KR20160100922A

KR20160100922A - 구리 합금 선, 구리 합금 연선, 전선, 단자 부착 전선, 및 구리 합금 선의 제조 방법

Info

Publication number: KR20160100922A
Application number: KR1020167013161A
Authority: KR
Inventors: 아키코 이노우에; 데츠야 구와바라; 요시히로 나카이; 다이치로 니시카와; 히로유키 고바야시
Original assignee: 스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤; 스미토모 덴소 가부시키가이샤; 가부시키가이샤 오토네트웍스 테크놀로지스
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2014-12-05
Publication date: 2016-08-24
Also published as: JP6573172B2; CN105745340A; DE112014005905T5; US20200035377A1; JPWO2015093317A1; WO2015093317A1; US20160284437A1

Abstract

도전성이 우수하고, 높은 강도를 갖고, 연장에도 우수한 구리 합금 선, 이 구리 합금 선을 구비하는 구리 합금 연선, 상기 구리 합금 선 또는 상기 구리 합금 연선을 도체로 하는 전선, 이 전선을 구비하는 단자 부착 전선, 및 구리 합금 선의 제조 방법을 제공한다. 구리 합금 선은, Mg를 0.2질량% 이상 1질량% 이하, P를 0.02질량% 이상 0.1질량% 이하 포함하고, 잔부가 Cu 및 불가피한 불순물인 조성을 갖고, 도전율이 60% IACS 이상이고, 인장 강도가 400㎫ 이상이고, 파단 연장이 5% 이상이다.

Description

구리 합금 선, 구리 합금 연선, 전선, 단자 부착 전선, 및 구리 합금 선의 제조 방법{COPPER ALLOY WIRE, TWISTED COPPER ALLOY WIRE, ELECTRIC WIRE, ELECTRIC WIRE HAVING TERMINAL ATTACHED THERETO, AND METHOD FOR PRODUCING COPPER ALLOY WIRE}

본 발명은, 전선의 도체 등에 이용되는 구리 합금 선, 구리 합금 연선, 상기 구리 합금 선 또는 상기 구리 합금 연선을 도체로 하는 전선, 이 전선을 구비하는 단자 부착 전선, 및 구리 합금 선의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 도전성이 우수하고, 높은 강도를 갖고, 연장(elongation)에도 우수한 구리 합금 선에 관한 것이다.

종래, 전선의 도체의 소재로는, 높은 도전율을 갖는 순동(pure copper)이나 구리 합금이 이용되고 있다. 일본 특허 공개 2008-016284호 공보(특허 문헌 1)는, 자동차용 전선 도체로서, Cu-Mg 합금이나 Cu-Sn 합금 등의 2원 합금으로 이루어지는 경질 소선을 꼰 연선을 개시하고 있다. 또한, 일본 특허 공개 2008-016284호 공보(특허 문헌 1)는, 상기 경질 소선은 인장 강도가 높기 때문에, 연선이 파단되기 어려운 것, 자동차용 전선의 단부에 있어서 상기 도체에 단자를 압착하여 사용하는 경우에 도체와 단자의 고착력(단자 고착력)이 우수한 것, 전선에 부착한 단자를 커넥터 하우징에 삽입할 때에 전선이 좌굴하기 어려운 것을 개시하고 있다.

일본 특허 공개 소 58-197242호 공보(특허 문헌 2)는, 방전 가공 전극선으로서, Mg 및 P와 Sn 등을 특정한 범위에서 함유하는 구리 합금 선을 개시하고 있다.

(선행 기술 문헌)

(특허 문헌)

(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 2008-016284호 공보

(특허 문헌 2) 일본 특허 공개 소 58-197242호 공보

전선의 도체를 구성하는 선재로서, 도전성이 우수하고, 높은 강도를 가지면서, 휨 특성이나 내충격성도 우수한 구리 합금 선의 개발이 기대되고 있다. 특히, 자동차에 이용되는 전선의 도체에는, 경량화를 위해 선경(線徑)을 예컨대 0.3㎜ 이하의 세경(細徑)으로 하는 것이 기대된다. 이와 같은 세경의 선재이더라도, 도전율이 60% IACS 이상의 높은 도전성과, 인장 강도가 400㎫ 이상의 높은 강도를 가지면서 휨이나 충격에도 강한, 대표적으로는 연장에도 우수한 구리 합금 선의 개발이 기대된다.

일본 특허 공개 2008-016284호 공보(특허 문헌 1)에 기재되는 연선은, 도전율 및 인장 강도의 양쪽이 상술한 요구 범위를 만족시킨다. 그러나, 너무 딱딱하여 인성(靭性)이 뒤떨어져, 예컨대, 배치시에 휨 등이 가해지거나, 단자를 커넥터 하우징에 삽입할 때 등에 충격 등이 가해지거나 하면, 균열이 생기거나, 파단되거나 할 우려가 있다. 한편, 유연성을 확보하기 위해 연화한 연질재(soft material)는, 너무 부드러워 강도가 뒤떨어진다.

일본 특허 공개 소 58-197242호 공보(특허 문헌 2)는, Mg를 P와 공존시키는 것에 의해 강도를 향상시키는 것을 개시하고 있지만, 인장 강도를 구체적으로 개시하고 있지 않다. 또한, 일본 특허 공개 소 58-197242호 공보(특허 문헌 2)에서는, 강도뿐만이 아니라, 휨이나 충격에 대해서도 우수한 구성, 및 그 제조 방법에 대하여 검토되고 있지 않다.

그래서, 본 발명의 목적의 하나는, 도전성이 우수하고, 높은 강도를 갖고, 연장에도 우수한 구리 합금 선, 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기 구리 합금 선을 구비하는 구리 합금 연선, 상기 구리 합금 선 또는 상기 구리 합금 연선을 구비하는 전선, 상기 전선을 구비하는 단자 부착 전선을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 구리 합금 선은, Mg를 0.2질량% 이상 1질량% 이하, P를 0.02질량% 이상 0.1질량% 이하 포함하고, 잔부가 Cu 및 불가피한 불순물인 조성(composition)을 갖고, 도전율이 60% IACS 이상이고, 인장 강도가 400㎫ 이상이고, 파단 연장(elongation at breakage)이 5% 이상이다.

본 발명의 구리 합금 선의 제조 방법은, 이하의 고용(固溶) 공정과, 석출 공정과, 가공 공정을 구비한다.

(고용 공정) Mg를 0.2질량% 이상 1질량% 이하, P를 0.02질량% 이상 0.1질량% 이하 포함하고, 잔부가 Cu 및 불가피한 불순물인 조성을 갖고, 상기 Mg 및 상기 P가 상기 Cu에 고용된 고용 소재를 준비하는 공정.

(석출 공정) 상기 고용 소재를 가열하여, 상기 Mg와 상기 P를 포함하는 화합물이 모상(matrix) 중에 분산된 조직을 구비하는 시효(時效) 소재(aged material)를 얻는 공정.

(가공 공정) 상기 시효 소재에 복수 패스(pass)의 신선(伸線)(wiredrawing) 가공을 실시하여, 소정의 최종 선경을 갖는 신선재(wiredrawn material)로서, 도전율이 60% IACS 이상이고, 인장 강도가 400㎫ 이상인 신선재를 얻는 공정.

상기 가공 공정에서는, 상기 최종 선경의 1배 초과 10배 이하의 중간 선경을 갖는 중간재에 중간 연화 처리를 행한다.

본 발명의 구리 합금 선은, 도전율이 높고, 높은 강도를 갖고, 연장에도 우수하다. 본 발명의 구리 합금 선의 제조 방법은, 도전율이 높고, 높은 강도를 갖고, 연장에도 우수한 구리 합금 선을 제조할 수 있다.

도 1은 시험예 1에서 제작한 시료 No.1-3의 시효 소재의 단면의 현미경 사진이다.
도 2는 실시 형태의 구리 합금 연선의 횡단면을 모식적으로 나타내는 개략 구성도이다.
도 3은 실시 형태의 전선의 횡단면을 모식적으로 나타내는 개략 구성도이다.
도 4는 실시 형태의 단자 부착 전선을 모식적으로 나타내는 개략 구성도이다.
도 5는 실시 형태의 구리 합금 선의 제조 공정의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 6은 실시 형태의 구리 합금 연선의 제조 공정의 일례를 나타내는 플로차트이다.

[본 발명의 실시의 형태의 설명]

본 발명자들이 검토한 결과, Mg(마그네슘) 및 P(인)의 함유량을 특정한 범위로 함과 아울러, 제조 과정에서는, (ⅰ) Mg 및 P를 포함하는 화합물을 적극적으로 또한 매우 미세하게 석출시키는 것, (ⅱ) 신선 도중의 특정한 시기에 연화 처리를 행하는 것에 의해, 도전성이 우수하고, 높은 강도를 가질 뿐만 아니라, 연장에도 우수한 구리 합금 선이 얻어진다는 것을 알아냈다. 본 발명은, 이것에 근거하는 것이다. 먼저 본 발명의 실시 형태의 내용을 열기하여 설명한다.

(1) 실시 형태와 관련되는 구리 합금 선은, Mg를 0.2질량% 이상 1질량% 이하, P를 0.02질량% 이상 0.1질량% 이하 포함하고, 잔부가 Cu 및 불가피한 불순물인 조성을 갖고, 도전율이 60% IACS 이상이고, 인장 강도가 400㎫ 이상이고, 파단 연장이 5% 이상이다.

실시 형태의 구리 합금 선은, Mg 및 P를 특정한 범위에서 포함하는 특정한 조성인 것에 의해, 도전성이 우수하고, 높은 강도를 가질 뿐만 아니라, 연장에도 우수하다. 예컨대, 선경이 0.3㎜ 이하라고 하는 세경이더라도, 도전율, 인장 강도, 및 파단 연장이 상술한 범위를 만족시킬 수 있다. 따라서, 실시 형태의 구리 합금 선은, 경량화를 위해 세경이 요구되는 전선, 구체적으로는 자동차용 전선의 도체에 적합하게 이용할 수 있다.

실시 형태의 구리 합금 선을 자동차용 전선의 도체에 이용한 경우에는, 높은 강도를 갖기 때문에, 이하의 (ⅰ) 및 (ⅱ)의 효과를 초래하고, 인성이 높기 때문에, 이하의 (ⅲ)의 효과를 초래한다.

(ⅰ) 상기 도체와 이 도체의 단부에 장착된 단자의 접속 상태를 사용 초기로부터 장기간에 걸쳐 양호하게 유지할 수 있다. 즉, 장기간에 걸쳐 높은 단자 고착력을 가질 수 있다.

(ⅱ) 자동차의 진동 등에 기인하는 반복되는 휨 등에 대하여 파단되기 어렵다. 즉, 내피로성(fatigue resistance)이 우수하다.

(ⅲ) 배치시나, 커넥터 하우징으로의 단자의 삽입시 등에 휨이나 충격 등이 가해지더라도, 균열이나 파단이 생기기 어렵다. 즉, 휨 특성이나 내충격성이 우수하다.

(2) 실시 형태와 관련되는 구리 합금 선의 일례로서, 석출물이 분산된 조직을 구비하고, 상기 석출물은 상기 Mg 및 상기 P를 포함하는 화합물을 갖고, 상기 석출물의 평균 입경이 500㎚ 이하인 형태를 들 수 있다.

상기 형태는, Mg 및 P가 매우 미세한 석출물의 상태로 존재하고, 또한 이들 미세한 석출물이 분산된 조직을 구비한다. 그 때문에, 상기 형태는, Mg의 고용에 의한 고용 강화와, 선재의 제조 과정에서 행해지는 신선 가공에 의한 가공 경화에 근거하는 강화에 더하여, 상기 미세한 석출물의 분산 강화(석출 강화)에 의한 강도 향상 효과가 얻어진다. 즉, 상기 형태는, 고용 강화, 가공 경화, 분산 강화의 세 가지의 현상을 겸비하는 것에 의해, 강도가 우수하다. 또한, 석출물이 매우 미세한 것에 의해 석출물이 균열의 기점이 되기 어렵기 때문에, 상기 형태는, 강도가 우수할 뿐만 아니라, 연장에도 우수하다. 또한, Mg 및 P가 석출되어 있는 것에 의해, Cu에 Mg 등이 과도하게 고용되는 것을 저감할 수 있기 때문에, 상기 형태는, 도전성도 우수하다.

(3) 실시 형태와 관련되는 구리 합금 선의 일례로서, 상기 조성에 더하여, Fe(철), Sn(주석), Ag(은), In(인듐), Sr(스트론튬), Zn(아연), Ni(니켈), 및 Al(알루미늄)로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 합계 0.01질량% 이상 0.5질량% 이하 더 함유하는 형태를 들 수 있다.

상기 형태는, 열거한 원소를 함유하는 것에 의해, 강도를 보다 높이기 쉽다.

(4) 실시 형태와 관련되는 구리 합금 선의 일례로서, 상기 P에 대한 상기 Mg의 질량 비율인 Mg/P가 4 이상 30 이하인 형태를 들 수 있다.

P는, Mg의 석출에 기여하고, P가 많을수록, Mg를 석출할 수 있다. 상기 형태는, P의 함유량에 대하여 Mg의 함유량이 적절히 조정되고 있는 것에 의해, Mg 및 P를 포함하는 화합물을 적절히 석출할 수 있을 뿐만 아니라, Mg의 과도한 석출을 억제할 수 있다. 그 결과, 상기 형태는, Mg의 고용 강화 효과가 얻어질 뿐만 아니라, 과잉 석출에 기인하는 가공성의 저하를 억제할 수 있어, 신선 가공 등을 양호하게 행할 수 있기 때문에, 구리 합금 선의 생산성이 우수하다.

(5) 실시 형태와 관련되는 구리 합금 선의 일례로서, 선경이 0.35㎜ 이하인 형태를 들 수 있다. 또, 선경이란, 횡단면 형상이 원형인 환선(round wire)의 경우에는 직경으로 하고, 횡단면 형상이 원형 이외인 이형선(deformed wire)의 경우에는, 횡단면에 있어서의 면적에 상당하는 원의 직경으로 한다.

상기 형태는, 세경이기 때문에, 경량화가 요구되는 전선의 도체, 특히 자동차용 전선의 도체에 적합하게 이용할 수 있다.

(6) 실시 형태와 관련되는 구리 합금 선의 일례로서, Cu를 포함하는 모상의 평균 입경이 10㎛ 이하인 형태를 들 수 있다.

상기 형태에 의하면, 구리 합금 선은 연장에 우수하고, 구리 합금 선의 단자 고착력을 더 높일 수 있다.

(7) 실시 형태와 관련되는 구리 합금 연선은, 상기 (1)~(6)의 어느 하나에 기재된 실시 형태의 구리 합금 선을 포함한다.

실시 형태의 구리 합금 연선은, 도전성이 우수하고, 높은 강도를 가질 뿐만 아니라, 연장에도 우수한 실시 형태의 구리 합금 선을 적어도 1개 포함하는 것에 의해, 도전성이 우수하고, 높은 강도를 가질 뿐만 아니라, 연장에도 우수하다. 실시 형태의 구리 합금 연선을 구성하는 소선의 전부가 실시 형태의 구리 합금 선인 경우에는, 도전성, 강도, 및 인성이 우수할 뿐만 아니라, 꼬는 작업을 행하기 쉽고, 생산성도 우수하다.

(8) 실시 형태와 관련되는 구리 합금 연선은, 상기 (1)~(6)의 어느 하나에 기재된 실시 형태의 구리 합금 선을 포함하는 연선을 더 압축 성형하여 이루어진다(이하, 이 구리 합금 연선을 압축선이라고 부르는 경우가 있다).

실시 형태의 압축선은, 상술한 실시 형태 (7)의 구리 합금 연선과 마찬가지로, 도전성이 우수하고, 높은 강도를 가질 뿐만 아니라, 연장에도 우수한 실시 형태의 구리 합금 선을 적어도 1개 포함하는 것에 의해, 도전성이 우수하고, 높은 강도를 가질 뿐만 아니라, 연장에도 우수하고, 또한 생산성도 우수하다. 특히, 실시 형태의 압축선은, 꼰 상태가 안정하게 되어 있어 취급하기 쉽고, 선경(연선의 포락원의 직경)을 작게 할 수 있어 더욱 세경화를 도모할 수 있다고 하는 효과도 초래한다.

(9) 실시 형태와 관련되는 구리 합금 연선의 일례로서, 단면적 사이즈가 0.05㎟ 이상 0.5㎟ 이하인 형태를 들 수 있다.

상기 형태는, 단면적 사이즈가 작기 때문에, 경량화가 요구되는 전선의 도체, 특히 자동차용 전선의 도체에 적합하게 이용할 수 있다.

(10) 실시 형태와 관련되는 구리 합금 연선의 일례로서, 꼬임 피치가 10㎜ 이상 20㎜ 이하인 형태를 들 수 있다.

꼬임 피치를 10㎜ 이상으로 하는 것에 의해, 구리 합금 연선의 생산성을 향상시킬 수 있다. 한편, 꼬임 피치를 20㎜ 이하로 하는 것에 의해, 구리 합금 연선의 굴곡성을 향상시킬 수 있다.

(11) 실시 형태와 관련되는 전선은, 도체와, 상기 도체의 표면을 피복하는 절연층을 구비하고, 상기 도체가, 상기 (1)~(6)의 어느 하나에 기재된 실시 형태의 구리 합금 선, 또는 상기 (7)~(10)의 어느 하나에 기재된 실시 형태의 구리 합금 연선이다.

실시 형태의 전선은, 도체에, 도전성이 우수하고, 높은 강도를 가질 뿐만 아니라, 연장에도 우수한 실시 형태의 구리 합금 선을 포함하는 것에 의해, 바람직하게는 도체를 구성하는 모든 선재가 실시 형태의 구리 합금 선인 것에 의해, 도전성이 우수하고, 높은 강도를 가질 뿐만 아니라, 연장에도 우수하다. 이와 같은 실시 형태의 전선은, 예컨대, 그 단부에 단자를 장착하여 자동차용 전선에 이용된 경우에는, 이하의 효과 (1)~(4)를 기대할 수 있다. (1) 배치시 등에 휨이 가해지더라도 도체가 파단되기 어렵다. (2) 커넥터 하우징에 단자를 접속할 때에 충격이 가해지더라도 도체가 파단되기 어렵다. (3) 사용시에 진동 등이 가해지더라도 도체와 단자의 접속 상태가 느슨해지기 어렵다. (4) 진동 등에 기인하는 피로에 의해서도 도체가 파단되기 어렵다. 즉, 실시 형태의 전선은, 내충격성이 우수할 뿐만 아니라, 높은 단자 고착력, 우수한 내피로성 및 휨 특성도 갖고, 자동차의 배선에 적합하게 이용할 수 있다.

(12) 실시 형태와 관련되는 단자 부착 전선은, 상기 실시 형태의 전선과, 상기 전선의 단부에 장착된 단자부를 구비한다.

실시 형태의 단자 부착 전선은, 도전성이 우수하고, 높은 강도를 가질 뿐만 아니라, 연장에도 우수한 실시 형태의 전선을 구비하는 것에 의해, 도전성이 우수하고, 높은 강도를 가질 뿐만 아니라, 연장에도 우수하다. 그 때문에, 실시 형태의 단자 부착 전선을 예컨대 자동차의 배선에 이용한 경우에는, 이하의 효과 (1)~(4)를 기대할 수 있다. (1) 배치시 등에 휨이 가해지더라도 도체가 파단되기 어렵다. (2) 커넥터 하우징에 단자를 접속할 때에 충격이 가해지더라도 도체가 파단되기 어렵다. (3) 사용시에 진동 등이 가해지더라도 도체와 단자의 접속 상태가 느슨해지기 어렵다. (4) 진동 등에 기인하는 피로에 의해서도 도체가 파단되기 어렵다. 즉, 실시 형태의 단자 부착 전선은, 내충격성이 우수할 뿐만 아니라, 높은 단자 고착력, 우수한 내피로성 및 휨 특성도 갖고, 자동차의 배선에 적합하게 이용할 수 있다.

(13) 실시 형태와 관련되는 구리 합금 선의 제조 방법은, 이하의 고용 공정과, 석출 공정과, 가공 공정을 구비한다.

고용 공정 : Mg를 0.2질량% 이상 1질량% 이하, P를 0.02질량% 이상 0.1질량% 이하 포함하고, 잔부가 Cu 및 불가피한 불순물인 조성을 갖고, 상기 Mg 및 상기 P가 상기 Cu에 고용된 고용 소재를 준비하는 공정.

석출 공정 : 상기 고용 소재를 가열하여, 상기 Mg와 상기 P를 포함하는 화합물이 모상 중에 분산된 조직을 구비하는 시효(時效) 소재를 얻는 공정.

가공 공정 : 상기 시효 소재에 복수 패스의 신선(伸線) 가공을 실시하여, 소정의 최종 선경을 갖는 신선재로서, 도전율이 60% IACS 이상이고, 인장 강도가 400㎫ 이상인 신선재를 얻는 공정.

실시 형태의 구리 합금 선의 제조 방법은, 이하의 이유에 의해, 도전성이 우수하고, 높은 강도를 가질 뿐만 아니라, 연장에도 우수한 구리 합금 선, 대표적으로는, 도전율이 60% IACS 이상, 인장 강도가 400㎫ 이상, 파단 연장이 5% 이상인 구리 합금 선을 제조할 수 있다.

실시 형태의 구리 합금 선의 제조 방법은, Mg 및 P가 Cu에 고용된 상태를 일단 마련한 후, 시효에 상당하는 가열(시효 처리가 아니더라도 좋다)을 행하여, P에 의한 Mg의 석출 촉진 효과를 이용하여 고용되어 있는 Mg의 일부를 Cu로부터 적극적으로 석출하고 나서, 신선 가공을 행한다고 하는 공정을 구비한다. 즉, 고용체로부터 석출물(대표적으로는 Mg 및 P를 포함하는 화합물)을 석출시키는 것에 의해, 석출 상태(석출물의 크기, 분산 정도 등)를 제어하기 쉽고, 매우 미세한 석출물로 할 수 있을 뿐만 아니라, 이 미세한 석출물을 모상 내에 균일하게 분산시킨다. 그 결과, Mg의 잔부의 고용 강화와, 미세한 석출물의 분산에 의한 분산 강화(석출 강화)에 근거하는 강도 향상 효과가 얻어진다고 생각된다.

상술한 특정한 조직을 갖는 시효 소재에 복수 패스의 신선 가공을 실시함과 아울러, 신선 가공 도중의 특정한 시기(특정한 선경을 가지는 중간재)에 중간 연화 처리를 행하는 것에 의해, 가공 공정에서의 가공도를 조정하여, 최종적으로 얻어지는 신선재의 강도 및 연장이 소망하는 값으로 되도록 제어할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 특정한 시기에 중간 연화 처리를 행하는 것에 의해, 중간 연화 처리 전의 신선 가공에 의한 가공 경화에 근거하는 강도 향상 효과를 충분히 얻을 수 있음과 아울러, 이 가공 경화에 근거하는 강도 향상 효과를 과도하게 해치는 일 없이 연장을 높일 수 있다. 또한, 중간 연화 처리 후의 신선 가공에 의해, 중간 연화 처리에 의해 높인 연장을 과도하게 해치는 일 없이(바람직하게는 최종 선경의 신선재의 파단 연장이 5% 이상을 만족시킬 수 있으면서), 가공 경화에 근거하는 강도 향상 효과가 얻어진다고 생각된다.

또한, 실시 형태의 구리 합금 선의 제조 방법은, (ⅰ) Mg 및 P의 함유량을 특정한 범위로 하고 있는 것, (ⅱ) 상술한 석출에 의해 Mg 및 P의 고용량을 제어하는 것, (ⅲ) 중간 연화 처리에 의해 가공 변형을 제거할 수 있는 것 등에 의해 높은 도전율을 가질 수 있다고 생각된다.

그 외, 실시 형태의 구리 합금 선의 제조 방법은, Mg나 P를 포함하는 석출물이 미세하게 석출되는 것 등에 의해 이후에 실시하는 소성 가공(대표적으로는 신선 가공)의 가공성의 향상 효과 등도 기대할 수 있다. 그 결과, 구리 합금 선을 생산성이 좋게 제조할 수 있다.

실시 형태의 구리 합금 선의 제조 방법은, 상술한 바와 같이 높은 강도를 가지면서, 연장에도 우수한 구리 합금 선, 즉, 안정된 조직을 갖는 반경재(semi-hard material)를 제조할 수 있는 점에서, 경재(hard material)(신선 가공만 된, 말하자면 H재)나, 경재를 완전하게 어닐링하여 안정된 재결정 조직으로 하는 연질재(soft material)(말하자면 O재)를 개시하는 일본 특허 공개 2008-016284호 공보(특허 문헌 1), 일본 특허 공개 소 58-197242호 공보(특허 문헌 2)의 구리 합금 선의 제조 방법과 완전히 상이하다. 여기서, 일본 특허 공개 소 58-197242호 공보(특허 문헌 2)에 기재된 바와 같이 P의 함유량을 0.02질량% 이상으로 많게 하면, Mg 및 P를 포함하는 화합물이 석출되기 쉬워져, 2㎛ 이상이라고 하는 매우 부피가 큰 석출물이 형성된다. 이와 같은 부피가 큰 석출물이 존재하는 것에 의해, 내피로성의 저하나 내충격성의 저하를 초래한다. 그래서, 본 발명자들은, P를 0.02질량% 이상 함유하면서, 이와 같은 부피가 큰 석출물이 생성되지 않도록 제조 조건을 검토한 결과, 상술한 바와 같이 고용체를 일단 제작하고 나서 석출물을 충분히 형성하고, 그 후에 신선 가공을 행함과 아울러, 적절한 시기에 중간 연화 처리를 행하는 것이 바람직하다는 것을 알아냈다. 이것에 근거하여, 실시 형태의 구리 합금 선의 제조 방법을 상술한 바와 같이 규정한다.

(14) 실시 형태와 관련되는 구리 합금 선의 제조 방법의 일례로서, 상기 고용 소재는, 상기 조성을 구비하는 구리 합금을 주조하여, 얻어진 주조재에 용체화 처리(solution heat treatment)를 실시하는 것에 의해 제조하는 형태를 들 수 있다.

상기 형태는, 별도로, 고용 소재를 얻기 위한 열처리(용체화 처리)를 행하는 공정을 구비하는 것에 의해, 용체화 조건을 조정하기 쉽고, Mg 및 P가 충분히 고용된 고용체를 얻기 쉬울 뿐만 아니라, 다양한 형상, 크기의 주조재를 이용할 수 있기 때문에, 주조 조건의 자유도가 크다. 특히, 연속 주조로 하면, 긴 주조재를 양산할 수 있는 것, 냉각 과정에서 급랭할 수 있기 때문에 Mg 및 P를 어느 정도 고용시킬 수 있는 것, 냉각 과정의 급랭에 의해 결정을 미세하게 할 수 있는 것, 가공성이 우수한 소재가 얻어지는 것 등의 효과를 초래한다.

(15) 실시 형태와 관련되는 구리 합금 선의 제조 방법의 일례로서, 상기 시효 소재는, 상기 고용 소재에 시효 처리를 실시하는 것에 의해 제조하는 형태를 들 수 있다.

상기 형태는, 별도로, 시효 소재를 얻기 위한 열처리(시효 처리)를 행하는 공정을 구비하는 것에 의해, 시효 조건을 조정하기 쉽고, 매우 미세한 석출물을 균일하게 분산시킨 시효 소재를 제조하기 쉽다.

(16) 실시 형태와 관련되는 구리 합금 선의 제조 방법의 일례로서, 상기 신선재에 소둔(燒鈍)을 더 실시하여, 이 소둔 후의 선재의 파단 연장을 5% 이상으로 하는 소둔 공정을 구비하는 형태를 들 수 있다.

상기 형태는, 최종 선경을 갖는 신선재에 대하여 별도로, 열처리(소둔)를 행하는 공정을 구비하는 것에 의해, 최종 선경의 선재의 파단 연장을 소망하는 크기(5% 이상)로 확실히 조정할 수 있다. 그 결과, 상기 형태는, 도전율이 60% IACS 이상, 인장 강도가 400㎫ 이상, 또한 파단 연장이 5% 이상인 높은 강도를 갖고 높은 인성을 갖는 구리 합금 선을 제조할 수 있다.

[본 발명의 실시 형태의 상세]

이하, 실시 형태와 관련되는 구리 합금 선, 구리 합금 연선, 전선, 단자 부착 전선, 및 구리 합금 선의 제조 방법을 차례로 설명한다. 구리 합금 연선, 전선의 설명에는 도 2, 도 3을, 단자 부착 전선의 설명에는 도 4를 적당히 참조한다. 이하의 설명에 있어서, 구리 합금의 조성은, 모두 질량%로 나타난다. 또, 본 발명은, 이들의 예시로 한정되는 것이 아니고, 청구의 범위에 의해 나타나고, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다. 예컨대, 이하의 시험예에 나타내는 구리 합금 선의 조성, 선경, 제조 조건(중간 연화 처리를 실시하는 시기, 각 열처리의 온도, 유지 시간 등)을 적당히 변경할 수 있다.

[구리 합금 선]

<조성>

실시 형태의 구리 합금 선을 구성하는 구리 합금은, Mg 및 P를 필수 원소로 하고, 잔부가 Cu 및 불가피한 불순물인 조성을 갖는다. Mg 및 P에 더하여, Fe, Sn, Ag, In, Sr, Zn, Ni, 및 Al로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 특정한 범위에서 더 함유하는 조성으로 할 수 있다.

(Mg 함유량 : 0.2질량% 이상 1질량% 이하)

Mg는, 그 일부가 Cu에 고용되어 구리 합금을 고용 강화하고, 시효 처리 또는 시효 처리에 상당하는 가열을 행하는 것에 의해 그 잔부가 석출물을 형성하여, 석출 강화에 의해 강도를 향상시킨다. Mg를 0.2질량% 이상 함유하는 것에 의해, 고용 강화 및 석출 강화에 의한 강도 향상 효과를 양호하게 발현시켜, 높은 강도를 갖는 구리 합금 선으로 할 수 있다. 또한, 석출물이 매우 미세하고, 균일하게 분산되는 것에 의해 분산 강화(석출 강화)에 의한 강도 향상 효과가 얻어질 뿐만 아니라, 석출물이 매우 미세한 것에 의해 균열이나 파단이 생기기 어렵기 때문에, 강도가 보다 우수할 뿐만 아니라, 연장에도 우수한 구리 합금 선으로 할 수 있다. Mg가 많을수록, 고용 강화 및 석출 강화에 의한 강도 향상 효과를 얻기 쉽고, Mg의 함유량을 0.3질량% 이상, 또한 0.4질량% 이상으로 할 수 있다. Mg를 1질량% 이하의 범위에서 함유하는 것에 의해, (ⅰ) 고용량 및 석출물을 적당량으로 할 수 있고, 과도한 석출이나 부피가 큰 석출물에 기인하는 강도의 저하, 연장의 저하, 가공성의 저하 등을 억제하여 구리 합금 선을 생산성이 좋게 제조할 수 있고, (ⅱ) 과도한 고용에 의한 도전성의 저하를 억제할 수 있고, 높은 도전율을 갖는 구리 합금 선으로 할 수 있다고 하는 효과를 초래한다. Mg가 적을수록, 부피가 큰 석출물에 기인하는 문제나 과도한 고용에 기인하는 문제를 억제하기 쉽기 때문에, Mg의 함유량을 0.95질량% 이하, 또한 0.9질량% 이하로 할 수 있다. Mg의 함유량을 이와 같이 조정하는 것에 의해, 도전성, 강도, 인성이 보다 우수한 구리 합금 선을 얻기 쉽다.

(P 함유량 : 0.02질량% 이상 0.1질량% 이하)

P는, Mg의 석출에 기여하고, 시효 처리 또는 시효 처리에 상당하는 가열을 행하는 것에 의해 Mg와 함께 석출물을 형성하여, 석출 강화에 의해 강도를 향상시킨다. P를 0.02질량% 이상 함유하는 것에 의해, Mg의 석출을 촉진할 수 있고, 석출 강화에 의한 강도 향상 효과를 양호하게 발현시켜, 높은 강도를 갖는 구리 합금 선으로 할 수 있다. P가 많을수록, Mg를 석출시키기 쉽고, P의 함유량을 0.02질량% 초과, 또한 0.03질량% 이상으로 할 수 있다. 실시 형태의 구리 합금 선은, P를 0.02질량% 이상으로 많이 포함할 뿐만 아니라, Mg를 적극적으로 석출시키고 있으면서도, 석출물이 매우 작아지도록 제조 조건을 제어하는 것에 의해, 인장 강도가 400㎫ 이상이라고 하는 높은 강도와, 파단 연장이 5% 이상이라고 하는 높은 인성을 겸비할 수 있다. P를 0.1질량% 이하의 범위에서 함유하는 것에 의해, Mg의 과잉 석출을 억제하여, Mg의 고용 강화와, Mg 및 P를 포함하는 화합물 등의 석출물에 의한 석출 강화에 의한 강도 향상 효과를 적절히 얻을 수 있다. P가 적을수록, Mg의 과잉 석출을 억제하기 쉽고, 부피가 큰 석출물의 형성을 억제할 수 있다고 생각되기 때문에, P의 함유량을 0.095질량% 이하, 또한 0.09질량% 이하로 할 수 있다. P의 함유량을 이와 같이 조정하는 것에 의해, 도전성, 강도, 인성이 보다 우수한 구리 합금 선을 얻기 쉽다.

ㆍMg/P=4 이상 30 이하

P의 함유량에 대하여 Mg의 함유량을 조정하는 것에 의해, P에 의한 Mg의 석출을 촉진하면서도 Mg의 과잉 석출을 억제할 수 있어, Mg의 고용 강화와, Mg 및 P를 포함하는 화합물 등의 석출물에 의한 석출 강화에 의한 강도 향상 효과를 양호하게 얻을 수 있어 바람직하다. 구체적으로는, 질량 비율 : Mg/P가 4 이상을 만족시키면, Mg를 양호하게 석출할 수 있다. Mg/P가 30 이하를 만족시키면, Mg의 과잉 석출을 억제할 수 있다. Mg/P는, 6 이상, 또한 8 이상이면, 도전성, 강도, 연장을 균형이 있게 구비할 수 있어 바람직하다. Mg/P는, 작을수록, Mg의 함유량이 상대적으로 적어지는 것에 의해 고용량이 적고, 높은 도전성이 얻어지기 때문에, 도전성을 고려하면, 25 이하, 또한 20 이하가 바람직하다.

(그 외의 첨가 원소)

상술한 특정량의 Mg 및 P의 함유에 더하여, Fe, Sn, Ag, In, Sr, Zn, Ni, 및 Al로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 합계 0.01질량% 이상 함유하는 조성으로 하면, 강도를 높이기 쉽고, 합계 함유량이 많을수록, 강도를 보다 높이기 쉽다. 이들 원소를 합계 0.5질량% 이하의 범위에서 함유하면, 도전성의 저하를 초래하기 어렵고, 높은 도전율을 가질 수 있다. 이들 원소는, 모상에 고용되어, 또는 석출물(Mg 및 P를 포함하는 석출물에 포함되는 경우가 있다)로서 존재한다. 상기 합계 함유량은, 0.02질량% 이상 0.4질량% 이하, 또한 0.03질량% 이상 0.3질량% 이하로 할 수 있다.

<조직>

실시 형태의 구리 합금 선을 구성하는 구리 합금은, 석출물, 대표적으로는 Mg와 P를 포함하는 화합물이 모상 중에 분산된 조직을 갖는다. 바람직하게는, 상기 석출물이 매우 미세하고, 또한 균일하게 분산된 조직을 갖는다. 예컨대, 상기 화합물의 평균 입경이 500㎚ 이하인 형태를 들 수 있다. 상기 석출물이 이와 같은 미세한 입자인 것에 의해, 분산 강화에 의한 강도 향상 효과가 얻어진다. 또한, 균열의 기점이 되는 부피가 큰 석출물(2㎛ 이상이라고 하는 마이크로 오더의 입자)이 실질적으로 존재하지 않는 것에 의한 강도 향상 효과, 인성(특히 휨 특성이나 내충격성)의 향상 효과, 가공성의 향상 효과 등도 얻어진다. 상기 석출물의 평균 입경이 작을수록, 분산 강화 등에 의한 강도의 향상, 인성의 향상을 도모할 수 있기 때문에, 400㎚ 이하, 또한 350㎚ 이하가 바람직하다. 또한, 평균 입경에 더하여 최대 지름도 작은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 상기 석출물의 최대 지름은, 800㎚ 이하, 또한 500㎚ 이하, 400㎚ 이하가 바람직하다. 석출물의 크기는, 후술하는 바와 같이 제조 조건을 적절히 제어하는 것에 의해, 상술한 특정한 크기로 할 수 있다. 석출물의 평균 입경, 최대 지름의 측정 방법은 후술한다. 또, 후술하는 제조 방법으로 제조한 구리 합금 선에서는, 신선 가공 도중에 중간 연화 처리를 행하거나, 최종 선경의 신선재에 소둔을 행하거나 한 경우에도, 시효 소재의 석출물의 크기를 실질적으로 유지할 수 있다. 즉, 실시 형태의 구리 합금 선에서는, 대표적으로는 최종 선경의 신선재 중의 석출물의 크기와, 시효 소재 중의 석출물의 크기가 실질적으로 동일하다.

Cu를 포함하는 모상의 평균 입경은, 구리 합금 선의 연장이 우수하고, 또한 구리 합금 선의 단자 고착력을 높일 수 있다고 하는 이유로부터, 10㎛ 이하가 바람직하다. 여기서 모상의 평균 입경은 이하의 방법으로 측정한 값이다. 우선, 횡단면에 크로스 섹션 폴리셔(CP) 가공을 실시하여, 이 단면을 주사형 전자현미경(Scanning Electron Microscope : SEM)으로 관찰한다. 임의의 관찰 범위의 면적을 그 안에 존재하는 입자의 수로 나눈 면적에 상당하는 원의 직경을 평균 결정 입경으로 한다. 단, 관찰 범위는, 존재하는 입자의 수가 50개 이상인 범위 또는 횡단면 전체로 한다.

<형상>

실시 형태의 구리 합금 선은, 대표적으로는, 횡단면 형상이 원형 형상인 환선을 들 수 있다(도 2에 나타내는 구리 합금 선(1)을 참조). 그 외, 신선 가공에 이용하는 다이스 형상을 적당히 변경하는 것에 의해, 횡단면 형상이 직사각형 형상, 다각형 형상, 타원 형상 등의 이형선으로 할 수 있다.

<크기>

실시 형태의 구리 합금 선은, 다양한 선경이나 단면적 사이즈를 취할 수 있다. 특히, 자동차용 전선의 도체라고 하는 경량화를 위해 세경인 것이 요구되는 용도에서는, 선경이 바람직하게는 0.35㎜ 이하, 보다 바람직하게는 0.3㎜ 이하이면, 꼰 경우에도 연선의 단면적 사이즈를 작게 할 수 있어 바람직하다. 선경이 0.25㎜ 이하인 더 세경의 구리 합금 선으로 할 수 있다. 또한, 이 용도에서는, 선경이 0.1㎜ 초과이면, 꼬는 것 등을 행하기 쉽고, 이용하기 쉽다.

<특성>

실시 형태의 구리 합금 선은, 상술한 바와 같이 도전성이 우수하고, 높은 강도를 갖고, 높은 인성을 갖는다. 구체적으로는, 도전율이 60% IACS 이상, 인장 강도가 400㎫ 이상, 파단 연장이 5% 이상을 만족시킨다(모두 실온). 조성이나 제조 조건을 조정하는 것에 의해, 도전율이 62% IACS 이상, 인장 강도가 410㎫ 이상, 파단 연장이 6% 이상을 만족시키는 형태, 또한 도전율이 65% IACS 이상, 인장 강도가 420㎫ 이상, 파단 연장이 7% 이상을 만족시키는 형태로 할 수 있다. 또한, 인장 강도가 450㎫ 이상을 만족시키는 형태로 할 수 있다.

[구리 합금 연선]

실시 형태의 구리 합금 연선(10)은, 복수의 소선(100)을 꼬아 구성된 것이고, 이들 소선 중, 적어도 1개는, 상술한 실시 형태의 구리 합금 선(1)을 포함한다. 복수의 소선(100)의 전부가 실시 형태의 구리 합금 선(1)인 형태, 복수의 소선(100) 중, 일부만이 실시 형태의 구리 합금 선(1)인 형태(도시하지 않음)의 어느 것이라도 취할 수 있다. 소선 수는 특별히 묻지 않지만, 7개, 11개, 19개가 대표적이다(도 2, 도 3에서는 7개의 경우를 예시한다).

복수의 소선(100)의 전부가 실시 형태의 구리 합금 선(1)인 형태(도 2, 도 3에 나타내는 형태)에서는, 소선(100)의 전부가 동일 재질이기 때문에, 꼬는 작업을 행하기 쉽고, 구리 합금 연선(10)의 제조성이 우수하다. 이 형태에서는, 각 소선(100)의 조성 및 조직이 실질적으로 동일하고, 꼬기 전의 실시 형태의 구리 합금 선(1)의 조성 및 조직을 실질적으로 유지하기 때문에, 각 소선(100)의 도전율, 인장 강도, 및 파단 연장은, 꼬기 전의 구리 합금 선(1)의 도전율, 인장 강도, 및 파단 연장을 실질적으로 유지한다. 따라서, 이 형태는, 도전성이 우수하고, 높은 강도를 갖고 높은 인성을 갖는 구리 합금 연선(10)으로 할 수 있다. 구체적으로는, 도전율이 60% IACS 이상, 인장 강도가 400㎫ 이상, 파단 연장이 5% 이상을 만족시키는 구리 합금 연선(10)으로 할 수 있다.

복수의 소선(100)이, 실시 형태의 구리 합금 선(1)에 더하여, 이종의 재질의 선재(도시하지 않음)를 포함하는 형태에서는, 이 이종의 재질에 따른 효과를 기대할 수 있다. 예컨대, 소선(100)의 일부에 순동선을 포함하는 형태에서는, 도전성의 향상, 인성의 향상을 기대할 수 있다. 예컨대, 소선(100)의 일부에 스테인리스강 등의 철계 재료로 이루어지는 선재를 포함하는 형태에서는, 강도의 향상을 기대할 수 있다. 예컨대, 소선(100)의 일부에 순수 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 경금속선을 포함하는 형태에서는, 경량화를 기대할 수 있다.

실시 형태의 구리 합금 연선(10)은, 복수의 소선(100)이 꼬인 채로의 형태(도 2에 나타내는 구리 합금 연선(10A)) 외에, 꼰 후에 압축 성형된 형태(도 3에 나타내는 구리 합금 연선(10B)=압축선)를 들 수 있다. 압축선(10B)은, 꼬인 채로의 형태와 비교하여, 꼰 소선이 만드는 포락원을 보다 작게 할 수 있다. 즉, 꼬인 선의 선경이나 단면적 사이즈를 보다 작게 할 수 있어, 자동차용 전선의 도체 등에 적합하게 이용할 수 있다. 압축선(10B)은, 도 3에 나타내는 바와 같은 횡단면 형상이 원형 형상인 형태가 대표적이다. 또, 압축선(10B)을 구성하는 각 소선(100B)은, 꼬기 전의 소선(100)의 조성 및 조직을 실질적으로 유지하기 때문에, 소선(100B)의 도전율, 인장 강도, 및 파단 연장은, 꼬기 전의 소선(100)(여기서는 구리 합금 선(1))의 도전율, 인장 강도, 및 파단 연장을 실질적으로 유지한다. 예컨대, 소선(100B)의 전부가 실시 형태의 구리 합금 선(1)인 경우, 도전율이 60% IACS 이상, 인장 강도가 400㎫ 이상, 파단 연장이 5% 이상을 만족시키는 압축선(10B)으로 할 수 있다. 또, 압축선에서는, 압축 성형에 의한 가공 경화에 의해, 압축 성형 전보다 강도가 약간 향상되는 경우가 있다.

실시 형태의 구리 합금 연선(10)은, 다양한 크기를 취할 수 있다. 특히, 단면적 사이즈가 0.05㎟ 이상 0.5㎟ 이하이면, 자동차용 전선의 도체 등의 용도에 적합하게 이용할 수 있다. 이 용도에서는, 단면적 사이즈가 0.07㎟ 이상 0.3㎟ 이하이면, 보다 이용하기 쉽다. 단면적 사이즈가 상술한 범위가 되도록, 소선(100)의 선경이나 단면적 사이즈, 소선 수, 압축선의 경우에는 압축 정도 등을 조정하면 된다. 구리 합금 선의 꼬임 피치를 10㎜ 이상으로 하는 것에 의해, 구리 합금 연선의 생산성을 향상시킬 수 있다. 한편, 구리 합금 선의 꼬임 피치를 20㎜ 이하로 하는 것에 의해, 구리 합금 연선의 굴곡성을 향상시킬 수 있다.

[전선]

실시 형태의 전선(20)은, 도체(21)와, 도체(21)의 표면을 피복하는 절연층(23)을 구비하고, 도체(21)를 상술한 실시 형태의 구리 합금 선(1), 또는 실시 형태의 구리 합금 연선(10A)(도 2), 또는 실시 형태의 압축선(10B)(도 3)으로 한다. 도체(21)를 구성하는 구리 합금 선(1)이나 구리 합금 연선(10)은, 절연층(23)을 형성하기 전의 구리 합금 선(1)이나 구리 합금 연선(10)의 조성 및 조직, 도전율, 인장 강도, 및 파단 연장을 실질적으로 유지한다. 그 때문에, 대표적으로는, 도전율이 60% IACS 이상, 인장 강도가 400㎫ 이상, 파단 연장이 5% 이상을 만족시키는 도체(21)를 구비하는 전선(20)으로 할 수 있다.

절연층(23)의 재질 및 그 형성에는, 공지의 재질, 공지의 제조 방법을 이용할 수 있다. 예컨대, 절연층(23)의 재질은, 폴리염화비닐(PVC)이나 논할로겐 수지, 난연성이 우수한 절연성 재료 등을 들 수 있다. 절연층(23)의 재질이나 두께는, 소망하는 전기 절연 강도를 고려하여 적당히 선택할 수 있고, 특별히 한정되지 않는다. 도 2, 도 3에 나타내는 절연층(23)의 두께는 예시이다.

[단자 부착 전선]

실시 형태의 단자 부착 전선(40)은, 실시 형태의 전선(20)과, 전선(20)의 단부에 장착된 단자부(30)를 구비한다. 자세하게는, 전선(20)의 단부에 있어서 절연층(23)을 벗겨내서 도체(21)의 단부를 노출시키고, 이 노출 부분에 단자부(30)가 접속되어 있다. 단자부(30)는, 공지의 재질, 형상의 것을 이용할 수 있다. 예컨대, 단자부는, 황동 등의 구리 합금 등으로 이루어지는 압착형 단자(수 단자라도 암 단자라도 좋다)를 들 수 있다. 도 4에서는, 상자 형상의 맞물림부(32)와, 도체(21)를 압착하는 와이어 배럴부(34)와, 절연층(23)을 압착하는 인슐레이션 배럴부(36)를 구비하는 암 단자형의 압착 단자를 예시하고 있다. 실시 형태의 단자 부착 전선(40)은, 도체(21)에, 높은 강도를 갖고 인성도 우수한 실시 형태의 구리 합금 선(1)이나 구리 합금 연선(10)을 구비하는 것에 의해, 압착형의 단자부를 장착한 후, 압착시의 응력이 완화되기 어렵고, 도체(21)와 단자부의 접속 상태를 장기간에 걸쳐 양호하게 유지할 수 있다. 그 결과, 실시 형태의 단자 부착 전선(40)을 이용하는 것에 의해, 도체(21) 및 단자부(30)를 사이에 둔 기기끼리의 전기적 접속을 장기간에 걸쳐 양호하게 유지할 수 있다. 그 외, 단자부는, 땜납 등을 이용하여, 도체(21)와 접합하는 것이더라도 좋다. 또한, 복수의 전선(20)에 대하여 하나의 단자부를 공유하는 전선군으로 할 수도 있다. 이 경우, 복수의 전선(20)을 결속 도구 등에 의해 서로 묶는 것에 의해, 전선군의 핸들링에 우수하다.

[구리 합금 선의 제조 방법]

상술한 특정한 조성을 갖고, 또한 Mg 및 P를 포함하는 화합물이 분산된 특정한 조직을 갖는 실시 형태의 구리 합금 선은, 예컨대, 이하의 고용 공정과, 석출 공정과, 가공 공정을 구비하는 실시 형태의 구리 합금 선의 제조 방법에 의해 제조할 수 있다. 이하, 공정마다 상세하게 설명한다.

<고용 공정>

이 공정은, Mg 및 P를 상술한 특정한 범위에서 함유하는 조성을 구비하고, 이들 Mg 및 P가 Cu에 고용된 조직을 갖는 고용 소재(바람직하게는 과포화 고용체)를 준비하는 공정이다. 고용 소재를 준비하는 것에 의해, 그 후의 석출 공정에서, Mg와 P를 포함하는 화합물이라고 하는 석출물을 미세하게, 또한 균일하게 석출시킬 수 있다. 고용 소재를 얻으려면, 예컨대, 이하의 2개의 방법 (A), (B)를 들 수 있다.

(A) 상기 조성을 구비하는 구리 합금을 주조하여, 얻어진 주조재에 용체화 처리를 실시한다.

(B) 상기 조성을 구비하는 구리 합금을 연속 주조하여, 이 주조시의 냉각 과정에서 급랭한다.

방법 (A)에서는, 주조 공정과, 용체화 처리를 행하는 공정을 별도의 공정으로 하기 때문에, 용체화 처리의 조건을 조정하기 쉽고, Mg 및 P를 보다 확실히 고용시킬 수 있을 뿐만 아니라, 다양한 형상의 주조재를 이용할 수 있다. 예컨대, 소정의 형상의 주형을 이용하여 제작한 주괴를 이용할 수 있다. 한편, 주조 공정을 연속 주조로 하면, 긴 주조재를 용이하게 제조할 수 있기 때문에, 주조재의 생산성이 우수하여 바람직하다. 또한, 이와 같은 긴 주조재를 신선재의 소재에 이용하는 것에 의해, 신선재의 생산성도 우수하여 바람직하다. 또한, 연속 주조는, 상기 주괴를 제조하는 경우와 비교하여 합금 용탕을 급랭할 수 있어, 급랭에 의한 Mg 및 P의 고용에 더하여 결정의 미세화도 기대할 수 있다. 결정의 미세화에 의해, 신선 가공 등의 소성 가공성을 향상시킬 수 있기 때문에도, 연속 주조의 이용은, 신선재의 생산성이 우수하여 바람직하다. 연속 주조에는, 벨트 앤드 휠 방식, 트윈 벨트 방식, 업캐스트 방식 등 다양한 방법을 이용할 수 있다. 공지의 연속 주조법을 이용하더라도 물론 좋다.

용체화 처리의 조건은, 배치 프로세스의 경우에는, 예컨대, 유지 온도가 750℃ 이상 1000℃ 이하, 유지 시간이 5분 이상 4시간 이하를 들 수 있다. 또한 유지 온도를 800℃ 이상 950℃ 이하, 유지 시간을 30분 이상 3시간 이하로 할 수 있다. 연속 처리의 경우에는, 고용체가 얻어지도록 조건을 조정하면 된다. 미리, 조성 등에 따라서, 연속 처리의 조건과, 연속 처리 후의 조직의 상관 데이터를 작성하여 두면, 적절한 조건을 용이하게 선택할 수 있다. 연속 주조를 행한 후에, 용체화 처리를 행할 수 있다. 이 경우에는, Mg 및 P를 보다 확실히 고용시킬 수 있다. 분위기는, 예컨대, 불활성 분위기로 하면, 산화를 방지할 수 있다.

방법 (B)에서는, 연속 주조시의 냉각 조건을 조정하는 것에 의해, 긴 고용 소재를 용이하게 제조할 수 있기 때문에, 고용 소재의 생산성이 우수하다. 구체적인 급랭 조건은, 응고 속도를 5℃/초 이상, 또한 10℃/초 이상으로 하는 것을 들 수 있다. 응고 속도는, {(용탕의 온도, ℃)-(주조 직후의 주물의 표면 온도, ℃)}×(주조 속도, m/초)÷(주형 길이, m)으로 한다. 응고 속도가 상술한 범위가 되도록, 주조재의 크기(횡단면적), 용탕의 온도, 주형 온도, 주조 속도(주조재의 길이/시간), 주형의 크기 등을 조정하면 된다. 대표적으로는, 주형 온도를 낮게 하는 것을 들 수 있다(예컨대, 80℃ 이하).

<석출 공정>

이 공정은, 상술한 고용 소재로부터, Mg 및 P를 포함하는 화합물 등의 석출물을 적극적으로 석출시켜, 석출물이 분산된 조직을 갖는 시효 소재를 제작하는 공정이다. 시효 소재를 제작하는 것에 의해, 상술한 고용 소재로부터 석출물을 생성하는 것에 의해, 석출물을 매우 미세하게 하고, 이 미세한 입자를 균일하게 분산시켜, 분산 강화에 의한 강도 향상 효과를 얻는다. 또한, 석출물을 적극적으로 생성하는 것에 의해, 고용량을 저감하여, 도전성의 향상을 도모한다. 시효 소재를 얻으려면, 예컨대, 이하의 두 개의 방법 (α), (β)를 들 수 있다.

(α) 상기 고용 소재에 시효 처리(인공 시효)를 실시하는 것에 의해 제조한다

(β) 상기 고용 소재에 온간 가공(warm working) 또는 열간 가공(hot working)을 실시하는 것에 의해 제조한다

방법 (α)에서는, 시효 처리의 조건을 조정하기 쉽고, Mg 및 P를 포함하는 화합물이라고 하는 석출물을 양호하게 석출할 수 있다. 시효 처리의 조건은, 배치 프로세스의 경우에는, 예컨대, 유지 온도가 300℃ 이상 600℃ 이하, 유지 시간이 30분 이상 40시간 이하를 들 수 있다. 또한 유지 온도를 350℃ 이상 550℃ 이하, 유지 시간을 1시간 이상 20시간 이하로 할 수 있다. 연속 처리의 경우에는, 소망하는 조직(특히 미세한 석출물이 존재하는 조직)이 얻어지도록 조건을 조정하면 된다. 미리, 조성 등에 따라서, 연속 처리의 조건과, 연속 처리 후의 조직의 상관 데이터를 작성하여 두면, 적절한 조건을 용이하게 선택할 수 있다. 분위기는, 예컨대, 불활성 분위기로 하면, 산화를 방지할 수 있다.

방법 (β)에서는, 온간 가공 또는 열간 가공을 행할 때의 가열을 소성 가공뿐만이 아니라, 시효 처리에도 이용하여, 소성 가공과 시효 처리를 동시에 행한다. 방법 (β)는 예컨대 컨폼(conform)에 의해 행할 수 있다. 이와 같은 방법 (β)에서는, 정적인 가열에 의한 석출만이 아니고, 가열 상태에서 소성 가공을 행하는 것에 따르는 동적인 석출을 기대할 수 있다. 동적인 석출에 의해, 석출물을 더 미세하게 하거나, 균일하게 분산시키거나 할 수 있다고 기대된다. 구체적인 소성 가공으로서는, 압연, 압출, 단조 등을 들 수 있다. 석출물의 석출에 필요한 가열 상태를 유지할 수 있도록 가공 조건(가공도, 변형 속도, 가열 상태(금형의 가열 온도나 소재의 가열 온도, 가공열 등))을 조정하면 된다. 방법 (β)는, 신선 가공 전에 온간 또는 열간으로 소성 가공을 행하는 것에 의해, 주조 결함 등의 저감, 제거도 행할 수 있기 때문에, 신선 가공성을 높일 수 있다.

<가공 공정>

이 공정은, 상술한 시효 소재에 최종 선경이 될 때까지 신선 가공을 실시하여, 신선재를 제작하는 공정이다. 실시 형태의 구리 합금 선의 제조 방법에서는, 가공 공정의 신선 가공을 복수 패스로 하고, 도중의 패스에서 중간 연화 처리를 행한다. 중간 연화 처리에 의해, 가공 변형을 제거하여 이후의 패스의 신선 가공성을 높이거나, 도전성을 높이거나 함과 동시에, 연장을 높인다. 특히, 실시 형태의 구리 합금 선의 제조 방법에서는, 특정한 크기의 중간재에 중간 연화 처리를 행한다. 이렇게 하는 것에 의해, 중간 연화 처리 이후의 패스의 신선 가공을 행하더라도, 높은 연장 및 높은 도전율을 유지하면서, 어닐링되어 저하한 강도를 가공 경화에 의해 다시 높일 수 있다. 그 결과, 최종 선경의 신선재의 도전율을 60% IACS 이상, 인장 강도를 400㎫ 이상으로 할 수 있고, 바람직하게는 파단 연장을 5% 이상으로 할 수 있다. 실시 형태의 구리 합금 선의 제조 방법은, 이와 같은 반경재의 구리 합금 선을 제조할 수 있다.

신선 가공은, 냉간 가공으로 한다. 신선 가공에는, 신선 다이스 등을 이용하면 된다. 패스 수는, 적당히 선택할 수 있다. 소정의 최종 선경이 얻어지도록 1패스당 신선 가공도를 적당히 조정하여, 패스 수를 설정하면 된다.

중간 연화 처리는, 예컨대, 중간 연화 처리 후의 중간재의 파단 연장이 5% 이상이 되도록 조건을 조정하는 것을 들 수 있다. 구체적으로는, 배치 프로세스의 경우에는, 유지 온도가 250℃ 이상 500℃ 이하, 유지 시간이 10분 이상 40시간 이하를 들 수 있다. 또한 유지 온도를 300℃ 이상 450℃ 이하, 유지 시간을 30분 이상 10시간 이하로 할 수 있다. 중간 연화 처리의 유지 온도를 낮게 하거나, 유지 시간을 짧게 하거나 하면, 예컨대, 석출 공정에서의 유지 온도나 유지 시간(대표적으로는 배치 프로세스에 의한 시효 처리시의 유지 온도나 유지 시간) 이하로 하면, 중간 연화 처리 공정에서 석출물이 성장하기 어렵고, 석출 공정에서 형성된 미세한 석출물을 중간 연화 처리 후에도 유지하기 쉽다. 연속 처리의 경우에는, 소망하는 특성(예컨대, 중간 연화 처리 후의 파단 연장이 5% 이상)이 얻어지도록 조건을 조정하면 된다. 미리, 조성이나 선경 등에 따라서, 연속 처리의 조건과, 연속 처리 후의 특성의 상관 데이터를 작성하여 두면, 적절한 조건을 용이하게 선택할 수 있다. 분위기는, 예컨대, 불활성 분위기로 하면, 산화를 방지할 수 있다.

중간 연화 처리는, 최종 선경의 1배 초과 10배 이하인 중간 선경을 갖는 중간재에 실시한다. 이와 같은 중간재에 중간 연화 처리를 실시하는 것에 의해, 중간 연화 처리 이후의 총 가공도(총 단면 감소율)를 99% 이하로 할 수 있고, 중간 연화 처리에 의해 저하한 강도에 대하여, 중간 연화 처리 후의 신선 가공에 의한 가공 경화에 근거하는 강도의 향상을 충분히 행할 수 있다. 그 결과, 최종 신선 후의 신선재의 인장 강도를 400㎫ 이상으로 할 수 있다. 최종 선경의 10배 초과인 선재, 즉, 최종 선경보다 매우 굵은 선재에 중간 연화 처리를 실시하면, 그 후의 총 가공도가 너무 커서, 가공 경화에 의한 강도 향상 효과가 너무 크고, 연장에 뒤떨어지는 신선재(경재)가 얻어진다. 최종 선경의 1배의 선경을 갖는 선재, 즉 최종 선경의 선재에 연화 처리를 실시하면, 이 연화 처리 후의 가공 경화에 의한 강도 향상 효과가 얻어지지 않고, 강도가 뒤떨어지는 신선재, 구체적으로는 인장 강도가 400㎫ 미만의 신선재가 얻어진다. 중간 연화 처리는, 최종 선경의 1.5배 이상 8배 이하의 중간재에 실시하는 것이 보다 바람직하다.

또, 일본 특허 공개 소 58-197242호 공보(특허 문헌 2)의 실시예 1에 중간 열처리로서 기재되는 바와 같이, 세경의 선재를 복수 패스의 신선 가공에 의해 제조하는 경우, 도중의 패스에서 연화 처리를 실시하는 것이 행해지고 있다. 그러나, 이 연화 처리는, 중간 선경이 매우 클 때(예컨대, 최종 선경의 10배 초과일 때)에 행해지고 있고, 중간 열처리 후의 가공도를 크게 하고 있다. 바꿔 말하면, 연장 등의 인성을 높이기 어렵거나, 또는 실질적으로 높일 수 없도록 하고 있다. 이 점에서, 실시 형태의 구리 합금 선의 제조 방법은, 종래의 구리 합금 선의 제조 방법과 완전히 상이하다.

<소둔 공정>

상기 최종 선경을 갖는 신선재에, 별도로, 소둔을 실시할 수 있다. 이 소둔에 의해, 이 소둔 후의 선재의 파단 연장을 5% 이상, 또한 그 이상으로 할 수 있다. 여기서, 실시 형태의 구리 합금 선의 제조 방법에서는, 중간 연화 처리를 적절한 시기에 실시하고 있는 것에 의해, 최종 신선 후에 있어서도 연장에 우수한 신선재가 얻어진다. 그러나, 소둔 공정을 별도로 마련하는 것에 의해, 소둔 조건을 조정하기 쉽고, 파단 연장을 보다 향상시키기 쉽다. 또한, 이 소둔에 의해, 중간 연화 처리 이후의 신선 가공에 따르는 가공 변형을 제거할 수 있기 때문에, 도전성의 향상(예컨대, 이 소둔을 행하지 않는 경우와 비교하여 3% IACS~5% IACS 정도의 향상)을 도모할 수도 있다.

소둔의 조건은, 중간 연화 처리의 항에서 말한 조건을 이용할 수 있다. 소둔을 실시하는 신선재의 연장에 따라서는, 중간 연화 처리시의 유지 온도보다 낮게 하거나 또는 높게 하거나, 중간 연화 처리시의 유지 시간보다 짧게 하거나 또는 길게 하거나 할 수 있다. 또한, 소둔은, 인장 강도가 400㎫ 이상이 되도록 유지 온도 및 유지 시간을 조정한다.

<그 외의 공정>

실시 형태의 구리 합금 선의 제조 방법에서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 고용 공정(S1), 석출 공정(S2), 가공 공정(S3) 및 소둔 공정(S4)을 상기의 순서로 행한다. 여기서, 고용 공정(S1)에서는, 구리 합금을 주조하여, 얻어진 주조재에 용체화 처리를 실시하여 고용 소재를 준비한다. 석출 공정(S2)에서는, 고용 소재에 시효 처리를 실시하여 시효 소재를 얻는다. 가공 공정(S3)에서는, 시효 소재에 신선 가공, 중간 연화 처리를 행한다.

본 실시 형태에 있어서는, 고용 공정(S1)과 석출 공정(S2)의 사이에서, 고용 소재에 대하여 압연, 신선, 압출, 벗기기 등의 처리를 실시할 수 있다(S5). 압연, 신선, 압출, 벗기기 등의 처리는, 이들 중 1종류를 행하더라도 좋고, 복수 종류를 조합하여 행하더라도 좋다. 또한, 각 처리는 1회 행하더라도 좋고, 복수 회 행하더라도 좋다.

본 실시 형태에 있어서는, 석출 공정(S2)과 가공 공정(S3)의 사이에서, 시효 소재에 대하여 압연, 신선, 압출, 벗기기, 중간 연화 등의 처리를 실시할 수 있다(S6). 압연, 신선, 압출, 벗기기, 중간 연화 등의 처리는, 이들 중 1종류를 행하더라도 좋고, 복수 종류를 조합하여 행하더라도 좋다. 또한, 각 처리는 1회 행하더라도 좋고, 복수 회 행하더라도 좋다.

[구리 합금 연선의 제조 방법]

실시 형태의 구리 합금 연선의 제조 방법에서는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 고용 공정(S1), 석출 공정(S2), 가공 공정(S3), 소둔 공정(S4), 연선 공정(S7) 및 연화 공정(S8)을 상기의 순서로 행한다.

본 실시 형태의 고용 공정(S1), 석출 공정(S2), 가공 공정(S3) 및 소둔 공정(S4)은, 구리 합금 선의 제조 방법과 마찬가지의 방법으로 행할 수 있다. 또한, 구리 합금 선의 제조 방법과 마찬가지로, 고용 공정(S1)과 석출 공정(S2)의 사이에서, 고용 소재에 대하여 압연, 신선, 압출, 벗기기 등의 처리를 실시할 수 있다(S5). 또한, 석출 공정(S2)과 가공 공정(S3)의 사이에서, 시효 소재에 대하여 압연, 신선, 압출, 벗기기, 중간 연화 등의 처리를 실시할 수 있다(S6).

소둔 공정에 이어서, 소둔 공정에 의해 얻어진 구리 합금 선을 복수 개 꼬아 연선을 얻는다(S7). 그 후, 연선을 연화 처리하여, 구리 합금 선을 얻는다. 연화 처리는, 배치 프로세스의 경우에는, 유지 온도를 200℃ 이상 500℃ 이하, 유지 시간을 10분 이상 40시간 이하로 할 수 있다. 또한 유지 시간을 250℃ 이상 450℃ 이하, 유지 시간을 30분 이상으로 할 수 있다. 이 외에도, 연속 처리로 할 수도 있다.

이하, 시험예를 들어서, 구리 합금 선의 특성, 조직, 제조 조건 등을 구체적으로 설명한다.

[시험예 1]

연속 주조→용체화→시효→신선(도중에 중간 연화 처리 있음)→소둔이라고 하는 공정으로 구리 합금 선을 제작하고, 얻어진 구리 합금 선의 특성(인장 강도, 파단 연장, 도전율) 및 조직을 조사했다.

원료로서, 순도 99.99% 이상의 전해구리와, 표 1에 나타내는 각 첨가 원소를 준비하여, 고순도의 카본 도가니에 투입하여 진공 용해하고, 표 1에 나타내는 조성의 합금 용탕을 제작했다. 고순도의 카본 주형을 구비하는 연속 주조 장치를 이용하여, 얻어진 합금 용탕을 연속 주조하여, 단면 원 형상의 주조재(선경 φ16㎜)를 제조했다. 얻어진 주조재에 스웨이지 가공을 실시하여, 선경 φ12㎜의 봉 소재(rod material)를 얻었다. 여기서는, 스웨이지 가공을 행했지만, 연속 주조에 의해 선경 φ12㎜의 주조재를 제작할 수 있다. 얻어진 선경 φ12㎜의 봉 소재에 900℃×1시간의 조건으로 용체화 처리를 행하여 고용 소재를 제작했다. 계속하여, 고용 소재에 450℃×8시간의 조건으로 시효 처리를 행하여 시효 소재를 제작했다. 용체화 및 시효를 행한 시효 소재에 복수 패스의 신선 가공을 실시하여, 신선재를 제작했다. 여기서는, 선경 φ0.4㎜까지 신선하여 얻어진 중간재에, 450℃×1시간의 조건으로 중간 연화 처리를 행했다. 이 중간재는, 최종 선경의 2배의 중간 선경을 갖는다. 상기 중간 연화 처리 후에 신선 가공을 실시하여, 선경 φ0.2㎜까지 신선하고, 최종 선경이 φ0.2㎜인 신선재를 제작했다. 얻어진 신선재에 300℃ 이상 450℃ 이하×1시간의 조건으로 소둔 처리를 행하여, 구리 합금 선을 얻었다.

얻어진 구리 합금 선에 대하여, 실온에 있어서의 인장 강도(㎫), 파단 연장(%), 도전율(% IACS)을 조사했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

인장 강도 및 파단 연장은, JIS Z 2241(2011)에 준하여, 시판되는 인장 시험기를 이용하여 측정했다(표점 거리 GL=250㎜). 도전율은, 4단자법으로 측정했다. 여기서는, 시료마다 3개의 시험편을 준비하여, 상술한 각 항목을 각각 측정하고, 각 항목에 있어서의 3개의 시험편의 평균치를 표 1에 나타낸다.

시료 No.1-3의 시효 소재에 대하여, 투과형 전자현미경(TEM)에 의한 내부 관찰을 행했다. 도 1은 시료 No.1-3의 시효 소재의 횡단면의 현미경 사진이다.

[표 1]

표 1에 나타내는 바와 같이, Mg를 0.2질량% 이상 1질량% 이하, P를 0.02질량% 이상 0.1질량% 이하 포함하는 시료 No.1-1~No.1-9의 어느 것도, 도전성이 우수하고, 높은 강도를 갖고, 연장에도 우수한 것을 알 수 있다. 구체적으로는, 시료 No.1-1~No.1-9의 어느 것도, 도전율이 60% IACS 이상(여기서는 62% IACS 이상, 많게는 65% IACS 이상)이고, 인장 강도가 400㎫ 이상(여기서는 415㎫ 이상, 많게는 440㎫ 이상)이고, 파단 연장이 5% 이상(여기서는 7% 이상, 많게는 10% 이상)이다. Mg 및 P에 더하여, Fe, Sn, Ag, In, Sr, Zn, Ni, 및 Al로부터 선택되는 1종 이상(여기서는 1종만, 또는 2종 이상)을 함유하는 시료는, 강도가 보다 우수한 것을 알 수 있다.

제작한 시료의 시효 소재는, 도 1에 나타내는 바와 같이 매우 미세한 입자가 모상 내에 균일하게 분산된 조직을 갖는 것을 알 수 있다. 이들 입자를 성분 분석한 바, Mg 및 P를 포함하는 입자가 존재하고 있고, 상술한 시효 처리에 의해 석출한 석출물이라고 생각된다. 상술한 성분 분석에는, 공지의 수법을 이용할 수 있고, 예컨대, 에너지 분산형 X선 분석 장치 등을 이용할 수 있다. 또한, 이들 입자는, 도 1에 나타내는 바와 같이 길이가 50㎚ 이상 100㎚ 이하 정도의 타원 형상의 입자인 것을 알 수 있다. 이 관찰 상에 있어서의 각 입자의 최대 길이를 직경으로 할 때, 평균 입경(여기서는 30개 이상의 입자의 평균)은 200㎚ 이하이고, 최대 지름도 200㎚ 이하였다. 최대 길이의 측정은, 관찰 상을 시판되는 화상 처리 장치에 의해 화상 해석하는 것에 의해 용이하게 구해진다. 시료 No.1-3 이외의 시료의 시효 소재도 마찬가지로, 매우 미세한 입자(Mg 및 P를 포함하는 석출물)가 균일하게 분산된 조직을 갖고 있었다. 또한, 이와 같은 시효 소재를 이용하여 얻어진 시료 No.1-1~No.1-9의 신선재(선경 φ0.2㎜)는 어느 것도, 미세한 석출물(여기서는, 평균 입경 200㎚ 이하)이 균일하게 분산된 조직을 갖는다고, 즉 시효 소재의 조직을 실질적으로 유지하고 있다고 생각된다.

시료 No.1-1~No.1-9의 구리 합금 선의 모두가, 높은 도전율, 높은 강도, 높은 인성을 갖는 이유의 하나는, Mg 및 P를 포함하는 화합물이 석출된 것(도전성의 향상), 분산 강화(석출 강화)에 의한 강도의 향상 효과가 얻어진 것(강도의 향상), 석출물이 매우 미세하고 또한 균일하게 분산되어 균열의 기점이 되기 어려웠던 것(인성의 향상)이 생각된다. 또한, 제조 조건을 고려하면, 상기 이유의 하나로서, 복수 패스의 신선 가공에 의한 가공 경화에 근거하는 강도 향상 효과가 얻어진 것(강도의 향상), 신선 도중에 중간 연화 처리를 행한 것(인성의 향상, 도전성의 향상), 중간 연화 처리를 적절한 시기(여기서는 중간 선경이 비교적 가는 시기)에 행한 것(연화 처리에 의한 강도의 저하를 억제)이 생각된다.

그리고, 이와 같은 높은 도전율, 높은 강도, 높은 인성을 갖는 구리 합금 선은, 일단 고용체를 제작하여, 별도로 시효를 행하고 나서 복수 패스의 신선 가공을 행하는 것, 또한 신선 가공 도중의 적절한 시기에 연화 처리를 행하는 것에 의해 제조할 수 있는 것을 알 수 있다. 여기서는, 신선 후에 소둔을 행하여 연장을 보다 높이고 있지만, 소둔 후의 인장 강도가 400㎫ 이상이고, 연장을 높이면서도, 충분히 높은 강도를 유지하고 있는 것을 알 수 있다. 이것으로부터, 소둔 전에는 400㎫ 초과의 인장 강도를 갖고 있었다고 할 수 있다. 그래서, 최종 선경까지 신선한 신선재의 연장이 충분히 높은 경우(파단 연장이 5% 이상인 경우)에는, 소둔을 생략하면, 보다 높은 강도를 갖는 구리 합금 선으로 할 수 있다고 할 수 있다.

한편, 상술한 특정한 조성을 갖고 있지 않은 시료, 구체적으로는, Mg의 함유량이 너무 많은 시료 No.1-101은, 도전율이 너무 낮은 것을 알 수 있다. 이 이유는, Mg의 고용량이 많아졌기 때문이라고 생각된다. Mg가 너무 적고, 또한 P가 너무 많은 시료 No.1-102나, P가 너무 많은 시료 No.1-103은, 10%의 연장을 갖지만, 강도가 낮은 것을 알 수 있다. 이 이유는, P가 너무 많은 것에 의해, Mg를 포함하는 석출물이 과잉 석출되거나, 부피가 큰 입자로 성장하거나 하기 쉬워지는 것에 의해 소둔시에 연장이 증가하기 어려워져, 10%의 연장을 확보하기 위해 충분한 연화 처리가 필요하게 되어 강도의 저하를 초래했다고 생각된다. 상기 과잉 석출이 생기거나 부피가 큰 석출물 입자를 갖거나 하는 소재의 연장을 높이려면, 보다 고온에서의 연화, 또는 장시간의 연화가 필요하다고 생각된다. 그러나, 이와 같은 조건으로 연화를 행하는 것에 의해 강도의 저하를 초래하고, 높은 연장과 높은 강도를 균형이 있게 구비하는 것이 어렵다고 할 수 있다. 또한, 상기 과잉 석출이 생기거나 부피가 큰 석출물 입자를 갖거나 하는 소재는 신선성도 뒤떨어진다고 생각된다. Mg가 많고, 또한 P가 너무 많은 시료 No.1-104는, 신선 도중에 단선이 발생했기 때문에, 인장 강도, 파단 연장, 도전율을 측정하고 있지 않다. 단선이 생긴 이유는, Mg 및 P가 너무 많기 때문에, 부피가 큰 석출물이 더 생성되기 쉬워지고, 부피가 큰 입자를 기점으로 하는 균열이 생기기 쉬워졌기 때문이라고 생각된다.

시험예 1에서 제작한 시료 No.1-1~No.1-9의 구리 합금 선은 모두, 상술한 바와 같이 도전성이 우수하고, 높은 강도를 갖고 연장에도 우수하고, 예컨대, 자동차용 전선이나 자동차용 단자 부착 전선에 요구되는 특성(도전율, 바람직한 단자 고착력이나 내피로성의 발현에 필요한 강도, 바람직한 휨 특성이나 내충격성의 발현에 필요한 연장 등)을 구비하고 있다고 할 수 있다. 따라서, 상기 구리 합금 선, 또는 이들 구리 합금 선을 이용한 구리 합금 연선이나 더 압축한 압축선은, 상기 자동차용 전선 등의 도체에 적합하게 이용할 수 있다고 기대된다.

[시험예 2]

이하의 A 공정 또는 B 공정의 제조 공정에서 구리 합금 선을 제작하고, 얻어진 구리 합금 선의 특성(인장 강도, 파단 연장, 도전율) 및 모상의 평균 입경을 조사했다.

A 공정 : 주조(선경 φ9.5㎜)→벗기기(선경 φ8㎜)→신선(선경 φ2.6㎜)→시효 석출 처리(배치식(batch system))→신선(선경 φ0.45㎜)→중간 연화(배치식)→신선(선경 φ0.32㎜ 또는 선경 φ0.16㎜)→최종 연화(배치식)

B 공정 : 주조(선경 φ12.5㎜)→컨폼(선경 φ8㎜)→신선(선경 φ0.32㎜)→중간 연화(연속식)→신선(선경 φ0.16㎜)→최종 연화(연속식)

A 공정에 대하여, 구체적으로 설명한다. 우선, 원료로서, 순도 99.99% 이상의 전해구리와, 표 2에 나타내는 각 첨가 원소를 준비하여, 고순도의 카본 도가니에 투입하여 진공 용해하고, 표 2에 나타내는 조성의 합금 용탕을 제작했다. 이때, 합금 용탕의 표면은 목탄 조각으로 충분히 덮여서 합금 용탕의 표면이 대기에 접촉하지 않았다. 얻어진 혼합 용탕과 고순도 카본 주형을 이용하여 상향식 연속 주조법(업캐스트법)에 의해, 단면 원 형상의 주조재를 제작했다. 얻어진 주조재에 벗기기 및 신선 가공을 실시하여, 선경 φ2.6㎜까지 신선했다. 계속하여, 신선재에 450℃×8시간의 조건으로 시효 처리를 행하여 시효 소재를 제작했다. 시효 소재에 복수 패스의 신선 가공을 실시하여, 신선재를 제작했다. 여기서는, 선경 φ0.45㎜까지 신선하여 얻어진 중간재에, 450℃×1시간의 조건으로 중간 연화 처리를 행했다. 상기 중간 연화 처리 후에 신선 가공을 실시하여, 최종 선경이 선경 φ0.32㎜ 또는 0.16㎜인 신선재를 제작했다. 얻어진 신선재에 표 2에 나타내는 조건으로 최종 연화 처리(배치식)를 행하여, 구리 합금 선을 얻었다.

B 공정에 대하여, 구체적으로 설명한다. 우선, 원료로서, 순도 99.99% 이상의 전해구리와, 표 2에 나타내는 각 첨가 원소를 준비하여, 고순도의 카본 도가니에 투입하여 진공 용해하고, 표 2에 나타내는 조성의 합금 용탕을 제작했다. 이때, 합금 용탕의 표면은 목탄 조각으로 충분히 덮여서 합금 용탕의 표면이 대기에 접촉하지 않았다. 얻어진 혼합 용탕과 고순도 카본 주형을 이용하여 상향식 연속 주조법(업캐스트법)에 의해, 단면 원 형상의 주조재를 제작했다. 얻어진 주조재에 컨폼 및 신선 가공을 실시하여, 선경 φ0.32㎜까지 신선했다. 또, 컨폼은 시효 석출과 가공을 겸한다. 계속하여, 신선재에 450℃×1시간의 조건으로 중간 연화 처리를 행했다. 상기 중간 연화 처리 후에 신선 가공을 실시하여, 선경 φ0.16㎜까지 신선하고, 최종 선경이 φ0.16㎜인 신선재를 제작했다. 얻어진 신선재에 연속식 최종 연화 처리를 행하여, 구리 합금 선을 얻었다.

얻어진 구리 합금 선에 대하여, 실온에 있어서의 인장 강도(㎫), 파단 연장(%), 도전율(% IACS)을 시험예 1과 마찬가지의 방법으로 조사했다. 또한 모상의 평균 입경을, 이하의 방법으로 조사했다. 우선, 횡단면에 크로스 섹션 폴리셔(CP) 가공을 실시하여, 이 단면을 주사형 전자현미경(Scanning Electron Microscope : SEM)으로 관찰했다. 임의의 관찰 범위의 면적을 그 안에 존재하는 입자의 수로 나눈 면적에 상당하는 원의 직경을 평균 결정 입경으로 했다. 단, 관찰 범위는, 존재하는 입자의 수가 50개 이상인 범위 또는 횡단면 전체로 했다.

그 결과를 표 2에 나타낸다.

[표 2]

표 2에 나타내는 바와 같이, Mg를 0.2질량% 이상 1질량% 이하, P를 0.02질량% 이상 0.1질량% 이하 포함하고, 모상의 평균 입경이 10㎛ 이상인 시료 No.2-1~No.2-8의 어느 것도, 도전성이 우수하고, 높은 강도를 갖고, 연장에도 우수한 것을 알 수 있다. 구체적으로는, 시료 No.2-1~No.2-8의 어느 것도, 도전율이 60% IACS 이상이고, 인장 강도가 400㎫ 이상(여기서는 450㎫ 이상)이고, 파단 연장이 5% 이상(여기에서는 6% 이상)이다.

한편, 상술한 특정한 조성을 갖고 있지 않은 시료, 구체적으로는, Mg의 함유량이 너무 많은 시료 No.2-101은, 도전율이 너무 낮은 것을 알 수 있다. Mg가 너무 적은 시료 No.2-102나, P가 너무 적은 시료 No.2-103은, 강도가 낮은 것을 알 수 있다. 또한, 시료 No.2-103은, 도전율이 너무 낮은 것을 알 수 있다. Mg가 많고, 또한 P가 너무 많은 시료 No.2-104는, 신선 도중에 단선이 발생했기 때문에, 인장 강도, 파단 연장, 도전율을 측정하고 있지 않다. Mg가 적고, Mg/P가 3.1인 시료 No.2-105는, 연장이 작은 것을 알 수 있다. P가 적고, Mg/P가 44.7인 시료 No.2-106은, 도전율이 작은 것을 알 수 있다.

[시험예 3]

이하의 A＇ 공정 또는 B＇ 공정의 제조 공정에서 구리 합금 연선을 제작하고, 얻어진 구리 합금 연선의 특성(단자 고착력, 내충격성)을 조사했다.

A＇ : 시험예 2의 A 공정의 구리 합금 선의 신선(선경 φ0.16)→압축 연선(7개)→배치 연화 또는 연속 연화→절연 압출(단면적 0.13㎟)

B＇ : 시험예 2의 B 공정의 구리 합금 선의 신선(선경 φ0.16)→압축 연선(7개)→연속 연화→절연 압출(단면적 0.13㎟)

A＇ 공정에 대하여, 구체적으로 설명한다. 우선, 구리 합금 선으로서, 시험예 2의 A 공정에서 제작한 구리 합금 선을 준비한다. 얻어진 구리 합금 선에 신선 가공을 실시하여, 선경 φ0.16㎜까지 신선했다. 얻어진 신선재를 7개 꼬아, 연선을 얻었다. 그 연선에 표 3에 나타내는 연화 조건으로 연화 처리를 행하여, 구리 합금 연선을 얻었다. 그 구리 합금 선에, 절연 압출 가공을 실시했다. 절연 압출 가공에서는, 그 구리 합금 선의 표면에 폴리염화비닐 수지(PVC : polyvinyl chloride)를 두께 0.2㎜로 압출했다. 절연 압출 가공 후의 구리 합금 연선의 단면적은 0.13㎟였다.

B＇ 공정에 대하여, 구체적으로 설명한다. 우선, 구리 합금 선으로서, 시험예 2의 B 공정에서 제작한 구리 합금 선을 준비한다. 얻어진 구리 합금 선에 신선 가공을 실시하여, 선경 φ0.16㎜까지 신선했다. 얻어진 신선재를 7개 꼬아, 연선을 얻었다. 그 연선에 연속 연화 처리를 행하여, 구리 합금 연선을 얻었다. 그 구리 합금 선에, 절연 압출 가공을 실시했다. 절연 압출 가공에서는, 그 구리 합금 선의 표면에 폴리염화비닐 수지(PVC : polyvinyl chloride)를 두께 0.2㎜로 압출했다. 절연 압출 가공 후의 구리 합금 연선의 단면적은 0.13㎟였다.

얻어진 구리 합금 선에 대하여, 실온에 있어서의 단자 고착력, 내충격성을 조사했다.

단자 고착력(N)의 측정은, 이하의 순서로 행했다. 우선, 피복 전선의 단부의 절연 피복층을 벗겨, 연선을 노출시킨다. 이 노출시킨 연선에 단자부를 압착한다. 범용 인장 시험기를 이용하여, 단자부를 100㎜/min으로 당겼을 때에 단자부가 빠지지 않는 최대 하중(N)을 측정하고, 이 최대 하중을 단자 고착력(N)으로 했다.

내충격성은, 이하의 순서로 산출했다. 피복 전선(평점간 거리(point to point distance) : 1m)의 선단에 추를 달고, 이 추를 1m 위쪽으로 들어 올린 후, 자유 낙하시킨다. 이때, 피복 전선이 단선되지 않는 최대의 추의 중량(㎏)을 측정하고, 이 중량에 중력가속도(9.8m/s²)와 낙하 거리를 곱한 곱을 낙하 거리로 나눈 값을 내충격성(J/m 또는(N/m)/m)으로서 평가했다.

그 결과를 표 3에 나타낸다.

[표 3]

표 3에 나타내는 바와 같이, Mg를 0.2질량% 이상 1질량% 이하, P를 0.02질량% 이상 0.1질량% 이하 포함하고, 모상의 평균 입경이 10㎛ 이상인 시료 No.3-1~No.3-8의 어느 것도, 단자 고착력 및 내충격성이 우수한 것을 알 수 있다.

(산업상이용가능성)

본 발명의 단자 부착 전선 및 본 발명의 전선은, 다양한 배선, 특히 자동차의 배선에 적합하게 이용할 수 있다. 본 발명의 구리 합금 선 및 본 발명의 구리 합금 연선은, 다양한 전선의 도체, 특히, 자동차용 전선의 도체에 적합하게 이용할 수 있다. 본 발명의 구리 합금 선의 제조 방법은, 구리 합금 선의 제조에 적합하게 이용할 수 있다.

1 : 구리 합금 선
10, 10A : 구리 합금 연선
10B : 구리 합금 연선(압축선)
20 : 전선
21 : 도체
23 : 절연층
30 : 단자부
32 : 맞물림부
34 : 와이어 배럴부
36 : 인슐레이션 배럴부
40 : 단자 부착 전선
100, 100B : 소선

Claims

Mg를 0.2질량% 이상 1질량% 이하, P를 0.02질량% 이상 0.1질량% 이하 포함하고, 잔부가 Cu 및 불가피한 불순물인 조성(composition)을 갖고,
도전율이 60% IACS 이상이고,
인장 강도가 400㎫ 이상이고,
파단 연장(elongation at breakage)이 5% 이상인
구리 합금 선.
제 1 항에 있어서,
석출물이 분산된 조직을 구비하고,
상기 석출물은, 상기 Mg 및 상기 P를 포함하는 화합물을 갖고,
상기 석출물의 평균 입경이 500㎚ 이하인
구리 합금 선.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 조성에 더하여, Fe, Sn, Ag, In, Sr, Zn, Ni, 및 Al로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 합계 0.01질량% 이상 0.5질량% 이하 더 함유하는 구리 합금 선.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 P에 대한 상기 Mg의 질량 비율인 Mg/P가 4 이상 30 이하인 구리 합금 선.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
선경이 0.35㎜ 이하인 구리 합금 선.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 Cu를 포함하는 모상(matrix)의 평균 입경이 10㎛ 이하인 구리 합금 선.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 구리 합금 선을 포함하는 구리 합금 연선.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 구리 합금 선을 포함하는 연선을 더 압축 성형하여 이루어지는 구리 합금 연선.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
단면적 사이즈가 0.05㎟ 이상 0.5㎟ 이하인 구리 합금 연선.
제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
꼬임 피치(twist pitch)가 10㎜ 이상 20㎜ 이하인 구리 합금 연선.
도체와, 상기 도체의 표면을 피복하는 절연층을 구비하고,
상기 도체는, 청구항 1에 기재된 구리 합금 선, 또는, 청구항 7 또는 청구항 8에 기재된 구리 합금 연선인
전선.
청구항 11에 기재된 전선과, 상기 전선의 단부에 장착된 단자부를 구비하는 단자 부착 전선.
Mg를 0.2질량% 이상 1질량% 이하, P를 0.02질량% 이상 0.1질량% 이하 포함하고, 잔부가 Cu 및 불가피한 불순물인 조성을 갖고, 상기 Mg 및 상기 P가 상기 Cu에 고용된 고용 소재를 준비하는 고용 공정과,
상기 고용 소재를 가열하여, 상기 Mg와 상기 P를 포함하는 화합물이 모상 중에 분산된 조직을 구비하는 시효(時效) 소재(aged material)를 얻는 석출 공정과,
상기 시효 소재에 복수 패스(pass)의 신선(伸線)(wiredrawing) 가공을 실시하여, 소정의 최종 선경을 갖는 신선재(wiredrawn material)로서, 도전율이 60% IACS 이상이고, 인장 강도가 400㎫ 이상인 신선재를 얻는 가공 공정
을 구비하고,
상기 가공 공정에서는, 상기 최종 선경의 1배 초과 10배 이하의 중간 선경을 갖는 중간재에 중간 연화 처리를 행하는
구리 합금 선의 제조 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 고용 소재는, 상기 조성을 구비하는 구리 합금을 주조하여, 얻어진 주조재에 용체화 처리(solution heat treatment)를 실시하는 것에 의해 제조하는 구리 합금 선의 제조 방법.
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
상기 시효 소재는, 상기 고용 소재에 시효 처리를 실시하는 것에 의해 제조하는 구리 합금 선의 제조 방법.
제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 신선재에, 소둔(燒鈍)을 더 실시하여, 이 소둔 후의 선재의 파단 연장을 5% 이상으로 하는 소둔 공정을 구비하는 구리 합금 선의 제조 방법.