JPS63157843A - アルミニウム合金導体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、架空送電線用等の導電用高力耐熱アルミニウ
ム合金導体の製造方法に関するもので、従来の導体に比
較して靭性や耐熱性を向上させたものである。

「従来の技術」 従来から、導電用アルミニウム合金としてＡ１−Ｍｇ−
９ｉ系のいわゆるイ号アルミニウム合金が知られており
、この種の合金は優れた耐食性と高い強度、導電率を有
するために、Ａ　Ａ　Ａ　Ｃ（Ａ　ＩＩＡ　Ｉｕｍｉｎ
ｕｍ　　Ａ　ｌ１ｏｙ　　Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などと
して数多く利用されてきた。この種のイ号アルミニウム
合金が耐食性に優れるのは、主成分であるＭｇやＳｉに
よるＭｇ、Ｓｉ相が組織内に微細に析出することによる
ものである。

「発明が解決しようとする問題点」 ところがこのＭｇ２Ｓｉ相は熱処理の温度が高すぎると
粗大化する傾向にあり、この粗大化によって導体の強度
や疲労特性が悪化する問題がある。

このため前記イ号アルミニウム合金を架空送電線用とし
て用いた場合、通電により導体の温度が上昇すると組織
内のＭｇ２Ｓｉ相が粗大化し、それまでＭｇ、Ｓｉ相が
亜結晶粒界へ析出して再結晶を阻止していたものが破れ
て組織が急激に軟化する。

これがイ号アルミニウム合金が温度に敏感な理由である
。

従って従来、イ号アルミニウム合金導体の強度や疲労特
性は、熱処理温度に極めて敏感であり、Ｍｇ２Ｓｉ相が
粗大化しない温度範囲でのみ使用されてきた。

このような背景から本発明者らは、ＭｇａＳｉの他にイ
号アルミニウム合金の再結晶を阻止する効果のある元素
の存在について研究を重ねた。

ところで従来、導電用アルミニウム合金において、耐熱
性を向上させる効果を奏する添加元素としてＺｒが知ら
れている。ところが、従来、Ａｌ−Ｍｇ−８ｉ系アルミ
ニウム合金においてＺｒを添加することは、ＺｒとＭｇ
あるいはＳｉが化合物を形成して耐熱性を損なうと考え
られていた。

しかしながら本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、Ｍ
ｇとＳｉとＺｒを各々特別な量含有させるとともに、加
工条件と熱処理条件等を規定することによってアルミニ
ウム合金導体の耐熱性と靭性を改善できることを知見し
、本発明に至った。

本発明は、前記知見に基づき、更に研究を重ねてなされ
たもので、優れた耐食性並びに導電性を発揮し、高い強
度を有するとともに、優れた耐熱性と靭性を備えたアル
ミニウム合金導体を提供することを目的とする。

「問題点を解決するための手段」 本発明は、前記問題点を解決するために、Ｍｇ　　０．
３〜１．０％（重量％、以下同じ）、Ｓｉ　　０．３〜
１．０％、 Ｚｒ　　０．０２〜０．２％、 Ａ１　残部、 の組成を有するＡｌ−Ｍｇ　−Ｓ　１−Ｚｒ系のアルミ
ニウム合金からなる導体を製造するに際し、前記組成の
合金を連続鋳造した後に、３００〜５５０℃の温度範囲
で熱間圧延を開始し、減面率８０％以上の加工量で荒引
線を作製し、該荒引線を４７０〜５９０℃の温度範囲に
０．５〜ＩＯ時間加熱した後に急冷する溶体化処理を施
し、しかる後に減面率７０％以上の冷間加工を施し、加
工後に１５０〜３００℃の温度範囲で０．５〜１０時間
焼き戻し処理するものである。

前記組成のアルミニウム合金において、ＭｇとＳｉの含
有量を各々０．３〜１．０％の範囲に限定したのは、Ｍ
ｇ含有量とＳｉ含有量が、各々、０゜３％を下回る値で
は強度が不足し、１．０％を越える値では導電性や鋳造
性を害するためである。

また、Ｚｒ含有量を０．０２〜０．２％の範囲に限定し
たのは、Ｚｒ含有量が０．０２％を下回る値では耐熱性
の向上効果が見られず、０．２％を越える値では導電率
が悪化するためである。

なお、Ｚｒ添加による耐熱性向上の機構は、次のように
説明できる。即ち、金属は冷間加工により機械的特性が
向上するが、これは、加工のエネルギーにより、原子空
孔や転位が生じ、歪エネルギーが集積するためである。

ただしこの歪エネルギーは熱力学的に不安定であり、加
熱によって歪エネルギーは減少し、機械的特性も加工前
の状態に逆戻りする。ここでアルミニウム合金にＺｒを
添加した場合の再結晶過程について説明すると、Ａｌと
Ｚｒとが化合物であるＡ　ｌ　３Ｚ　ｒを作り、これが
組織内に微細に析出して亜結晶粒界の成長を阻止するた
め、再結晶が起こりにくくなる。なお、Ａｌ中のＺｒは
拡散速度が非常に遅いために、このＡｌ５Ｚｒの析出は
高温、長時間域の処理条件でないと起こりにくいが、Ｚ
ｒは組織内で単独に固溶しているのみでも転位のピンニ
ング効果があり、低温域においても耐熱性の向上効果が
ある。

一方、前記熱間圧延開始温度を３００〜５５０℃の範囲
に限定したのは、この範囲以上の温度で熱間圧延を開始
したのでは高温割れを起こし易く、この温度範囲より下
の温度で熱間圧延を開始したのでは、円滑に圧延できな
いためである。次いで荒引線を形成するための加工にお
いて、減面率８０％以上で熱間加工するのは、Ｍｇ、Ｓ
ｉ等の晶出物を組織内に微細に分散させ、均質な圧延組
織にすることと、引き上がりの荒引線の強度を加工硬化
により高くするためである。更に、この荒引線を溶体化
処理するのは、圧延工程において微細に分散されたＭｇ
２Ｓｉ晶出物を容体化するためであり、その温度範囲を
４７０〜５９０°Ｃに限定したのは、ＭｇとＳｉを前記
の如く含有したアルミニウム合金に・おいて固溶体とす
るために必要な温度であるといった理由からであり、加
熱時間を０．５〜１０時間の範囲に限定したのは、この
範囲より短い加熱時間では均一な固溶体とすることが困
難であり、１０時間以上では製造時間が長くなって工業
的に不経済なためである。また、溶体化処理後の冷間加
工における減面率を７０％以上としたのは、冷間加工に
より転位を多数発生させ、微細なＭｇｔＳｉ相を均一か
つ多量に析出させるためである。次に、冷間加工上がり
の線材を１５０〜３００℃で０．５〜１０時間の間焼戻
し処理するのは、Ｍｇ、Ｓｉ相の析出を促進して析出硬
化させるためであり、焼戻し温度を前記範囲に設定した
のは、１５０℃より低い温度で０，５時間より短い条件
ではＭｇ２Ｓｉ相の析出が不十分であって、３００°Ｃ
より高い温度で１０時間より長い時間ではＭｇ２Ｓｉ相
が粗大化し、しかも再結晶が進行してしまい、焼戻しの
効果が得られないためである。

以上説明した組成のアルミニウム合金を用い、以上説明
した加工処理条件に沿った方法によりアルミニウム合金
導体を製造することによって、優れた耐食性と高い強度
と導電性を有する上に、優秀な靭性と耐熱性と耐食性を
有する優れたアルミニウム合金導体を製造することがで
きる。

一方、前記方法を実施する場合に用いるアルミニウム合
金として、 Ｍｇ　　０．３〜１．０％（重量％、以下同じ）、Ｓｉ
　　０．３〜１．０％、 Ｚｒ　　０．０２〜０．２％、 Ｃｕ　　０．０，０５〜０．２％、 Ｆｅ　　０．’１〜０．５％、 Ａｌ　　残部、 の組成を有するアルミニウム合金を用いても良い。

このアルミニウム合金において、ＣＩの含有量を０．０
０５〜０．２％の範囲に限定し、Ｆｅの含有量を０．１
〜０．５％の範囲に限定したのは、添加元素であるＣｕ
とＦｅがこれらの範囲を下回る値では強度向上の効果が
少なく、それ以上の値では導電率が低下し、耐食性にも
悪影響を及ぼずためである。

また、前記組成のアルミニウム合金を用いて前述した方
法によりアルミニウム合金導体を製造する場合、減面率
８０％以上の加工量で熱間加工するのは、Ｍｇ、Ｓｉ、
Ｆｅの晶出物を微細に分散させ、均質な圧延組織にする
ためである。なお、前記したＣｕとＦｅ以外の添加元素
の成分限定理由と、前記した以外の加工処理条件の限定
理由は先に記載した通りである。

「実施例１」 第１表に示す各組成のアルミニウム合金試料（試料Ｎｏ
ｌ〜Ｎｏ２１）を第１表ないし第３表に示す各条件で順
次加工処理して素線（本発明品）を作製し、各素線、に
ついて引張り強さσＢ　（ｋｇｆ／　ｍｍ”）と伸びδ
（％）と導電率λ（％ＩＡＣ３）と耐熱性ＨＲ（％）（
２３０℃で１時間加熱した後の強度残存率で示す）を測
定した。その結果を第３表に示す。また、第４表に示す
各組成のアルミニウム合金試料（試料Ｎ０２２〜Ｎｏ３
９）を第４表ないし第６表に示す各条件で加工処理して
素線（比較例）を作製し、各素線について引張り強さσ
８と伸びδと導電率λと耐熱性ＨＲを測定した。

なお、前記各素線を作製するには、純度９９゜７０％の
電気用アルミニウム地金を溶解し、これにＡｌ−２５％
Ｓｉ母合金およびＡｌ−３３％Ｃｕ母合金とＡｌ−１０
％Ｆｅ合金とＡｌ−５％Ｚｒ母合金とＭｇ導体を所定量
添加し、各組成のＡ　Ｉ　Ｍｇ−８ｉ−Ｚｒ系の合金を
溶解後、プロペルチ連続鋳造圧延機を用い、第１表と第
４表に示す圧延開始温度で圧延を開始し、第２表と第５
表に示す加工量で加工して荒引線を作製した。その後荒
引線を第２表と第５表に示す条件で溶体化処理し、更に
、第２表と第５表に示す加工量で伸線加工した後、第３
表と第６表に示す条件で焼戻し処理を行って各素線を作
製した。

第１表　（本発明品） 一１！＝ 第１表ないし第３表に示す測定結果から、以下に説明す
ることが明らかになった。

−１４＝ 第１表に示ず資料Ｎｏ１＝Ｎｏ４は、本発明で限定した
Ｚｒ含有量の範囲内において、Ｚｒ含有量を０．０２〜
０．１５％の範囲で増加させた例であるが、試料Ｎｏｌ
〜Ｎｏ４にあっては、Ｚｒ含有量が増加するにつれて引
張り強さが若干向上する（第２表参照）とともに耐熱性
が大きく向」ニしている。

なお、Ｚｒ含有量が増加するにつれて導電率が若干定価
するものの、導電率はいずれも優秀な値を示している。

更に、伸びは５％程度の優れた値を示している。

試料Ｎｏ５〜Ｎｏ８は、本発明で限定したＭｇ含有量と
Ｓｉ含有量の範囲内において、Ｍｇ含有量を０．４０〜
０．８１％の範囲で、Ｓｉ含有量を０．４１〜０８７％
の範囲で各々増減した例であるが、概ね良好な特性を示
している。

試料Ｎｏ９〜Ｎｏｌ　１は、本発明で限定した圧延開始
温度の範囲内において、圧延開始温度を３２０〜４９０
℃の範囲に設定した例であるが、圧延開始温度の上昇に
より、耐熱性が向上するとともに、高い引張り強さと優
れた伸びと導電率を示すことが明らかになった。

試料Ｎｏｌ　３とＮｏｌ　４は、本発明で限定した溶体
化処理温度の範囲内において、溶体化処理温度を４９０
℃と５５０℃に設定した例であり、試料Ｎｏｌ　５とＮ
ｏｌ　６は本発明で限定した溶体化処理時間を０．５時
間と８時間に設定した例であり、試料Ｎｏｌ　８とＮｏ
ｌ　９は本発明で限定した焼戻しの温度範囲内において
焼戻し温度を１９０℃と２５０℃に設定した例であり、
試料Ｎｏ２０とＮｏ２１は本発明で限定した焼戻し時間
の範囲内において、焼戻し時間を１．５時間と６時間に
設定した例であるが、いずれも良好な特性を発揮した。

−１５＝ 第４表　（比較例） 第５表　（比較例） 第６表　（比較例） 第４表ないし第６表においては、アルミニウム合金に含
有させる各種合金成分、あるいは、アルミニウム合金に
加える加工処理条件の１つを本発明で限定された合金成
分の範囲、あるいは、加工処理条件の範囲から外れるよ
うに作成した試料について記載しである。第４表ないし
第６表において、本発明の限定範囲から外れた合金成分
と加工処理条件のものについては、その数値の左側に＃
印を付しである。

まず、第４表に示す試料Ｎｏ２２は、Ｚｒ含有量を本発
明で限定した範囲より少ない値に設定した試料であるが
、Ｚｒ含有量が少ない場合は、第６表に示すように耐熱
性が８７．０％と大きく低下している。第４表に示す試
料Ｎｏ２３は、Ｚｒ含有量を本発明で限定した範囲より
多く含有させた試料であるが、この試料は導電率が５４
．２％ＩＡＣＳの低い値となっている。試料Ｎｏ２４〜
２７は本発明で限定したＭｇ含有量の範囲とＳｉ含有量
の範囲から外れた量のＭｇとＳｉを含有させた試料であ
り、引張り強さと導電率等が第６表に示す如く低＝１９
− 下しているとともに、試料Ｎｏ２７は鋳造性が悪く荒引
線の製造が不可能であった。

試料Ｎｏ２８とＮｏ２９は、本発明で限定した圧延開始
温度の範囲から外れた温度範囲で圧延を開始した試料で
あるが、試料Ｎｏ２８は圧延不可能であり、試料Ｎｏ２
９は高温割れを起こした。

試料Ｎｏ３１とＮｏ３２は、本発明で限定した溶体化処
理温度条件から外れた条件で処理した試料であり、試料
Ｎｏ３３とＮｏ３４は本発明で限定した溶体化処理条件
から外れた条件で溶体化処理した試料であるが、いずれ
も満足な特性が得られていない。

試料Ｎｏ３５は本発明で限定した加工量から外れた加工
量で加工した試料であるが、引張り強さの低下が見られ
る。

試料Ｎｏ３６とＮｏ３７とＮｏ３８は本発明で限定した
焼戻し条件から外れた条件で焼戻しした試料であるが、
いずれも満足な特性が得られていない。

「実施例２」 第７表に示す各組成のアルミニウム合金試料（試料Ｎｏ
４０〜Ｎｏ６６）を第７表ないし第９表に示す各条件で
順次加工処理して素線（本発明品）を作製し、各素線に
ついて引張り強さσ８と伸びδと導電率λと耐熱性ＨＲ
を測定した。その結果を第９表に示す。

また、第１０表に示す各組成のアルミニウム合金試料（
試料Ｎｏ６７〜Ｎｏ８８）を第１０表ないし第１２表に
示す各条件で加工処理して素線（比較例）を作製し、各
素線について引張り強さσ８と伸びδと導電率λと耐熱
性ＨＲを測定した。

なお、前記各素線を作製するには、純度９９゜７０％の
電気用アルミニウム地金を溶解し、これにＡｌ−２５％
Ｓｉ母合金およびＡｌ−３３％Ｃｕ母合金とＡｌ−１０
％Ｆｅ合金とＡｌ−５％Ｚｒ母合金とＡｌ−９，５％Ｍ
ｇ合金を所定量添加し、各組成のＡｌ−Ｍｇ−５ｉ−Ｚ
ｒ系の合金を溶解後、プロペルチ連続鋳造圧延機を用い
、第７表と第１０表に示す圧延開始温度で圧延を開始し
、第８表と第１Ｉ表に示す加工量で加工して荒引線を作
製した。

その後荒引線を第８表と第１１表に示す条件で溶体化処
理し、更１こ、第８表と第１１表に示す加工量で伸線加
工した後、第９表と第１２表に示す条件で焼戻し処理を
行って各素線を作製した。

第７表　（本発明品） ＝２３− 第７表ないし第９表においては、本発明において限定し
た合金成分の範囲内と加工処理条件内において、合金成
分と加工処理条件を適宜変更して作製した試料について
記載しである。そして、各合金成分と加工処理条件の中
でも特に大きく変化させた合金成分と加工処理条件を示
す数値の左側に＃印を付しである。

第７表ないし第９表に示す測定結果から以下に説明する
ことが明らかになった。

まず、第７表に示す試料Ｎｏ４０〜Ｎ０４３は、本発明
で限定したＺｒ含有量の範囲内において、Ｚｒ含有量を
０．０２〜０．１５％の範囲で増加させた例であるが、
試料Ｎｏ４０〜Ｎ０４３にあっては、Ｚｒ含有量が増加
するにつれて引張り強さが若干向上する（第９表参照）
とともに、耐熱性が大きく向上している。なお、Ｚｒ含
有量が増加するにつれて導電率が若干低下するものの、
導電率の値はいずれのものも優秀な値を示している。更
に、伸びは５％程度の優れた値を示している。

試料Ｎｏ４４〜Ｎ０４７は、本発明で限定したＭｇ含有
量とＳｉ含有量の範囲内において、Ｍｇ含有量を０４０
〜０８２％の範囲で、Ｓｉ含有量を０．４５〜０．８８
％の範囲で各々増減させた例であるが、概ね良好な特性
を示している。

試料Ｎｏ４８〜Ｎｏ５０は、Ｃｕの含有量を０．００６
〜０１８％の範囲で増加させた例であるが、Ｃｕの含有
量を増加することにより、引張り強さき伸びが向上する
とともに、安定した優れた導電率と耐熱性が得られるこ
とが明らかである。

試料Ｎｏ５１〜Ｎｏ５３は、Ｆｅ含有量を０．１０〜０
．３９％の範囲で増加させた例であるが、Ｆｅの含有量
を増加することにより、引張り強さと伸びが向上すると
ともに、安定した優れた導電率と耐熱性が得られること
が明らかである。

試料Ｎｏ５４〜Ｎ０５６は、本発明で限定した圧延開始
温度の範囲内において、圧延開始温度を３２０〜４９０
℃の範囲に設定した例であるが、圧延開始温度の上昇に
より耐熱性が向上しているとともに、高い引張り強さと
優れた伸びと導電率を示すことが明らかである。

試料Ｎｏ５８とＮ０５９は、本発明で限定した溶体化処
理温度の範囲内において、溶体化処理温度を４９０℃と
５５０℃に設定した例であり、試料Ｎｏ６０と試料Ｎｏ
６１は、本発明で限定した溶体化処理時間の範囲内にお
いて、溶体化処理時間を０．５時間と８時間に設定した
例であり、試料Ｎ。

６３とＮｏ６４は、本発明で限定した焼戻し温度の範囲
内において、焼戻し温度を１９０℃と２５０℃に設定し
た例であり、試料Ｎｏ６５とＮｏ６６は、本発明で限定
した焼戻し時間の範囲内において、焼戻し時間を１．５
時間と６時間に設定した例であるが、いずれも良好な特
性を発揮した。

ラム合金に含有させる各種合金成分、あるいは、アルミ
ニウム合金に加える加工処理条件の１つを本発明で限定
された合金成分の範囲、あるいは、加工処理条件の範囲
から外れるように作製した試料について記載しである。

第１Ｏ表ないし第１２表において、本発明の限定範囲か
ら外れた合金成分と加工処理条件のものについては、そ
の数値の左側に＃印を付しである。

まず、第１０表に示す試料Ｎｏ６７は、Ｚｒ含有量を本
発明で限定した範囲より少ない値に設定した試料である
が、Ｚｒ含有量が少ない場合は耐熱性が８６．５％と大
幅に低下している（第１２表参照）ことが明らかである
一方、試料Ｎｏ６８はＺｒ含有量を本発明で限定した範
囲よりも多く含有させた試料であるが、Ｚｒ含有量が多
い場合は、導電率が５３．２％Ｉ　ＡＣ９の低い値とな
っている。

また、試料Ｎｏ６９〜Ｎｏ７２は、本発明で限定したＭ
ｇ含有量の範囲とＳｉ含有量の範囲から外れた量のＭｇ
とＳｉを含有させた試料であり、引張り強さと、導電率
等が第１２表に示す如く悪化しているとともに、試料７
２は、鋳造性が悪く荒引線の製造が不可能であった。

試料Ｎｏ７３〜Ｎ０７６は、好ましいＦｅ含有量の範囲
、並びに、好ましいＣｕ含有量の範囲から外れた試料で
あるがいずれも満足な特性が得られていない。

試料Ｎｏ７７とＮｏ７８は、未発明で限定した圧延開始
温度の範囲から外れた温度範囲で圧延を開始した試料で
あるが、試料Ｎｏ７７が圧延不可能になり、試料Ｎｏ７
８が高温割れを起こした。

試料Ｎｏ８０とＮｏ８１は、本発明で限定した溶体化処
理温度条件から外れた条件で処理した試料であり、試料
Ｎｏ８２とＮ０８３は、本発明で限定した溶体化処理時
間の条件から外れた条件で溶体化処理した試料であるが
、いずれも満足な特性が得られていない。

試料Ｎｏ８４は本発明で限定した加工量から外れる加工
量で加工した試料であるが、引張り強さの低下が見られ
る。

試料Ｎ０８５とＮ０８６とＮｏ８７とＮｏ８８は、本発
明で限定した焼戻し条件から外れた条件で焼戻しした試
料であるが、いずれも満足な特性が得られていない。

「発明の効果」 以上説明したように本発明において限定した合金成分の
アルミニウム合金を用い、本発明において限定した加工
処理条件で加工処理することによって、優れた導電性と
引張り強さと耐食性に加えて、高い耐熱性を有し、優れ
た靭性を有するアルミニウム合金導体を製造できる効果
がある。従って本発明のアルミニウム、合金導体は通電
により導体の温度が上昇する架空送電線用として好適な
特長がある。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｍｇ０．３〜１．０％（重量％、以下同じ）、Ｓ
   ｉ０．３〜１．０％、 Ｚｒ０．０２〜０．２％、 Ａｌ残部、 の組成を有するＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｚｒ系のアルミニウ
   ム合金からなる導体を製造するに際し、前記組成の合金
   を連続鋳造した後に、３００〜５５０℃の温度範囲で熱
   間圧延を開始し、減面率８０％以上の加工量で荒引線を
   作製し、該荒引線を４７０〜５９０℃の温度範囲に０．
   ５〜１０時間加熱した後に急冷する溶体化処理を施し、
   しかる後に減面率７０％以上の冷間加工を施し、加工後
   に１５０〜３００℃の温度範囲で０．５〜１０時間焼き
   戻し処理することを特徴とするアルミニウム合金導体の
   製造方法。
2. （２）アルミニウム合金として、 Ｍｇ０．３〜１．０％（重量％、以下同じ）、Ｓｉ０．
   ３〜１．０％、 Ｚｒ０．０２〜０．２％、 Ｃｕ０．００５〜０．２％、 Ｆｅ０．１〜０．５％、 Ａｌ残部、 の組成を有するアルミニウム合金を用いる特許請求の範
   囲第１項記載のアルミニウム合金導体の製造方法。