KR100755130B1 - Method of manufacturing aluminum alloy having high electro-conductivity and heat resistance, Aluminum alloy wire and Overhead transmission line manufactured using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고전도성 및 고내열성을 갖는 알루미늄 합금선의 제조방법을 개시한다. 본 발명에 따른 알루미늄 합금선의 제조방법은, Al-Zr-Fe-Si계 알루미늄 합금선의 제조방법으로서, 0.2 내지 0.4 중량%의 지르코늄, 0.05 내지 0.2 중량%의 철, 및 0.05 내지 0.2 중량%의 규소를 첨가 성분으로 하고, 상기 철과 규소의 성분합이 0.3 중량%를 초과하지 않도록 하고, 알루미늄을 주 성분으로 하는 원료를, (A) 750℃ 내지 950℃ 온도 범위의 합금 용탕 상태로 주입하고, 450 내지 550℃의 온도 범위에서 압연 및 압출 개시하여 주조 알루미늄 합금선재을 형성하는 주조 단계; (B) 상기 주조 알루미늄 합금선재의 상변화 및 결정립 성장을 억제하는 온도 범위에서 상기 주조 알루미늄 합금선재의 단면을 70% 이상의 단면감소율로 1차 감소시켜 1차 알루미늄 합금선재로 가공하는 열간가공 단계; (C) 상기 1차 알루미늄 합금선재를 350 내지 400℃의 온도에서 20 내지 30 시간동안 시효 처리하는 1차 열처리 단계; (D) 상기 1차 열처리된 1차 알루미늄 합금선재의 단면을 85% 내지 90% 범위의 단면감소율로 2차 감소시켜 2차 알루미늄 합금선재로 가공하는 냉간가공 단계; 및 (E) 상기 2차 알루미늄 합금선재를 상기 1차 열처리의 온도에 비하여 20 내지 30℃ 낮은 온도에서 50 내지 60 시간동안 시효 처리하는 2차 열처리 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. The present invention discloses a method for producing an aluminum alloy wire having high conductivity and high heat resistance. The manufacturing method of the aluminum alloy wire which concerns on this invention is a manufacturing method of Al-Zr-Fe-Si type aluminum alloy wire, 0.2-0.4 weight% zirconium, 0.05-0.2 weight% iron, and 0.05-0.2 weight% silicon Is added as an ingredient, the sum of the components of the iron and silicon does not exceed 0.3% by weight, and the raw material containing aluminum as the main component is injected in the state of molten alloy in the temperature range of 750 ° C to 950 ° C, A casting step of forming a cast aluminum alloy wire by starting rolling and extrusion at a temperature in the range of 450 to 550 ° C .; (B) a hot working step of firstly reducing the cross-section of the cast aluminum alloy wire with a cross-sectional reduction rate of 70% or more in a temperature range that suppresses phase change and grain growth of the cast aluminum alloy wire to form a primary aluminum alloy wire; (C) a first heat treatment step of aging the primary aluminum alloy wire for 20 to 30 hours at a temperature of 350 to 400 ℃; (D) cold working step of secondly reducing the cross section of the primary heat-treated primary aluminum alloy wire to a cross-sectional reduction rate of 8 5% to 90% to process the secondary aluminum alloy wire; And (E) a secondary heat treatment step of aging the secondary aluminum alloy wire for 50 to 60 hours at a temperature lower than 20 to 30 ° C compared to the temperature of the first heat treatment.

알루미늄, 합금선, 선재, 고전도성, 고내열성 Aluminum, alloy wire, wire rod, high conductivity, high heat resistance

Description

고전도성 및 고내열성을 갖춘 알루미늄 합금선의 제조방법, 이 방법에 의해 제조된 합금선 및 가공송전선{Method of manufacturing aluminum alloy having high electro-conductivity and heat resistance, Aluminum alloy wire and Overhead transmission line manufactured using the same}Method of manufacturing aluminum alloy having high electro-conductivity and heat resistance, Aluminum alloy wire and Overhead transmission line manufactured using the same }

도 1은 종래 기술에 따른 알루미늄 합금선의 제조 과정을 개략적으로 도시한 개념도.1 is a conceptual diagram schematically showing a manufacturing process of an aluminum alloy wire according to the prior art.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고전도성 및 고내열성을 갖춘 알루미늄 합금선의 제조 과정을 개략적으로 도시한 개념도.2 is a conceptual diagram schematically illustrating a manufacturing process of an aluminum alloy wire having high conductivity and high heat resistance according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고전도성 및 고내열성을 갖춘 알루미늄 합금선을 사용한 가공송전선의 개략적인 단면도.3A to 3C are schematic cross-sectional views of overhead transmission lines using aluminum alloy wires having high conductivity and high heat resistance according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명은 알루미늄 합금선의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 열간가공 후의 1차 및 2차 열처리를 통하여 제조 공정을 단순화하고, 도전성 및 내열성이 향상된 알루미늄 합금선을 제조하는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing aluminum alloy wire, and more particularly, to a method for simplifying a manufacturing process through primary and secondary heat treatment after hot working, and for manufacturing an aluminum alloy wire having improved conductivity and heat resistance.

현재, 발전소에서 변전소를 통해 대도시나 대형 공장 등에 전기를 공급하는 송전 방법에는 철탑으로 연결하는 가공송전식과 지하에 매설된 케이블을 통하는 지중송전식이 있으며, 가공송전식이 국내 송전의 90% 정도를 차지하고 있다.Currently, there are two transmission methods for supplying electricity to large cities or large factories through power substations in power plants, and underground transmissions through cables laid underground and overhead transmissions account for about 90% of domestic transmissions. .

여기서, 합금이 첨가되지 않은 순수 알루미늄의 도전율은 62% 정도이지만, 연하기 때문에 전선용으로 사용하기 위해서는 도전율의 저하를 감수하고서라도 소량의 합금 원소를 첨가하여 강도를 높인다.Here, the conductivity of pure aluminum without addition of the alloy is about 62%, but because it is soft, a small amount of alloying element is added to increase the strength even if the conductivity is reduced for use in electric wires.

가공송전선용 알루미늄 합금선의 기술 동향은 1960년대에는 60%IACS 도전율과 150℃ 연속사용온도의 60TAL(내열 알루미늄 합금선), 1980년대에는 58%IACS 도전율과 230℃ 연속사용온도의 XTAL(특별내열 알루미늄 합금선), 1985년에는 60%IACS 도전율과 210℃ 연속사용온도의 STAL 또는 ZTAL(초내열 알루미늄 합금선), 1993년에는 58%IACS 도전율과 230℃ 연속사용온도의 XTAL 이 그 주류를 형성하였다.The technical trend of aluminum alloy wire for overhead transmission line is 60TAL (heat resistant aluminum alloy wire) with 60% IACS conductivity and 150 ℃ continuous use temperature in 1960s, XTAL (special heat resistant aluminum with 58% IACS conductivity and 230 ℃ continuous use temperature in 1980s Alloy wire), STAL or ZTAL at 60% IACS conductivity and 210 ° C continuous use temperature in 1985, XTAL at 58% IACS conductivity and 230 ° C continuous use temperature in 1993. .

이때, '%IACS'란 도전율의 단위로서 저항율이 100/(58×x)Ω㎟/m 임을 나타내며, 후술하는 실시예에서도 동일하게 표시한다.In this case, '% IACS' indicates that the resistivity is 100 / (58 × x) Ω 2 mm 2 / m as a unit of the conductivity, and the same will be indicated in the following embodiments.

또한, 도전율은 동일 단면적의 알루미늄 도체에서 흘릴 수 있는 전류량과 관계가 있으며, 도전율이 높을 경우, 더 많은 전류를 흘릴 수 있어 송전 용량이 늘어나게 된다. In addition, the conductivity is related to the amount of current that can flow in the aluminum conductor of the same cross-sectional area, and when the conductivity is high, more current can flow and the transmission capacity increases.

아울러, 연속사용온도는 내열온도라고도 한다. 알루미늄 도체를 통해 전류를 흘릴 경우 도체 저항으로 인하여 열이 발생하게 되며, 열이 발생할 경우 모든 금속은 연화되어 자중에 의해 늘어나게 된다. 따라서, 내열온도가 높아진다는 의미는 보다 많은 전류를 흘려 도체의 온도가 높아져도 강도의 변화가 없어진다는 의미이 며, 또한, 발열에 의한 강도 손실없이 송전 용량을 늘릴 수 있다는 의미이다.In addition, the continuous use temperature is also referred to as heat resistance temperature. When current flows through an aluminum conductor, heat is generated due to conductor resistance, and when heat is generated, all metals are softened and stretched by their own weight. Therefore, the increase in the heat resistance temperature means that the change in strength does not occur even if the current of the conductor increases due to the flow of more current, and also means that the transmission capacity can be increased without the loss of strength due to heat generation.

전술한 기술 동향에 있어서, 송전용량은 도전율과 연속사용온도에 따라 결정되며, 예컨데, 도전율과 연속사용온도가 각각 60%IACS와 210℃인 STAL의 송전용량을 1로 가정하면, 58%IACS, 230℃인 XTAL의 동일단면적 당 송전용량은 1.13으로 약 13% 정도의 송전용량이 증가한다. 따라서, 가공송전선의 송전용량을 높이기 위해서는 도전율과 연속사용온도를 높여야 한다.In the above-described technology trend, the transmission capacity is determined according to the conductivity and the continuous use temperature. For example, assuming that the transmission capacity of the STAL having the conductivity and the continuous use temperature is 60% IACS and 210 ° C., respectively, 58% IACS, The transmission capacity per square area of XTAL at 230 ° C is 1.13, which increases about 13%. Therefore, in order to increase the transmission capacity of the overhead transmission line, the conductivity and the continuous use temperature must be increased.

그러나, 도전율과 연속사용온도에 따른 고온강도와의 관계는, 도전율이 높아질 경우 고온강도 확보가 어렵고, 고온강도를 높일 경우 도전율이 낮아지는 'trade off' 특성이 있어 두 인자를 모두 높이기 위해서는 가공조건과 열처리 조건의 최적화가 필수적이다.However, the relationship between the conductivity and the high temperature strength according to the continuous use temperature is difficult to secure the high temperature strength when the conductivity is high, and the 'trade off' property that the conductivity is low when the high temperature strength is increased. Optimization of overheating conditions is essential.

또한, 알루미늄에 불순물이 첨가되면 도전율이 낮아지게 되므로, Al-Zr계 알루미늄 합금선의 도전율을 높이기 위해서는 합금 원소들을 최대한 석출시켜야 하며, 연속사용온도를 높이기 위해서는 Al이 높은 온도에서도 기존의 조직이 변화하지 않는, 즉, 재결정되지 않는 조직을 가져야만 한다.In addition, when impurities are added to aluminum, the conductivity becomes low. Therefore, in order to increase the conductivity of Al-Zr-based aluminum alloy wire, the alloying elements should be precipitated as much as possible. In order to increase the continuous use temperature, the existing structure does not change even at a high temperature of Al. Must have an organization that does not recrystallize.

일본특개평 11-92896 호는 지르코늄을 0.03 내지 1.0 중량%, 철을 0.08 내지 0.8 중량%, 규소를 0.03 내지 0.4 중량%, 티타늄을 0.004 내지 0.1% 함유하고, 나머지가 알루미늄과 불가피하게 첨가되는 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금선의 제조 방법을 제안한다.Japanese Patent Laid-Open No. 11-92896 contains impurities containing 0.03 to 1.0% by weight of zirconium, 0.08 to 0.8% by weight of iron, 0.03 to 0.4% by weight of silicon, and 0.004 to 0.1% of titanium, with the remainder being inevitably added with aluminum. The manufacturing method of the aluminum alloy wire which consists of these is proposed.

여기서, 이 '92896호의 특허에 따른 알루미늄 합금선의 제조 방법은 도 1에 도시된 제조 공정으로 도전성 및 내열성을 높인 알루미늄 합금선을 제작하였다.Here, in the method of manufacturing an aluminum alloy wire according to the patent of '92896, an aluminum alloy wire having high conductivity and heat resistance was manufactured by the manufacturing process shown in FIG. 1.

도 1을 참조하면, 도전율 58% 이상, 연속사용온도 230℃ 이상을 가지는 알루미늄 합금선의 제조는, "주조(S10)→열간가공(S20)→열처리(S30)→냉간가공(S40)" 의 과정을 통해 이루어지며, 연속 주조 압연가공에 의해 황인선(荒引線)을 형성하고(S10 내지 S20), 상기 황인선을 300 내지 500℃의 온도 범위에서 6 내지 250 시간동안 열처리를 행하여 지르코늄 화합물을 석출시킨다(S30). 이어서, 냉간가공을 통하여 가공 경화시켜 강도를 높인 알루미늄 합금선을 제작한다(S40). 이후, 필요에 따라 상기 알루미늄 합금선을 200 내지 450℃의 온도 범위에서 1 내지 100 시간동안 열처리를 더 행함으로써, 상기 알루미늄 합금선의 도전율과 내열성을 향상시킨다.Referring to Figure 1, the production of aluminum alloy wire having a conductivity of 58% or more, continuous use temperature 230 ℃ or more, the process of "casting (S10) → hot working (S20) → heat treatment (S30) → cold working (S40)" It is made through, forming a yellow phosphorus wire by continuous casting rolling (S10 to S20), and heat treatment the sulfur phosphorus for 6 to 250 hours at a temperature range of 300 to 500 ℃ to precipitate a zirconium compound ( S30). Subsequently, work is hardened through cold working to produce an aluminum alloy wire having high strength (S40). Thereafter, the aluminum alloy wire is further heat treated for 1 to 100 hours at a temperature in the range of 200 to 450 ° C., if necessary, to improve the conductivity and heat resistance of the aluminum alloy wire.

그러나, 상기 '92896호의 특허에 따른 제조 방법은 장시간에 걸친 시효 열처리로 인해 생산력이 저하되며, 고온 강도를 높이기 위해 첨가하는 티타늄의 원재료값 및 그 가공비가 고가로 생산 단가의 상승으로 이어지는 문제점이 있다.However, the manufacturing method according to the '92896 patent has a problem that the productivity decreases due to aging heat treatment for a long time, and the raw material value of titanium added to increase the high temperature strength and its processing cost are expensive, leading to an increase in production cost. .

또한, 상기 제조 방법에 따라 제조된 알루미늄 합금선은 연속 사용 온도가 230℃로 높은 반면, 도전율은 58%IACS 정도로 낮은 문제점이 있다.In addition, the aluminum alloy wire produced according to the manufacturing method has a problem that the continuous use temperature is high as 230 ℃, while the conductivity is low as 58% IACS.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 알루미늄 합금의 강도를 높이기 위해서 첨가되는 고가의 티타늄을 배제하고, 열처리의 시간 범위를 축소시킨 단순한 공정을 통하여 알루미늄 합금선의 도전성과 내열성을 동시에 높일 수 있는 알루미늄 합금선의 제조방법, 및 이 방법에 의해 제조된 알루미늄 합금선과 가공송전선을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention was devised in consideration of the above-described conventional problems, and excludes expensive titanium added to increase the strength of the aluminum alloy, and reduces the time range of heat treatment. It is an object of the present invention to provide a method for producing an aluminum alloy wire that can be increased at the same time, and an aluminum alloy wire and an overhead transmission line produced by this method.

본 발명에 따른 고전도성 및 고내열성을 갖춘 알루미늄 합금선의 제조 방법은, Al-Zr-Fe-Si계 알루미늄 합금선의 제조방법으로서, 0.2 내지 0.4 중량%의 지르코늄, 0.05 내지 0.2 중량%의 철, 및 0.05 내지 0.2 중량%의 규소를 첨가 성분으로 하고, 상기 철과 규소의 성분합이 0.3 중량%를 초과하지 않도록 하고, 알루미늄을 주 성분으로 하는 원료를, (A) 750℃ 내지 950℃ 온도 범위의 합금 용탕 상태로 주입하고, 450 내지 550℃의 온도 범위에서 압연 및 압출 개시하여 주조 알루미늄 합금선재을 형성하는 주조 단계; (B) 상기 주조 알루미늄 합금선재의 상변화 및 결정립 성장을 억제하는 온도 범위에서 상기 주조 알루미늄 합금선재의 단면을 70% 이상의 단면감소율로 1차 감소시켜 1차 알루미늄 합금선재로 가공하는 열간가공 단계; (C) 상기 1차 알루미늄 합금선재를 350 내지 400℃의 온도에서 20 내지 30 시간동안 시효 처리하는 1차 열처리 단계; (D) 상기 1차 열처리된 1차 알루미늄 합금선재의 단면을 85% 내지 90% 범위의 단면감소율로 2차 감소시켜 2차 알루미늄 합금선재로 가공하는 냉간가공 단계; 및 (E) 상기 2차 알루미늄 합금선재를 상기 1차 열처리의 온도에 비하여 20 내지 30℃ 낮은 온도에서 50 내지 60 시간동안 시효 처리하는 2차 열처리 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. The method for producing an aluminum alloy wire having high conductivity and high heat resistance according to the present invention is a method for producing an Al-Zr-Fe-Si-based aluminum alloy wire, which includes 0.2 to 0.4 wt% zirconium, 0.05 to 0.2 wt% iron, and A raw material containing aluminum as the main component of 0.05 to 0.2% by weight of silicon as an additive component, so that the sum of the components of iron and silicon does not exceed 0.3% by weight, and (A) in the temperature range of 750 ° C to 950 ° C Injecting the molten alloy into a molten state and starting rolling and extruding in a temperature range of 450 to 550 ° C. to form a cast aluminum alloy wire; (B) a hot working step of firstly reducing the cross-section of the cast aluminum alloy wire with a cross-sectional reduction rate of 70% or more in a temperature range that suppresses phase change and grain growth of the cast aluminum alloy wire to form a primary aluminum alloy wire; (C) a first heat treatment step of aging the primary aluminum alloy wire for 20 to 30 hours at a temperature of 350 to 400 ℃; (D) cold working step of secondly reducing the cross section of the primary heat-treated primary aluminum alloy wire to a cross-sectional reduction rate of 8 5% to 90% to process the secondary aluminum alloy wire; And (E) a secondary heat treatment step of aging the secondary aluminum alloy wire for 50 to 60 hours at a temperature lower than 20 to 30 ° C compared to the temperature of the first heat treatment.

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본 발명에 따르면, 상기 알루미늄 합금선은 상온 도전율이 60%IACS 이상이고, 상온 인장강도가 16.22Kgf/㎟ 이상이고, 내열온도가 230℃ 이다.According to the present invention, the aluminum alloy wire has a room temperature conductivity of 60% IACS or more, a normal temperature tensile strength of 16.22Kgf / mm 2 or more, and a heat resistance temperature of 230 ° C.

본 발명은 또한 상술한 제조방법에 의해 제조되는 고전도성 및 고내열성을 갖춘 알루미늄 합금선 및 그 합금선을 구비하는 가공송전선을 제공한다.The present invention also provides an aluminum alloy wire with high conductivity and high heat resistance produced by the above-described manufacturing method, and a overhead transmission line having the alloy wire.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to the common or dictionary meanings, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.

본 발명에 따른 알루미늄 합금선의 원료는 알루미늄을 주 원료로 하고, 상기 주 원료에 지르코늄, 철 및 규소를 첨가 원료로 하여 제조한다.The raw material of the aluminum alloy wire according to the present invention is produced by using aluminum as a main raw material and zirconium, iron and silicon as additive raw materials.

상기 지르코늄은 전이 원소로서 기호 Zr, 원자번호 40, 원자량 91.22, 비중 6.51 및 융점 1,850℃의 특성이 있으며, 알루미늄 합금의 전체 중량 대비 0.2 내지 0.4%의 함량으로 포함되는 것이 바람직하다. 이 경우, 내열성 및 연성은 상기 지르코늄의 함량 범위를 벗어날수록 감소되기 때문에 상기 함량 범위가 최적이다.The zirconium has a characteristic of the symbol Zr, atomic number 40, atomic weight 91.22, specific gravity 6.51 and melting point 1,850 ° C as a transition element, and is preferably contained in an amount of 0.2 to 0.4% based on the total weight of the aluminum alloy. In this case, the heat resistance and ductility are reduced as it goes out of the content range of the zirconium, so the content range is optimal.

또한, 상기 지르코늄은 알루미늄 합금의 결정립을 미세화시키는 역할을 함으 로서 연신율을 향상시키며, 용해시 형성된 지르코늄 입자가 응고 과정에서 알루미늄의 핵 생성 사이트(Site)를 제공한다.In addition, the zirconium serves to refine the grains of the aluminum alloy to improve elongation, and the zirconium particles formed during dissolution provide nucleation sites of aluminum in the solidification process.

상기 철은 전이 원소로서 기호 Fe, 원자번호 26, 원자량 55.847, 비중 7.86, 융점 1540℃ 및 비점 2750℃의 특성이 있으며, 알루미늄 합금의 전체 중량 대비 0.05 내지 0.2%의 함량으로 포함되는 것이 바람직하다. 이 경우, 내식성과 인장강도는 상기 철의 함량 범위를 벗어날수록 감소되기 때문에 상기 함량 범위가 최적이다.The iron has a characteristic of the symbol Fe, atomic number 26, atomic weight 55.847, specific gravity 7.86, melting point 1540 ℃ and boiling point 2750 ℃ as a transition element, it is preferably included in an amount of 0.05 to 0.2% of the total weight of the aluminum alloy. In this case, since the corrosion resistance and the tensile strength decrease as it goes out of the iron content range, the content range is optimal.

또한, 상기 철은 상기 알루미늄 모체(Matrix)내에 생성되는 석출물의 성장을 제어하는 인자로 알루미늄 모체내의 결정립(Grain)이 급속하게 성장하여 연성율이 저하되지 않도록 한다.In addition, the iron is a factor that controls the growth of precipitates generated in the aluminum matrix (Matrix) so that the grain (Grain) in the aluminum matrix is grown rapidly so that the ductility is not lowered.

상기 규소는 비금속 원소로서 기호 Si, 원자번호 14, 원자량 28.086, 비중 2.32, 융점 1410℃ 및 비점 2335℃ 의 특성이 있으며, 알루미늄 합금의 전체 중량 대비 0.05 내지 0.2%의 함량으로 포함되는 것이 바람직하다. 이 경우, 내열성과 인장강도는 상기 규소의 함량 범위를 벗어날수록 감소되기 때문에 상기 함량 범위가 최적이다.The silicon has a characteristic of a symbol Si, atomic number 14, atomic weight 28.086, specific gravity 2.32, melting point 1410 ° C and boiling point 2335 ° C as a nonmetallic element, and is preferably contained in an amount of 0.05 to 0.2% relative to the total weight of the aluminum alloy. In this case, the heat resistance and the tensile strength are reduced as it goes out of the content range of the silicon, so the content range is optimal.

또한, 상기 규소는 알루미늄 합금의 주조시 용탕의 유동도를 증가시키는 역할을 하며, 석출 경화시 알루미늄 모재 내에 생성되는 석출물의 핵이 되는 작용을 한다.In addition, the silicon serves to increase the fluidity of the molten metal during casting of the aluminum alloy, and serves as a nucleus of precipitates generated in the aluminum base material during precipitation hardening.

이때, 상기 철의 함량이 규소 함량과 비교하여 극히 낮으면, 알루미늄 모체내에 형성되는 결정립이 급속하게 성장하여 알루미늄 합금의 연성율을 저하시킨다. 또한, 철의 함량이 규소 함량과 비교하여 극단적으로 크면, 알루미늄 모체에 규소 원자의 분산율이 저하되어 내열성을 향상시킬 수 없으므로, 상기 철과 규소 합금 원소의 성분합은 알루미늄 합금의 전체 중량 대비 0.3%를 초과하지 않는 것이 바람직하다.At this time, if the iron content is extremely low compared to the silicon content, the crystal grains formed in the aluminum matrix grows rapidly to reduce the ductility of the aluminum alloy. In addition, if the iron content is extremely large compared to the silicon content, the dispersion ratio of silicon atoms in the aluminum matrix is reduced to improve the heat resistance, so the sum of the components of the iron and silicon alloy elements is 0.3% of the total weight of the aluminum alloy. It is preferred not to exceed.

상기와 같은 원료로 제조되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고전도성 및 고내열성을 갖춘 알루미늄 합금선의 제조 과정에 대해서 도 2를 참조로 설명하기로 한다.A manufacturing process of an aluminum alloy wire having high conductivity and high heat resistance according to a preferred embodiment of the present invention manufactured from the raw materials as described above will be described with reference to FIG. 2.

도 2를 참조하면, 먼저, 알루미늄 합금선의 원료를 750 내지 900℃의 온도 범위에서 용탕의 상태로 주입하여 주조하고, 450 내지 550℃의 온도 범위에서 압연 및 압출하여 주조 알루미늄 합금선재(Wire Rod)를 형성하고(S100), 상기 주조 알루미늄 합금의 단면 감소율을 70% 이상으로 열간가공하여 1차 알루미늄 합금선재를 형성한다(S200).Referring to FIG. 2, first, a raw material of an aluminum alloy wire is injected and cast in a molten state at a temperature range of 750 to 900 ° C., and a cast aluminum alloy wire is rolled and extruded at a temperature range of 450 to 550 ° C. (Wire Rod) Forming (S100), and hot-rolling the cross-sectional reduction rate of the cast aluminum alloy to 70% or more to form a primary aluminum alloy wire (S200).

여기서, 상기 원료는 0.2 내지 0.4 중량%의 지르코늄을 포함하고, 0.05 내지 0.2 중량%의 철을 포함하고, 0.05 내지 0.2 중량%의 규소를 포함하며, 그 나머지가 알루미늄으로 이루어고, 상기 철과 규소의 성분합이 0.3 중량%를 초과하지 않도록 한다.Here, the raw material comprises 0.2 to 0.4% by weight of zirconium, 0.05 to 0.2% by weight of iron, 0.05 to 0.2% by weight of silicon, the remainder is made of aluminum, the iron and silicon The sum of the components does not exceed 0.3% by weight.

또한, 상기 용탕의 주입 온도 범위는 금속간 화합물인 고용체 즉, 치밀한 미세조직을 갖는 주물을 얻기 위함이며, 상기 용탕의 주입 온도가 900℃를 초과시에는 주물의 미세조직이 조대해지기 때문에 충격인성의 향상 효과가 없으며, 750℃ 미만에서는 상기 용탕의 유동성이 부족하여 주형 공간을 치밀하게 채우지 못하는 미스런(Miss Run) 현상이 발생하게 되므로 750 내지 900℃의 온도 범위가 최적이다.In addition, the injection temperature range of the molten metal is to obtain a solid solution that is an intermetallic compound, that is, a casting having a dense microstructure. When the injection temperature of the molten metal exceeds 900 ° C., the microstructure of the molten metal becomes coarse and thus impact toughness is increased. There is no improvement effect, and the temperature range of 750 to 900 ° C. is optimal because a lack of fluidity of the molten metal results in a miss run phenomenon that does not fill the mold space densely.

아울러, 상기 압연 및 압출 온도 범위는 상기 주물의 가공을 용이하게 하고 알루미늄 모체내의 금속간 화합물의 상변화 및 결정립 성장을 억제시키기 위함이며, 상기 압연 및 압출 온도가 550℃를 초과시에는 압연 및 압출시 결정립의 조대화 및 입계용융 등의 조직붕괴 현상을 초래할 수 있으며, 450℃ 미만에서는 압연성 및 압출성을 현저히 저하시키므로 450 내지 550℃의 온도 범위가 최적이다.In addition, the rolling and extrusion temperature range is to facilitate the processing of the casting and to suppress the phase change and grain growth of the intermetallic compound in the aluminum matrix, and when the rolling and extrusion temperature exceeds 550 ℃ when rolling and extrusion It may cause the collapse of the structure such as coarsening of grains and melting of the grain boundary, and the temperature range of 450 to 550 ℃ is optimal because the rollability and extrudability are significantly lowered below 450 ℃.

이때, 상기 1차 알루미늄 합금선재는 9.8mmΦ의 직경이고, S200 단계에서의 열간가공은 연속주조 압연가공에 의해서도 수행될 수 있다. 하지만, 본 발명이 이에 한하는 것은 아니다.At this time, the primary aluminum alloy wire has a diameter of 9.8mm Φ, the hot working in step S200 can also be performed by continuous casting rolling processing. However, the present invention is not limited thereto.

본 발명에 따른 알루미늄 합금선의 도전율 향상은 Al3Zr의 석출에 의한 향상에 기인된다. 즉, 알루미늄 원소와 지르코늄 원소가 S100 내지 S200 단계를 통하여 Al3Zr의 화합물을 형성하며, 상기 Al3Zr의 균일한 석출에 의해 상기 알루미늄 합금선의 도전율이 향상된다. Aluminum alloy wire having a conductivity improved according to the invention is due to the increase due to the precipitation of Al 3 Zr. That is, the aluminum element and the zirconium element form a compound of Al 3 Zr through the steps S100 to S200, the conductivity of the aluminum alloy wire is improved by the uniform precipitation of the Al 3 Zr.

상기 S200 단계 이후에 상기 Al3Zr의 핵 생성 사이트인 전위의 분포를 증식시키는 1차 열처리를 한다(S300). 상기 1차 열처리는 상기 S200 단계의 1차 알루미늄 합금선재를 350 내지 400℃의 온도로 20 내지 30 시간 동안 시효 처리함으로서 실현되며, 상기 온도 및 시간은 상기 S200 단계의 열간가공에 의해 도입된 석출의 핵 생성 사이트를 더욱 증대시켜 이와 비례하는 다량의 석출물이 생길 수 있도록 하는 최적의 범위이다. 즉, 알루미늄 모재 내에 합금 원자들이 석출의 핵이 생길 수 있는 자리(Site)를 제공하도록 하고, 상기 알루미늄 모체내에 에너지를 도입시키며, 상기 에너지가 석출이 일어날 수 있는 구동력(Driving Force)으로 작용하도록 한다.After the step S200, a first heat treatment is performed to proliferate the distribution of dislocations that are nucleation sites of the Al 3 Zr (S300). The primary heat treatment is realized by aging the primary aluminum alloy wire of the step S200 for 20 to 30 hours at a temperature of 350 to 400 ℃, the temperature and time of the precipitation introduced by the hot working of the step S200 It is an optimal range to further increase the nucleation site so that a large amount of precipitates can be produced in proportion. That is, the alloy atoms in the aluminum base material to provide a site (Site) where the nuclei of precipitation can occur, introduces energy into the aluminum base material, and the energy acts as a driving force (Driving Force) that can occur precipitation. .

여기서, 상기 1차 열처리에 의해 상기 1차 알루미늄 합금선재를 형성하는 결정입계(結晶粒界) 사이로 Al3Zr이 빠져나와 석출하게 되며, 상기 1차 알루미늄 합금선재 내에서 힘이 전달되는 경로는 상기 결정입계 사이로 전해지게 되는데, 상기 결정입계에 석출물이 형성되어 있으므로 힘의 전달을 방해받게 되어 경도가 증가하게 된다.Here, Al 3 Zr exits and precipitates between grain boundaries forming the primary aluminum alloy wire by the primary heat treatment, and a path through which a force is transmitted in the primary aluminum alloy wire is It is transmitted between the grain boundaries, because precipitates are formed at the grain boundaries, which impedes the transmission of force, thereby increasing the hardness.

상기 S300 단계 이후, 상기 1차 알루미늄 합금선재의 단면 감소율을 85 내지 90% 범위 내로 냉간가공하여 2차 알루미늄 합금선재를 형성한다(S400).After the step S300, the cross-sectional reduction rate of the primary aluminum alloy wire is cold worked within a range of 85 to 90% to form a secondary aluminum alloy wire (S400).

여기서, 상기 냉간가공은 상기 S100 내지 S300 단계를 통해 형성된 결정립(結晶粒)을 미세화시키고 알루미늄 합금의 강도를 증가시킨다.Here, the cold working refines the grains formed through the steps S100 to S300 and increases the strength of the aluminum alloy.

또한, 상기 S300 단계의 단면 감소율을 85 내지 90% 범위로 한정한 것은 후술하는 2차 열처리에서 상기 Al3Zr의 석출량을 최대화하기 위함이며, 상기 Al3Zr의 석출량을 최대화하는 것은 본 발명에 따른 알루미늄 합금선의 도전율을 높이기 위함이다.In addition, the reduction of the cross-sectional reduction rate in the step S300 to 85 to 90% range is to maximize the amount of precipitation of the Al 3 Zr in the secondary heat treatment described later, it is to maximize the amount of precipitation of the Al 3 Zr This is to increase the electrical conductivity of the aluminum alloy wire.

상기 S400 단계 이후에 상기 Al3Zr의 석출량을 최적화시키는 2차 열처리를 한다(S500). 상기 2차 열처리는 상기 냉각가공된 2차 알루미늄 합금선재를 1차 열 처리의 온도와 비교하여 20 내지 30℃ 낮은 온도 범위에서 50 내지 60 시간동안 시효 처리함으로서 실현되며, 상기 1차 열처리를 통하여 석출된 Al3Zr의 석출량을 최적화시킨다.After the step S400 is performed a second heat treatment to optimize the amount of precipitation of the Al 3 Zr (S500). The secondary heat treatment is realized by aging the cold-processed secondary aluminum alloy wire for 50 to 60 hours in a temperature range of 20 to 30 ° C. lower than that of the primary heat treatment, and is precipitated through the primary heat treatment. Optimize the amount of precipitated Al 3 Zr.

이때, 상기 Al3Zr의 석출량이 작으면 내열성을 향상시킬 수 없고, 상기 Al3Zr의 석출량이 많으면 냉각 과정에서 상기 Al3Zr의 결정이 커져서 알루미늄 모재 내로 균등 분산이 되지 않아 내열성이 저하되므로, 상기 석출된 Al3Zr이 알루미늄 모재 내에 미립자(Particulate)로 최적화하여 균등하게 분산할 수 있도록 상기 온도 및 시간 범위내에서 2차 열처리를 한다.In this case, the smaller the amount of precipitation of the Al 3 Zr can not improve the heat resistance, so at high, the cooling stage the amount of precipitation of the Al 3 Zr crystals of the Al 3 Zr large, this does not evenly distributed heat resistance lowered into the aluminum base material, Secondary heat treatment is performed within the above temperature and time ranges so that the precipitated Al 3 Zr may be uniformly dispersed in the aluminum base material as particulate.

본 발명에 따라 제조된 알루미늄 합금선은 상기 제조 과정 특히, S300 단계 내지 S500 단계를 통하여 알루미늄 모재 내에 합금 원소들을 최적화하여 석출시킴으로써 도전율을 향상시킨다. 또한, 상기 알루미늄 모재 내의 석출물은 도체의 온도가 올라갈 경우, 상기 알루미늄 합금선을 구성하고 있는 결정립의 움직임을 방해하여 재결정되는 것을 억제하며, 고온에서도 기존의 조직이 변화하지 않게 함으로써 연속사용온도 즉, 내열성을 향상시킨다.The aluminum alloy wire manufactured according to the present invention improves conductivity by optimizing and depositing alloy elements in the aluminum base material through the manufacturing process, in particular, S300 to S500. In addition, when the temperature of the conductor rises, the precipitate in the aluminum base material inhibits the recrystallization by preventing the movement of the grains constituting the aluminum alloy wire, and the existing structure does not change even at a high temperature, that is, the continuous use temperature, Improve heat resistance

전술한 과정에 따라 제조된 알루미늄 합금선의 특성을 측정하기 위하여, 99.8wt.% 순도의 알루미늄에 합금원소로 지르코늄, 규소 및 철을 전술한 성분비로 첨가하여 용해한 후 연속주조 압연을 통하여 9.8mmΦ의 Rod 형태로 만들었다. 이후 상기 S300 단계 내지 S500 단계를 통하여 알루미늄 합금선을 만들었다(실시예 1, 2, 3, 4, 5). In order to measure the characteristics of the aluminum alloy wire manufactured according to the above-described process, zirconium, silicon and iron were added to 99.8 wt.% Pure aluminum as an alloying element in the above-described component ratios, and then melted. Made in form. After the aluminum alloy wire was made through the steps S300 to S500 (Examples 1, 2, 3, 4 and 5).

비교예는 일본특개평 제11-92896호의 방법으로 제조하였다.The comparative example was manufactured by the method of Unexamined-Japanese-Patent No. 11-92896.

이후, 상기 실시예 및 비교예의 알루미늄 합금선을 캘빈더블브리지(Double Bridge)법으로 전기저항을 측정하여 도전율을 구했으며, 인장시험을 통해 기계적 성질을 측정하였다. 또한, 내열온도를 결정할 수 있는 내열성 시험은 합금선을 400℃에서 4시간 열처리하고, 열처리 전과 후의 인장강도의 비율로 내열성을 측정하였다. 이때 내열성이 90% 이상인 경우 내열온도가 230℃ 인 것으로 인정된다. Then, the electrical conductivity of the aluminum alloy wires of the Examples and Comparative Examples was measured by the Calvin Double Bridge method to obtain electrical conductivity, and mechanical properties were measured through a tensile test. In addition, in the heat resistance test for determining the heat resistance temperature, the alloy wire was heat-treated at 400 ° C. for 4 hours, and the heat resistance was measured by the ratio of the tensile strength before and after the heat treatment. In this case, if the heat resistance is 90% or more, it is recognized that the heat resistance temperature is 230 ° C.

상기 측정에 따른 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The results according to the measurement are shown in Table 1 below.

분 류Classification NO.NO. 1차 열처리Primary heat treatment 냉간가공율 %Cold working rate% 2차 열처리Secondary heat treatment 도전율 %IACS% IACS 내열성 %Heat resistance% 온도(℃)Temperature (℃) 시간(H)Time (H) 온도(℃)Temperature (℃) 시간(H)Time (H) 실 시 예  Example 1One 350350 2020 9090 320320 6060 60.4960.49 99.299.2 22 350350 3030 9090 370370 6060 61.0861.08 98.798.7 33 400400 2020 9090 370370 5050 60.6760.67 99.499.4 44 380380 3030 9090 350350 5050 60.6960.69 98.198.1 55 380380 3030 9090 370370 6060 60.8960.89 99.399.3 비 교 예Comparative Example 1One -- 58.0058.00 99.699.6 22 -- 58.0058.00 97.097.0 33 -- 58.2058.20 98.298.2

상기 표 1을 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 번호 1 내지 5 는 상온 도전율이 60%IACS 이상이고, 상온 인장강도가 16.22Kgf/㎟ 이상이며, 내열성이 90% 이상으로, 비교예의 티타늄을 첨가 성분으로 제조한 합금선과 비교하여 도전율이 향상되었고, 연속사용온도 230℃의 시험규격을 만족하고 있음을 알 수 있다.As can be seen through Table 1, Examples Nos. 1 to 5 have a room temperature conductivity of 60% IACS or more, a room temperature tensile strength of 16.22Kgf / mm 2 or more, and a heat resistance of 90% or more. Compared with the alloy wire made of the component, the conductivity is improved, and it can be seen that the test specification of the continuous use temperature of 230 ° C is satisfied.

본 발명에 따라 제조된 알루미늄 합금선은 도전율이 60%IACS 이상이고, 내열성이 90% 이상 즉, 연속사용온도가 230℃ 인 특성이 있으므로 철탑 또는 전주를 지지물로 하고 애자(碍子)에 고정시켜 공중에 가설한 가공송전선(架空送電線)에 적용이 가능하다.The aluminum alloy wire manufactured according to the present invention has a conductivity of 60% IACS or more and heat resistance of 90% or more, that is, a continuous use temperature of 230 ° C., so that a steel tower or pole is used as a support and fixed to insulators. It can be applied to overhead transmission lines hypothesized in.

도 3a 내지 도 3c은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고전도성 및 고내열성을 갖춘 알루미늄 합금선을 사용한 가공송전선의 개략적인 단면도이다.3A to 3C are schematic cross-sectional views of overhead transmission lines using aluminum alloy wires having high conductivity and high heat resistance according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 가공송전선(1, 2, 3)은 강연선 또는 인바선을 심선(1a, 2a, 3a)으로 하고, 상기 심선의 둘레로 알루미늄 합금선(1b, 2b, 3b)을 꼬아맞춘 동심 연선 구조로 되어 있다.3A to 3C, the overhead transmission lines 1, 2, and 3 have a stranded wire or an invar wire as core wires 1a, 2a, and 3a, and aluminum alloy wires 1b, 2b, and 3b around the core wires. Concentric twisted wire structure is intertwined.

상기의 가공송전선(1, 2, 3)은 도전율이 60%IACS 이상이고, 연속사용온도가 230℃ 이상인 알루미늄 합금선(1b, 2b, 3b)을 포함하여 구성함으로써, 도전율 및 내열성이 향상되어 발열에 의한 강도 손실 없이 송전 용량을 증대할 수 있다.The overhead power transmission lines 1, 2, and 3 include aluminum alloy wires 1b, 2b, and 3b having a conductivity of 60% IACS or higher and a continuous use temperature of 230 ° C or higher, thereby improving conductivity and heat resistance to generate heat. It is possible to increase the transmission capacity without loss of strength due to

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As mentioned above, although this invention was demonstrated by the limited embodiment and drawing, this invention is not limited by this and is within the equal range of a common technical idea in the technical field to which this invention belongs, and a claim described below. Of course, various modifications and variations are possible.

본 발명의 방법에 따라 제조되는 알루미늄 합금선은 도전율과 연속사용온도 특성이 종래의 알루미늄 합금선에 비해 우수하며, 알루미늄 합금에 티타늄을 첨가하지 않으므로 생산 단가를 감소시킬 수 있고, 열처리 시간의 축소를 통한 공정의 단순화로 제품의 제조 효율과 생산성이 높다.The aluminum alloy wire manufactured according to the method of the present invention has excellent electrical conductivity and continuous use temperature characteristics compared to the conventional aluminum alloy wire, and does not add titanium to the aluminum alloy, thereby reducing production costs and reducing heat treatment time. Product simplification and high productivity due to the simplified process.

또한, 본 발명에 의한 합금선을 가공송전선에 적용할 경우 도전율이 60%IACS 이상으로 송전 용량을 더욱 증대할 수 있는 장점이 있다.In addition, when the alloy wire according to the present invention is applied to the overhead transmission line, the electrical conductivity is 60% IACs or more, there is an advantage that can further increase the transmission capacity.

Claims (8)

Al-Zr-Fe-Si계 알루미늄 합금선의 제조방법으로서,As a manufacturing method of Al-Zr-Fe-Si-based aluminum alloy wire, 0.2 내지 0.4 중량%의 지르코늄, 0.05 내지 0.2 중량%의 철, 및 0.05 내지 0.2 중량%의 규소를 첨가 성분으로 하고, 상기 철과 규소의 성분합이 0.3 중량%를 초과하지 않도록 하고, 알루미늄을 주 성분으로 하는 원료를,0.2 to 0.4% by weight of zirconium, 0.05 to 0.2% by weight of iron, and 0.05 to 0.2% by weight of silicon are added components, and the sum of the components of iron and silicon does not exceed 0.3% by weight, and aluminum is mainly used. Raw materials made with ingredients, (A) 750℃ 내지 950℃ 온도 범위의 합금 용탕 상태로 주입하고, 450 내지 550℃의 온도 범위에서 압연 및 압출 개시하여 주조 알루미늄 합금선재을 형성하는 주조 단계;(A) a casting step of injecting in the molten alloy state of the temperature range of 750 ℃ to 950 ℃, and starting rolling and extrusion in the temperature range of 450 to 550 ℃ to form a cast aluminum alloy wire; (B) 상기 주조 알루미늄 합금선재의 상변화 및 결정립 성장을 억제하는 온도 범위에서 상기 주조 알루미늄 합금선재의 단면을 70% 이상의 단면감소율로 1차 감소시켜 1차 알루미늄 합금선재로 가공하는 열간가공 단계;(B) a hot working step of firstly reducing the cross-section of the cast aluminum alloy wire with a cross-sectional reduction rate of 70% or more in a temperature range that suppresses phase change and grain growth of the cast aluminum alloy wire to form a primary aluminum alloy wire; (C) 상기 1차 알루미늄 합금선재를 350 내지 400℃의 온도에서 20 내지 30 시간동안 시효 처리하는 1차 열처리 단계;(C) a first heat treatment step of aging the primary aluminum alloy wire for 20 to 30 hours at a temperature of 350 to 400 ℃; (D) 상기 1차 열처리된 1차 알루미늄 합금선재의 단면을 85% 내지 90% 범위의 단면감소율로 2차 감소시켜 2차 알루미늄 합금선재로 가공하는 냉간가공 단계; 및(D) cold working step of secondly reducing the cross section of the primary heat-treated primary aluminum alloy wire to a cross-sectional reduction rate of 8 5% to 90% to process the secondary aluminum alloy wire; And (E) 상기 2차 알루미늄 합금선재를 상기 1차 열처리의 온도에 비하여 20 내지 30℃ 낮은 온도에서 50 내지 60 시간동안 시효 처리하는 2차 열처리 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전도성 및 고내열성을 갖춘 알루미늄 합금선의 제조방법.(E) a secondary heat treatment step of aging the secondary aluminum alloy wire for 50 to 60 hours at a temperature lower than 20 to 30 ℃ compared to the temperature of the first heat treatment; high conductivity and high heat resistance Method of manufacturing an aluminum alloy wire equipped with. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 알루미늄 합금선은 상온 도전율이 60%IACS 이상이고, 상온 인장강도가 16.22Kgf/㎟ 이상이고, 연속사용온도가 230℃인 것을 특징으로 하는 고전도성 및 고내열성을 갖춘 알루미늄 합금선의 제조방법.The aluminum alloy wire has a high temperature conductivity of 60% IACS, a normal tensile strength of 16.22 Kgf / mm 2 or more, and a continuous use temperature of 230 ° C. 제1항 또는 제6항의 방법에 따라 제조된 고전도성 및 고내열성을 갖춘 알루미늄 합금선.Aluminum alloy wire with high conductivity and high heat resistance prepared according to the method of claim 1 or 6. 제7항의 알루미늄 합금선을 구비하는 가공송전선.The overhead transmission line comprising the aluminum alloy wire of claim 7.
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