WO2003025239A1

WO2003025239A1 - Fil en alliage invar presentant d'excellents caracteristiques de resistance et de torsion, procede de production de ce dernier

Info

Publication number: WO2003025239A1
Application number: PCT/JP2002/009243
Authority: WO
Inventors: Tetsuya Shimizu; Toshiharu Noda; Eiji Harada; Taichiro Nishikawa; Shinichi Kitamura
Original assignee: Daido Tokushukou Kabushiki Kaisha; Sumitomo Electric Industries, Ltd.
Priority date: 2001-09-13
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2003-03-27
Also published as: JP2003082439A; KR20040041591A; JP4797305B2; KR100910332B1

Description

明細書

強度，捻回特性に優れたィンバー合金線及びその製造方法

技術分野

この発明は、強度と捻回特性とが必要とされ且つ低熱膨張が要求される送電線等に用いられるインバー合金線及びその製造方法に関する。

背景技術

従来より、送電線には鋼芯アルミニウム撚線（ ACSR線）が用いられているが、近年送電容量向上，鉄塔設置コスト削減のため髙強度の低弛度送電線が用いられるようになって来ている。

送電線を高強度とすると鉄塔と鉄塔との間隔を大きくとることが可能となり、また鉄塔の高さも低くすることが可能となって、鉄塔設置コストを低減することができる。

現状実用化されている芯材の強度は引張強さが 1 1 5 0 - 1 2 5 0 M P a程度であるが、コスト低減のためにより強度の高い材料が求められている。

1 つの手段として、 Coを添加し、加工誘起マルテンサイト変態を利用する方法が提案されているが、 Coはコストの面から極力低減することが望ましい。

本発明は基本的に Co を使用せず、必要な低熱膨張特性，捻回特性等を維持したまま 1 3 0 O M P aを超える高強度が得られるインパ —合金線及びその製造方法を提供することを目的とする。

発明の開示

本発明のィンバ一合金線は以上の事情の下に案出されたもので、重量％で、 C : 0 . 2 0 〜 0 . 4 0 %， Si : ≤ 0 . 8 % ₃ Mn： ≤ 1 . 0 % ₃ P： ≤ 0 . 0 5 0 % , S： ≤ 0 . 0 1 5 % , Cu： ≤ 1 . 0 % , Ni : 3 5〜 4 0 % , Cr : ≤ 0 . 5 % , Mo： 1 . 5〜 6 . 0 % , V： 0 0 5 〜； L . 0 %， 0 : ≤ 0 . 0 1 5 % , N： ≤ 0 . 0 3 %であって、 Mo/V≥ 1 . 0且つ（ 0 . 3 Mo + V) ≥ 4 C であり、残部 Fe及び不可避的不純物から成る組成を有し、 2 0〜 2 3 0 °Cまでと 2 3 0 ~ 2 9 0 °Cまでの平均線熱膨張係数が、それそれ 3 . 7 X I (J - ⁶以下， 1 0 . 8 X I 0 — ⁶以下であることを特徴とする。

かかる本発明は、インパー合金における化学成分について鋭意検討を重ねた結果、 C , Mo， V を有効に利用し且つ特定の成分範囲に限定することにより、優れた捻回特性に加え、高強度，低熱膨張特性を確保し得たものである。

本発明では、 C を 0 . 2 0〜 0 . 4 0 %に規定するとともに Mo/ V ≥ 1 . 0 , ( 0 . 3 Mo + V) 4 C とすることが必須であるが、これは以下のような意味を有している。

本発明では、ィンパ一合金中に C と V とを添加することで合金中に Vの炭化物を析出させ、その析出硬化によって合金の強度を高める。但し Vのみの添加の場合、十分にインバ一合金線を高強度化することができない。

V とともに Mo を MoZV≥ 1 . 0 となる比率で添加し、そしてそれらの炭化物を析出させることで目的とする髙強度を得ることができる。

その理由は以下の点にあるものと考えられる。

Moを添加しないで単に Vのみを添加した場合（炭化物形成元素として）、 Vの炭化物が析出するが、この析出物は粗大な粒子となり易く、十分な高強度化を果すことができない。

これに対して Mo を V と併せて添加すると、 Moが Mo ₂ C又は MC ないし M₈ C₇型の微細な炭化物を析出して、炭化物の粗大粒子化を抑止する。この結果ィンバー合金線の強度が効果的に高強度化される。但しこれら Moと Vとの炭化物析出による高強度化を十分に達成するためには、それらの添加比率を Mo/ V 1 . 0 としなければならない。

この式を満足しないと粗大な炭化物が析出してしまい、強化が効率的に行われなくなる。

以上のようにィンバー合金線を十分に高強度化するためには Mo / V≥ 1 . 0 とすることが必要であるが、単にこの式を満足しただけでは十分且つ安定した捻回特性が得られない。

インバー合金線における高強度を維持しながら安定した捻回特性を実現するためには、（ 0 . 3 Mo + V ) ≥ 4 C としなければならない。

ここで捻回特性は破断に到るまで何回捻ることができるかといつた特性である。

上記の式（ 0 . 3 Mo + V ) ≥ 4 Cは、フリー力一ボン（遊離力一ボン）となるべき C を Mo と V とによって完全固定化し、フリーカーボンが生成しない量で Mo と V とを添加することを意味している。

インバー合金線における捻回特性は主として変形能の問題であり、強度が弱く変形能が大であればィンバ一合金線を捻ったときに十分に捻ることができる。

しかしインバー合金線の強度が高強度化すると、詳しくは単に高強度化しただけであると、変形能の低下に基づいてインバ一合金線を捻ったときに捻切れ易くなつてしまう。

而してィンバ一合金中にフリーカーボンがあり且つその量が多くなると、インバー合金線を捻ったときに変形が局部に集中し、そこから簡単に捻切れてしまうといった現象を生じる。

これに対してィンバ一合金中のフリー力一ボンを Moと Vとで固定しておくとこれを良好に防止することができる。

その理由もまた明らかでないが、推察として加工硬化能がこの問題に大きく関与しているものと考えられる。

詳しくは、インバ一合金中の C を M o と V とで固定しておくことで加工硬化能が高まり、この場合ィンバー合金線を捻って行くと変形部分が硬化を起して同部分の変形に対する抵抗力が大となり、この結果変形部位と加工硬化とが次々と移行して行き、その結果として破断に到るまでの捻り回数、即ち捻回特性が高くなるものと考えられる。

即ち本発明において MoZV 1 . 0，（ 0 . 3 Mo+ V) ≥ 4 Cの何れをも満足することで、高強度且つ安定した捻回特性が得られる。本発明でほ、上記成分に加えて W, Co, Ti, Nb， Ta, Hf の 1種又は 2種以上を重量％で以下の範囲、 W : ≤ 3 % , Co : ≤ 3 % , Ti： ≤ 0 . 5 % , Nb： ≤ 0 . 5 % , Ta： ≤ 0 . 5 % ₃ Hf ： ≤ 0. 5 %で含有させることができる。

更にまた Ca， Mg, B, REM (REMは元素周期律表にて 3 A族として分類される金属元素の 1種又は 2種以上）から選ばれる 1種又は 2 種以上を合計で 0 . 0 0 0 5〜 0 . 0 1 0 0重量％含有させることができる。

次に本発明における上記化学成分の添加及び限定理由を以下に詳述する。

C： 0 . 2 0〜 0 . 4 0 %

Cは微細な炭化物を形成し析出硬化により強度を高めることから必須な元素であり、 1 3 0 O M P aの引張強さを得るには 0 .2 0 % は最低限必要である。

但し過剰な添加は捻回特性，低熱膨張特性に悪影響を及ぼすことから 0 . 4 0 %を上限とする。

Si ： ≤ 0 . 8 %

Si は鋼の脱酸剤としては有効であるものの捻回特性，低熱膨張特性の面からは低いほど望ましく、上限を 0 . 8 %とする。望ましくは 0 . 5 %以下である。

Mn： ≤ 1 . 0 %

Mnは鋼の脱酸剤として作用する。また不純物元素である Sを MnS の形で固定し、良好な熱間加工性を確保するのに有効である。

但し捻回特性，低熱膨張特性の面からは低いほど望ましく、上限を 1 . 0 %とする。

P： < 0 . 0 5 0 % P は粒界に偏祈し、粒界腐食感受性を高める外、靭性の低下を招くため低い方が望ましいが、必要以上の低減はコストの上昇を招くため上限を 0 . 0 5 0 % とする。望ましくは 0 . 0 2 0 %以下である。

S ： ≤ 0 . 0 1 5 %

S は被削性を向上させるのに有効な化合物の構成元素であるものの、熱間加工性を極端に低下させることから低減することが望ましく、上限を 0 . 0 1 5 %とする。

Cu： ≤ 1 . 0 %

Cuは強度の向上に有効であるが過剰な添加は熱間加工性を劣化させ、熱膨張が増加することから、 1 . 0 %を上限とする。

Ni ： 3 5 ~ 4 0 %

N i は低熱膨張特性を確保するのに必須である。その範囲は 3 5 〜 4 0 %が良好である。特に低熱膨張特性が重視される場合には 3 7 〜 3 9 %の範囲とするのが望ましい。

Cr ： ≤ 0 . 5 %

Crは捻回特性を向上させるのに有効ではあるが、熱膨張係数を大きくすることから上限を 0 . 5 %に規定する。

Mo： 1 . 5 〜 6 . 0 %

Moは微細な Mo₂ C 又は MC， M₈C₇型の炭化物として析出し、これにより強度と捻回特性とを向上させる。これらの特性を確保するため 1 . 5 %を下限とする。

一方 6 . 0 %を超えると熱膨張特性が高くなることがあるためこれを上限とする。

V : 0 . 0 5 〜 1 . 0 %

Vは Mo と同様、 MC， M₈ C₇型の炭化物として析出し、強度と捻回特性とを向上させる。その下限は 0 . 0 5 %である。

一方 1 . 0 %を超えて添加すると粗大な炭化物が生成し、捻回特性，靭延性を劣化させることからこれを上限とする。 9243

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0 ： ≤ 0 . 0 1 5 %

0 は酸化物を形成し、捻回特性，靭延性を低下させることから極力低減した方が良いため、上限を 0 . 0 1 5 % とする。望ましくは 0 . 0 0 8 %以下、更に望ましくは 0 . 0 0 3 %以下である。

N ： ≤ 0 . 0 3 %

N は窒化物を形成し、捻回特性，靭延性を低下させることから極力低減した方が良いため、上限を 0 . 0 3 % とする。望ましくは 0 . 0 1 2 %以下、更に望ましくは 0 . 0 0 8 %以下である。

Mo/V≥ 1 . 0

Mo と V とのパランスをとることにより更に高強度が得られる。この式を満足すると、最初に V と Mo との成分バランスがとれた MC又は M₈ C₇型の炭化物が生成し、そしてこの式の値が大きくなるにつれ Mo ₂ Cが形成され、これらが強度と捻回特性との両方に有効な形態の析出物となる。

但し 1 . 0未満だと高い強度を得ることができ難くなる。望ましくは 1 . 5 以上、更に望ましくは 2 . 5 以上とする。

( 0 . 3 Mo + V) ≥ 4 C

安定した捻回特性を確保するためこの式を満足させる必要がある , Moや Vの炭化物を形成しない C が過剰にあり過ぎると、高い強度は得られるものの安定した捻回特性を得ることが極めて困難となる W： ≤ 3 %

Wはより高強度を得るのに有効である。但し過剰な添加は熱間加ェ性の低下を招くため 3 %以下とする。

Co ： ≤ 3 %

基本的には Co はコストの上昇を招くことから無添加とするが、より高い強度を望まれる場合添加しても良い。

但しコストの上昇を鑑み 3 %を上限とする。

Ti, Nb, Ta, Hf ： ≤ 0 . 5 %

Ti, Nb₃ Ta, Hf は Mo， V と同様炭化物を形成し、強度や捻回特性を向上させることに有効であるが、特性の向上に有効でない粗大な炭化物を形成し易いことからそれぞれ 0 . 5 %以下とする。

Ca, Mg, B, REM： 0 . 0 0 0 5 ~ 0 . 0 1 0 0 %

Ca, Mg, B , REMは鋼の熱間加工性を向上させるのに有効な元素であることから 0 . 0 0 0 5 %を下限として添力 Π しても良い。

しかし過剰に添加しても効果が飽和し、逆に熱間加工性を低下させることからその上限を 0 . 0 1 0 0 %とする。

尚 REMは Ce, La或いはそれらの合金から成るものである。

次に本発明のインバー合金線の製造方法は、上記の化学成分を含有するィンバ一合金を線材圧延後 2 0 〜 7 5 %の範囲で冷間加工し、その後 6 2 5 〜 7 5 0 °Cの温度範囲で熱処理し、しかる後 6 0 %以上の冷間加工を施して、引張強さが 1 3 0 0 M P a を超える強度、捻回特性に優れたインバー合金線を製造することを特徴とする。

ここで線材圧延後の冷間加工は、次の熱処理の段階で強度と捻回特性に効果のある微細で均一な炭化物を形成するための予備歪みを付与するために行われる。

この冷間加工において、加工率 2 0 %未満では十分な予備歪みを与えることができず、逆に 7 5 %を超えると歪み量が大きくなり過ぎ、次工程の熱処理の際に母相の再結晶度が大きくなり、十分な強度が得られ難くなる。

これに続く 6 2 5 〜 7 5 0 °Cの温度範囲での熱処理は、 Mo と V との微細な炭化物を均一に母相中に分散析出させ、その析出強化により合金強度の上昇を図るとともに、母相の転位密度を低下させ、適切な捻回特性を確保するためのものである。

ここで熱処理温度が 6 2 5 °C未満では、母相中の転位密度の低下や炭化物の析出量が十分ではなく、逆に 7 5 0 °Cを超えると母相の再結晶度が大きくなり過ぎ、十分な強度が得られ難くなる。

これに続く冷間加工は必要な強度を確保するために行うものであり、その際最低でも 6 0 %の加工率が必要である。 TJP02/09243

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これにより引張強さ 1 3 0 O M P aを超える強度を有するインバ —合金線が得られる。

尚、線材圧延後 1 1 0 0 °C程度の温度で溶体化処理を施しても良く、また途中工程に適宜表面の傷をなくすための皮剥ぎを行っても良い。

発明を実施するための最良の態様

次に本発明の実施例を以下に詳述する。

<実施例 1 >

表 1 に示す化学成分を有する鋼を高周波誘導炉にて真空誘導溶解し、鋼塊 1 5 0 k gを得た。そしてこれを 1 1 5 0 °Cに加熱し、熱間鍛造により直径 6 5 mmの丸棒に加工した。

それらを 1 1 0 0 °C加熱後線材圧延し、直径 1 3 mmのコイルを作製した。そしてこれらの素材を表 1 に示す条件で加工した。

詳しくは、表 1 に示す加工率で冷間伸線加工し（伸線 1 )、次いで同表に示す温度条件で熱処理を行った。尚熱処理は 6 時間加熱しその後空冷の条件で行つた。

続いて皮削り（皮剥ぎ）を行い、しかる後同表に示す加工率で冷間伸線加工を行い（伸線 2 )、引張強さ，捻回特性（捻回値），熱膨張係数等の特性評価を行った。結果が表 1 に併せて示してある。

表 1 化学成分（重量％) と製造条件及び値

m：真空誘導溶解一 150kg鋼塊-鍛造—圧延 (13D)—伸線 1 (%)—熱処理 (6hAC)—皮削り一伸線 2 (%) 引張試験： JIS9号試験片 (試験部 250mm) , n=3の平均， MPa

捻回試験：試験片 (50d) ' n=5の平均

熱』彭張係数 (CTE)測定：示差熱膨張測定，標準物質透明石英， 5°C/min昇温， A;室温一 230°C， B;230°C— 290で A ： (0. 3Mo+V) - 4Cの値十の値であれば本発明満足

<実施例 2 >

表 2 に示す化学成分を有する鋼を電気炉にて溶解し、次いで A O D精鍊を行って鋼塊 2 . 5 t を得た。これを分塊圧延した後、 1 1 8 0 °Cで十分に加熱し、熱間圧延により直径 1 3 m mの丸棒に加工した。

そしてこれらの素材を表 2 に示す条件で加工した。

詳しくは、表 2 に示す加工率で冷間伸線加工し（伸線 1 )、次いで同表に示す温度条件で熱処理を行った。尚熱処理は 6 時間加熱しその後空冷の条件で行つた。

続いて皮削り（皮剥ぎ）を行い、しかる後同表に示す加工率で冷間伸線加工した（伸線 2 )。

そしてそれらについて引張試験，捻回試験，低熱膨張係数測定を行い、各特性評価を行った。結果が表 2 に併せて示してある。

表 2 化学成分（重量％) と製造条件及び特性値

製造条件：電気炉溶解— A0D精練— 2. 5t鋼塊一分塊圧延—線材圧延 (13D)—伸線 1 (%)—熱処理 (6hAC)—皮削り― '申線 2 (%) 引張試験： JIS9号試験片 (試験部 250讓)， n=3の平均， MPa

捻回試験：試験片 (50d) , n=5の平均

熱膨張係数 (CTE)測定：示差熱膨張測定，標準物質透明石英， 5°C/min昇温， A;室温一 230°C， Β;230 — 290で

A： (0. 3Mo+V) -4Cの値十の値であれば本発明満足

これら実施例の結果にみられるように、本発明例のものは良好な引張強さ（ 1 3 0 0 M P a以上），捻回特性及び低熱膨張特性が得られてレヽる。

これに対して、 C， Mo , V , Mo/ V , ( 0 . 3 Mo + V) の値が本発明の条件を満たしていない比較例のものは、引張強さ，捻回特性の何れか一方又は両方が低く、特性的に満足の行くものが得られていない。

尚表 2 において、比較例 2 0， 2 1 は S i の含有量が本発明の範囲を超えて多いものである。

このように S i の含有量が本発明の範囲を超えて多く含有されていると、捻回特性が低くなつてしまう。

表 1 において、比較例 1 2〜 1 6 は、化学組成的には請求の範囲第 1 項の条件を満たしているものの、製造条件が請求の範囲第 4項に規定する条件を満たしていないものの例である。

これら比較例の場合必ずしも良好な特性が得られていない。

このことから、本発明においては合金の化学成分を請求の範囲第 1項に規定する範囲内に規制することが一義的に重要であり、このことによって良好な強度及び捻回特性，低熱膨張特性を得ることが可能となるが、その際にィンバ一合金線の製造方法も重要であり、合金成分を請求の範囲第 1 項に規定する範囲となすことと、製造条件を請求の'範囲第 4項に規定する条件となすことと相俟って、最も望ましい結果が得られることを表している。

以上のように本発明のィンバー合金線によれば、強度及び捻回特性，低熱膨張特性の何れをも良好となし得、従ってこれを送電線に用いたとき、鉄塔の設置間隔を広く、また鉄塔の必要高さを低くすることができ、鉄塔設置のためのコストを低減することができるなど優れた効果を奏する。

また本発明の製造方法によれば、上記インバー合金の有する特性を最大限に引き出すことが可能となる。

Claims

請求の範囲

重量％で

C 0 . 2 0〜 0 . 4 0 %

Si ≤ 0 . 8 %

Mn ≤ 1 . 0 %

P ≤ 0 . 0 5 0 %

S ≤ 0 . 0 1 5 %

Cu ≤ 1 . 0 %

Ni 3 5〜 4 0 %

Cr ≤ 0 . 5 %

Mo 1 . 5〜 6 . 0 %

V 0 . 0 5〜； 1 . 0 %

0 ≤ 0 . 0 1 5 %

N ≤ 0 . 0 3 %であって

Mo/V≥ 1 . 0且つ（ 0 . 3 Mo+V) 4 Cであり、残部 Fe及び不可避的不純物から成る組成を有し、 2 0〜 2 3 0 までと 2 3 0〜 2 9 0 °Cまでの平均線熱膨張係数が、それそれ 3 . 7 X 1 0 — ⁶以下， 1 0 . 8 x 1 0— ⁶以下であることを特徴とする強度，捻回特性に優れたインバ一合金線。

2 . 請求の範囲第 1項において、更に W， Co， Ti, Nb， Ta, Hf の 1種又は 2種以上を重量％で以下の範囲

： ≤ 3 %

Co： ≤ 3 %

Ti ： ≤ 0 . 5 %

Nb： ≤ 0 . 5 %

Ta： ≤ 0 . 5 %

Hf ： ≤ 0 . 5 %

で含有していることを特徴とする強度，捻回特性に優れたィンバ —合金線。

. 請求の範囲第 1 項，第 2項の何れかにおいて、更に Ca， Mg, B， REM (REMは元素周期律表にて 3 A族として分類される金属元素の 1 種又は 2種以上）から選ばれる 1種又は 2種以上を合計で 0 . 0 0 0 5 〜 0 . 0 1 0 0 重量％含有していることを特徴とする強度，捻回特性に優れたインバー合金線。

. 請求の範囲第 1項〜第 3項の何れかの組成のィンバ一合金を線材圧延後 2 0 〜 7 5 %の範囲で冷間加工し、その後 6 2 5 〜 7 5 0 °Cの温度範囲で熱処理し、しかる後 6 0 %以上の冷間加工を施し、その状態で引張強さが 1 3 0 O M P aを超えることを特徴とする強度，捻回特性に優れたィンバー合金線の製造方法。