KR20160130230A - 알루미늄 합금 선재, 알루미늄 합금연선, 피복전선, 와이어 하네스, 알루미늄 합금 선재의 제조방법 및 알루미늄 합금 선재의 측정방법 - Google Patents

알루미늄 합금 선재, 알루미늄 합금연선, 피복전선, 와이어 하네스, 알루미늄 합금 선재의 제조방법 및 알루미늄 합금 선재의 측정방법 Download PDF

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Abstract

인장강도, 신장 및 도전율을 확보하면서, 인장강도(TS)에 대한 0.2% 내력(YS)이 작은 알루미늄 합금 선재를 제공한다.　본 발명의 알루미늄 합금 선재는, Mg：0.1∼1.0질량%, Si：0.1∼1.2 질량, Fe：0.01∼1.40질량%, Ti：0.000∼0.100질량%, B：0.000∼0.030질량%, Cu：0.00∼1.00질량%, Ag：0.00∼0.50질량%, Au：0.00∼0.50질량%, Mn：0.00∼1.00질량%, Cr：0.00∼1.00질량%, Zr：0.00∼0.50질량%, Hf：0.00∼0.50질량%, V：0.00∼0.50질량%, Sc：0.00∼0.50질량%, Co：0.00∼0.50질량%, Ni：0.00∼0.50질량%, 잔부：Al 및 불가피 불순물이며, Mg/Si질량비가 0.4∼0.8인 조성을 가지고, 인장강도가 200MPa 이상, 신장이 13% 이상, 도전율이 47%IACS, 및 0.2% 내력(YS)과 인장강도(TS)의 비(YS/TS)가 0.7 이하이다.

Description

알루미늄 합금 선재, 알루미늄 합금연선, 피복전선, 와이어 하네스, 알루미늄 합금 선재의 제조방법 및 알루미늄 합금 선재의 측정방법{ALUMINUM ALLOY WIRE, ALUMINUM ALLOY STRAND WIRE, COATED ELECTRIC WIRE, WIRE HARNESS, PROCESS FOR PRODUCING ALUMINUM ALLOY WIRE, AND METHOD FOR EXAMINING ALUMINUM ALLOY WIRE}
본 발명은, 전기 배선체의 도체로서 이용되는 알루미늄 합금 선재, 알루미늄 합금연선, 피복전선, 와이어 하네스, 알루미늄 합금 선재의 제조방법 및 알루미늄 합금 선재의 측정방법에 관한 것이고, 특히, 소선경(素線徑)이 0.5㎜ 이하인 극세선으로서 사용한 경우라도, 밸런스가 좋은 인장강도, 신장 및 도전율을 확보하면서, 인장강도에 대해 0.2% 내력이 작은 알루미늄 합금 선재에 관한 것이다.
종래, 자동차, 전철, 항공기 등의 이동체의 전기 배선체, 또는 산업용 로봇의 전기 배선체로서, 구리 또는 구리합금의 도체를 포함하는 전선에, 구리 또는 구리합금(예를 들면, 황동)제의 단자(커넥터)를 장착한, 이른바 와이어 하네스로 불리는 부재가 이용되어 왔다. 요즈음에는, 자동차의 고성능화나 고기능화가 급속히 진행되고 있으며, 이것에 수반하여, 차량 탑재되는 각종의 전기기기, 제어기기 등의 배치수가 증가함과 함께, 이들 기기에 사용되는 전기 배선체의 배치수도 증가하는 경향이 있다. 또, 그 한편으로, 환경대응을 위해서 자동차 등 이동체의 연비를 향상시키기 위해, 이동체의 경량화가 강하게 요구되고 있다.
이러한 이동체의 경량화를 달성하기 위한 수단의 하나로서, 예를 들면 전기 배선체의 도체를, 종래부터 이용되고 있는 구리 또는 구리합금을 대신하여, 보다 경량인 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 하는 검토가 진행되고 있다. 알루미늄 비중은 구리 비중의 약 1/3, 알루미늄 도전율은 구리 도전율의 약 2/3(순동을 100%IACS의 기준으로 한 경우, 순알루미늄은 약 66%IACS)이며, 알루미늄의 도체 선재에, 구리의 도체 선재와 같은 전류를 흐르게 하기 위해서는, 알루미늄의 도체 선재의 단면적을, 구리의 도체 선재의 단면적의 약 1.5배로 크게 할 필요가 있지만, 그와 같이 단면적을 크게 한 알루미늄의 도체 선재를 이용했다고 해도, 알루미늄의 도체 선재의 질량은, 순동의 도체 선재의 질량의 반 정도이기 때문에, 알루미늄의 도체 선재를 사용하는 것은, 경량화의 관점에서 유리하다. 한편, 상기의 %IACS란, 만국표준연동(International　Annealed　Copper　Standard)의 저항률 1.7241×10- 8Ωm를 100%IACS로 한 경우의 도전율을 나타낸 것이다.
그러나, 송전선용 알루미늄 합금 선재(JIS규격에 의한 A1060나 A1070)를 대표로 하는 순알미늄선재에서는, 일반적으로 인장 내구성, 내충격성, 굴곡특성 등이 뒤떨어지는 것이 알려져 있다. 그 때문에, 예를 들면, 차체에의 장착 작업시에 작업자나 산업기기 등에 의하여 뜻밖에 부하되는 하중이나, 전선과 단자의 접속부에 있어서의 압착부에서의 인장이나, 도어부 등의 굴곡부에서 부하되는 반복응력 등에 견딜수 없다. 또, 여러 가지의 첨가 원소를 더하여 합금화 된 재료는 인장강도를 높이는 것은 가능하지만, 알루미늄 중에의 첨가 원소의 고용(固溶)현상에 의해 도전율의 저하를 초래하는 것, 알루미늄 중에 과잉인 금속간 화합물을 형성하는 것으로 신선가공(伸線加工) 중에 금속간 화합물에 기인하는 단선이 생기는 경우가 있었다. 그 때문에, 첨가원소를 한정 내지 선택함으로써, 충분한 연장 특성을 가지는 것으로 단선하지 않는 것을 필수로 하고, 또한, 종래 레벨의 도전율과 인장강도를 확보할 필요가 있었다.
또, 고강도 알루미늄 합금 선재로서는, 예를 들면 Mg와 Si를 함유하는 알루미늄 합금 선재가 알려져 있고, 이 알루미늄 합금 선재의 대표예로서는, 6000계 알루미늄 합금(Al-Mg-Si계 합금) 선재를 들 수 있다. 6000계 알루미늄 합금 선재는, 일반적으로, 용체화 처리 및 시효처리를 실시함으로써 고강도화를 도모할 수 있다. 그렇지만, 6000계 알루미늄 합금 선재를 이용하여 선 지름 0.5㎜ 이하라는 극세선을 제조하는 경우, 용체화 처리 및 시효처리를 실시함으로써 고강도화는 달성할 수 있지만, 내력(0.2% 내력)이 상승하고, 소성변형에 큰 힘이 필요하게 되며, 차체에의 장착 작업 효율이 저하하는 경향이 있었다.
이동체의 전기 배선체에 이용되는 종래의 6000계 알루미늄 합금선으로서는, 예를 들면 특허문헌 1에 기재되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 알루미늄 합금선은, 극세선이며, 고강도·고도전율을 가지면서, 신장에도 우수한 알루미늄 합금선을 실현하는 것이다. 또, 특허문헌 1에는, 결정입경 미세화 등에 의해 양호한 도전율, 인장강도, 신장을 얻을 수 있는 취지가 기재되어 있지만, 고강도와 저내력의 양립에 대해서는 아무런 개시도 시사도 되어 있지 않다.
일본 공개 특허공보 2012-229485호
본 발명의 목적은, 소선경이 0.5㎜ 이하인 극세선으로서 사용한 경우이더라도, 밸런스가 좋은 인장강도, 신장 및 도전율을 확보하면서, 인장강도(TS)에 대한 0.2% 내력(YS)이 작은 전기 배선체의 도체로서 이용되는 알루미늄 합금 선재, 알루미늄 합금연선, 피복전선, 와이어 하네스를 제공하는 것과, 알루미늄 합금 선재의 제조방법 및 알루미늄 합금 선재의 측정방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명자들은, Mg와 Si를 함유하는 알루미늄 합금을 이용하는 것을 전제로 하고, 소정의 성분조성과 제조 프로세스의 제어에 의해, 밸런스가 좋은 인장강도, 신장 및 도전율을 확보하면서, 인장강도에 대하여 0.2% 내력을 작게 한 알루미늄 합금 선재가 얻어지는 것을 찾아내어, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다. 또, 한층 더 본 발명의 메카니즘에는 용질원자 클러스터의 생성이 관여하고 있고, 상기 용질원자 클러스터의 존재에 의하여 발명을 정의하는 것이 가능한 것을 찾아냈다.
즉, 본 발명의 요지 구성은 이하와 같다.
(1) Mg：0.1∼1.0질량%, Si：0.1∼1.2질량%, Fe：0.01∼1.40질량%, Ti：0.000∼0.100질량%, B：0.000∼0.030질량%, Cu：0.00∼1.00질량%, Ag：0.00∼0.50질량%, Au：0.00∼0.50질량%, Mn：0.00∼1.00질량%, Cr：0.00∼1.00질량%, Zr：0.00∼0.50질량%, Hf：0.00∼0.50질량%, V：0.00∼0.50질량%, Sc：0.00∼0.50질량%, Co：0.00∼0.50질량%, Ni：0.00∼0.50질량%, 잔부：Al 및 불가피 불순물이며, Mg/Si질량비가 0.4∼0.8인 조성을 가지고, 인장강도가 200MPa 이상, 신장이 13% 이상, 도전율이 47%IACS, 및 0.2% 내력(YS)과 인장강도(TS)의 비(YS/TS)가 0.7 이하인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 선재.
(2) 상기 화학조성이, Ti：0.001∼0.100질량% 및 B：0.001∼0.030질량%로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종을 함유하는 상기 (1)에 기재된 알루미늄 합금 선재.
(3) 상기 화학조성이, Cu：0.01∼1.00질량%, Ag：0.01∼0.50질량%, Au：0.01∼0.50질량%, Mn：0.01∼1.00질량%, Cr：0.01∼1.00질량%, Zr：0.01∼0.50질량%, Hf：0.01∼0.50질량%, V：0.01∼0.50질량%, Sc：0.01∼0.50질량%, Co：0.01∼0.50질량% 및 Ni：0.01∼0.50질량%로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 알루미늄 합금 선재.
(4) 상기 화학조성이, Ni：0.01∼0.50질량%를 함유하는 상기 (1)∼(3) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금 선재.
(5) Fe, Ti, B, Cu, Ag, Au, Mn, Cr, Zr, Hf, V, Sc, Co, Ni의 함유량의 합계가 0.01∼2.00질량%인 상기 (1)∼(4) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금 선재.
(6) 소선경이 0.1∼0.5㎜인 알루미늄 합금선인 상기 (1)∼(5) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금 선재.
(7) 상기 (6)에 기재된 알루미늄 합금선을 복수개 합쳐서 꼬아 얻어지는 알루미늄 합금연선.
(8) 상기 (6)에 기재된 알루미늄 합금선 또는 상기 (7)에 기재된 알루미늄 합금연선의 외주에 피복층을 가지는 피복전선.
(9) 상기 (8)에 기재된 피복전선과, 상기 피복전선의, 상기 피복층을 제거한 단부에 장착된 단자를 구비하는 와이어 하네스.
(10) 용해, 주조 후에, 열간가공을 거쳐 황인선(荒引線)을 형성하고, 그 후, 적어도 신선가공, 용체화 열처리 및 시효 열처리의 각 공정을 행하는 알루미늄 합금 선재의 제조방법으로서, 상기 용체화 열처리는, 승온 속도 100℃／s 이상으로, 450∼540℃의 범위 내의 소정 온도까지 가열하고, 유지시간 30초 이내로 유지하며, 그 후, 적어도 150℃의 온도까지는 10℃／s 이상의 평균 냉각속도로 냉각하고, 상기 시효 열처리는, 승온 온도 0.5∼130℃／min로, 20∼150℃의 범위 내의 소정 온도까지 가열하는 것을 특징으로 하는, 상기 (1)∼(6) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금 선재의 제조방법.
(11) Mg：0.10∼1.00질량%, Si：0.10∼1.20질량%, Fe：0.01∼0.70질량%, Ti：0.000∼0.100질량%, B：0.000∼0.030질량%, Cu：0.00∼1.00질량%, Ag：0.00∼0.50질량%, Au：0.00∼0.50질량%, Mn：0.00∼1.00질량%, Cr：0.00∼1.00질량%, Zr：0.00∼0.50질량%, Hf：0.00∼0.50질량%, V：0.00∼0.50질량%, Sc：0.00∼0.50질량%, Co：0.00∼0.50질량%, Ni：0.00∼0.50질량%, 잔부：Al 및 불가피 불순물이며, Mg/Si질량비가 0.4∼0.8인 조성을 가지고, 또, 용질원자 클러스터가 존재하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 선재.
(12) β"상이 존재하는 것을 특징으로 하는, 상기 (11)에 기재된 알루미늄 합금 선재.
(13) Mg：0.10∼1.00질량%, Si：0.10∼1.20질량%, Fe：0.01∼0.70질량%, Ti：0.000∼0.100질량%, B：0.000∼0.030질량%, Cu：0.00∼1.00질량%, Ag：0.00∼0.50질량%, Au：0.00∼0.50질량%, Mn：0.00∼1.00질량%, Cr：0.00∼1.00질량%, Zr：0.00∼0.50질량%, Hf：0.00∼0.50질량%, V：0.00∼0.50질량%, Sc：0.00∼0.50질량%, Co：0.00∼0.50질량%, Ni：0.00∼0.50질량%, 잔부：Al 및 불가피 불순물이며, Mg/Si질량비가 0.4∼0.8인 조성을 가지고, 또, 시차주사 열량 곡선에 있어서 용질원자 클러스터의 용해에 상당하는 흡열 피크를 가지는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 선재.
(14) 시차주사 열량 곡선에 있어서, 150∼200℃의 범위 내에서의 최대 열량을 기준 열량으로 하고, 상기 기준 열량과, 150∼250℃의 범위 내에서의 상기 용질원자 클러스터의 용해에 상당하는 흡열 피크의 열량과의 차이의 절대치가, 1.0μW/g 이상인 것을 특징으로 하는, 상기 (13)에 기재된 알루미늄 합금 선재.
(15) 시차주사 열량 곡선에 있어서 β"상의 생성에 상당하는 발열 피크가 생기는 것을 특징으로 하는 상기 (13) 또는 (14)에 기재된 알루미늄 합금 선재.
(16) 시차주사 열량 곡선에 있어서, 150∼200℃의 범위 내에서의 최대 열량을 기준 열량으로 하고, 상기 기준 열량과, 200∼350℃의 범위 내에서의 상기 β"상의 생성에 상당하는 발열 피크의 열량과의 차이의 절대치가, 1000μW/g 이하인 것을 특징으로 하는, 상기 (15)에 기재된 알루미늄 합금 선재.
(17) 상기 화학조성이, Ti：0.001∼0.100질량% 및 B：0.001∼0.030질량%로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종을 함유하는 것을 특징으로 하는, 상기 (11)∼(16) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금 선재.
(18) 상기 화학조성이, Cu：0.01∼1.00질량%, Ag：0.01∼0.50질량%, Au：0.01∼0.50질량%, Mn：0.01∼1.00질량%, Cr：0.01∼1.00질량%, Zr：0.01∼0.50질량%, Hf：0.01∼0.50질량%, V：0.01∼0.50질량%, Sc：0.01∼0.50질량%, Co：0.01∼0.50질량%, 및 Ni：0.01∼0.50질량%로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하고, 평균 결정입경이 선 지름의 1/3 이하인 것을 특징으로 하는, 상기 (11)∼(17) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금 선재.
(19) 상기 화학조성이, Ni：0.01∼0.50질량%를 함유하는 상기 (11)∼(18) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금 선재.
(20) 인장강도가 200MPa 이상, 신장이 13% 이상, 도전율이 45%IACS 이상, 및 0.2% 내력(YS)과 인장강도(TS)의 비(YS/TS)가 0.7 이하인 것을 특징으로 하는 상기 (11)∼(19) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금 선재.
(21) 소선의 직경이 0.1∼0.5㎜인 알루미늄 합금선인 상기 (11)∼(20) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금 선재.
(22) 상기 (21)에 기재된 알루미늄 합금선을 복수개 합쳐서 꼬아 얻어지는 알루미늄 합금연선.
(23) 상기 (11)∼(21) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금 선재 또는 상기 (22)에 기재된 알루미늄 합금연선의 외주에 피복층을 가지는 피복전선.
(24) 상기 (23)에 기재된 피복전선과, 상기 피복전선의, 상기 피복층을 제거한 단부에 장착된 단자를 구비하는 와이어 하네스.
(25) 용해, 주조, 균질화 열처리 후에, 열간가공을 거쳐 황인선을 형성하고, 그 후, 적어도 신선가공, 용체화 열처리 및 시효 열처리의 각 공정을 행하는 알루미늄 합금 선재의 제조방법으로서,
상기 용체화 열처리는, 승온 속도 10℃／s 이상으로, 450∼600℃의 범위 내의 소정 온도까지 가열하고, 그 후, 적어도 150℃의 온도까지는 10℃／s 이상의 평균 냉각속도로 냉각하며,
상기 시효 열처리는, 승온 온도 0.5∼130℃／min로, 20∼150℃의 범위 내의 소정 온도까지 가열하는 것을 특징으로 하는, 상기 (11)∼(21) 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금 선재의 제조방법.
(26) Mg：0.10∼1.0질량%, Si：0.10∼1.20질량%, Fe：0.01∼1.40질량%, Ti：0.000∼0.100질량%, B：0.000∼0.030질량%, Cu：0.00∼1.00질량%, Ag：0.00∼0.50질량%, Au：0.00∼0.50질량%, Mn：0.00∼1.00질량%, Cr：0.00∼1.00질량%, Zr：0.00∼0.50질량%, Hf：0.00∼0.50질량%, V：0.00∼0.50질량%, Sc：0.00∼0.50질량%, Co：0.00∼0.50질량%, Ni：0.00∼0.50질량%, 잔부：Al 및 불가피 불순물이며, Mg/Si질량비가 0.4∼0.8인 조성을 가지는 알루미늄 합금 선재의 측정방법으로서,
시차주사 열량 곡선에 있어서, 150∼200℃의 범위 내에서의 최대 열량을 기준 열량으로 하고, 상기 기준 열량과 150∼250℃의 범위 내에서의 흡열 피크에 상당하는 최저 열량과의 차이의 절대치를 클러스터 생성량으로 규정하고, 상기 기준 열량과 200∼350℃의 범위 내에서의 발열 피크에 상당하는 최대 열량과의 차이의 절대치를 β"상 생성량으로 규정하는 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금 선재의 측정방법.
본 발명의 알루미늄 합금 선재에 의하면, 상기 규정에 의해, 소선경이 0.5㎜ 이하인 극세선으로서 사용한 경우이더라도, 밸런스가 좋은 인장강도, 신장 및 도전율을 확보하면서, 인장강도(TS)에 대한 0.2% 내력(YS)을 작게 한, 전기 배선체의 도체로서 이용되는 알루미늄 합금 선재, 알루미늄 합금연선, 피복전선, 와이어 하네스를 제공하는 것, 및 알루미늄 합금 선재의 제조방법을 제공하는 것이 가능하다. 이러한 본 발명의 알루미늄 합금 선재는, 이동체에 탑재되는 배터리 케이블, 하니스 혹은 모터용 도선, 산업용 로봇의 배선체로서 유용하다. 또한, 본 발명의 알루미늄 합금 선재는, 인장강도가 적당히 높기 때문에 종래의 전선보다 전선 지름을 짧게 하는 것도 가능하다.
도 1은, 본 발명의 알루미늄 합금 선재에 있어서, 용질원자 클러스터 및 β"상을 분석·측정하는 방법을 설명하기 위한 도이다.
본 발명의 실시형태(이하, 본 실시형태라고 함)로 되는 알루미늄 합금 선재는, Mg：0.10∼1.00질량%, Si：0.10∼1.20질량%, Fe：0.01∼1.40질량%, Ti：0.000∼0.100질량%, B：0.000∼0.030질량%, Cu：0.00∼1.00질량%, Ag：0.00∼0.50질량%, Au：0.00∼0.50질량%, Mn：0.00∼1.00질량%, Cr：0.00∼1.00질량%, Zr：0.00∼0.50질량%, Hf：0.00∼0.50질량%, V：0.00∼0.50질량%, Sc：0.00∼0.50질량%, Co：0.00∼0.50질량%, Ni：0.00∼0.50질량%, 잔부：Al 및 불가피 불순물인 조성을 가지고, 인장강도가 250MPa 이상, 신장이 13% 이상, 도전율이 47%IACS, 및 강도에 대한 0.2% 내력의 비가 0.7 이하인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 선재이다.
또, 본 실시형태의 알루미늄 합금 선재는, Mg：0.10∼1.00질량%, Si：0.10∼1.20질량%, Fe：0.01∼0.70질량%, Ti：0.000∼0.100질량%, B：0.000∼0.030질량%, Cu：0.00∼1.00질량%, Ag：0.00∼0.50질량%, Au：0.00∼0.50질량%, Mn：0.00∼1.00질량%, Cr：0.00∼1.00질량%, Zr：0.00∼0.50질량%, Hf：0.00∼0.50질량%, V：0.00∼0.50질량%, Sc：0.00∼0.50질량%, Co：0.00∼0.50질량%, Ni：0.00∼0.50질량%, 잔부：Al 및 불가피 불순물이며, Mg/Si질량비가 0.4∼0.8인 조성을 가지고, 또, 용질원자 클러스터가 존재하는 알루미늄 합금 선재이다.
여기서 용질원자 클러스터란, 용질원자가 응집하여 생긴 집합체이며, 예를 들어 본 실시형태에서는 Si-Si클러스터나 Mg-Si클러스터 등의 클러스터가 생성되어 있다.
이하에, 상기 본 실시형태의 알루미늄 합금 선재의 화학조성 등의 한정 이유를 나타낸다.
(1) 화학조성
〈Mg：0.10∼1.00질량%〉
Mg(마그네슘)은, 알루미늄 모재 중에 고용하여 강화하는 작용을 가짐과 함께, 그 일부는 Si와 함께 β"상(베타 더블 프라임상) 등으로서 석출하여 인장강도를 향상시키는 작용을 가진다. 또, 용질원자 클러스터로서 Mg-Si클러스터를 형성한 경우는 인장강도, 신장을 향상시키는 작용을 가지는 원소이다. 그렇지만, Mg 함유량이 0.10질량% 미만이면, 상기 작용효과가 불충분하며, 또, Mg 함유량이 1.00질량%를 초과하면, 결정입계에 Mg 농화부분을 형성할 가능성이 높아져, 인장강도, 신장이 저하됨과 함께, 내력이 높아져 처리성이 저하된다. 또, Mg 원소의 고용량이 많아짐으로써 도전율도 저하한다. 따라서, Mg 함유량은 0.10∼1.00질량%로 한다. 한편, Mg 함유량은, 고강도를 중시하는 경우에는 0.50∼1.00질량%로 하는 것이 바람직하고, 또, 도전율을 중시하는 경우에는 0.10∼0.50질량%로 하는 것이 바람직하며, 이러한 관점에서 종합적으로 0.30∼0.70질량%가 바람직하다.
〈Si：0.10∼1.20질량%〉
Si(규소)는, 알루미늄 모재 중에 고용하여 강화하는 작용을 가짐과 함께, 그 일부는 Mg와 함께 β"상 등으로서 석출하여 인장강도, 내굴곡 피로특성을 향상시키는 작용을 가진다. 또 Si는, 용질원자 클러스터로서 Mg-Si클러스터나, Si-Si클러스터를 형성한 경우에 인장강도, 신장을 향상시키는 작용을 가지는 원소이다. Si 함유량이 0.10질량% 미만이면, 상기 작용효과가 불충분하고, 또, Si 함유량이 1.00질량%를 초과하면, 결정입계에 Si 농화부분을 형성할 가능성이 높아져, 인장강도, 신장이 저하됨과 함께 내력이 높아져 처리성이 저하된다. 또, Si원소의 고용량이 많아짐에 따라 도전율도 저하된다. 따라서, Si 함유량은 0.10∼1.20질량%로 한다. 한편, Si 함유량은, 고강도를 중시하는 경우에는 0.50∼1.00질량%로 하는 것이 바람직하고, 또, 도전율을 중시하는 경우에는 0.10∼0.50질량%로 하는 것이 바람직하며, 이러한 관점에서 종합적으로 0.30∼0.70질량%가 바람직하다.
〈Fe：0.01∼1.40질량%〉
Fe(철)은, 주로 Al-Fe계의 금속간 화합물을 형성함으로써 결정립의 미세화에 기여함과 함께, 인장강도를 향상시키는 원소이다. Fe는, Al 중에 655℃에서 0.05질량%밖에 고용할 수 없고, 실온에서는 더욱 적기 때문에, Al 중에 고용할 수 없는 나머지 Fe는, Al-Fe, Al-Fe-Si, Al-Fe-Si-Mg 등 금속간 화합물로서 창출 또는 석출 한다. 이 금속간 화합물은, 결정립의 미세화에 기여함과 함께, 인장강도를 향상시킨다. 또, Fe는, Al 중에 고용한 Fe에 의해서도 인장강도를 향상시키는 작용을 가진다. Fe 함유량이 0.01질량% 미만이면, 이들의 작용효과가 불충분하고, 또, Fe 함유량이 1.40질량% 초과하면, 정출물 또는 석출물의 조대화에 의해 신선가공성이 저하됨과 함께, 내력이 상승하여 처리성이 저하된다. 또, 내굴곡 피로특성과 도전율도 저하된다. 따라서, Fe 함유량은 0.01∼1.40질량%로 하고, 바람직하게는 0.15∼0.70질량%, 더 바람직하게는 0.15∼0.45질량%로 한다.
본 발명의 알루미늄 합금 선재는, 상술한 바와 같이, Mg, Si 및 Fe를 필수의 함유성분으로 하지만, 필요에 따라서, Ti 및 B로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종, Cu, Ag, Au, Mn, Cr, Zr, Hf, V, Sc, Co 및 Ni의 1종 또는 2종 이상을 더 함유시킬 수 있다.
〈Ti：0.001∼0.100질량%〉
Ti는, 용해 주조시의 주괴의 조직을 미세화하는 작용을 가지는 원소이다. 주괴의 조직이 조대하면, 주조에 있어서 주괴 균열이나 선재 가공공정에 있어서 단선이 발생하여 공업적으로 바람직하지 않다. Ti 함유량이 0.001질량% 미만이면, 상기 작용효과를 충분히 발휘할 수 없고, 또, Ti 함유량이 0.100질량% 초과하면 도전율이 저하하는 경향이 있기 때문이다. 따라서, Ti 함유량은 0.001∼0.100질량%로 하고, 바람직하게는 0.005∼0.050질량%, 보다 바람직하게는 0.005∼0.030질량%로 한다.
〈B：0.001∼0.030질량%〉
B는, Ti와 마찬가지로, 용해 주조시의 주괴의 조직을 미세화하는 작용을 가지는 원소이다. 주괴의 조직이 조대하면, 주조에 있어서 주괴 균열이나 선재 가공공정에 있어서 단선이 발생되기 쉽기 때문에 공업적으로 바람직하지 않다. B 함유량이 0.001질량% 미만이면, 상기 작용효과를 충분히 발휘할 수 없고, 또, B 함유량이 0.030질량% 초과하면 도전율이 저하하는 경향이 있다. 따라서, B 함유량은 0.001∼0.030질량%로 하고, 바람직하게는 0.001∼0.020질량%, 보다 바람직하게는 0.001∼0.010질량%로 한다.
〈Cu：0.01∼1.00질량%〉,〈Ag：0.01∼0.50질량%〉,〈Au：0.01∼0.50질량%〉,〈Mn：0.01∼1.00질량%〉,〈Cr：0.01∼1.00질량%〉및〈Zr：0.01∼0.50질량%〉,〈Hf：0.01∼0.50질량%〉,〈V：0.01∼0.50질량%〉,〈Sc：0.01∼0.50질량%〉,〈Co：0.01∼0.50질량%〉〈Ni：0.01∼0.50질량%〉의 1종 또는 2종 이상을 함유시키는 것.
Cu, Ag, Au, Mn, Cr, Zr, Hf, V, Sc, Co 및 Ni는, 모두 결정립을 미세화하는 작용과 이상(異常)한 조대 성장립의 생성을 억제하는 원소이며, 또한 Cu, Ag 및 Au는, 입계에 석출하는 것으로 입계 강도를 높이는 작용도 가지는 원소로서, 이들 원소의 적어도 1종을 0.01질량% 이상 함유하고 있으면, 상술한 작용효과가 얻어져, 인장강도, 및 신장을 향상시킬 수 있다. 한편, Cu, Ag, Au, Mn, Cr, Zr, Hf, V, Sc, Co 및 Ni의 함유량 중 어느 하나가, 각각 상기의 상한치를 초과하면, 상기 원소를 함유하는 화합물이 조대하게 되고, 신선가공성을 열화시키기 때문에, 단선이 생기기 쉽고, 또, 도전율이 저하되는 경향이 있다. 따라서, Cu, Ag, Au, Mn, Cr, Zr, Hf, V, Sc, Co 및 Ni의 함유량의 범위는, 각각 상기의 범위로 했다. 한편, 이 원소군 중에서, 특히 Ni를 함유하는 것이 바람직하다. Ni를 함유하면, 결정립 미세화 효과와 이상립 성장 억제효과가 현저하게 되어 인장강도와 신장이 향상된다. 또, 도전율의 저하와 신선가공 중 단선을 보다 억제하기 쉬워진다. 이 효과가 현저하게 되므로, Ni의 함유량은 0.05∼0.3질량%인 것이 더 바람직하다.
또한, Fe, Ti, B, Cu, Ag, Au, Mn, Cr, Zr, Hf, V, Sc, Co 및 Ni는, 많이 함유될수록 도전율이 저하되는 경향과 신선가공성이 열화하는 경향, 내력 상승에 의한 처리성이 저하되는 경향이 있다. 따라서, 이들 원소의 함유량의 합계는, 2.00질량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 알루미늄 합금 선재에서는 Fe는 필수 원소이므로, Fe, Ti, B, Cu, Ag, Au, Mn, Cr, Zr, Hf, V, Sc, Co 및 Ni의 함유량의 합계는 0.01∼2.00질량%로 한다. 이들 원소의 함유량은, 0.10∼2.00질량%로 하는 것이 더 바람직하다. 다만, 이들의 원소를 단독으로 첨가하는 경우는, 함유량이 많을수록 상기 원소를 함유하는 화합물이 조대하게 되는 경향이 있고, 신선가공성을 열화시켜, 단선이 생기기 쉬워지기 때문에, 각각의 원소에 있어서 상기의 규정의 함유 범위로 했다.
한편, 고도전율을 유지하면서, 인장강도나 신장, 인장강도에 대한 내력치를 적당히 저하시키려면, Fe, Ti, B, Cu, Ag, Au, Mn, Cr, Zr, Hf, V, Sc, Co 및 Ni의 함유량의 합계는, 0.01∼0.80질량%가 특히 바람직하고, 0.05∼0.60질량%가 더 바람직하다. 한편, 도전율은 약간 저하되지만 또한 인장강도, 신장, 인장강도에 대한 내력치를 적당히 저하시키기 위해서는, 0.80초과∼2.00질량%가 특히 바람직하고, 1.00∼2.00질량%가 더 바람직하다.
〈잔부：Al 및 불가피 불순물〉
상술한 성분 이외의 잔부는 Al(알루미늄) 및 불가피 불순물이다. 여기서 말하는 불가피 불순물은, 제조공정상, 불가피적으로 포함될 수 있는 함유 레벨의 불순물을 의미한다. 불가피 불순물은, 함유량에 따라서는 도전율을 저하시키는 요인으로도 될 수 있기 때문에, 도전율 저하를 가미하여 불가피 불순물의 함유량을 어느 정도 억제하는 것이 바람직하다. 불가피 불순물로서 들 수 있는 성분으로서는, 예를 들면, Ga, Zn, Bi, Pb 등을 들 수 있다.
또 본 실시형태에 있어서, Si 함유율(질량%)에 대한 Mg 함유율(질량%)의 비(Mg/Si질량비라고 칭함)는 0.4∼0.8%이다. Mg/Si질량비가 0.4∼0.8이면 시효처리에 의해 용질원자 클러스터의 수가 증가하여 인장강도와 신장이 향상된다. 도전율의 점에서는 용질원자 클러스터는 약간 저하시키는 방향이지만, 본 실시형태의 조성에서는 모상의 도전율이 충분히 확보되어 있어 문제없다. 0.2% 내력에 대해서는, 일반적으로 인장강도가 높아짐과 함께 높아진다고 말해지고 있지만, 용질원자 클러스터가 존재하고 있는 것으로 그 효과를 억제할 수 있다. Mg/Si질량비가 0.4% 미만이면, 용질원자 클러스터에 기여하지 않는 Si가 여분으로 존재하여 도전율을 저하시킬뿐이며, 또 0.8%를 초과하면, 용질원자 클러스터를 충분히 생성시킬 수 없다.
이러한 알루미늄 합금 선재는, 합금조성이나 제조 프로세스를 조합하여 제어함으로써 실현할 수 있다. 이하, 본 발명의 알루미늄 합금 선재의 적합한 제조방법에 대하여 설명한다.
(본 발명의 알루미늄 합금 선재의 제조방법)
본 발명의 알루미늄 합금 선재는, ［1］용해, ［2］주조, ［3］열간가공(홈 롤 가공 등), ［4］제1 신선(伸線)가공, ［5］제1 열처리(중간 열처리), ［6］제2 신선(伸線)가공, ［7］제2 열처리(용체화 열처리), 및 ［8］제3 열처리(시효 열처리)의 각 공정을 차례로 진행하는 것을 포함하는 제조방법에 따라 제조할 수 있다. 한편, 제2 열처리 전후, 또는 시효 열처리 후에, 연선으로 하는 공정이나 전선에 수지 피복을 행하는 공정을 마련해도 좋다. 이하, ［1］∼［8］의 공정에 대해 설명한다.
［1］용해
용해는, 상술한 알루미늄 합금조성이 되도록 각 성분의 분량을 조정하여 용융 제조한다.
［2］주조 및 ［3］열간가공(홈 롤 가공 등)
다음으로, 주조륜과 벨트를 조합한 프로페르치식의 연속 주조 압연기를 이용하여, 용탕을 수냉한 주형으로 주조하고, 연속하여 압연을 행하며, 예를 들면 직경 5∼13㎜φ의 적당한 굵기의 봉재로 한다. 이때 주조시의 냉각속도는, Fe계 정출물의 조대화의 방지와 Fe의 강제고용에 의한 도전율 저하 방지의 관점에서, 바람직하게는 1∼20℃／s이지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다. 주조 및 열간압연은, 빌릿(billet) 주조 및 압출법 등에 의해 행하여도 좋다.
［4］제1 신선가공
다음으로, 표면의 껍질 벗김을 실시하고, 예를 들면 직경 5∼12.5㎜φ의 적당한 굵기의 봉재로 하며, 이것을 냉간으로 신선가공한다. 가공도(η)는, 1∼6의 범위인 것이 바람직하다. 여기서 가공도(η)는, 신선가공 전의 선재 단면적을 A0, 신선가공 후의 선재 단면적을 A1으로 하면, η=ln(A0/A1)로 표시된다. 가공도(η)가 1 미만이면, 다음 공정의 열처리시, 재결정립이 조대화되고, 인장강도 및 신장이 현저하게 저하되어, 단선의 원인이 될 우려가 있다. 또, 가공도(η)가 6보다 크면, 신선가공이 곤란해져, 신선가공 중에 단선하는 등 품질면에서 문제를 일으킬 우려가 있기 때문이다. 표면의 껍질 벗김은, 행함으로써 표면의 청정화가 이루어지지만, 행하지 않아도 된다.
［5］제1 열처리(중간 열처리)
다음으로, 냉간 신선한 피가공재에 제1 열처리를 실시한다. 본 발명의 제1 열처리는, 피가공재의 유연성을 되찾아, 신선가공성을 높이기 위해서 행하는 것이다. 신선가공성이 충분하여, 단선이 생기지 않으면 제1 열처리는 행하지 않아도 된다.
［6］제2 신선가공
상기 제1 열처리 후, 다시 냉간으로 신선가공을 실시한다. 이때의 가공도(η)는 1∼6의 범위가 바람직하다. 가공도(η)는, 재결정립의 형성 및 성장에 영향을 미친다. 가공도(η)가 1보다 작으면 다음 공정의 열처리시, 재결정립이 조대화 되어, 인장강도 및 신장이 현저하게 저하되는 경향이 있고, 또, 가공도(η)가 6보다 크면, 신선가공이 곤란해져, 신선가공 중에 단선하는 등 품질면에서 문제를 일으킬 경향이 있기 때문이다. 한편, 제1 열처리를 행하지 않는 경우, 제1 신선가공과 제2 신선가공은 연속으로 행하여도 좋다.
［7］제2 열처리(용체화 열처리)
신선가공한 가공재에 제2 열처리를 실시한다. 본 발명의 제2 열처리는, 랜덤하게 함유되어 있는 Mg와 Si의 화합물을 알루미늄 모상 중에 용해되게 하기 위해서 행하는 용체화 열처리이다. 용체화 처리는, 가공 중에 Mg나 Si의 농화부분을 고르게(균질화함) 할 수 있어, 최종적인 시효 열처리 후에서의 Mg와 Si의 화합물의 입계 편석(偏析)의 억제로 연결된다. 제2 열처리는, 구체적으로는, 승온 속도 100℃／s 이상에서, 450∼600℃의 범위 내의 소정 온도까지 가열하고, 유지시간 30초 이내로 유지하며, 그 후, 적어도 150℃의 온도까지는 10℃／s 이상의 평균 냉각속도로 냉각하는 열처리이다. 제2 열처리에 있어서의 승온 속도가 100℃／s 미만이면 결정입경이 조대화 된다. 또, 제2 열처리 가열시의 소정 온도가 540℃보다 높으면, 결정입경이 조대화 되어, 이상 성장립이 생성되며, 동(同) 소정의 온도가 450℃보다 낮으면, Mg2Si를 충분히 고용시킬 수 없다. 따라서, 제2 열처리에 있어서의 가열시의 소정 온도는 450∼600℃의 범위로 하고, Mg, Si 함유량에 의해서도 변화하지만 바람직하게는 450∼540℃, 보다 바람직하게는 480∼520℃의 범위로 한다.
제2 열처리를 행하는 방법으로서는, 예를 들면, 배치소둔, 솔트배스(salt bath)(염욕)라도, 고주파 가열, 통전 가열, 주간 가열 등의 연속 열처리라도 좋다.
다만, 고주파 가열이나 통전 가열을 이용한 경우, 통상은 선재에 전류를 계속 흐르게 하는 구조로 되어 있기 때문에, 시간 경과와 함께 선재 온도가 상승한다. 그 때문에, 전류를 계속 흐르게 하면 선재가 용융해 버릴 가능성이 있으므로, 적정한 시간 범위에서 열처리를 행할 필요가 있다. 주간 가열을 이용한 경우에 있어서도, 단시간의 소둔이기 때문에, 통상, 주간 소둔로의 온도는 선재 온도보다 높게 설정된다. 장시간의 열처리에서는 선재가 용융해 버릴 가능성이 있기 때문에, 적정한 시간 범위에서 열처리를 실시할 필요가 있다. 또, 모든 열처리에 있어서 피가공재에 랜덤하게 함유되어 있는 Mg, Si 화합물을 알루미늄 모상 중에 용해되게 하는 소정의 시간 이상이 필요하다. 이하, 각 방법에 따른 열처리를 설명한다.
고주파 가열에 의한 연속 열처리는, 고주파에 의한 자장 내를 선재가 연속적으로 통과하는 것으로, 유도 전류에 의하여 선재 자체로부터 발생하는 줄열에 의해 열처리하는 것이다. 급열, 급냉의 공정을 포함하고, 선재 온도와 열처리 시간에서 제어하여 선재를 열처리할 수 있다. 냉각은, 급열 후, 수중 또는 질소 가스 분위기 중에 선재를 연속적으로 통과시킴으로써 행한다. 이 열처리 시간은 0.01∼2s, 바람직하게는 0.05∼1s, 보다 바람직하게는 0.05∼0.5s로 행한다.
연속 통전 열처리는, 2개의 전극륜을 연속적으로 통과하는 선재에 전류를 흐르게 함으로써 선재 자체에서 발생하는 줄열에 의해 열처리하는 것이다. 급열, 급냉의 공정을 포함하고, 선재 온도와 열처리 시간으로 제어하여 선재를 열처리할 수 있다. 냉각은, 급열 후, 수중, 대기중 또는 질소 가스 분위기 중에 선재를 연속적으로 통과시킴으로써 행한다. 이 열처리 시간은 0.01∼2s, 바람직하게는 0.05∼1s, 보다 바람직하게는 0.05∼0.5s로 행한다.
연속주간 열처리는, 고온으로 유지한 열처리로(爐) 내를 선재가 연속적으로 통과하여 열처리시키는 것이다. 급열, 급냉의 공정을 포함하고, 열처리로 내 온도와 열처리 시간으로 제어하여 선재를 열처리할 수 있다. 냉각은, 급열 후, 수중, 대기중 또는 질소 가스 분위기 중에 선재를 연속적으로 통과시킴으로써 행한다. 이 열처리 시간은 바람직하게는 0.5∼30s로 행한다.
선재 온도 또는 열처리 시간의 한쪽 또는 양쪽이 상기에서 정의되는 조건보다 낮은 경우는, 용체화가 불완전하게 되어 후속 공정의 시효 열처리시에 생성되는 용질원자 클러스터나 β"상이나 Mg2Si 석출물이 적게 되어, 인장강도, 내충격성, 내굴곡 피로특성, 도전율의 향상 폭이 작아진다. 선재 온도 또는 소둔시간의 한쪽 또는 양쪽이 상기에서 규정되는 조건보다 높은 경우는, 결정립이 조대화됨과 함께, 알루미늄 합금 선재 중의 화합물상의 부분용융(공정융해)이 발생하여, 인장강도, 신장이 저하되어, 도체의 취급시에 단선이 발생되기 쉬워진다.
［8］제3 열처리(시효 열처리)
다음으로, 제3 열처리를 실시한다. 이 제3 열처리는, 용질원자 클러스터를 생성시키기 위하여 행하는 시효 열처리이다. 시효 열처리에 있어서의 가열 온도는, 바람직하게는 20∼150℃이다. 상기 가열 온도가 20℃ 미만이면, 용질원자 클러스터의 생성이 늦어 필요한 인장강도와 신장을 얻기 위해서 시간이 걸리기 때문에 양산적으로 불리하다. 또, 상기 가열 온도가 150℃보다 높으면, 용질원자 클러스터의 생성량이 적게 되어 신장을 저하시키는 Mg2Si 침상 석출물(β"상)이 다수 생성된다. 시효 열처리에 있어서의 가열 온도는, 보다 신장의 향상에 효과가 있는 용질원자 클러스터를 생성시키기 위해, 20∼70℃가 바람직하다.
β"상도 동시에 석출시켜, 인장강도와 신장의 밸런스를 잡으려면 100∼125℃가 바람직하다. 또, 가열 시간은, 온도에 따라 최적인 시간이 변화한다. 저온에서는 장시간, 고온에서는 단시간의 가열이 인장강도, 신장을 향상시켜, 인장강도에 대한 0.2% 내력을 작게 하는데 있어서 바람직하다. 장시간의 가열에서는, 예를 들면 10일간 이내이며, 단시간에서의 가열에서는, 바람직하게는 15시간 이하, 더 바람직하게는 8시간 이하이다. 한편, 시효 열처리에 있어서의 냉각은, 특성의 불균일을 방지하기 위해서, 가능한 한 냉각속도를 빠르게 하는 것이 바람직하다. 물론, 제조공정상, 빠르게 냉각할 수 없는 경우라도, 용질원자 클러스터의 생성이 충분히 이루어지는 시효 조건이면, 적당히 설정할 수 있다.
본 실시형태의 알루미늄 합금 선재는, 소선경(素線徑)을, 특히 제한은 없이 용도에 따라 적당히 정할 수 있지만, 세물선(細物線)의 경우는 0.1∼0.5㎜φ, 중(中) 세물선의 경우는 0.8∼1.5㎜φ가 바람직하다. 본 실시형태의 알루미늄 합금 선재는, 알루미늄 합금선으로서, 단선으로 가늘게 하여 사용할 수 있는 것이 이점 중 하나이지만, 복수개 묶어 합쳐서 꼬아 얻어지는 알루미늄 합금연선으로서 사용할 수도 있고, 본 발명의 제조방법을 구성하는 상기［1］∼［8］의 공정 중, ［1］∼［6］의 각 공정을 차례로 행한 알루미늄 합금 선재를 복수개로 묶어 합쳐서 꼰 후에, ［7］ 제2 열처리 및［8］ 시효 열처리의 공정을 행해도 좋다.
또, 본 실시형태에서는, 한층 더 추가의 공정으로서 연속 주조 압연 후에, 종래법으로 행해지고 있는 균질화 열처리를 행하는 것도 가능하다. 균질화 열처리는, 첨가 원소를 균일하게 분산시킬 수 있기 때문에, 정출물이나 그 후의 제3 열처리에서 용질원자 클러스터나 β"석출상을 쉽게 균일하게 생성할 수 있어, 인장강도, 신장, 인장강도에 대한 내력치의 향상을 보다 안정하게 얻을 수 있다. 균질화 열처리는, 가열 온도를 450℃∼600℃에서 행하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 500∼600℃이다. 또, 균질화 가열 처리에 있어서의 냉각은, 0.1∼10℃／분의 평균 냉각속도로 서냉하는 것이, 균일한 화합물을 쉽게 얻을 수 있는 점에서 바람직하다.
상기의 방법으로 제조된 알루미늄 합금 선재에 의하면, 인장강도는, 와이어 하네스 조립시에 부하되는 충격을 고려하여, 200MPa 이상, 바람직하게는 250MPa 이상, 보다 바람직하게는 270MPa 이상이다. 또, 신장은, 13% 이상, 바람직하게는 15% 이상이다. 도전율은, 47%IACS 이상, 바람직하게는 48%IACS 이상이다. 또 와이어 하네스 조립시의 취급성을 고려하여, 0.2% 내력(YS)과 인장강도(TS)의 비(YS/TS)가 0.7 이하로 설정되어 있다. 또, 결정립의 평균 결정입경이 선 지름의 1/3 이하가 된다. 이것에 의해, 인장강도에 대한 내력은 작게, 밸런스 좋은 인장강도, 신장 및 도전성을 달성할 수 있어, 처리성이 높은 와이어 하네스용 알미늄선재를 제공할 수 있다.
본 실시형태의 알루미늄 합금 선재는, 알루미늄 합금선으로서, 또는 복수개의 알루미늄 합금선을 합쳐서 꼬아 얻어지는 알루미늄 합금연선으로서 사용할 수 있음과 함께, 알루미늄 합금선 또는 알루미늄 합금연선의 외주에 피복층을 더 가지는 피복전선으로서 사용할 수도 있고, 더하여, 피복전선과 이 피복전선의, 피복층을 제거한 단부에 장착된 단자를 구비하는 와이어 하네스(전선다발)로서 사용하는 것도 또 가능하다.
[실시예]
본 발명의 실시형태를 이하의 실시예에 기초하여, 한층 더 상세하게 설명한다. 또한 본 발명은, 이하에 나타내는 실시예로 한정되는 것은 아니다.
(실시예, 비교예)
Mg, Si, Fe, Ni 및 Al과, 선택적으로 첨가하는 Ti, B, Mn, Cr을, 표 1에 나타내는 함유량(질량%)이 되도록 프로페르치식의 연속 주조 압연기에 투입하고, 그들의 원료가 녹아 구성된 용탕을 상기 연속 주조 압연기 내에서 수냉한 주형으로 연속적으로 주조하면서 압연을 행하여, 약 9.5㎜φ의 봉재로 했다. 이때 주조시의 냉각속도는 약 15℃／s로 했다. 이것을 소정의 가공도가 얻어지도록 제1 신선가공을 실시했다. 다음으로, 이 제1 신선가공을 한 가공재에, 제1 열처리를 실시하고, 다시 0.31㎜φ의 선 지름까지 제2 신선가공을 행하였다. 다음으로, 표 2에 나타내는 조건으로 제2 열처리를 실시하였다. 제1 열처리에 있어서의, 배치식 열처리에서는, 선재에 열전대를 감아 선재 온도를 측정했다. 제1, 제2 열처리에 있어서의 연속주간 열처리에서는, 열처리 구간 출구 부근의 선재 온도를 측정했다. 제2 열처리 후에, 표 2에 나타내는 조건으로 시효 열처리를 실시하고, 알루미늄 합금선을 제조했다.
제작한 각각의 실시예 및 비교예의 알루미늄 합금선에 대하여 이하에 나타내는 방법에 의해 각 특성을 측정했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
(A) 인장강도(TS), 인장 파단신장(El) 및 인장강도에 대한 내력(0.2% 내력/인장강도)의 측정
JIS　Z　2241에 준하여 각 3개씩의 공시재(알루미늄 합금선)에 대하여 인장 시험을 행하고, 그 평균치를 구했다. 인장강도는, 전선과 단자의 접속부에 있어서의 압착부의 인장강도를 유지하기 위해, 또, 차체에의 장착 작업시에 뜻밖에 부하되는 하중에 견딜 수 있게 하기 위해서도, 200MPa 이상을 합격 레벨로 했다. 또, 신장은 13% 이상을 합격으로 했다. 인장강도에 대한 내력(0.2% 내력)의 비는, 차체에의 장착 작업의 효율화를 위해서, 0.5 미만을 합격 레벨로 했다. 한편, 표 2 중, 「A」는 인장강도 250MPa 이상이며 0.2% 내력(YS)/인장강도(TS)가 0.5 미만, 「B」는 인장강도 200MPa 이상이며 0.2% 내력/인장강도가 0.5 미만, 「C」는 인장강도 200MPa 이상이며 0.2% 내력/인장강도가 0.7 이하인 것을 나타낸다.
(B) 도전율(EC)
길이 300㎜의 시험편을 20℃(±0.5℃)로 유지한 항온조 중에서, 사단자법을 이용하여 각 3개씩의 공시재(알루미늄 합금선)에 대하여 비저항을 측정하고, 그 평균 도전율을 산출했다. 단자간 거리는 200㎜로 했다. 도전율은, 47%IACS 이상을 합격 레벨로 했다.
(C) 용질원자 클러스터 및 β"상의 분석ㆍ측정방법
시차주사 열량 측정(DSC)을 행하고, 소정의 온도 범위(0∼400℃)에서 도 1에 나타내는 DSC 곡선을 얻었다. 다음으로, 150∼200℃의 범위 내에 있어서 가장 높은 열량을 나타내는 곡선상의 점을 구하고(온도(T0)；열량(V0)), 그 점으로부터 온도 축을 평행하게 선을 그어, 그 직선으로 표시되는 열량(V0)을 기준 열량으로 하며, 그 직선에 대하여 가장 낮은 피크를 나타내는 점(Pmin)을 구하고(온도(T1)；열량(V1)), 기준 열량(V0)과 열량(V1)의 차이의 절대치｜V0-V1｜를 구했다. 이 절대치가 0.5μW/g 이상, 바람직하게는 1.0μW/g 이상인 경우에는, 본 실시형태 특성을 만족하는데 충분한 용질원자 클러스터가 생성되어 있다고 판단했다.
또, 상기 기준 열량(V0)을 표시하는 직선에 대하여 가장 높은 피크를 나타내는 점(Pmax)을 구하고(온도 T2；V2), 기준 열량(V0)과 열량(V2)과 차이의 절대치｜V0-V2｜를 구했다. 이 절대치가 50μW/g 이상이며, 또 1000μW/g 이하, 바람직하게는 500μW/g 이하일 때는, 상술의 본 실시형태의 특성을 만족하는데 충분한 β"상이 생성되어 있다고 판단했다.
즉 상기 절대치가 50μW/g 이상인 것에 의해, 소정의 신장과 0.2% 내력이 확보된다. 또 1000μW/g 이하, 바람직하게는 500μW/g 이하인 것에 따라, 소정의 인장강도가 확보된다.
또한 본 실시예에 있어서, 용질원자 클러스터 및 β"상은, DSC 분석장치((주) 히타치 하이테크 사이언스제, 장치명 「X-DSC7000」)를 이용하여 열유속 방식, 샘플량 5∼20㎎, 승온 속도 10∼40℃/min로 측정ㆍ분석했다.
Figure pct00001
Figure pct00002
표 2의 결과에서, 다음의 것이 분명하다. 실시예 1∼33의 알루미늄 합금선은, 모두 밸런스 좋은 인장강도, 신장 및 도전율을 가짐과 함께, 인장강도에 대한 내력(0.2% 내력)이 우수했다. 구체적으로는, 실시예 1∼3, 9, 18, 19, 23∼25, 28, 32, 33에서는, Si를 0.10∼1.20질량%로 하고, 저온 시효 열처리에 의해 용질원자 클러스터를 생성시켜, 인장강도 200MPa 이상, 0.2% 내력/인장강도 0.7 이하, 신장 13% 이상, 도전율 45%IACS를 달성했다. 또, 실시예 4∼7, 10∼12, 14∼16, 20∼22에서는, Si를 0.10∼1.20질량%로 하고, 저온 시효 열처리에 의해 용질원자 클러스터 생성량을 증가시켜, 0.2% 내력/인장강도 0.5 이하를 달성했다. 실시예 8, 13, 17, 26, 27, 29∼31에서는, Si를 0.10∼1.20질량%로 하고, 저온 시효 열처리에 의해 용질원자 클러스터와 β"상의 생성량을 제어하며, 또 부첨가 원소의 첨가에 의해, 인장강도 250MPa 이상, 0.2% 내력/인장강도 0.5 미만을 달성했다.
이것에 대하여, 비교예 1의 알루미늄 합금선은, Mg/Si질량비가 1.0이며, 도전율이 낮으면 모두 0.2% 내력(YS)/인장강도(TS)가 높아, 전선의 처리성 및 도전성이 뒤떨어지고 있다. 비교예 2의 알루미늄 합금선은, Mg/Si질량비가 1.29이며, 내력/인장강도가 높아 전선 처리성이 뒤떨어지고 있다. 비교예 3의 알루미늄 합금선은, Si가 과잉이며, 도전성이 뒤떨어지고 있다. 비교예 4의 알루미늄 합금선은, Mg가 과잉이고, Mg/Si질량비가 1.00이며, 내력/인장강도가 높아 전선 처리성이 뒤떨어지고 있다. 비교예 5의 알루미늄 합금선은, 시효 열처리시의 온도가 높아, 신장이 뒤떨어지고 있다. 비교예 6의 알루미늄 합금선은, Fe가 과잉이며, 신선 중에 단선했다. 비교예 7의 알루미늄 합금선은, Zr, V가 모두 과잉이며, 신장 및 도전율이 뒤떨어지고 있다. 비교예 8의 알루미늄 합금선은, Cr, Hf가 모두 과잉이며, 도전율이 뒤떨어지고 있다. 비교예 9의 알루미늄 합금선은, Cu, Mn이 모두 과잉이며, 도전율이 뒤떨어지고 있다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명의 알루미늄 합금 선재는, Mg와 Si를 함유하는 알루미늄 합금을 이용하는 것을 전제로 하고, 소선경이 0.5㎜ 이하인 극세선으로서 사용한 경우라도, 밸런스 좋은 인장강도, 신장 및 도전율을 확보하면서, 전선 처리성을 향상시킨, 전기 배선체의 도체로서 이용되는 알루미늄 합금 선재, 알루미늄 합금연선, 피복전선, 와이어 하네스를 제공하는 것, 및 알루미늄 합금 선재의 제조방법을 제공하는 것이 가능하게 되어, 이동체에 탑재되는 배터리 케이블, 와이어 하네스 혹은 모터용 도선, 산업용 로봇의 배선체로서 유용하다. 또한, 본 발명의 알루미늄 합금 선재는, 인장강도가 높기 때문에 종래의 전선보다 전선지름을 가늘게 하는 것도 가능하고, 또, 처리성이 높기 때문에 와이어 하네스의 장착 효율을 향상시킬 수 있다. 특히 와이어 하네스에서는 알루미늄 합금 선재를 이용한 전선의 적용 개소의 확대 경향이 있으며, 그 중에서도 특히 고강도이며 높은 처리성이 요구되는 도어 하네스에의 적용 범위 확대에 크게 공헌하는 것이다.

Claims (26)

  1. Mg：0.1∼1.0질량%, Si：0.1∼1.20질량%, Fe：0.01∼1.40질량%, Ti：0.000∼0.100질량%, B：0.000∼0.030질량%, Cu：0.00∼1.00질량%, Ag：0.00∼0.50질량%, Au：0.00∼0.50질량%, Mn：0.00∼1.00질량%, Cr：0.00∼1.00질량%, Zr：0.00∼0.50질량%, Hf：0.00∼0.50질량%, V：0.00∼0.50질량%, Sc：0.00∼0.50질량%, Co：0.00∼0.50질량%, Ni：0.00∼0.50질량%, 잔부：Al 및 불가피 불순물이며, Mg/Si질량비가 0.4∼0.8인 조성을 가지고,
    인장강도가 200MPa 이상, 신장이 13% 이상, 도전율이 47%IACS, 및 0.2% 내력(YS)과 인장강도(TS)의 비(YS/TS)가 0.7 이하인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 선재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학조성이, Ti：0.001∼0.100질량% 및 B：0.001∼0.030질량%로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종을 함유하는 알루미늄 합금 선재.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 화학조성이, Cu：0.01∼1.00질량%, Ag：0.01∼0.50질량%, Au：0.01∼0.50질량%, Mn：0.01∼1.00질량%, Cr：0.01∼1.00질량%, Zr：0.01∼0.50질량%, Hf：0.01∼0.50질량%, V：0.01∼0.50질량%, Sc：0.01∼0.50질량%, Co：0.01∼0.50질량% 및 Ni：0.01∼0.50질량%로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 알루미늄 합금 선재.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화학조성이, Ni：0.01∼0.50질량%를 함유하는 알루미늄 합금 선재.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    Fe, Ti, B, Cu, Ag, Au, Mn, Cr, Zr, Hf, V, Sc, Co, Ni의 함유량의 합계가 0.01∼2.00질량%인 알루미늄 합금 선재.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    소선(素線)의 직경이 0.1∼0.5㎜인 알루미늄 합금선인 알루미늄 합금 선재.
  7. 제 6 항에 기재된 알루미늄 합금선을 복수개 합쳐서 꼬아 얻어지는 알루미늄 합금연선.
  8. 제 6 항에 기재된 알루미늄 합금선 또는 제 7 항에 기재된 알루미늄 합금연선의 외주에 피복층을 가지는 피복전선.
  9. 제 8 항에 기재된 피복전선과, 상기 피복전선의, 상기 피복층을 제거한 단부에 장착된 단자를 구비하는 와이어 하네스.
  10. 용해, 주조 후에, 열간가공을 거쳐 황인선(荒引線)을 형성하고, 그 후, 적어도 신선(伸線)가공, 용체화 열처리 및 시효 열처리의 각 공정을 행하는 알루미늄 합금 선재의 제조방법으로서,
    상기 용체화 열처리는, 승온 속도 100℃／s 이상으로, 450∼540℃의 범위 내의 소정 온도까지 가열하고, 유지시간 30초 이내로 유지하며, 그 후, 적어도 150℃의 온도까지는 10℃／s 이상의 평균 냉각속도로 냉각하고,
    상기 시효 열처리는, 승온 온도 0.5∼130℃／min로, 20∼150℃의 범위 내의 소정 온도까지 가열하는 것을 특징으로 하는, 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금 선재의 제조방법.
  11. Mg：0.10∼1.00질량%, Si：0.10∼1.20질량%, Fe：0.01∼0.70질량%, Ti：0.000∼0.100질량%, B：0.000∼0.030질량%, Cu：0.00∼1.00질량%, Ag：0.00∼0.50질량%, Au：0.00∼0.50질량%, Mn：0.00∼1.00질량%, Cr：0.00∼1.00질량%, Zr：0.00∼0.50질량%, Hf：0.00∼0.50질량%, V：0.00∼0.50질량%, Sc：0.00∼0.50질량%, Co：0.00∼0.50질량%, Ni：0.00∼0.50질량%, 잔부：Al 및 불가피 불순물이며, Mg/Si질량비가 0.4∼0.8인 조성을 가지고, 또, 용질원자 클러스터가 존재하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 선재.
  12. 제 11 항에 있어서,
    β"상이 존재하는 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금 선재.
  13. Mg：0.10∼1.00질량%, Si：0.10∼1.20질량%, Fe：0.01∼0.70질량%, Ti：0.000∼0.100질량%, B：0.000∼0.030질량%, Cu：0.00∼1.00질량%, Ag：0.00∼0.50질량%, Au：0.00∼0.50질량%, Mn：0.00∼1.00질량%, Cr：0.00∼1.00질량%, Zr：0.00∼0.50질량%, Hf：0.00∼0.50질량%, V：0.00∼0.50질량%, Sc：0.00∼0.50질량%, Co：0.00∼0.50질량%, Ni：0.00∼0.50질량%, 잔부：Al 및 불가피 불순물이며, Mg/Si질량비가 0.4∼0.8인 조성을 가지고, 또, 시차주사 열량 곡선에 있어서 용질원자 클러스터의 용해에 상당하는 흡열 피크를 가지는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 선재.
  14. 제 13 항에 있어서,
    시차주사 열량 곡선에 있어서, 150∼200℃의 범위 내에서의 최대 열량을 기준 열량으로 하고, 상기 기준 열량과, 150∼250℃의 범위 내에서의 상기 용질원자 클러스터의 용해에 상당하는 흡열 피크의 열량과의 차이의 절대치가, 1.0μW/g 이상인 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금 선재.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    시차주사 열량 곡선에 있어서 β"상의 생성에 상당하는 발열 피크가 생기는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 선재.
  16. 제 15 항에 있어서,
    시차주사 열량 곡선에 있어서, 150∼200℃의 범위 내에서의 최대 열량을 기준 열량으로 하고, 상기 기준 열량과, 200∼350℃의 범위 내에서의 상기 β"상의 생성에 상당하는 발열 피크의 열량과의 차이의 절대치가, 1000μW/g 이하인 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금 선재.
  17. 제 11 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화학조성이, Ti：0.001∼0.100질량% 및 B：0.001∼0.030질량%로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종을 함유하는 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금 선재.
  18. 제 11 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화학조성이, Cu：0.01∼1.00질량%, Ag：0.01∼0.50질량%, Au：0.01∼0.50질량%, Mn：0.01∼1.00질량%, Cr：0.01∼1.00질량%, Zr：0.01∼0.50질량%, Hf：0.01∼0.50질량%, V：0.01∼0.50질량%, Sc：0.01∼0.50질량%, Co：0.01∼0.50질량%, 및 Ni：0.01∼0.50질량%로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하고, 평균 결정입경이 선 지름의 1/3 이하인 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금 선재.
  19. 제 11 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화학조성이, Ni：0.01∼0.50질량%를 함유하는 알루미늄 합금 선재.
  20. 제 11 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    인장강도가 200MPa 이상, 신장이 13% 이상, 도전율이 45%IACS 이상, 및 0.2% 내력(YS)과 인장강도(TS)의 비(YS/TS)가 0.7 이하인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 선재.
  21. 제 11 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    소선(素線)의 직경이 0.1∼0.5㎜인 알루미늄 합금선인 알루미늄 합금 선재.
  22. 제 21 항에 기재된 알루미늄 합금선을 복수개 합쳐서 꼬아 얻어지는 알루미늄 합금연선.
  23. 제 11 항 내지 21 항 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금 선재 또는 제 22 항에 기재된 알루미늄 합금연선의 외주에 피복층을 가지는 피복전선.
  24. 제 23 항에 기재된 피복전선과, 상기 피복전선의, 상기 피복층을 제거한 단부에 장착된 단자를 구비하는 와이어 하네스.
  25. 용해, 주조, 균질화 열처리 후에, 열간가공을 거쳐 황인선을 형성하고, 그 후, 적어도 신선(伸線)가공, 용체화 열처리 및 시효 열처리의 각 공정을 행하는 알루미늄 합금 선재의 제조방법으로서,
    상기 용체화 열처리는, 승온 속도 10℃／s 이상으로, 450∼600℃의 범위 내의 소정 온도까지 가열하고, 그 후, 적어도 150℃의 온도까지는 10℃／s 이상의 평균 냉각속도로 냉각하며,
    상기 시효 열처리는, 승온 온도 0.5∼130℃／min로, 20∼150℃의 범위 내의 소정 온도까지 가열하는 것을 특징으로 하는, 제 11 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금 선재의 제조방법.
  26. Mg：0.10∼1.0질량%, Si：0.10∼1.20질량%, Fe：0.01∼1.40질량%, Ti：0.000∼0.100질량%, B：0.000∼0.030질량%, Cu：0.00∼1.00질량%, Ag：0.00∼0.50질량%, Au：0.00∼0.50질량%, Mn：0.00∼1.00질량%, Cr：0.00∼1.00질량%, Zr：0.00∼0.50질량%, Hf：0.00∼0.50질량%, V：0.00∼0.50질량%, Sc：0.00∼0.50질량%, Co：0.00∼0.50질량%, Ni：0.00∼0.50질량%, 잔부：Al 및 불가피 불순물이며, Mg/Si질량비가 0.4∼0.8인 조성을 가지는 알루미늄 합금 선재의 측정방법으로서,
    시차 열분석 곡선에 있어서, 150∼200℃의 범위 내에서의 최대 열량을 기준 열량으로 하고, 상기 기준 열량과 150∼250℃의 범위 내에서의 흡열 피크에 상당하는 최저 열량과의 차이의 절대치를 용질원자 클러스터 생성량으로 규정하고, 상기 기준 열량과 200∼350℃의 범위 내에서의 발열 피크에 상당하는 최대 열량과의 차이의 절대치를 β"상 생성량으로 규정하는 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금 선재의 측정방법.
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