熱アルミニウム合金導体の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は導電用耐熱アルミニウム合金として知られるＡ
ｌ−Ｚｒ系合金の製造法の改良、具体的には合金組成と
製造工程とｐ組み合せにより導電率を低下させることな
く強度及び耐熱性を著しく向上させた高力耐熱アルミニ
ウム合金導体の製造法に関するものである。

従来架空送電線には主として調芯アルミニウム撚線（Ａ
ＣＳＲ）が使用されているが、特殊な送電条件の下では
アルミニウム導体に耐熱性を与えた調芯耐熱アルミニウ
ム合金撚線（ＴＡＣＳＲ）が用いられて来た。

このＴＡＣＳＲ素線に用いられるアルミニウム合金には
公知のようにＡｌ−Ｚｒ系合金が用いられて来た。Ａｌ
−Ｚｒ系合金はＺｒ量の如何にか〜わらず導体の引張強
さは１７〜２０Ｋ９／フ擢２とそれ程高くならないため
長径間送電用導体には用いることができず又全アルミニ
ウム合金撚線（ＡＡＡＣ）として用いることもできなか
つた。

このような目的のためには公知の如く５００５合金（Ａ
ｌ−０．５〜１．１Ｗｔ（ｆｌ）Ｍｇ）が用いられてい
た。

この合金は引張強さは２４Ｋ９／属ｉと強いが、耐熱性
は普通のアルミニウム電線（ＥＣＡＩ）と同じであり、
耐熱性がないため大容量送電ができなかつた。

しかるに最近電力需要の増大に伴い、導体に耐熱性があ
りしかも強度の高い導体が要望されて来ており、公知の
５００５合金については耐熱性の向上が、又公知の耐熱
アルミニウム合金においては強度向上が夫々望まれてい
る。

又一般に導電用耐熱アルミニウム合金として現在使用さ
れているＡｌ−Ｚｒ系合金の耐熱性はＺｒの添加量に応
じて増大するが、導電率は低下してしまい、従つてより
耐熱性の優れた導体を得るためにはＺｒ量を多くするこ
とになるが、導電率は著しく低下して実用に適さないこ
とになる。

又強度を向上させるために各種元素を添加するとやはり
導電率が低下してしまう。本発明はか匁る点に鑑み導電
率をあまり低下させることなく強度及び耐熱性の優れた
導体を提供せんと、合金組成と製造工程の組合せについ
て研究を進めた結果、本発明に至つたものである。

本発明に用いられるアルミニウム合金素材としてはＺｒ
Ｏ．ｌ５〜０．８ｗｔ％、ＦｅＯ．Ｏ５〜０．６ｗｔ％
、ＳｌＯ．Ｏ４〜０．２０ｗｔ９６を含み、かつＭｇＯ
．ＯＯ５〜０．５ｗｔ％、ＣｕＯ．ＯＯ５〜０．５ｗｔ
％、希土類元素０．０１〜０．５ｗｔ％、ＳｂＯ，ＯＯ
５〜０．１ｗｔ％、ＢｅＯ．ＯＯ５〜０．１ｗｔ％のう
ちのいずれか１種又は２種以上の元素を含み、残Ａｌと
通常の不純物とからなるものである。本発明法は上記合
金素材を５００〜６４５℃で加熱を行なつた後、急冷し
、これを２５０〜４００℃で１〜４００時間加熱処理し
、更に冷間において６５％以上減面加工する方法（Ｉの
方法）あるいは又１の方法に引続いてこれを２５０〜５
００℃で１〜４００時間加熱処理する方法（の方法）、
更に又（１）の方法において６５（Ｆ６以上の減面加工
後、熱処理工程を２段階に分け、第１段階を２００〜４
００℃で１〜４００時間加熱処理し次に第２段階を第１
段階より３０℃以上高い温度でしかも２５０〜５００よ
Ｃｆ）温度範囲内で１〜４００時間加熱処理する方法（
の方法）に係わるものである。本発明において合金組成
を上記の如く限定したのは次の理由による。

即ちＺｒは強度及び耐熱性を向上させるために添加する
ものでこの添加量を０．１５〜０．８ｗｔ％（以下Ｗｔ
％を単に％と略記）としたのはこれが０．１５％より少
ないと強度が低く耐熱性も改善されず、又０．８％より
多くなると強度及び耐熱性向上の効果がなくなり、導電
率も低下するからである。

ＦｅとＺｒと同様強度及び耐熱性を向上させるために添
加するもので、この添加量を０．０５〜０．６％とした
のは、これが０．０５％より少ないとその効果は少なく
０．６％より多くなると強度及び耐熱性のより一層の向
上は認められず導電率が低下してしまうためである。

Ｓｉの添加は強度を向上させるためであり、この添加量
を０．０４％〜０．２０ｆ）としたのはこれが０，０４
％より少ないと強度が低く、又０．２０％より多くする
と導電率が低くなつてしまうからである。

Ｍｇ及びＣｕは強度を向上させるために添加するもので
、これらの添加量を夫々０．００５〜０．５％としたの
は夫々０．００５％未満では強度改善の効果がなく、又
夫々０．５（Ｆ６を越えると導電率低下が大きくなつて
しまうからである。

希土類元素（以下単にＲＥと記す）及びＳｂ、Ｂｅを添
加するのは導電率を低下させることなく、強度を向上さ
せると共に曲げ加工性を改善するためである。

ＲＥの添加量を０．０１〜０．５（ｆｌ）としたのは０
．０１％未満ではその効果は殆んどなく、０．５％を越
えると強度向上効果はなくなり導電率は低下し曲げ加工
性もむしろ悪くなつてしまうからである。

又Ｓｂ，Ｂｅの添加量を夫々０．００５〜０．１％とし
たのは夫々０．００５％未満ではその添加効果はなく、
０．１％を越えて添加してもより一層の強度向上は認め
られず、むしろ導電率が低下してしまうからである。

伺、上記の合金組成の範囲でＭｇとＣｕのうちから１種
以上、ＲＥ，Ｓｂ，Ｂｅのうちから１種以上を同時に添
加すると更に一層優れた性能の導体が得られる。

次の本発明の前記（１）〜（）の製造工程において上記
の合金素材を５００〜６４５℃で加熱後、急冷するのは
Ｚｒ，Ｆｅ，Ｍｇ及びＣｕを固溶させる（溶体化処理）
のためであり、その際合 ，金素材としては鋳塊でも熱
間又は冷間加工材でもよい。

即ち本発明は溶体化処理後、冷間力旺することにより目
標とする優れた性能の導体を得んとするものであり、溶
体化処理前の素材は鋳塊でも加工材でも略同等の性能が
得られる。

こＸで溶体化処理温度が５００℃より低いと固溶量が少
ないため強度及び耐熱性の向上が認められず、又６４５
℃より高くてもより一層の向上効果は認められず、しか
も躊融温度近くなるため製造作業が困難となる。伺この
溶体化処理後に急冷する手段としては空冷でも水冷でも
よい。

本発明の（１）の方法において鋳塊あるいは熱間又は冷
間加工した素材を前記の如く５００〜６４５℃で加熱後
、急冷してから２５０〜４００℃で１〜４００時間加熱
処理するのは予備時効により強度及び導電率を一層向上
させるためである。

その際２５０℃より低い温度の場合あるいは２５０〜４
５０℃の温度範囲でも１時間より短かい場合は予備時効
の効果が現われず、又４５０℃より高い温度の場合ある
いは４００時間より長い場合には過時効現象により強度
向上の効果がなくなつてしまうため、その予備時効を経
た素材は加工硬化能が大きいため次の６５（ｆｌ）以上
の減面加工を行なうことによつて強度、導電率及び耐熱
性の優れた導体を得ることができる。本発明の（）の方
法において（１）の方法の冷間加工に引続いて更に２５
０〜５００℃で１〜４００時間加熱処理するのは耐熱性
及び導電率の向上の面で一層有利ならしめるためである
。

その際２５０℃より低い温度あるいは１時間より短かい
時間ではその効果は殆んどなく、５００℃より高い温度
あるいは４００時間より長い時間では強度が低下し耐熱
性も悪くなるので不利である。本発明の（）の方法にお
いて（１）の方法での６５％以上減面加工した素材を加
熱処理するに際して熱処理工程を２段階に分けたのは微
細な析出物の形成を促進して析出硬化をより一層顕著な
ものとするためでこれによつて導電率及び強度は一層向
上する。

こＸで第１段階を２００〜４００℃で１〜４００時間熱
処理すると規定したのは２００℃未満あるいは加熱時間
が１時間未満ではその効果がなく、４００℃より高い温
度では強度が低下してしまい、又４００時間より長く加
熱してもより大きな効果は認められず不軽済である。

又第２段階の加熱に際して第１段階より３０℃以上高い
温度で加熱するのは第１段階で形成された極微細な析出
物あるいは析出核を成長させるためで３０℃未満ではそ
の効果はなく単に連続して加熱する場合と差異はない。
又こｋで２５０未満の温度あるいは１時間未満の加熱で
は微細析出物の成長は遅く、導電率、強度の改善は認め
られない。

又５００℃より高い温度あるいは４００時間より長時間
熱すると析出物が粗大化し強度、耐熱性とも低下してし
まうためである。

伺本発明の（１）〜２（）の方法の実施に際して５６０
〜６３０℃で加熱を行なつた後、急冷し、冷間力旺前に
３２０〜４２０℃で４０〜２００時間加熱処理すること
により優れた性能の導体が得られる。

又本発明の（）の方法の実施においては上記条件範囲内
で製造した素材を冷間加工後の熱処理を行なう際に第１
段階を３００〜４００℃で２〜１００時間加熱し第２段
階を５０〜１００℃高い温度でしかも３８０〜４５０℃
の温度範囲で２０〜１００時間加熱することにより優れ
た性能の導体が得られる。

次に本発明を実施例により詳しく説明する。

実施例主に純度９９．８５〜９９．９５（ｆｌ）の電気
用アルミニウム地金を用いてこれを溶解後、Ａｌ−６％
Ｆｅ母合金、Ａｌ−２０（！）Ｓｉ母合金、Ａｌ−５０
％Ｃｕ母合金、Ａｌ−５（ｆ）Ｚｒ母合金、Ａｌ５％Ｂ
ｅ母合金、Ａｌ−５％Ｓｂ母合金とＭｇ単体を用い、又
希土類元素としてミツシユメタルを添加して各種組成の
Ａｌ合金を溶製した。

伺希土類元素（ＲＥ）としてはランタン、セリウム、イ
トリウム等希土類元素はいずれも同一添加効果を示すた
め、夫々単独で添加しても又２種以上を一緒に添加して
も全＜同様の効果を示し、ミツシユメタルとして添加し
てもよい。これらの合金を２５×２５×４００ｍｍの金
型に鋳造後、圧延加工して８ 〜１２ＥＷＬφの荒引線
とした。

これを４８０〜６４５℃の温度に加熱後、水冷し、これ
を２００〜４８０℃で０．５〜６００時間熱処理し、冷
間加工後２段階に分けて熱処理する際は第１段階を１・
８０〜 ４９０℃で０．５〜５００時間、第２段階を２
３０〜５５０℃で０．５〜５００時間加熱処理した。岡
Ｆｅ添加量が０．０８％以下のものは９９．９５％のア
ルミニウム地金を用いた。

又はＦｅ、Ｓｉ等の添加量についてはいずれの場合も配
合値から不純物として地金中に含有される量を差引いた
分だけ添加した゜このようにして製造した試料について
引張強さ、導電率、耐熱性を測定した。

伺引張強さはインストロン型試験機により、導電率はゲ
ルピン・ダブルブリツジにより電気抵抗を測定して求め
た。

又耐熱性は試料を３５０℃で１時間加熱し加熱前の引張
強さに対する加熱後の引張強さの割合で表わした。

これらの地金組成、製造条件及び性能を第１表に示す。
実施例煮１〜１０は本発明ｆ）（１）の方法で製造した
もので引張強さは２３ｋｇ／！Ｎｍ２以上、導電率は５
８％ＩＡＣＳ以上、耐熱性は９８％以上と優れた性能を
示した。

実施例黒１１，１２４本発明の（）の方法で、製造した
ものであり、実施例煮１３〜１５は本発明の（）の方法
で製造したもので、引張強さは２７．０〜２７．４Ｋ９
／Ｉｎく導電率５９？ＩＡＣＳ以上、耐熱性も９４％以
上と優れた性能を有している。

次に比較例黒１６〜３０は加工及び熱処理条件は本発明
に従つて製造したが、合金組成が本発明で規定する範囲
外のものである。即ち屈１６〜２６は（１）の方法に従
つて製造したものであるが、黒１６はＺｒ量が少ないた
め強度及び耐熱性が低く、屈１７はＺｒ量が過剰なため
導電率が低いうえ耐熱性も低下している。

還１８，１９はＦｅ量が、又屋２０，２１はＳｉ量が不
適当であるため高性能が得られない。屋２２，２５，２
６はＭｇ，Ｃｕ，Ｓｂ，Ｂｅ，ＲＥ等の添加量が不十分
なため、又黒２３，２４は上記各元素／）ｇ過剰なため
、引張強さ、導電率、耐熱性の３特性が共に優れた性能
を示し得ない。黒２７，２８は（）の方法に従つて、又
屋２９，３０は（）の方法に従つて製造したものである
が、いずれもＳｉ，Ｍｇ，Ｃｕ，Ｓｂ，Ｂｅなど合金組
成が範囲外であるため高い性能は得られていない。

次に比較例還３２〜４７は合金組成は範囲内にあるが、
製造条件が（１）〜（）とは異なつた例である。

屈３２は溶体化処理温度が４８０℃と低く、屋３３は伸
線加工率が６０．９％と（１）の方法における条件より
低くなつており、又滝３４〜３７は（）の方法において
伸線前の予備時効条件が本発明のそれと異つているため
やはり高い性能は得られない。

黒３８は（）の方法のうち伸線後の加熱温度が本発明の
それより高いため強度及び耐熱性が低い。

又屋３９は（）の方法のうち予備時効温度が本発明のそ
れより低いため予備時効した効果が認められず、（１）
の方法で製造したものと殆んど変らない。黒４０は（）
の方法のうち伸線後の２段目の加熱温度が一段目より低
いため２段に分けて熱処理する効果が認められず、この
場合も（１）の方法で製造したものと大差ない。

ＦＬ４ｌも１段目の加熱湿度が低いため、又應４３は加
熱時間が短かいため２段に分けて熱処理した効果は顕著
ではない。

屋４２は伸線後の加熱温度が高過ぎるため強度、耐熱性
が低下してしまう。

屈４４は１段目の加熱時間が長過ぎるため、屈４５は２
段目の加熱温度が不適当であり、屈４６，４７は２段目
の加熱時間が夫々不適当なため、いずれも強度、導電率
、耐熱性の３特性の共に優れた導体を製造することがで
きない。

次に比較例煮４８〜５１として従来から行なわれてぃる
展延法で製造した場合の性能を第２表に示す。

この展延法の場合は前述の実施例と同様にして製造し２
５×２５×４００ｇ１の鋳塊を４５０℃で１時間加熱後
、熱間圧延して９．５＃Ｅｌψの荒引線としてこれをそ
のまま減面率で８２．３〜９１．５％伸線加工した。こ
れについて性能を測定した結果、従来法で製造したもの
は強度は高いが、導電率が低く、特に耐熱性は極めて悪
い。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｚｒ０．１５〜０．８ｗｔ％、Ｆｅ０．０５〜０．
   ６ｗｔ％、Ｓｉ０．０４〜０．２０ｗｔ％を含み、かつ
   Ｍｇ０．００５〜０．５ｗｔ％、Ｃｕ０．００５〜０．
   ５ｗ％、希土類元素０．０１〜０．５ｗｔ％、Ｓｂ０．
   ００５〜０．１ｗｔ％、Ｂｅ０．００５〜０．１ｗｔ％
   のうちのいずれか１種又は２種以上の元素を含み、残Ａ
   ｌと通常の不純物とからなる合成素材を５００〜６４５
   ℃で加熱を行なつた後、急冷し、これを２５０〜４００
   ℃で１〜４００時間加熱処理し、更に冷間において６５
   ％以上減面加工することを特徴とする高力耐熱アルミニ
   ウム合金導体の製造法。 ２ Ｚｒ０．１５〜０．８ｗｔ％、Ｆｅ０．０５〜０．
   ６ｗｔ％、Ｓｉ０．０４〜０．２０ｗｔ％、かつＭｇ０
   ．００５〜０．５ｗｔ％、Ｃｕ０．００５〜０．５ｗｔ
   ％、希土類元素０．０１〜０．５ｗｔ％、Ｓｂ０．００
   ５〜０．１ｗｔ％、Ｂｅ０．００５〜０．０１ｗｔ％の
   うちのいずれか１種又は２種以上の元素を含み、残Ａｌ
   と通常の不純物とからなる合金素材を５００〜６４５℃
   で加熱を行なつた後、急冷し、これを２５０〜４５０℃
   で１〜４００時間加熱処理し、更に冷間において６５％
   以上減面加工後、２５０〜５００℃で１〜４００時間加
   熱処理することを特徴とする高力耐熱アルミニウム合金
   導体の製造法。 ３ Ｚｒ０．１５〜０．８ｗｔ％、Ｆｅ０．０５〜０．
   ６ｗｔ％、Ｓｉ０．０４〜０．２０ｗｔ％を含み、かつ
   Ｍｇ０．００５〜０．５ｗｔ％、Ｃｕ０．００５〜０．
   ５ｗｔ％、希土類元素０．０１〜０．５ｗｔ％、Ｓｂ０
   ．００５〜０．１ｗｔ％、Ｂｅ０．００５〜０．１ｗｔ
   ％のうちのいずれか１種又は２種以上の元素を含み、残
   Ａｌと通常の不純物とからなる合金素材を５００〜６４
   ５℃で加熱を行なつた後、急冷し、これを２５０〜４０
   ０℃で１〜４００時間加熱処理し、更に冷間において６
   ５％以上減面加工した後、加熱処理工程を２段階に分け
   て第１段階では２００〜４００℃で１〜４００時間加熱
   処理し、次に第２段階では第１段階より３０℃以上高い
   温度でしかも２５０〜５００℃の温度範囲内で１〜４０
   ０時間加熱処理する高力耐熱アルミニウム合金導体の製
   造法。