JPS6143424B2

JPS6143424B2 -

Info

Publication number: JPS6143424B2
Application number: JP54140907A
Authority: JP
Inventors: Sadao Sakabe; Haruzumi Sakurada; Yasuhiko Myake; Takaharu Yonemoto
Original assignee: Hitachi Cable Ltd; Kansai Denryoku KK
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1979-10-31
Filing date: 1979-10-31
Publication date: 1986-09-27
Also published as: JPS5665968A

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性ACSR
（鋼心アルミ撚線）としてZrを0.1％程度含んだＡ
―Zr系合金が広く採用されている。しかしこの場合、通常は導電率60％IACS、短
時間使用許容温度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％IACS短時間
使用許容温度230℃と規定するものであつた。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
しまつたのでは実用にならず、導電率についても
58％IACS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がそれによつ
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かつ
た。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
ためにより高い濃度の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
しという工程によつ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
つ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Zr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、それによつて、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。 1.5％Zr以上になると58％IACS以上の導電性を
得ることがきわめて困難となる上、伸線時の脆化
が著しくなり、これも除外される。しかして、本発明に係る合金には、第３元素と
して、Si0.1〜1.0％およびMg0.05〜0.2％の範囲
で添加される。 SiおよびMgを上記の範囲で添加するのはいず
れもそれによつてZrの析出速度を速め、前記析出
硬化によつて、高い耐熱性を発揮せしめると共
に、Siは材料自体の引張強さをも期待するもので
ある。とくに本発明がその大きな特徴点とするところ
のものは、Zrに対してMgとSiとを一緒に添加し
た点にある。これにより発明者らは、ZrとSiの化
合物の析出が非常に速く行なわれることを見出し
た。Ａ―Zr合金にFeやSiを添加すると析出の促
進がみられることは、これまでも知れていた。し
かしこれにMgを共存させることにより、その促
進は一層いちじるしいものになることを、発明者
らは新たに見出したのである。何故にMgが共存していると、そのような析出
の促進がおこるかについては、その詳細なメカニ
ズムまでを明らかに出来た訳ではない。しかし、
それはおそらくはつぎのような作用によるもので
あろうといいうことが推測できる。すなわち、合金中での析出は、析出のための核
の発生とそれの成長により進行するものと理解さ
れているから、析出速度を促進せしめるには、上
記核の発生とその成長を容易にすればよいことに
なる。このような核の発生の生じやすい場所とし
ては、転位や結晶粒界が一般に考えられるが、微
細析出相もまた周囲に歪みをつくり、核発生の場
所となり得る。これを本発明に係るＡ―Zr―Si―Mg合金に
ついてみると、Ａ中においては拡散速度の速い
MgとSiとがまず析出をはじめると考えられる。
この微細析出したMgとSiの化合物ご核としてZr
あるいはZrとSiの化合物が析出する。これによつ
て析出に要する時間が著しく短縮できることにな
つたと考えることができるのである。従つて、上記の如き作用効果を発揮せしめるた
めの、これら添加元素の範囲というものは自らそ
の最適範囲を有することとなる。 Siについては、0.1％以下では上記Zrの析出を
速める効果がなく、また析出による析出硬化も小
さく所定の引張強さを確保することができない。
しかし、1.0％以上といつた多量になると、伸線
加工が困難となり脆化がおこつてくる上導電率の
低下も著しくなり、除外される。 Mgについては、0.05％以下では前記した析出
の核となり得る有効なMg―Siの微細析出物が得
られず、0.2％以上となると、SiがまずMgと結合
してしまつて、Mg―Si化合物を多量に形成し、
耐熱性と析出硬化に有効なZrと結合するSiが不足
してしまい、所期目的の達成のためにはかえつて
障害となるのである。本発明に係る製造方法においては、上記組成の
範囲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200℃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、過飽和固溶体を得るこ
とと、マトリツクスに転位を導入することが主
たる目的となる。従つて、５℃／sec以上で冷却しないと、
Zr、Mg、Siの添加元素が十分に固溶されない
で析出してしまう。これらの析出物は粗大であり、耐熱性、析出
硬化には全く寄与しないのである。また、素材温度が200℃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、Mg，Siの化合物が析出して固溶が十分
でない上、高温域のみでの加工となつて後続す
る300〜450℃×20〜100h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
入が不足し、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65％
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
これ冷間加工によりさらに十分導入すると共に
熱処理前の強度を一定値以上に保つためであ
る。従つて、冷間加工65％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℃の温度において20〜
100h熱処理される。これはいうまでもなくZrあるいはZr―Siの微
細析出を生じさせるためのもので、300℃以下
ではZrあるいはZr―Siの析出が非常に遅いため
に導電率の上昇が少なく、450℃以上では粗大
化した化合物が析出し、導電率は上昇するが、
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。
20h以下ではZrの充分な析出が得られず、100h
以上では析出物の粗大化が起き、いわゆる過時
効状態となり、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20〜100hとなればよく、段
階をふんだ熱処理であつても効果には差異はな
い。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、以下の実施例によつて明らかに
される如く、導電用として使用し、すぐれた耐熱
性能と適度の強度とを有するものであつて、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) 表１に示す合金を溶解し、15℃／secの冷却速
度で鋳造し、さらに95％の加工度を加えて、仕上
り温度125℃で9.5φの荒引線（以下WRという）
とした。このWRを冷間伸線して、4.5φの線とし
たものを350℃で40h熱処理を行なつた。その性
能を第１表に示す。耐熱性の尺度として400℃で
4h加熱後の引張強さの残存率（以下単に残存率
という場合、引張強さの残存率をいう）を求め
た。この結果から判るように、Zrが0.2％以下で
は、引張強さと、耐熱性が不足し、Zrが1.5％以
上では引張強さ、残存率は充分であるが、導電率
が低い。Siが0.1％以下では、析出が遅く引張強
さ、導電率、残存率が低い。1.0％以上では耐熱
性が低下する。またこの場合、伸線加工が非常に
困難であつた。Mgが0.05％以下では、熱処理に
よる引張強さの上昇、導電率の回復が充分でな
い。また0.2％以上では、Mgが多すぎるために導電
率も低く、耐熱性も低い。

【表】実施例 (2) Ａ―0.3％Zr―0.1％Si合金とＡ―0.3％Zr―
0.1％Si―0.07％Mg合金を実施例(1)と同様に鋳造
圧延伸線を行ない、350℃で熱処理した際の、導
電率、引張強さの変化を第１図に示す。Mgを添
加した合金は、熱処理による導電率、引張強さの
上昇がMgを添加しない合金に比べて非常に速
い。実施例 (3) Ａ―0.3％Zr―0.1％Si―0.07％Mg合金を第２
表に示す冷却速度で鋳造した。冷却速度は水冷シ
ヤワー量で調節した。この鋳塊を520℃から圧延
を開始し、125℃で圧延を終了してWRを製造
後、4.5φまで冷間伸線を行ない350℃×40hの熱
処理を行なつて性能を調査した。第２表にその結
果を示す。冷却速度が５℃／sec以下ではとくに
耐熱性が低いことが判る。

【表】実施例 (4) Ａ―0.3％Zr―0.1％Si―0.07％Mg合金を冷却
速度15℃／secで鋳造した。この鋳塊を520℃で圧
延を開始し、圧延終了温度を第３表に示すように
変えてWRを製造した。このWRを4.5φまで冷間
伸線し、350℃×40hの熱処理を行なつて性能を
調査した。その結果を第３表に示す。仕上り温度
が200℃以上では耐熱性が低いことが判る。

【表】実施例 (5) Ａ―0.3％Zr―0.1％Si―0.07％Mg合金を冷却
速度15℃／secで鋳造し、この鋳塊を520℃で圧延
を開始し、125℃で圧延を終了し、9.5φWRを製
造した。このWRを第４表に示す線径まで冷間伸
線加工後、350℃で40h熱処理して性能を調査し
た。加工度が65％以上でない場合には、熱処理に
よる硬化と導電率の回復が遅い。

【表】実施例 (6) Ａ―0.3％Zr―0.1％Si―0.07％Mg合金を冷却
速度15℃／secで鋳造し、この鋳塊を520℃で圧延
を開始し、125℃で圧延を終了して9.5φWRを製
造した。このWRを4.5φまで冷間伸線加工後、第５表に
示す条件で熱処理を行ない、その性能を調査し
た。300℃以下20h以下の熱処理では、析出が充
分でなく引張強さ、導電率、耐熱性が不足する。
450℃以上あるいは100h以上では、過時効とな
り、引張強さ、耐熱性が不足する。

【表】実施例 (7) Ａ―0.3％Zr―0.1％Si0.07％Mg合金を実際の
操業機を用いて製造し、従来の耐熱Ａである
CT―Ａ（0.04％Zr）とその性能を比較した。
そのときの製造条件は次のとおりである。鋳造速度160mm／sec、圧延中の温度520℃〜125
℃WR寸法9.5φ冷間伸線加工度74.5％、4.8φ伸
線後の熱処理350℃×50h その結果を第６表に示す。また1hの等時軟化
曲線を第２図に示す。第６表第２図から判るとおり、従来の耐熱Ａ
と比べて同等の引張強さ、導電率を有し、耐熱性
が非常に優れている。

【表】以上の実施例によつて、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、組
成や条件について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。しかし条件さえ満すものであれば、半連鋳に基
づく熱間押出圧延法を用いてもよいことは勿論で
ある。本発明に係る合金は異常に高い濃度のZrを添加
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
慮することにより大なる転位を導入することに着
目し、加えてある量のSi，Mg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、これによつて58％IACS以上の導電率、
16Kg／mm²の引張強さを保持しつつ、短時間使用温
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。従つ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
て広に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図は350℃における等温熱処理条件での導
電率ならびに引張強さの変化を示す線図、第２図
は１時間の等時軟化曲線を示す線図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１ Zr0.2〜1.5％、Si0.1〜1.0％、Mg0.05〜0.2％
残部Ａ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、仕上り温度が200℃以下
となる間に80％以上の減面率となる加工を行な
い、その後65％以上の冷間加工を行つた後に、
300〜450℃の温度で20〜100時間の熱処理を行な
う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。