KR20190062409A - 알루미늄 합금선, 가공 송전선 및 알루미늄 합금선의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

Si를 0 질량％ 이상 0.03 질량％ 이하, Fe를 0.05 질량％ 이상 0.25 질량％ 이하, Zr을 0.01 질량％ 이상 0.05 질량％ 이하 함유하고, 잔부가 Al 및 불순물로 구성되고, 선직경이 1.5 ㎜ 초과인 알루미늄 합금선이 제공된다.

Description

알루미늄 합금선, 가공 송전선 및 알루미늄 합금선의 제조 방법

본 발명은 알루미늄 합금선, 가공 송전선 및 알루미늄 합금선의 제조 방법에 관한 것이다.

본 출원은 2016년 9월 30일자의 일본국 출원의 특허 출원 제2016-193970호에 기초한 우선권을 주장하며, 상기 일본국 출원에 기재된 모든 기재 내용을 원용하는 것이다.

종래, 가공 송전선에는 전기용 알루미늄 지금(地金)으로 구성되는 전기용 경알루미늄선을 소선(素線)으로 하여 합쳐서 꼰 알루미늄 연선이나, 강선으로 이루어지는 텐션 멤버의 외주에 상기 소선을 합쳐서 꼰 강심 알루미늄 연선(ACSR)이 이용되고 있다. 또한, 전기용 알루미늄 지금에 소량의 Zr을 첨가한 내열 알루미늄 합금선을 소선으로 하는 강심 내열 알루미늄 합금 연선(TACSR)도 이용되고 있다. 내열 알루미늄 합금선은 도전율이 60％IACS이고, 60 TAl 등으로 불린다(특허문헌 1 참조).

특허문헌 1은 Zr, Fe, B, Be를 특정 범위로 함유하며, Zr과 Fe를 특정 관계식을 만족하는 범위로 함유하는 도전용 내열 알루미늄 합금선을 개시한다.

특허문헌 1: 일본 특허 공고 소화63-004621호 공보

본 개시의 알루미늄 합금선은,

Si를 0 질량％ 이상 0.03 질량％ 이하,

Fe를 0.05 질량％ 이상 0.25 질량％ 이하,

Zr을 0.01 질량％ 이상 0.05 질량％ 이하 함유하고,

잔부가 Al 및 불순물로 구성되고,

선직경이 1.5 ㎜ 초과이다.

본 개시의 가공 송전선은,

상기 알루미늄 합금선을 복수 합쳐서 꼬아 이루어지는 연선부를 포함한다.

본 개시의 알루미늄 합금선의 제조 방법은,

Si를 0 질량％ 이상 0.03 질량％ 이하, Fe를 0.05 질량％ 이상 0.25 질량％ 이하, Zr을 0.01 질량％ 이상 0.05 질량％ 이하 함유하고, 잔부가 Al 및 불순물로 구성되는 알루미늄 합금을 주조하여 주조재를 제조하는 주조 공정과,

상기 주조재에 압연 가공 및 신선(伸線) 가공 중 적어도 한쪽을 포함하는 소성 가공을 실시하여, 선직경이 1.5 ㎜ 초과인 선재를 제조하는 가공 공정을 포함하고,

상기 주조 공정에서는 주조 시의 냉각 속도를 5℃/초 이상으로 한다.

도 1은 실시형태의 알루미늄 합금선을 구비하는 실시형태의 가공 송전선의 일례를 나타내는 개략 사시도이다.
도 2는 시험예 1에서 제작한 각 시료에 대해서, (5×Zr+Fe)와 내열성의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 시험예 1에서 제작한 각 시료에 대해서, (5×Zr+Fe+2×Si)와 도전율의 관계를 나타내는 그래프이다.

[본 개시가 해결하고자 하는 과제]

최근의 전력 사정을 감안하면, 송전 손실을 보다 저감하는 것이 요구된다. 송전 손실의 저감에는 가공 송전선이나 배전선의 전기 저항을 저하하는 것이 바람직하다. 상기 전기 저항의 저하에는 상기 가공 송전선이나 배전선 등에 구비하는 도체의 도전율을 보다 높이는 것이 바람직하다. 전술한 종래의 도전용 내열 알루미늄 합금선에서는, 도전율이 충분히 높다고는 할 수 없어, 도전율의 추가적인 향상이 요구된다.

한편, TACSR 등의 가공 송전선의 도체에 이용되는 알루미늄 합금선에는, 통전 시의 발열에 의해 고온이 된 경우에 강도가 저하하기 어려운 것, 즉 내열성이 우수한 것이 요구된다. 그러나, 내열성의 향상에 유효한 첨가 원소, 예컨대 Zr의 함유량을 증가하면, 도전율이 저하하기 쉬워, 높은 도전율과 우수한 내열성을 양립하는 것이 어렵다.

그래서, 높은 도전율과 우수한 내열성을 밸런스 좋게 구비하는 알루미늄 합금선을 제공하는 것을 목적의 하나로 한다. 또한, 낮은 전기 저항과 우수한 내열성을 밸런스 좋게 구비하는 가공 송전선을 제공하는 것을 별도의 목적의 하나로 한다. 또한, 높은 도전율과 우수한 내열성을 밸런스 좋게 구비하는 알루미늄 합금선을 제조할 수 있는 알루미늄 합금선의 제조 방법을 제공하는 것을 별도의 목적의 하나로 한다.

[본 개시의 효과]

상기 본 개시의 알루미늄 합금선은 높은 도전율과 우수한 내열성을 밸런스 좋게 구비한다. 상기 본 개시의 가공 송전선은 낮은 전기 저항과 우수한 내열성을 밸런스 좋게 구비한다.

상기 본 개시의 알루미늄 합금선의 제조 방법은, 높은 도전율과 우수한 내열성을 밸런스 좋게 구비하는 알루미늄 합금선을 제조할 수 있다.

[본원 발명의 실시형태의 설명]

본 발명자들은 Si를 어느 정도 함유하면, 구체적으로는 0.03 질량％ 초과, 더욱이 0.05 질량％ 이상 함유하면 강도를 높이기 쉽지만, Si는 Zr 및 Fe와 비교하여 내열성의 향상에 대한 기여가 낮다는 지견을 얻었다. 한편, Si를 충분히 저감하면 도전율을 향상시킬 수 있다는 지견을 얻었다. 또한, Si의 저감에 의해, Si와 Zr이나 Fe가 응고 시에 화합물을 형성하여 정출·석출하는 것을 막을 수 있고, Zr 및 Fe가 모상인 Al에 고용되기 쉬워지는 결과, 이들의 고용에 의해, 내열성이 우수한 데다가 강도도 우수하다고 하는 지견을 얻었다. 또한, Zr 및 Fe를 적절하게 고용할 수 있기 때문에, Zr 및 Fe의 함유량이 보다 적은 경우라도, 내열성 및 강도가 어느 정도 높은 데다가, Zr 및 Fe의 저감에 의해 도전율을 보다 높일 수 있다는 지견을 얻었다. 본원 발명은 상기 지견에 기초하는 것이다.

먼저 본원 발명의 실시양태를 열기하여 설명한다.

(1) 본원 발명의 일양태에 따른 알루미늄 합금선은,

Si를 0 질량％ 이상 0.03 질량％ 이하,

Fe를 0.05 질량％ 이상 0.25 질량％ 이하,

Zr을 0.01 질량％ 이상 0.05 질량％ 이하 함유하고,

잔부가 Al 및 불순물로 구성되고,

선직경이 1.5 ㎜ 초과이다.

상기 알루미늄 합금선(이하, Al 합금선이라고 부르는 경우가 있음)은 Zr 및 Fe를 특정 범위로 함유하며, Si의 함유량이 매우 적다. 그 때문에, Zr 및 Fe의 고용에 의한 내열성의 향상 효과를 양호하게 얻을 수 있어, 내열성이 우수하다. 또한, 상기 Al 합금선은 Si의 함유량이 매우 적기 때문에, Si 자체의 함유에 따른 도전율의 저하를 억제하여, Al이 높은 도전율을 유지하기 쉽다. Zr 및 Fe 중 적어도 한쪽의 함유량이 상기 범위에서 보다 적은 경우에는, 도전율을 보다 높게 할 수 있다. 이들로부터 상기 Al 합금선은 보다 높은 도전율을 가질 수 있다.

따라서, 상기 Al 합금선은 높은 도전율과 우수한 내열성을 밸런스 좋게 구비한다. 또한, 상기 Al 합금선은 Fe의 고용에 따른 강도의 향상 효과도 얻을 수 있어, 강도도 우수하다. 이러한 상기 Al 합금선은 선직경이 1.5 ㎜ 초과이며, 가공 송전선 등의 전선의 도체에 알맞은 크기를 갖기 때문에, 가공 송전선 등의 전선의 도체에 이용하면, 저저항이며 내열성도 우수한 가공 송전선 등을 구축할 수 있다. 상기 Al 합금선은 특히 내열성이 요구되는 TACSR의 소선 등에 적합하게 이용할 수 있다.

(2) 상기 알루미늄 합금선의 일례로서,

Zr의 함유량의 5배와, Fe의 함유량의 합(5×Zr+Fe)이 0.17 질량％ 이상인 형태를 들 수 있다.

상기 형태는 Zr과 Fe를 상기 특정 관계를 만족하는 범위로 함유하기 때문에, 고용에 의한 내열성의 향상 효과를 양호하게 얻을 수 있다. 따라서, 상기 형태는 높은 도전율과, 보다 우수한 내열성을 밸런스 좋게 구비한다.

(3) 상기 알루미늄 합금선의 일례로서,

Zr의 함유량의 5배와, Fe의 함유량과, Si의 함유량의 2배의 합(5×Zr+Fe+2×Si)이 0.34 질량％ 이하인 형태를 들 수 있다.

상기 형태는 Zr과 Fe와 Si를 상기 특정 관계를 만족하는 범위로 함유하기 때문에, 이들 원소의 과잉 함유에 의한 도전율의 저하를 억제하여, 높은 도전율을 가질 수 있다. 따라서, 상기 형태는 보다 높은 도전율과, 우수한 내열성을 밸런스 좋게 구비한다.

(4) 상기 알루미늄 합금선의 일례로서,

실온에서의 도전율이 61％IACS 이상인 형태를 들 수 있다. 상기 실온이란 20℃±15℃ 정도로 한다. 이하, 실온에 대해서 동일하게 한다.

상기 형태는 도전율이 60 TAI보다 높다. 따라서, 상기 형태는 보다 높은 도전율과, 우수한 내열성을 밸런스 좋게 구비한다.

(5) 상기 알루미늄 합금선의 일례로서,

230℃에서 1시간 가열 후의 인장 강도의 잔존율이 90％ 이상인 형태를 들 수 있다.

상기 형태는 고온 시라도 인장 강도의 저하가 적고, 높은 인장 강도를 유지할 수 있어, 내열성이 우수하다. 따라서, 상기 형태는 높은 도전율과, 보다 우수한 내열성을 밸런스 좋게 구비한다.

(6) 상기 알루미늄 합금선의 일례로서,

실온에서의 인장 강도가 내열 알루미늄 합금 전선 전기학회 전기규격 조사회 표준규격 JEC-3406에 있어서, 직경마다 규정되는 평균 인장 강도 이상인 형태를 들 수 있다.

상기 형태는 규격값과 동등 이상의 강도를 가져, 강도가 우수하다. 따라서, 상기 형태는 높은 도전율과 우수한 내열성을 밸런스 좋게 구비하는 데다가, 강도도 우수하다.

(7) 상기 알루미늄 합금선의 일례로서,

Si를 0.01 질량％ 이상 함유하는 형태를 들 수 있다.

상기 형태는 Si를 특정 범위로 포함하기 때문에, Si가 이 특정 범위를 만족하지 않는 경우보다 강도가 우수하다. 따라서, 상기 형태는 높은 도전율과 우수한 내열성을 밸런스 좋게 구비하는 데다가, 강도도 우수하다.

(8) 본원 발명의 일양태에 따른 가공 송전선은,

상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 알루미늄 합금선을 복수 합쳐서 꼬아 이루어지는 연선부를 포함한다.

상기 가공 송전선은 전술한 특정 조성으로 이루어지며, 높은 도전율과 우수한 내열성을 밸런스 좋게 갖는 상기 Al 합금선으로 이루어지는 연선부를 구비하기 때문에, 전기 저항이 낮은 데다가, 내열성도 우수하다. 이러한 상기 가공 송전선은 내열 가공 송전선으로서 적합하게 이용할 수 있다.

(9) 상기 가공 송전선의 일례로서,

강선을 포함하는 텐션 멤버와, 상기 텐션 멤버의 외주에 복수의 상기 알루미늄 합금선을 합쳐서 꼬아 이루어지는 상기 연선부를 구비하는 형태를 들 수 있다.

상기 형태는 텐션 멤버를 구비하고 있어, 고강도를 갖는 가공 송전선으로서 적합하게 이용할 수 있다.

(10) 텐션 멤버를 구비하는 상기 가공 송전선의 일례로서,

상기 텐션 멤버는 알루미늄 피복 강선 및 아연 도금 강선 중 적어도 한쪽을 포함하는 형태를 들 수 있다.

상기 형태는 알루미늄 합금선과 텐션 멤버를 이루는 강선 사이에 알루미늄 피복이나 아연 도금이 개재되어 있어, 알루미늄 합금선과 강선이 직접 접촉하지 않는다. 그 때문에, 갈바닉 부식에 의한 알루미늄 합금선의 부식 열화를 억제할 수 있다.

(11) 본원 발명의 일양태에 따른 알루미늄 합금선(Al 합금선)의 제조 방법은,

Si를 0 질량％ 이상 0.03 질량％ 이하, Fe를 0.05 질량％ 이상 0.25 질량％ 이하, Zr을 0.01 질량％ 이상 0.05 질량％ 이하 함유하고, 잔부가 Al 및 불순물로 구성되는 알루미늄 합금을 주조하여 주조재를 제조하는 주조 공정과,

상기 주조재에 압연 가공 및 신선 가공 중 적어도 한쪽을 포함하는 소성 가공을 실시하여, 선직경이 1.5 ㎜ 초과인 선재를 제조하는 가공 공정을 포함하고,

상기 주조 공정에서는 주조 시의 냉각 속도를 5℃/초 이상으로 한다.

상기 Al 합금선의 제조 방법은, 이하의 이유에 의해, 높은 도전율과 우수한 내열성을 밸런스 좋게 구비하는 Al 합금선을 생산성 좋게 제조할 수 있다.

(내열성)

Zr 및 Fe를 특정 범위로 함유하며, 주조 시의 냉각 속도를 특정 크기로 하여 급냉하기 때문에, 양 원소를 양호하게 고용할 수 있다. 특히, Si의 함유량을 매우 적게 하기 때문에, Zr 및 Fe가 모상에 고용하기 쉬운 것으로부터도, Zr 및 Fe를 충분히 고용할 수 있다. 또한, 시효 처리 등의 열 처리를 행하지 않음으로써, Zr 및 Fe가 고용한 Al 합금선을 얻기 쉽다. 또한, 급냉에 의해 미세한 결정 조직의 주조재로 하기 쉬워, 최종적으로도 미세한 결정 조직을 갖는 Al 합금선을 얻기 쉽다. 이러한 Al 합금선은 정성적으로는 고온 시에 인장 강도 등의 강도의 저하가 적어, 내열성이 우수한 선재이기 때문이다.

(도전성)

Si의 함유량이 매우 적기 때문에, Si 자체의 함유에 의한 도전율의 저하를 억제할 수 있기 때문이다. 전술한 바와 같이 Zr 및 Fe의 함유량을 보다 저감한 경우에는, 도전율의 저하를 보다 억제하기 쉽기 때문이다.

(생산성)

시효 처리 등의 열 처리를 별도 행하는 일없이, 내열성 및 도전성이 우수한 상기 Al 합금선을 제조할 수 있기 때문이다.

(12) 상기 알루미늄 합금선의 제조 방법의 일례로서,

상기 가공 공정에서는 냉간 가공을 포함하고, 상기 냉간 가공 개시 시의 소재의 선직경을 8 ㎜ 이상 15 ㎜ 이하로 하는 형태를 들 수 있다.

상기 형태는 냉간 가공에 제공하는 소재를 상기 특정 선직경을 갖는 소재로 함으로써, 이 소재로부터 정해진 최종 선직경을 갖는 선재를 제조하기까지의 냉간 가공의 가공도를 적절하게 확보할 수 있어, 가공 경화에 의한 강도 향상 효과를 얻기 쉽다. 따라서, 상기 형태는 높은 도전율과 우수한 내열성을 밸런스 좋게 구비하여, 고강도인 Al 합금선을 제조할 수 있다.

[본원 발명의 실시형태의 상세]

이하, 본원 발명의 실시형태를 구체적으로 설명한다. 원소의 함유량은 별도 설명이 없는 한 질량％를 나타낸다.

[알루미늄 합금선]

(조성)

실시형태의 알루미늄 합금선(Al 합금선)은 전선 등의 도체에 알맞은 선재이며, Zr 및 Fe를 필수 원소로 하고, 적절하게 Si를 포함하는 특정 조성의 알루미늄 합금(Al 합금)으로 구성되는 것을 특징의 하나로 한다. 상기 Al 합금은 Si를 0％ 이상 0.03％ 이하, Fe를 0.05％ 이상 0.25％ 이하, Zr을 0.01％ 이상 0.05％ 이하 함유하고, 잔부가 Al 및 불순물로 구성되는 내열성 Al 합금이다. 상기 불순물이란 불가피한 것을 말한다. 먼저, 각 첨가 원소를 상세하게 설명한다.

·Fe

Al 합금 중의 Fe는 주로 모상인 Al에 고용되어 고용 강화 원소로서 기능한다. Fe의 고용에 의해 실온에서의 인장 강도라고 하는 강도를 높일 수 있다. 또한, Fe의 고용에 의해 고온 시에 인장 강도가 저하하기 어려워, 내열성의 향상에 기여한다. Fe의 일부가 Al과의 화합물(Al₃Fe, Al₆Fe 등의 석출물)로서 존재하는 것을 허용한다. 이 Fe를 포함하는 석출물은 석출 강화에 기여한다고 생각되기 때문이다.

Fe를 0.05％ 이상 함유하면, 고용에 의한 강도의 향상 효과, 내열성의 향상 효과를 얻기 쉬워, 고강도이며 내열성이 우수한 Al 합금선으로 할 수 있다. Fe의 함유량이 많을수록, 강도나 내열성이 우수한 경향이 있어, 고강도화나 내열성의 향상 등이 요구되는 경우에는, Fe의 함유량을 0.08％ 이상, 더욱 0.09％ 이상, 0.1％ 이상으로 할 수 있다.

Fe를 0.25％ 이하의 범위로 함유하면, 고용한 Fe나 Fe를 포함하는 화합물에 의한 도전율의 저하를 억제하기 쉬워, 도전율이 높은 Al 합금선으로 할 수 있다. 고도전성 등이 요구되는 경우에는, Fe의 함유량을 0.2％ 이하, 더욱이 0.15％ 이하로 할 수 있다.

·Zr

Zr은 특히 내열성의 향상에 기여한다. 자세히는, Zr은 주로 모상인 Al에 고용되어 존재하며, 고온 시의 강도의 저하를 억제하여 고온 시라도 높은 강도를 유지하는 것에 기여한다.

Zr을 0.01％ 이상 함유하면, 전술한 내열성의 향상에 양호하게 기여하여, 내열성이 우수한 Al 합금선으로 할 수 있다. Zr의 함유량이 많을수록, 내열성이 우수한 경향이 있고, 내열성의 추가적인 향상 등을 요구하는 경우에는, Zr의 함유량을 0.015％ 이상, 더욱 0.017％ 이상, 0.02％ 이상으로 할 수 있다.

Zr을 0.05％ 이하의 범위로 함유하면, Zr의 고용량의 증대에 따른 도전율의 저하를 억제하여, 도전율이 높은 Al 합금선으로 할 수 있다. 고도전율 등이 요구되는 경우에는, Zr의 함유량을 0.04％ 이하, 더욱이 0.03％ 이하로 할 수 있다.

·Zr과 Fe의 관계

Zr 및 Fe의 함유량이 전술한 특정 범위를 만족하는 것에 더하여, 양 원소가 특정 관계를 만족하면, 내열성이 우수하여 바람직하다. 구체적으로는, Zr의 함유량의 5배와, Fe의 함유량의 합을 (5×Zr+Fe)로 할 때, 이 합(5×Zr+Fe)이 질량 비율로 0.17％ 이상을 만족하는 것이 바람직하다. 이 합(5×Zr+Fe)은 특허문헌 1에 기초하는 것이다.

상기 합(5×Zr+Fe)이 0.17％ 이상이면, Zr 및 Fe가 모상에 양호하게 고용될 수 있어, 내열성이 우수한 Al 합금선, 대표적으로는 후술하는 인장 강도의 잔존율이 90％ 이상인 Al 합금선으로 할 수 있다. 상기 합(5×Zr+Fe)이 클수록, 내열성이 보다 우수한 경향이 있다. 내열성의 추가적인 향상 등이 요구되는 경우에는, 상기 합(5×Zr+Fe)을 0.18％ 이상, 더욱이 0.182％ 이상, 0.19％ 이상, 0.20％ 이상으로 할 수 있다.

·Si

실시형태의 Al 합금선을 구성하는 Al 합금은, 도전율의 추가적인 향상의 관점에서, Si의 함유량이 0％이며, Si를 포함하지 않는 형태로 할 수 있다. Si는 Zr 및 Fe와 비교하여, 내열성의 향상 효과가 높지 않다. 반대로, Si를 포함하지 않는 경우, Zr 및 Fe가 Si와 화합물을 형성하는 것에 소비되지 않아, 모상의 Al에 충분히 고용될 수 있기 때문에, Zr 및 Fe의 고용에 의한 강도의 향상 효과, 내열성의 향상 효과를 양호하게 얻을 수 있다고 생각된다. 따라서, Si를 포함하지 않는 형태는 높은 도전율과 우수한 내열성을 밸런스 좋게 구비할 수 있다.

한편으로, 현재 상태의 정련 기술 등에 의해 Si를 제거하면, 매우 시간이 걸린다. 그 때문에, 비용의 증대도 초래하기 쉽다. 공업적 양산을 고려하면, Si를 함유하는 것, 즉 Si의 함유량이 0％ 초과인 형태가 이용하기 쉽다. 또한, Si를 함유하면, 인장 강도라고 하는 강도의 향상을 바랄 수 있다.

Si를 0.01％ 이상 함유하면, Si의 고용에 의한 강도의 향상 효과를 얻기 쉬운 데다가, Si의 함유량을 조정하기 쉬워, 제조성이 우수하다. Si의 함유량이 많을수록, 강도를 향상하기 쉬워, 함유량의 조정도 용이하다. 고강도화, 양호한 제조성 등이 요구되는 경우에는, Si의 함유량을 0.012％ 이상, 더욱 0.013％ 이상, 0.015％ 이상으로 할 수 있다.

Si를 함유하는 경우에 Si의 함유량이 0.03％ 이하이면, 전술한 바와 같이 도전율의 저하를 억제하거나, Si와 Zr이나 Fe의 화합물의 형성에 의한 Zr이나 Fe의 소비를 저감하거나(Zr이나 Fe의 고용 저해를 억제하거나) 하기 쉬워, 도전율이 높고, 내열성이 우수한 Al 합금선으로 하기 쉽다. 고도전성, 고내열성 등이 요구되는 경우에는, Si의 함유량을 0.03％ 미만, 더욱이 0.025％ 미만, 0.024％ 미만, 0.023％ 미만으로 할 수 있고, 0.020％ 이하가 보다 바람직하다.

·Zr과 Fe와 Si의 관계

Si를 상기 범위로 포함하는 경우(0％ 초과의 경우), Zr, Fe, Si의 함유량이 전술한 특정 범위를 만족하는 것에 더하여, 이들 3가지 원소가 특정 관계를 만족하면, 높은 도전율을 갖기 쉬워 바람직하다. 구체적으로는, Zr의 함유량의 5배와, Fe의 함유량과, Si의 함유량의 2배의 합을 (5×Zr+Fe+2×Si)로 할 때, 이 합(5×Zr+Fe+2×Si)이 질량 비율로 0.34％ 이하를 만족하는 것이 바람직하다. 이 합이 요구하는 방법은 후술한다.

상기 합(5×Zr+Fe+2×Si)이 0.34％ 이하이면, Zr 및 Fe의 고용량의 증대를 억제하며, Si의 함유에 따른 도전율의 저하를 억제하여, 도전율이 높은 Al 합금선으로 할 수 있다. 고도전율 등이 요구되는 경우에는, 상기 합(5×Zr+Fe+2×Si)을 0.33％ 이하, 더욱이 0.31％ 이하, 0.30％ 이하로 할 수 있다.

·조직

실시형태의 Al 합금선을 구성하는 Al 합금의 조직으로서, Fe 및 Zr이 주로서 고용되는 조직을 들 수 있다. 또한, 상기 Al 합금의 조직으로서, 미세한 결정 조직을 들 수 있다. 후술하는 바와 같이 주조 시에 특정 속도로 급냉함으로써 미세한 결정 조직을 갖는 주조재가 얻어진다. 이 주조재에 압연 가공이나 신선 가공 등의 소성 가공을 실시하여 Al 합금선을 제조함으로써, Al 합금선은 미세한 결정 조직을 갖기 쉽다. Fe의 일부와 Al을 포함하는 석출물이 균일적으로 분산되어 존재하는 것을 허용한다.

(특성)

·내열성

실시형태의 Al 합금선은 내열성이 우수하다. 정량적으로는, 230℃에서 1시간 가열 후의 인장 강도의 잔존율이 90％ 이상인 형태를 들 수 있다. 상기 잔존율은 [상기 가열 후의 인장 강도/실온에서의 인장 강도]×100(％)으로 한다. 상기 잔존율이 클수록, 고온 시의 강도의 저하가 적어 내열성이 우수하기 때문에, 91％ 이상, 더욱 92％ 이상, 93％ 이상이 보다 바람직하다.

·강도

실시형태의 Al 합금선은 강도가 높다. 정량적으로는, 실온에서의 인장 강도가 내열 알루미늄 합금 전선 전기학회 전기규격 조사회 표준규격 JEC-3406에 있어서, 직경마다 규정되는 평균의 인장 강도 이상인 형태를 들 수 있다. 구체적으로는, 이하를 들 수 있다.

선직경 2.6 ㎜ 이상 3.2 ㎜ 미만일 때; 179 ㎫ 이상

선직경 3.2 ㎜ 이상 3.7 ㎜ 미만일 때; 172 ㎫ 이상

선직경 3.7 ㎜ 이상 4.0 ㎜ 미만일 때; 169 ㎫ 이상

선직경 4.0 ㎜ 이상 5.0 ㎜ 이하일 때; 165 ㎫ 이상

상기 평균 인장 강도가 높을수록, 고온 시에 강도가 저하하여도, 잔존하는 인장 강도가 높아지기 쉽다. 고강도 등이 요구되는 경우에는, Al 합금선의 인장 강도를, 상기 평균 인장 강도 +3 ㎫ 이상, 상기 평균 인장 강도+5 ㎫ 이상으로 할 수 있다.

·도전율

실시형태의 Al 합금선은 도전성이 우수하다. 정량적으로는, 실온에서의 도전율이 61％IACS 이상을 만족하는 형태를 들 수 있다. 상기 도전율이 높을수록, 전기 저항이 낮아지기 쉬워, 송전 손실을 저감할 수 있어 바람직하기 때문에, 상기 도전율을 61.1％IACS 이상, 더욱이 61.2％IACS 이상, 61.3％IACS 이상으로 할 수 있다.

내열성(전술한 인장 강도의 잔존율), 인장 강도, 도전율 등은 조성이나 제조 조건을 조정함으로써 정해진 크기로 할 수 있다. 예컨대, 첨가 원소를 많게 하면, 내열성이나 인장 강도가 높아, 도전율이 낮아지는 경향이 있고, 첨가 원소를 적게 하면, 도전율이 높아, 내열성이나 인장 강도가 낮아지는 경향이 있다. 예컨대, 주조 시의 냉각 속도를 크게 하면(빨리 하면), 내열성이나 인장 강도가 높아지는 경향이 있다. 예컨대, 가공도를 크게 하면 인장 강도가 높아지는 경향이 있다.

(크기)

실시형태의 Al 합금선은 대표적으로는, 제조 과정에서 신선 가공도[감면율(減面率)] 등의 가공도를 조정함으로써, 여러 가지의 선직경으로 할 수 있다. 용도(후술)에 따라, 선직경(단면적)을 적절하게 선택할 수 있다. 특히, 실시형태의 Al 합금선의 선직경을 1.5 ㎜ 초과로 함으로써, TACSR 등의 내열 가공 송전선의 도체에 알맞다. TACSR의 규격 선직경은 예컨대 2.3 ㎜ 이상 5.0 ㎜ 이하를 들 수 있다. 또한, 실시형태의 Al 합금선의 대표적인 형상으로서는, 횡단면 형상이 원형인 환선(丸線)을 들 수 있다.

(용도)

실시형태의 Al 합금선은 전선, 특히 가공 송전선 등의 나전선, 배전선 등의 피복 전선이라고 하는 전력 공급에 이용되는 전선의 도체에 이용할 수 있다. 실시형태의 Al 합금선은 전술한 바와 같이 도전성 및 내열성의 쌍방이 우수하기 때문에, 내열성이 요구되는 용도의 전선, 대표적으로는 TACSR 등이라고 하는 내열 가공 송전선의 소선에 적합하게 이용할 수 있다.

[가공 송전선]

실시형태의 가공 송전선(1)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 실시형태의 Al 합금선(12)을 복수 합쳐서 꼬아 이루어지는 연선부(2)을 구비한다. 가공 송전선(1)은 대표적으로는, 복수의 소선[도 1에서는 Al 합금선(12) 및 후술하는 강선(13)]이 동심 꼬임에 의해 이루어지는 동심 연선을 들 수 있다. 가공 송전선(1)의 일례로서, 소선이 전부 Al 합금선(12)인 동심 연선을 들 수 있다. 가공 송전선(1)의 별도예로서, 도 1에 나타내는 바와 같이, 그 중심부에 텐션 멤버(3)를 구비하고, 텐션 멤버(3)의 외주에 복수의 Al 합금선(12)을 합쳐서 꼬아 이루어지는 연선부(2)를 구비하는 동심 연선을 들 수 있다. 텐션 멤버(3)를 이루는 소선은, 나강선(裸鋼線), 알루미늄 피복 강선 및 아연 도금 강선 중 적어도 1종의 강선(13)을 포함하는 것을 들 수 있다. 연선부(2)를 이루는 Al 합금선(12)의 선직경(1.5 ㎜ 초과)이나 소선수, 텐션 멤버(3)를 이루는 강선(13) 등의 소선의 선직경이나 소선수 등은, 정해진 도체 단면적, 인장 하중 등을 갖도록 적절하게 선택할 수 있다.

텐션 멤버(3)를 구비하지 않은 경우에는, 전선의 외직경 또는 단면적을 일정하게 하면, 텐션 멤버(3)를 구비하는 경우와 비교하여, 도체 단면적을 크게 확보할 수 있다. 텐션 멤버(3)를 구비하는 경우에는, 텐션 멤버(3)를 구비하지 않은 경우와 비교하여, 인장 하중이 크기 때문에, 가선 시의 장력을 높일 수 있다. 가선 시의 장력을 높일 수 있음으로써, 전선의 이도(이완)를 작게 할 수 있다. 이도를 작게 할 수 있기 때문에, 전선과 지면, 지면에 세워진 임의의 건조물의 격리 거리를 크게 확보할 수 있다. 텐션 멤버(3)가 알루미늄 피복 강선 및 아연 도금 강선 중 적어도 한쪽을 포함하는 경우에는, Al 합금선(12)과 강선 사이에, 알루미늄 피복이나 아연 도금이 개재되기 때문에, 갈바닉 부식에 의한 Al 합금선(12)의 부식 열화를 억제할 수 있다.

실시형태의 가공 송전선(1)은 송전 선로에 이용할 수 있다. 특히, 실시형태의 가공 송전선(1)은 전술한 바와 같이 전기 저항이 낮고, 내열성도 우수하기 때문에, 내열성이 우수한 것이 요구되는 가공 송전 선로에 적합하게 이용할 수 있다.

[주된 효과]

실시형태의 Al 합금선은 특정 조성의 Al 합금으로 구성되기 때문에, 종래보다 높은 도전율을 가지면서, 종래와 동등 정도 이상의 내열성을 가질 수 있어, 높은 도전율과 우수한 내열성을 밸런스 좋게 구비한다. 이 효과를 시험예 1에서 구체적으로 설명한다.

실시형태의 가공 송전선(1)은 높은 도전율과 우수한 내열성을 밸런스 좋게 구비하는 Al 합금선(12)을 구비하기 때문에, 전기 저항이 낮은 데다가 내열성도 우수하여, 낮은 전기 저항과 우수한 내열성을 밸런스 좋게 구비한다. 이 효과를 시험예 2에서 구체적으로 설명한다.

[알루미늄 합금선의 제조 방법]

실시형태의 Al 합금선은 예컨대 이하의 주조 공정과, 가공 공정을 포함하는 실시형태의 알루미늄 합금선(Al 합금선)의 제조 방법에 따라 제조할 수 있다. 이 제조 방법의 개요를 서술하면, 전술한 특정 조성의 Al 합금을 주조한 후, 주조재에 소성 가공을 실시하여 선재를 형성한다. 특히, 주조 시의 냉각 속도를 특정 범위의 급냉으로 한다. 또한, 실시형태의 Al 합금선의 제조 방법은, 주조 이후, 시효 처리라고 하는 열 처리를 별도 실시하는 일없이, 고도전율로 내열성도 우수한 실시형태의 Al 합금선을 제조할 수 있어, 제조성도 우수하다.

(주조 공정) Si를 0％ 이상 0.03％ 이하, Fe를 0.05％ 이상 0.25％ 이하, Zr을 0.01％ 이상 0.05％ 이하 함유하고, 잔부가 Al 및 불순물로 구성되는 알루미늄 합금을 주조하여 주조재를 제조한다.

(가공 공정) 상기 주조재에 압연 가공 및 신선 가공 중 적어도 한쪽을 포함하는 소성 가공을 실시하여, 선직경이 1.5 ㎜ 초과인 선재를 제조한다.

주조 공정에서는 주조 시의 냉각 속도를 5℃/초 이상으로 한다.

이하, 공정마다 설명한다.

(주조 공정)

이 공정에서는 원료를 준비하여, 특정 조성의 Al 합금의 용탕을 제작하고, 이 용탕을 주조에 제공한다. 특히, 이 주조 시에 Zr과 Fe를 Al에 고용시켜 과포화 고용체를 형성하기 위해, Si량을 조정하며, 냉각 속도를 전술한 바와 같이 크게 한다.

원료는, 예컨대 전기용 알루미늄 지금(이하, Al 지금이라고 부름)과, Al과 첨가 원소를 포함하는 모합금 및 첨가 원소 단체(單體) 중 적어도 한쪽을 들 수 있다. 특히, Al 지금으로서, 불순물량이 매우 적고, Al 순도가 높은 것, 예컨대 Al의 함유량이 99.65％ 초과, 더욱 99.9％ 이상, 99.92％ 이상인 것 등을 이용하면, Zr이나 Fe, Si의 함유량을 고정밀도로 조정하기 쉬워, 양산에 알맞다. Al 순도가 어느 정도 낮은 Al 지금을 이용하는 경우에는, 적절하게, 정련 등을 행하면, 전술한 각 첨가 원소의 함유량을 정밀도 좋게 조정할 수 있지만, 시간이 걸리는 등 양산의 점에서 뒤떨어지는 경우가 있다.

주조 시의 냉각 속도(여기서는, 탕온으로부터 적어도 400℃ 정도까지의 냉각 속도)를 5℃/초 이상의 급냉으로 함으로써, 첨가 원소의 고용 비율(특히 Fe)을 많게 할 수 있다. 그 결과, Zr, Fe의 함유량이 전술한 범위라도, 또한 전술한 범위에서 보다 적게 하여도, Zr 및 Fe의 고용에 의한 내열성의 향상 효과, 강도의 향상 효과를 양호하게 얻을 수 있다. 상기 냉각 속도가 클수록(빠를수록), 고용 상태를 유지하기 쉽다. 그 때문에, 냉각 속도는 6℃/초 이상, 더욱이 6.5℃/초 이상, 7℃/sec 이상이 바람직하다. 냉각 속도를 전술한 바와 같이 조정하면, 주조 방법은 특별히 따지지 않는다. 양산하는 경우에는, 연속 주조법을 적합하게 이용할 수 있다. 연속 주조법은 벨트 앤드 휠법 등의 가동 주형을 이용하는 방법, 고정 주형을 이용하는 방법 등 각종 방법을 이용할 수 있다.

또한, 상기 냉각 속도가 클수록, 미세한 결정 조직을 갖는 주조재가 얻어진다. 이러한 주조재를 가공 공정에 제공하면, 얻어진 선재도 미세한 결정 조직을 갖기 쉽다.

(가공 공정)

이 공정은 전술한 바와 같이 첨가 원소를 충분히 고용한 주조재에 소성 가공을 실시하여, 정해진 선직경의 선재를 제조한다. 특히, 실시형태의 Al 합금선의 제조 방법에서는, 이 가공 전, 가공 중, 가공 후 중 어느 때에도 시효 처리를 행하지 않기 때문에, 고용 상태를 유지하기 쉬워, 가공 경화에 의한 강도의 향상 효과를 얻기 쉽다. 또한, 첨가 원소의 함유량이 특정 범위이기 때문에, 첨가 원소의 고용에 따른 도전율의 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 도전율, 내열성, 강도가 우수한 Al 합금선을 생산성 좋게 제조할 수 있다. 또한, Si의 함유량이 적음으로써, 또한 Zr 및 Fe의 함유량도 적게 함으로써, 조대한 화합물을 형성하기 어려워, 조대한 화합물 입자에 기인하는 단선 등도 저감하기 쉬워, 상기 Al 합금선을 생산성 좋게 제조할 수 있다.

가공 공정에서 행하는 소성 가공은 압연 가공 및 신선 가공 중 적어도 한쪽을 포함한다. 또한, 이 소성 가공은 열간 가공 및 냉간 가공 중 적어도 한쪽을 포함하는 것을 들 수 있다. 연속 주조법을 이용하는 경우, 예컨대 연속 주조재에 압연 가공, 신선 가공을 순서로 실시하고, 이 압연 가공을 열간 가공, 신선 가공을 냉간 가공으로 하는 것을 들 수 있다. 연속 주조에 연속하여 열간 가공을 행하면, 주조재에 잔존하는 열을 이용하여 고용 상태를 유지하기 쉬워, 재가열 설비가 불필요하며, 제조성도 우수하다. 예컨대, 벨트 앤드 휠식의 연속 주조기에 압연기가 병설된, 연속 주조 압연 장치를 이용하는 것을 들 수 있다.

열간 압연을 행하는 경우, 압연 온도가 높을수록 가공성이 우수하지만, 고용 원소가 석출되기 쉬워져, 내열성의 저하 등을 초래하기 쉽다. 상기 압연 온도가 낮을수록, 고용 상태를 유지하기 쉬운 데다가, 가공 변형량을 크게 할 수 있어, 강도를 높이기 쉽다. 고내열성이나 고강도 등을 요구하는 경우에는, 예컨대 압연 개시 온도를 250℃ 이상 550℃ 이하 정도로 하는 것을 들 수 있다. 연속 주조 이외의 주조법을 이용하는 경우나, 열간 가공 이외의 가공은, 냉간 가공으로 하면, 고용 상태를 유지하기 쉬운 데다가, 가공 변형량을 크게 할 수 있어, 강도를 높이기 쉽다.

신선 가공을 실시하는 경우, 주조재나 전술한 압연 가공이 실시된 압연재 등에 정해진 최종 선직경이 될 때까지, 1패스 이상의 신선 가공을 실시한다. 이 신선 가공은, 냉간 가공으로 할 수 있다. 최종 선직경에 따라, 패스수, 1패스당의 가공도, 총 가공도 등을 선택하면 좋다. 얻어진 최종 선직경을 갖는 선재(신선재 등)가 전술한 실시형태의 Al 합금선이 된다.

가공 공정에서의 가공도(감면율), 특히 냉간 가공을 포함하는 경우에 냉간 가공의 가공도가 클수록, 가공 변형량을 크게 할 수 있어, 강도를 높이기 쉽다. 한편, 가공도의 증대에 따라, 가공 변형에 따른 도전율의 저하, 고용 원소의 석출에 따른 내열성의 저하를 초래하기 쉽다. 예컨대, 냉간 가공에 제공하는 소재(예, 열간 가공재 등)로, 정해진 최종 선직경(여기서는 1.5 ㎜ 초과)을 갖는 선재를 제조하는 경우에, 냉간 가공 개시 시의 선직경을 8 ㎜ 이상 15 ㎜ 이하로 하는 것을 들 수 있다. 이 경우, 냉간 가공의 가공도를 적절하게 확보하여, 가공 경화에 의한 강도 향상 효과를 양호하게 얻으면서, 높은 도전율과 우수한 내열성을 밸런스 좋게 구비하는 Al 합금선을 제조할 수 있다. 냉간 가공 개시 시의 선직경은 최종 선직경에 따라, 9 ㎜ 이상, 더욱이 10 ㎜ 이상으로 하거나, 14 ㎜ 이하, 더욱 13 ㎜ 이하로 하거나 할 수 있다.

실시형태의 알루미늄 합금선의 제조 방법은 전술한 전선의 도체를 구성하는 알루미늄 합금선의 제조에 이용할 수 있다.

[시험예 1]

여러 가지의 조성의 알루미늄 합금선을 이하와 같이 하여 제작하여, 특성을 조사하였다.

원료로서, Al 지금(99.9 질량％ 이상 Al)과, 모합금(Zr을 포함하는 Al 합금, Fe를 포함하는 Al 합금, Si를 포함하는 Al 합금)을 준비하여 용해하여, Al 합금의 용탕을 제작하였다. Al 합금의 조성(잔부는 Al 및 불가피 불순물)을 표 1에 나타낸다.

얻어진 용탕을 연속 주조하여 주조재(여기서는 3600 ㎟)를 제작하였다. 연속 주조 시의 냉각 속도(℃/초)를 표 1에 나타낸다. 시료 No.1-14, No.1-105, No.1-106은 다른 시료와 비교하여, 냉각수량이 적어지도록 조정함으로써 냉각 속도를 작게 하였다. 이 시험에서는, 벨트 앤드 휠식의 연속 주조 압연 장치를 이용하여, 얻어진 주조재에 연속하여 압연 가공(열간 압연을 포함함)을 실시하여, 연속 주조 압연재(여기서는 φ 9.5 ㎜)를 제작하였다. 얻어진 연속 주조 압연재에 신선 가공(냉간, 감면율 95.6％ 또는 88.7％ 또는 72.3％)을 실시하여, 표 1에 나타내는 최종 선직경(2.0 ㎜ 또는 3.2 ㎜ 또는 5.0 ㎜)의 신선재를 얻었다.

얻어진 신선재에 대해서, 도전율(％IACS), 실온에서의 인장 강도(㎫), 내열성(％)을 조사하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

도전율은 직류 4단자법으로 측정하였다. 여기서는, 시판의 전기 저항 측정 장치를 이용하였다. 측정은 실온(여기서는 20℃ 정도)에서 행하고, 표점 거리(GL)를 500 ㎜로 하였다.

인장 강도는 JIS Z 2241(금속 재료 인장 시험 방법, 1998년)에 준거하여, 범용의 인장 시험기를 이용하여 측정하였다. 측정은 실온(여기서는 20℃ 정도)에서 행하고, 표점 거리(GL)를 100 ㎜로 하였다.

내열성은 이하의 인장 강도의 잔존율(％)에 의해 평가하였다.

여기서는, 각 시료의 신선재를 전기로를 이용하여 230±1℃까지 승온하여(승온에 걸리는 시간은 20분 이내로 함), 230℃에서 1시간 유지한 후, 실온(여기서는 20℃ 정도)까지 냉각하고, 전술한 실온에서의 인장 강도의 측정 방법과 동일하게 하여, 이 가열 후의 인장 강도를 측정하였다. 그리고, [상기 가열 후의 인장 강도/실온에서의 인장 강도]×100(％)을 잔존율로 하였다. 이 잔존율이 클수록, 내열성이 우수하다.

표 1에 나타내는 바와 같이 시료 No.1-1∼No.1-14는 모두, 시료 No.1-101, No.1-102와 비교하여, 높은 도전율과 우수한 내열성을 밸런스 좋게 구비하는 것을 알 수 있다. 정량적으로는, 시료 No.1-1∼No.1-14는 모두, 도전율이 61％IACS 이상 또한 내열성이 90％ 이상을 만족한다. 시료 No.1-1∼No.1-14 중, 대부분의 시료는 도전율이 61％IACS 이상 또한 내열성이 90.2％ 이상을 만족하고, 90.5％ 이상, 더욱이 91.5％ 이상의 시료도 많다. 또한, 시료 No.1-1∼No.1-14는 모두, 실온에서의 강도도 우수한 것을 알 수 있다. 정량적으로는, 시료 No.1-1∼No.1-14는 모두, 내열 알루미늄 합금 전선 전기학회 전기규격 조사회 표준규격 JEC-3406에 규정되는 평균값(예컨대, 선직경 3.2 ㎜의 시료에서는 172 ㎫)과 동등 이상의 강도를 가지고, 평균값+5 ㎫ 이상의 시료, 더욱 평균값+10 ㎫ 이상의 시료도 있다.

상기 결과가 얻어진 이유의 하나로서, 시료 No.1-1∼No.1-14는 Zr 및 Fe의 함유량이 전술한 특정 범위이며, Si의 함유량이 0.03 질량％ 이하, 여기서는 0.025 질량％ 미만, 더욱이 0.024 질량％ 이하, 대부분의 시료가 0.023 질량％ 미만인 것을 들 수 있다.

또한, 이 시험으로부터, Si의 함유량이 0.03 질량％ 이하인 경우에, Fe 및 Zr을 특정 관계를 만족하는 범위로 함유하면, 내열성이 우수한 것을 알 수 있다. 도 2는 시료 No.1-1∼No.1-11과, 시료 No.1-101∼No.1-104에 대해서, 합(5×Zr+Fe)과 내열성의 관계를 나타내는 그래프이다. 횡축은 Zr의 함유량의 5배와, Fe의 함유량의 합(5×Zr+Fe)(질량％), 좌측 종축이 내열성(％)을 나타낸다. 시료 No.1-1∼No.1-11 및 시료 No.1-101∼No.1-104는 주조 시의 냉각 속도가 대략 같고, 선직경이 동일하며, 제조 조건이 실질적으로 같은 시료이다.

도 2의 그래프에 나타내는 바와 같이, 시료 No.1-1∼No.1-11의 합(5×Zr+Fe)은 0.148 질량％ 초과의 범위, 특히 파선으로 나타내는 바와 같이 0.17 질량％ 이상의 범위에 존재하는 것을 알 수 있다. 따라서, 우수한 내열성(90％ 이상)을 갖기 위해서는, Zr, Fe, Si의 함유량이 특정 범위를 만족하며, 합(5×Zr+Fe)이 0.17 질량％ 이상을 만족하는 것이 바람직한 것이 나타났다.

또한, 이 시험으로부터, Si의 함유량이 0.03 질량％ 이하인 경우에, Fe, Zr, Si를 특정 관계를 만족하는 범위로 함유하면, 도전성이 우수한 것을 알 수 있다. 도 3은 시료 No.1-1∼No.1-11, 시료 No.1-101∼No.1-104에 대해서, 합(5×Zr+Fe+2×Si)과 도전율의 관계를 나타내는 그래프이다. 횡축은 Zr의 함유량의 5배와, Fe의 함유량과, Si의 함유량의 2배의 합(5×Zr+Fe+2×Si)(질량％), 좌측 종축이 도전율(％IACS)을 나타낸다.

합(5×Zr+Fe+2×Si)은 도 2에 나타내는 합(5×Zr+Fe)을 기본으로 하여, 대입법에 의해 구하였다. 구체적으로는 Si의 계수를 α로 할 때의 합(5×Zr+Fe+α×Si)을 가정하고, α를 0.5마다 대입하여 도전율과의 관계를 구하여, 높은 도전율(61％IACS 이상)이 얻어지는 값을 구하였다.

도 3의 그래프에 나타내는 바와 같이, 시료 No.1-1∼No.1-11의 합(5×Zr+Fe+2×Si)은 0.381 질량％ 미만의 범위, 특히 파선으로 나타내는 바와 같이 0.34 질량％ 이하의 범위에 존재하는 것을 알 수 있다. 따라서, 높은 도전율(61％IACS 이상)을 갖기 위해서는, Zr, Fe, Si의 함유량이 특정 범위를 만족하며, 합(5×Zr+Fe+2×Si)이 0.34 질량％ 이하를 만족하는 것이 바람직한 것이 나타났다.

동일 조성이며, 주조 시의 냉각 속도가 상이한 시료 No.1-11, No.1-14와, 시료 No.1-105, No.1-106을 비교한다. 이들 비교로부터, 전술한 바와 같은 높은 도전율과 우수한 내열성을 밸런스 좋게 구비하는 알루미늄 합금선은, Al 합금을 전술한 특정 조성으로 하며, 주조 시의 냉각 속도를 보다 크게 함으로써 제조할 수 있는 것을 알 수 있다. 정량적으로는 상기 냉각 속도는 5℃/초 이상, 더욱이 7℃/초 이상이 바람직하다고 할 수 있다.

동일 조성이며, 가공도가 상이한 시료 No.1-11∼No.1-13에 주목한다. 이들 시료로부터, 특히 냉간 가공의 가공도(최종 선직경)를 상이하게 한 경우라도, 높은 도전율과 우수한 내열성을 밸런스 좋게 구비하는 알루미늄 합금선을 제조할 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 이들 시료로부터, 신선 가공도가 클수록(선직경이 작을수록) 강도가 우수하고, 신선 가공도가 작을수록(선직경이 클수록) 내열성이 우수한 경향이 있는 것을 알 수 있다.

그 외에, 이 시험으로부터, 내열성에 관해서 이하의 것을 말할 수 있다.

(1) Zr을 0.019 질량％ 이상, 또한 Fe를 0.11 질량％ 이상 포함하면, 내열성이 93％ 이상이며, 내열성이 보다 우수하다(시료 No.1-1∼No.1-3, No.1-6, No.1-10).

(2) Zr이 0.05 질량％ 이하의 범위에서 많으면, Fe가 어느 정도 적은 경우라도, 내열성이 우수하다(시료 No.1-7).

(3) Fe가 0.25 질량％ 이하의 범위에서 많으면, Zr이 어느 정도 적은 경우라도, 내열성이 우수하다(시료 No.1-8).

[시험예 2]

시험예 1에서 제작한 Al 합금선을 복수 합쳐서 꼬아 연선을 제작하여, 특성을 조사하였다.

이 시험에서는, 선직경 3.2 ㎜의 Al 합금선(시료 No.1-1∼No.1-11, No.1-14, No.1-101∼No.1-106)을 준비하여, 도체 단면적이 상이한 이하의 연선 a∼연선 c를 제작하였다.

연선 a는 도체 단면적이 300 ㎟이고, 내열 알루미늄 합금 연선(TAl)을 상정한 것이다. 연선 a는 선직경 3.2 ㎜의 Al 합금선을 37개 이용한 동심 꼬임에 의한 동심 연선이다.

연선 b는 도체 단면적이 240 ㎟이며, 중심부에 텐션 멤버를 구비하고, 그 외주에 Al 합금선의 연선부를 구비하는 TACSR를 상정한 것이다. 텐션 멤버는 선직경 3.2 ㎜의 아연 도금 강선을 7개 이용한 동심 꼬임에 의한 동심 연선이다. 연선 b는 선직경 3.2 ㎜의 Al 합금선을 합계 30개 이용하여, 상기 텐션 멤버의 외주에 Al 합금선을 합쳐서 꼬아 이루어지는 것이다(도 1도 참조).

연선 c는 연선 b에 있어서의 텐션 멤버의 소선을 알루미늄 피복 강선으로 한 것이다.

얻어진 연선 a∼연선 c에 대해서, 전기 저항(Ω/㎞), 실온에서의 인장 하중(kN), 내열성(kN)을 조사하였다. 연선 a∼연선 c의 측정 결과를 각각 표 2∼표 4에 나타낸다.

전기 저항(Ω/㎞)은 4단자법에 따라 측정하였다. 측정은 실온(여기서는 20℃)에서 행하고, 표점 거리(GL)를 1 m로 하였다.

인장 하중(kN)은 내열 알루미늄 합금 전선 전기학회 전기규격 조사회 표준규격 JEC-3404에 준거하여 측정하였다.

내열성은 이하의 가열 후의 인장 하중(kN)에 의해 평가하였다.

여기서는, 각 시료의 연선 a∼연선 c를 시험예 1과 동일하게 하여, 230℃에서 1시간 유지한 후, 실온(여기서는 20℃ 정도)까지 냉각한다. 냉각 후에, 각 시료의 인장 하중을 전술한 JEC-3404에 준거하여 측정하였다. 이 가열 후의 인장 하중이 클수록, 내열성이 우수하다.

표 2∼표 4에 나타내는 바와 같이, 시료 No.1-1∼No.1-12, No.1-14, No.2-1∼No.2-12, No.2-14, No.3-1∼No.3-12, No.3-14의 연선(이하, 연선 a∼c 시료군이라고 부름)은, 시료 No.1-101∼No.1-106, No.2-101∼No.2-106, No.3-101∼No.3-106의 연선과 각각 비교하여, 낮은 전기 저항과 높은 인장 하중 및 우수한 내열성을 밸런스 좋게 구비하는 것을 알 수 있다.

정량적으로는, 연선 a 시료군은 표 2에 나타내는 바와 같이, 전기 저항이 0.0968 Ω/㎞ 이하이고, 실온에서의 인장 하중이 46.7 kN 이상이며, 230℃×1 h의 가열 후의 인장 하중이 42.8 kN 이상이다. 연선 a 시료군은 초기의 인장 하중(실온의 인장 하중)에 대한 상기 가열 후의 인장 하중의 잔존율이 90％ 이상, 더욱이 91％ 이상, 91.5％ 이상이며, 내열성이 우수하다는 것을 알 수 있다.

연선 b 시료군은 표 3에 나타내는 바와 같이, 전기 저항이 0.116 Ω/㎞ 이하이며, 실온에서의 인장 하중이 104.7 kN 이상이고, 230℃×1 h의 가열 후의 인장 하중이 101.5 kN 이상이다. 연선 b 시료군은 전술한 인장 하중의 잔존율이 95％ 이상, 더욱이 96％ 이상, 96.5％ 이상이며, 내열성이 우수한 것을 알 수 있다.

연선 c 시료군은 표 4에 나타내는 바와 같이, 전기 저항이 0.110 Ω/㎞ 이하이며, 실온에서의 인장 하중이 104.7 kN 이상이고, 230℃×1 h의 가열 후의 인장 하중이 101.2 kN 이상이다. 연선 c 시료군은 전술한 인장 하중의 잔존율이 95％ 이상, 더욱이 96％ 이상, 96.5％ 이상이며, 내열성이 우수한 것을 알 수 있다.

이러한 결과가 얻어진 이유로서, 연선 a∼c 시료군은 도전율이 높아, 실온에서의 인장 강도도 높고, 또한 내열성도 우수한 시료 No.1-1∼No.1-12, No.1-14의 Al 합금선을 구비하기 때문이라고 생각된다.

그 외에, 이 시험으로부터, 이하의 것을 알 수 있다.

(1) 연선 a 시료군은 연선 b, c 시료군보다 도체 단면적이 크기 때문에, 전기 저항이 보다 낮다.

(2) 연선 b, c 시료군은 텐션 멤버를 구비하기 때문에, 연선 a 시료군보다, 실온 및 전술한 가열 후의 인장 하중이 크며, 고강도이다.

(3) 연선 c 시료군은 알루미늄 피복 강선을 구비하기 때문에, 연선 b 시료군보다 전기 저항이 보다 낮다.

시험예 1, 2에 의해, Si, Fe, Zn을 특정 범위로 함유하는 특정 조성의 알루미늄 합금으로 이루어지는 알루미늄 합금선은, 높은 도전율과 우수한 내열성을 양립할 수 있는 것이 나타났다. 또한, 이 알루미늄 합금선을 소선으로 하는 가공 송전선은 낮은 전기 저항과 우수한 내열성을 양립할 수 있는 것이 나타났다.

본 발명은 이들 예시에 한정되는 것이 아니며, 청구범위에 의해 나타나며, 청구범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

예컨대, 시험예 1의 알루미늄 합금의 조성이나 선직경, 주조 시의 냉각 속도 등의 제조 조건, 시험예 2의 연선에 이용하는 소선의 조성이나 선직경, 소선수 등을 적절하게 변경할 수 있다.

1 : 가공 송전선
2 : 연선부
3 : 텐션 멤버
12 : 알루미늄 합금선(Al 합금선)
13 : 강선

Claims (12)

1. Si를 0 질량％ 이상 0.03 질량％ 이하,
   Fe를 0.05 질량％ 이상 0.25 질량％ 이하,
   Zr을 0.01 질량％ 이상 0.05 질량％ 이하 함유하고,
   잔부가 Al 및 불순물로 구성되고,
   선직경이 1.5 ㎜ 초과인 알루미늄 합금선.
2. 제1항에 있어서, Zr의 함유량의 5배와, Fe의 함유량의 합(5×Zr+Fe)이 0.17 질량％ 이상인 것인 알루미늄 합금선.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, Zr의 함유량의 5배와, Fe의 함유량과, Si의 함유량의 2배의 합(5×Zr+Fe+2×Si)이 0.34 질량％ 이하인 것인 알루미늄 합금선.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 실온에서의 도전율이 61％IACS 이상인 것인 알루미늄 합금선.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 230℃에서 1시간 가열 후의 인장 강도의 잔존율이 90％ 이상인 것인 알루미늄 합금선.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 실온에서의 인장 강도가 내열 알루미늄 합금 전선 전기학회 전기규격 조사회 표준규격 JEC-3406에 있어서, 직경마다 규정되는 평균 인장 강도 이상인 것인 알루미늄 합금선.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, Si를 0.01 질량％ 이상 함유하는 것인 알루미늄 합금선.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄 합금선을 복수 합쳐서 꼬아 이루어지는 연선부를 포함하는 가공 송전선.
9. 강선을 포함하는 텐션 멤버와, 상기 텐션 멤버의 외주에 복수의 상기 알루미늄 합금선을 합쳐서 꼬아 이루어지는 상기 연선부를 구비하는 가공 송전선.
10. 제9항에 있어서, 상기 텐션 멤버는 알루미늄 피복 강선 및 아연 도금 강선 중 적어도 한쪽을 포함하는 것인 가공 송전선.
11. Si를 0 질량％ 이상 0.03 질량％ 이하, Fe를 0.05 질량％ 이상 0.25 질량％ 이하, Zr을 0.01 질량％ 이상 0.05 질량％ 이하 함유하고, 잔부가 Al 및 불순물로 구성되는 알루미늄 합금을 주조하여 주조재를 제조하는 주조 공정과,
    상기 주조재에 압연 가공 및 신선(伸線) 가공 중 적어도 한쪽을 포함하는 소성 가공을 실시하여, 선직경이 1.5 ㎜ 초과인 선재를 제조하는 가공 공정
    을 포함하고, 상기 주조 공정에서는 주조 시의 냉각 속도를 5℃/초 이상으로 하는 것인 알루미늄 합금선의 제조 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 가공 공정에서는 냉간 가공을 포함하고, 상기 냉간 가공 개시 시의 소재의 선직경을 8 ㎜ 이상 15 ㎜ 이하로 하는 것인 알루미늄 합금선의 제조 방법.

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