KR101034862B1 - Non-heat Treatment Type Aluminum Alloy for overhead conductor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고내열 고전도 특성을 가지는 가공송전선용 알루미늄 합금 소재에 관한 것으로서, 가공송전선용 알루미늄 합금 소재에 있어서, 알루미늄에 내열특성 향상을 위한 첨가 원소로서, 알루미늄 합금 소재에 대한 중량부로 Zr 0.01~0.05, Y 0.01~0.03 및 MM 0.01~0.03을 첨가하는 것을 특징으로 하는 비열처리형 가공송전선용 알루미늄 합금 소재를 기술적 요지로 한다. 이에 따라, 다양한 종류의 미세 석출물을 기지 내에 형성시켜 내열성을 향상시킬 수 있도록 하였으며, 성분 편석의 원인이 될 수 있는 첨가원소들의 첨가량을 최소화함으로써 도전성을 향상시킬 뿐만 아니라, 미세석출물을 형성시키기 위한 열처리 공정이 필요없어 종래의 생산공정에 비해 수배의 생산성 향상이 가능하여 제품 단가를 낮출 수 있는 이점이 있다[0001] The present invention relates to an aluminum alloy material for a working transmission line having high heat resistance and high conductivity, and more particularly, to an aluminum alloy material for a working transmission line, 0.05, Y 0.01 to 0.03, and MM 0.01 to 0.03 are added to the aluminum alloy material for a non-heat-treated working power transmission line. Accordingly, various kinds of fine precipitates can be formed in the matrix to improve the heat resistance. In addition to improving the conductivity by minimizing the addition amount of the additive elements that may cause the component segregation, the heat treatment for forming the fine precipitates It is possible to improve the productivity several times as compared with the conventional production process, and it is advantageous in that the product cost can be lowered
가공송전선 알루미늄 합금 고내열 고전도 비열처리 첨가 원소 Processing Transmission line Aluminum alloy High heat resistance High conductivity Non-heat treatment Additive element
Description
본 발명은 가공송전선용 알루미늄 합금 소재에 관한 것으로서, 내열특성 향상 인자 원소로 Y, MM(Misch Metal), Zr를 첨가하고, 동시에 그 첨가량을 최소화하여 첨가 원소들의 편석을 감소시키고, 열처리 공정을 생략하여, 고내열 고전도 특성을 가지면서, 경제적인 가공송전선용 알루미늄 합금 소재에 관한 것이다.The present invention relates to an aluminum alloy material for machined transmission line, in which Y, MM (Misch metal) and Zr are added as heat resistance improving factor elements and at the same time, the addition amount is minimized to reduce segregation of additional elements, To an economical aluminum alloy material for a working transmission line, having high heat resistance and high conductivity.
일반적으로 송전용량 증대용 가공송전선에 요구되는 알루미늄 소재에는 고내열 특성과 고전도 특성을 동시에 겸비한 알루미늄 합금 소재가 필수적이다.Generally, an aluminum alloy material that combines both high heat resistance and high conductivity is indispensable for aluminum materials required for processing transmission lines for increasing transmission capacity.
야금학적으로 소재의 내열특성은 기지 내에 금속 간 화합물인 석출물을 균일하고 미세하게 분포시켜 고온에서의 결정입계의 이동을 억제함으로서 달성이 가능하다.Metallurgically, the heat resistance of a material can be achieved by uniformly and finely distributing precipitates, such as intermetallic compounds, in the matrix, thereby suppressing the movement of grain boundaries at high temperatures.
또한 고전도 특성은 첨가 합금원소의 첨가량을 최소화하고, 나아가 첨가된 합금원소들이 가능한 기지 금속 내에 고용되지 않고, 금속 간 화합물로 석출형성됨으로서 특성 구현이 가능하다.Further, the high conductivity property minimizes the addition amount of the additive alloy element, and further, the added alloy elements are not dissolved in the matrix metal as possible, and the alloy can be formed by precipitation with an intermetallic compound.
현재의 송전용량 증대를 위한 가공송전선용 알루미늄 소재의 경우 요구되는 고내열성과 고전도성을 실현하기 위해, 내열특성 향상 인자로서 Zr 성분을 0.25~0.3 중량비로 다량 첨가하고, 이를 고온에서 장시간 열처리하여 수십~수백nm 크기의 미세한 Al3Zr 석출물을 알루미늄 기지 내에 균일하게 분포시켜, 결정입계의 이동을 억제하고, 전도 특성을 향상시키게 된다.In order to realize the high heat resistance and high conductivity required in the case of aluminum for processing transmission line to increase current transmission capacity, a large amount of Zr component is added at 0.25 to 0.3 weight ratio as a heat resistance property improving factor, and it is heat treated for a long time at high temperature, Fine Al 3 Zr precipitates having a size of several hundreds of nanometers are uniformly distributed in the aluminum matrix, thereby suppressing the movement of grain boundaries and improving the conduction characteristics.
그러나, Zr 원소의 융점을 1,852℃로 기지 성분인 Al(융점 660℃)에 비해 대단히 높고, 비중 또한 3배 가까이 차이가 나며(Zr의 비중은 6.49, Al의 비중은 2.70), 야금학적으로 Al과 Zr 두 원소는 상호 비고용체이기 때문에, Al 성분과 용이하게 합급화가 이루어지지 않아 제조 시 여러 가지 야금학적인 문제점을 야기하고 있다.However, the melting point of the Zr element is 1,852 ° C, which is much higher than that of the base component Al (melting point 660 ° C), and the specific gravity is also about three times larger (the specific gravity of Zr is 6.49 and the specific gravity of Al is 2.70) And Zr are mutually non-solid, they are not easily alloyed with the Al component, resulting in various metallurgical problems in manufacturing.
그 중에서 가장 큰 문제는 재료 내에 치명적인 Zr 성분 편석 현상이다. 합금금속 소재 제조 시 구성 성분들의 편석은 당초 목표로 설계된 소재 특성들이 제대로 구현되지 못한다는 것과 오히려 소재 특성을 약화시킬 수 있다는 측면에서 대단히 바람직하지 못하나, 특히 직경이 가는 선재로 활용되는 제품에 있어서는 치명적이라 할 수 있다. 이는 신선가공에 의해 선경이 작아질 때, 가는 선재 내의 국부적인 편석은 선재의 단선으로 이어지기 때문이다.The biggest problem among them is the fatal Zr component segregation in the material. Segregation of constituents in the manufacture of alloy metal materials is not very desirable from the standpoint that the material properties originally designed as the target are not properly realized and that the material properties can be weakened. In particular, . This is because when the wire diameter is reduced by drawing, the local segregation in the thin wire leads to the disconnection of the wire.
또한, Zr 원자의 원자반경은 16nm로 Al의 14.3nm에 비해 상당히 크고, 융점 또한 대단히 높기 때문에, 열처리시 Al 기지 내에서 Zr 원자의 확산속도가 매우 느려, Al3Zr 준안정상을 석출시키기 위해서는 450℃ 이상의 고온에서 48시간 이상의 장시간 열처리가 필요하다. 이 열처리 공정은 제품의 단가를 상승에 큰 영향을 미 칠 뿐만 아니라 상당히 배치 타입(batch -type) 열처리로를 사용하기 때문에 생산성을 현저히 떨어뜨리는 문제점이 있다.Since the atomic radius of the Zr atom is much larger than that of 14.3 nm of Al at 14 nm and the melting point is also very high, the diffusion rate of Zr atoms in the Al base in the heat treatment is very slow, and in order to precipitate the Al 3 Zr- Lt; 0 > C or more for 48 hours or longer. This heat treatment process not only has a large effect on the increase of the unit price of the product, but also has a problem of significantly reducing the productivity because it uses a batch-type heat treatment furnace.
따라서, 본 발명은 종래의 내열특성 향상 인자 원소가 제조공정에 여러 문제점을 야기하는 것을 해결하기 위한 것으로, 종래에는 Zr 원소에만 의존하여 내열특성을 확보하는 방법을 채택하였으나, 본 발명에서는 내열특성 향상 인자 원소로 Y, MM(Misch Metal), Zr를 첨가하고, 동시에 그 첨가량을 최소화하여 첨가원소들의 편석을 현저히 감소시키고, 아울러 열처리 공정을 생략하여 고내열 고전도 특성을 가지면서, 경제적인 고내열 고전도 비열처리형 가공송전선용 알루미늄 합금 소재의 제공을 그 목적으로 한다.Accordingly, the present invention solves the problem that the conventional heat resistance improving factor causes various problems in the manufacturing process. Heretofore, a method of securing the heat resistance characteristic depending on only the Zr element has been adopted. However, It is possible to add Y, MM (Misch metal) and Zr as the factor elements, minimize the addition amount at the same time, significantly reduce the segregation of the additive elements, omit the heat treatment step, The object of the present invention is to provide an aluminum alloy material for a high-conductivity non-heat-treated processed power transmission line.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 가공송전선용 알루미늄 합금 소재에 있어서, 알루미늄에 내열특성 향상을 위한 첨가 원소로서, 알루미늄 합금 소재에 대한 중량부로 Zr 0.01~0.05, Y 0.01~0.03 및 MM 0.01~0.03을 첨가하는 것을 특징으로 하는 비열처리형 가공송전선용 알루미늄 합금 소재를 기술적 요지로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an aluminum alloy material for a working power transmission line, which comprises Zr 0.01 to 0.05, Y 0.01 to 0.03, and MM 0.01 to 0.03 in terms of parts by weight based on aluminum alloy, 0.03 is added to the aluminum alloy material for the non-heat-treated working power transmission line.
또한, 상기 고내열 고전도 가공송전선용 알루미늄 합금 소재는 인장강도가 16.2(kgf/㎟) 이상이고, 전기전도도는 60(%IACS) 이상, 그리고 내열성 90(%) 이상인 것이 바람직하다.The aluminum alloy material for the high heat-resistant high-conductivity processed transmission line preferably has a tensile strength of 16.2 (kgf / mm 2) or more, an electrical conductivity of 60% (IACS) or more, and a heat resistance of 90% or more.
상기 과제 해결 수단에 의해 본 발명은, Y, MM(Misch Metal), Zr 원소 등과 같은 다수의 내열특성 향상 원소들을 첨가하여, 다양한 종류의 미세 석출물을 기지 내에 형성시켜 내열성을 향상시킬 수 있도록 하였으며, 성분 편석의 원인이 될 수 있는 첨가원소들의 첨가량을 최소화함으로써 도전성을 향상시킬 뿐만 아니라, 미세석출물을 형성시키기 위한 열처리 공정이 필요 없어 종래의 생산공정에 비해 수배의 생산성 향상이 가능하여 제품 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, various heat resistant characteristics improving elements such as Y, MM (Misch metal), and Zr elements are added to form various types of fine precipitates in a matrix to improve heat resistance. It is possible to improve the conductivity by minimizing the addition amount of the additive elements which may cause the segregation of components and also to improve the productivity several times as compared with the conventional production process by eliminating the heat treatment step for forming the fine precipitates, There is an effect that can be.
본 발명은 종래의 Zr 성분의 미세 석출물 만을 형성시켜 내열성을 향상시키는 것과는 달리, Y, MM(Misch Metal), Zr원소 등과 같은 다수의 내열특성 향상 원소들을 첨가하여, 다양한 종류의 미세 석출물을 기지 내에 형성시켜 내열성을 향상시키고자 한 것이다.Unlike the conventional method of forming only fine precipitates of Zr component to improve heat resistance, a large number of heat resistance improving elements such as Y, MM (Misch metal) and Zr elements are added, Thereby improving heat resistance.
다음 표 1에 첨가 원소의 종류에 따라 형성되는 미세 석출물의 종류에 대해 정리하였다.Table 1 below summarizes the types of fine precipitates formed depending on the kinds of the additive elements.
<표 1> 첨가 원소에 의한 미세 석출물의 종류<Table 1> Types of fine precipitates by additive elements
그리고 내열특성 향상을 위해 원소들의 첨가량은 전체 가공송전선용 알루미늄 합금 소재에 있어서, Fe과 기타 불가피한 불순물을 제외하고, 내열특성 향상을 위한 첨가 원소로서, 중량부로 Zr 0.01~0.05, Y 0.01~0.03, MM 0.01~0.03으로 첨가되도록 한다. 여기에서 MM(misch metal)은 희토류 원소인 세륨족 금속의 합금을 말 한다.In order to improve the heat resistance, the added amount of the elements is aluminum alloy material for the entire working transmission line, except for Fe and other unavoidable impurities, and is an additive element for improving the heat resistance property, and Zr 0.01-0.05, Y 0.01-0.03, MM to 0.01 to 0.03. Here, MM (misch metal) refers to an alloy of a cerium metal, which is a rare earth element.
상기 첨가 원소의 첨가량은 0.0X~0.00X 오더(order)로 종래에 비해 대단히 적은 양임을 알 수 있다. 이는 상기 첨가 원소가 Al 성분과 상호 비고용계이기 때문에 과잉으로 첨가할 경우, 종래의 Zr 성분의 경우와 같이 성분 편석의 원인이 될 수 있을 뿐만 아니라, 다량 첨가할 경우 도전성에 나쁜 영향을 미칠 수 있기 때문에 가능한 첨가량을 억제하는 것이 바람직하기 때문이다.The added amount of the added element is in the order of 0.0X to 0.00X, which is very small compared to the conventional case. This is because, when the additive element is added to the Al component in excess of that of the Al component, if the additive element is added in excess, it may cause the segregation of components as in the case of the conventional Zr component, Therefore, it is preferable to suppress the possible addition amount.
또한, 첨가원소의 첨가량을 최소화함으로서 미세 석출물을 형성시키기 위한 열처리공정이 필요 없게 되는 큰 장점이 있다. 열처리 공정을 생략할 경우, 종래의 생산공정에 비해 수배의 생산성 향상이 가능하고, 제품 단가를 크게 낮출 수 있게 된다.Further, there is a great advantage that a heat treatment step for forming a fine precipitate is not necessary by minimizing the addition amount of the additive element. When the heat treatment process is omitted, the productivity can be improved several times as compared with the conventional production process, and the product cost can be greatly reduced.
다음 표 2에서는 본 발명에 따른 알루미늄 합금 소재의 성분 원소의 첨가량과 종래의 알루미늄 합금 소재의 성분 원소의 첨가량에 따른 특성을 평가하여 그 특성이 우수한 합금 조성비와 그 조성에서의 전기전도도, 인장장도, 내열성 특성에 대해 정리하여 나타내었다.In the following Table 2, properties of the aluminum alloy material according to the present invention were evaluated according to the addition amount of the ingredient element and the amount of the ingredient element of the conventional aluminum alloy material, and the alloy composition ratio and the electrical conductivity, Heat resistance characteristics are summarized.
여기에서 종래의 알루미늄 합금 소재는 Al3Zr 준안정상을 석출시키기 위해서 450℃ 이상의 고온에서 48시간 이상의 장시간 열처리를 수행한 것이며, 본 발명에서는 첨가 원소의 첨가량이 적어 미세 석출물을 형성시키기 위한 열처리 공정을 수행하지 않아도 무방하다.Here, the conventional aluminum alloy material has been subjected to a long-time heat treatment at a high temperature of 450 ° C or more for 48 hours or more in order to precipitate the Al 3 Zr ruthenium phase. In the present invention, a heat treatment process for forming fine precipitates with a small amount of additive elements You do not have to do it.
<표 2> 고내열 고전도 특성을 겸비한 알루미늄 합금 소재 조성<Table 2> Composition of aluminum alloy material with high heat resistance and high conductivity
(%IACS)Electrical conductivity
(% IACS)
(kgf/mm2)The tensile strength
(kgf / mm 2 )
(%)Heat resistance
(%)
발
명
합
금
조
성example
foot
persons
synthesis
gold
article
castle
래
의
합
금
조
성Bell
Ra
of
synthesis
gold
article
castle
송전용량 증대용 가공송전선의 알루미늄 합금 소재의 특성은 한국전력의 구매시방서에 의한 엄격히 규정되어 있다. 가공송전선의 알루미늄 선재의 인장강도는 16.2 (kgf/mm2) 이상, 전기전도도는 60(%IACS) 이상 그리고 내열성도 90(%) 이상으로 규정되어 있다. 따라서 상기 송전선에 사용될 수 있는 제품은 이 규정을 반드시 만족하여야 한다.The characteristics of the aluminum alloy material of the processing transmission line for increasing the transmission capacity are strictly defined by KEPCO purchase specifications. The tensile strength of the aluminum wire of the working transmission line is specified to be 16.2 (kgf / mm 2 ) or more, the electric conductivity is 60 (% IACS) or more, and the heat resistance is 90 (%) or more. Therefore, products that can be used in the transmission line must satisfy this requirement.
본 발명의 합금 조성은 모두 이 규정치를 만족하고 있는 것을 알 수 있다. 따라서 종래의 Zr 성분의 첨가량을 대폭 줄이는 대신 다수의 다른 내열특성 향상 성분을 미량 첨가하는 것만으로, 인장강도, 전기전도도, 내열 특성을 만족시켰으며, 아울러 열처리공정 없이 종래의 제품과 동일한 특성을 얻을 수 있어 경제적 인 이점이 있다. It can be seen that all of the alloy compositions of the present invention satisfy the specified values. Therefore, instead of significantly reducing the amount of Zr component added in the prior art, only a small amount of other heat resistance improving components were added to satisfy the tensile strength, electrical conductivity and heat resistance characteristics, and the same characteristics as those of conventional products were obtained without heat treatment There is an economical advantage.
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