WO2016047617A1 - アルミニウム合金線材、アルミニウム合金撚線、被覆電線、ワイヤーハーネスおよびアルミニウム合金線材の製造方法 - Google Patents

アルミニウム合金線材、アルミニウム合金撚線、被覆電線、ワイヤーハーネスおよびアルミニウム合金線材の製造方法 Download PDF

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Abstract

　高強度かつ柔軟性を有し、１８０°などの厳しい曲げを施した際にも断線しにくいアルミニウム合金線材を提供する。　本発明のアルミニウム合金線材は、Ｍｇ：０．１～１．０質量％、Ｓｉ：０．１～１．０質量％、Ｆｅ：０．０１～１．４０質量％、Ｔｉ：０．０００～０．１００質量％、Ｂ：０．０００～０．０３０質量％、Ｃｕ：０．００～１．００質量％、Ａｇ：０．００～０．５０質量％、Ａｕ：０．００～０．５０質量％、Ｍｎ：０．００～１．００質量％、Ｃｒ：０．００～１．００質量％、Ｚｒ：０．００～０．５０質量％、Ｈｆ：０．００～０．５０質量％、Ｖ：０．００～０．５０質量％、Ｓｃ：０．００～０．５０質量％、Ｓｎ：０．００～０．５０質量％、Ｃｏ：０．００～０．５０質量％、Ｎｉ：０．００～０．５０質量％、残部：Ａｌおよび不可避不純物である組成を有し、前記アルミニウム合金線材の長手方向と結晶の＜１１１＞方向とのなす角が２０°以内である領域の面積率が２０％以上６５％以下である。

Description

アルミニウム合金線材、アルミニウム合金撚線、被覆電線、ワイヤーハーネスおよびアルミニウム合金線材の製造方法
　本発明は、電気配線体の線材として用いられるアルミニウム合金線材、アルミニウム合金撚線、被覆電線、ワイヤーハーネス、およびアルミニウム合金線材の製造方法に関する。
　従来、自動車、電車、航空機等の移動体の電気配線体、または産業用ロボットの電気配線体として、銅又は銅合金の線材を含む電線に、銅又は銅合金（例えば、黄銅）製の端子（コネクタ）を装着した、いわゆるワイヤーハーネスと呼ばれる部材が用いられてきた。昨今では、自動車の高性能化や高機能化が急速に進められており、これに伴い、車載される各種の電気機器、制御機器などの配設数が増加するとともに、これら機器に使用される電気配線体の配設数も増加する傾向にある。また、その一方で、環境対応のために自動車等の移動体の燃費を向上させるため、移動体の軽量化が強く望まれている。
　こうした移動体の軽量化を達成するための手段の一つとして、例えば電気配線体の線材を、従来から用いられている銅又は銅合金に代えて、より軽量なアルミニウム又はアルミニウム合金にする検討が進められている。アルミニウムの比重は銅の比重の約１／３、アルミニウムの導電率は銅の導電率の約２／３（純銅を１００％ＩＡＣＳの基準とした場合、純アルミニウムは約６６％ＩＡＣＳ）であり、アルミニウムの導体に、銅の導体と同じ電流を流すためには、アルミニウムの導体の断面積を、銅の導体の断面積の約１．５倍と大きくする必要があるが、そのように断面積を大きくしたアルミニウムの導体を用いたとしても、アルミニウムの導体の質量は、純銅の導体の質量の半分程度であることから、アルミニウムの導体を使用することは、軽量化の観点から有利である。なお、上記の％ＩＡＣＳとは、万国標準軟銅（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ａｎｎｅａｌｅｄ　Ｃｏｐｐｅｒ　Ｓｔａｎｄａｒｄ）の抵抗率１．７２４１×１０－８Ωｍを１００％ＩＡＣＳとした場合の導電率を表したものである。
　しかし、送電線用アルミニウム合金線材（ＪＩＳ規格によるＡ１０６０やＡ１０７０）を代表とする純アルミニウム線材では、一般に引張耐久性、耐衝撃性、屈曲特性などが劣ることが知られている。そのため、例えば、車体への取付け作業時に作業者や産業機器などによって不意に負荷される荷重や、電線と端子の接続部における圧着部での引張や、ドア部などの屈曲部で負荷される繰り返し応力などに耐えることができない。また、種々の添加元素を加えて合金化した材料は引張強度を高めることは可能であるものの、アルミニウム中への添加元素の固溶現象により導電率の低下を招くこと、アルミニウム中に過剰な金属間化合物を形成することで伸線加工中に金属間化合物に起因する断線が生じることがあった。そのため、添加元素を限定ないし選択することにより、十分な伸び特性を有することで断線しないことを必須とし、さらに、従来レベルの導電率と引張強度を確保しつつ、耐衝撃性、屈曲特性を向上させる必要があった。
　そのような特性を有するアルミニウム合金線材として、例えばＭｇとＳｉを含有するアルミニウム合金線材が知られており、このアルミニウム合金線材の代表例としては、６０００系アルミニウム合金（Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系合金）線材が挙げられる。６０００系アルミニウム合金線材は、一般に、溶体化熱処理及び時効処理を施すことにより高強度化を図ることができる。
　移動体の電気配線体に用いられる従来の６０００系アルミニウム合金線としては、例えば特許文献１に記載されている。特許文献１に記載のアルミニウム合金線は、耐屈曲疲労特性、引張強度、及び導電率に優れるアルミニウム合金線を実現するものである。
特許第５３６７９２６号公報
　しかしながら、車両にワイヤーハーネスを組み付ける際、配置・組み付けの関係上、波状に複数箇所で曲げられるため、高強度であればあるほど曲げる際に力を要し作業者の負担となる。また、１８０°近くまで曲げられることがあり、このような厳しい曲げが要求される部分では、断線が生じる可能性がある。よって、近年では細径線にも使用可能な高強度であり、かつ最小限の力で曲げられる柔軟なアルミニウム電線が求められている。しかし特許文献１などの従来例では、このような要求には十分応えることができていなかった。
　本発明の目的は、高強度により細径線にも使用可能であり、かつ柔軟性があって少ない力で曲げられることができ、１８０°などの厳しい曲げを施した際にも断線しにくい電気配線体の線材として用いられるアルミニウム合金線材、アルミニウム合金撚線、被覆電線およびワイヤーハーネス、並びにアルミニウム合金線材の製造方法を提供することにある。
　本発明者らは種々検討を重ね、アルミニウム合金線材製造工程の熱処理条件を制御することにより結晶方位を制御して、優れた引張強度を保ちつつ、柔軟性を具備するアルミニウム合金線材を製造しうることを見出し、この知見に基づき本発明を完成するに至った。
　すなわち、本発明の要旨構成は以下のとおりである。
（１）アルミニウム合金線材であって、
　Ｍｇ：０．１～１．０質量％、Ｓｉ：０．１～１．０質量％、Ｆｅ：０．０１～１．４０質量％、Ｔｉ：０．０００～０．１００質量％、Ｂ：０．０００～０．０３０質量％、Ｃｕ：０．００～１．００質量％、Ａｇ：０．００～０．５０質量％、Ａｕ：０．００～０．５０質量％、Ｍｎ：０．００～１．００質量％、Ｃｒ：０．００～１．００質量％、Ｚｒ：０．００～０．５０質量％、Ｈｆ：０．００～０．５０質量％、Ｖ：０．００～０．５０質量％、Ｓｃ：０．００～０．５０質量％、Ｓｎ：０．００～０．５０質量％、Ｃｏ：０．００～０．５０質量％、Ｎｉ：０．００～０．５０質量％、残部：Ａｌおよび不可避不純物である組成を有し、
　該アルミニウム合金線材の長手方向と結晶の＜１１１＞方向とのなす角が２０°以内である領域の面積率が２０％以上６５％以下であることを特徴とするアルミニウム合金線材。
（２）前記組成は、Ｔｉ：０．００１～０．１００質量％およびＢ：０．００１～０．０３０質量％からなる群から選択された１種または２種を含有する、上記（１）記載のアルミニウム合金線材。
（３）前記アルミニウム合金線材は、Ｃｕ：０．０１～１．００質量％、Ａｇ：０．０１～０．５０質量％、Ａｕ：０．０１～０．５０質量％、Ｍｎ：０．０１～１．００質量％、Ｃｒ：０．０１～１．００質量％、Ｚｒ：０．０１～０．５０質量％、Ｈｆ：０．０１～０．５０質量％、Ｖ：０．０１～０．５０質量％、Ｓｃ：０．０１～０．５０質量％、Ｓｎ：０．０１～０．５０質量％、Ｃｏ：０．０１～０．５０質量％およびＮｉ：０．０１～０．５０質量％からなる群から選択された１種または２種以上を含有する、上記（１）または（２）記載のアルミニウム合金線材。
（４）引張強度は、２００ＭＰａ以上であり、
　０．２％耐力（ＹＳ）と引張強度（ＴＳ）の比（ＹＳ／ＴＳ）が、０．４～０．７の範囲内であることを特徴とする、上記（１）～（３）のいずれかに記載のアルミニウム合金線材。
（５）直径が０．１０ｍｍ～０．５０ｍｍである上記（１）～（４）のいずれかに記載のアルミニウム合金線材。
（６）上記（１）～（５）のいずれかに記載のアルミニウム合金線材を複数本撚り合わせてなるアルミニウム合金撚線。
（７）上記（１）～（５）のいずれかに記載のアルミニウム合金線材または上記（６）記載のアルミニウム合金撚線の外周に被覆層を有する被覆電線。
（８）上記（７）記載の被覆電線と、該被覆電線の、前記被覆層を除去した端部に装着された端子とを備えるワイヤーハーネス。
（９）溶解、鋳造後に、熱間加工を経て荒引線を形成し、その後、少なくとも第１熱処理、伸線加工、溶体化熱処理および時効熱処理の各工程を順次行うことを含むアルミニウム合金線材の製造方法であって、第１熱処理は、４８０～６２０℃の範囲内の所定温度まで加熱した後、少なくとも２００℃の温度までは１０℃／ｓ以上の平均冷却速度で冷却することを特徴とする、上記（１）～（５）のいずれかに記載のアルミニウム合金線材の製造方法。
　本発明によれば、上記の構成により、高強度により細径線にも使用可能であり、かつ柔軟性があって少ない力で曲げられることが出来、１８０°などの厳しい曲げを施した際にも断線しにくいアルミニウム合金線材、アルミニウム合金撚線、被覆電線、ワイヤーハーネスおよびアルミニウム合金線材の製造方法を提供することが可能になる。このような本発明は、移動体に搭載されるバッテリーケーブル、ハーネスあるいはモータ用導線、産業用ロボットの配線体として有用である。さらに、本発明のアルミニウム合金線材は、引張強度が高いことから従来の電線よりも電線径を細くすることも可能であり、また、高い曲げ性が求められる配策部分などにも好適に用いることができる。
本発明の実施形態に係るアルミニウム合金線材の長手方向と結晶の＜１１１＞方向とのなす角を説明するための模式図である。
　本発明の実施形態（以下、本実施形態と称する）のアルミニウム合金線材は、Ｍｇ：０．１～１．０質量％、Ｓｉ：０．１～１．０質量％、Ｆｅ：０．０１～１．４０質量％、Ｔｉ：０．０００～０．１００質量％、Ｂ：０．０００～０．０３０質量％、Ｃｕ：０．００～１．００質量％、Ａｇ：０．００～０．５０質量％、Ａｕ：０．００～０．５０質量％、Ｍｎ：０．００～１．００質量％、Ｃｒ：０．００～１．００質量％、Ｚｒ：０．００～０．５０質量％、Ｈｆ：０．００～０．５０質量％、Ｖ：０．００～０．５０質量％、Ｓｃ：０．００～０．５０質量％、Ｓｎ：０．００～０．５０質量％、Ｃｏ：０．００～０．５０質量％、Ｎｉ：０．００～０．５０質量％、残部：Ａｌおよび不可避不純物である組成を有している。また、本実施形態のアルミニウム合金線材は、長手方向と結晶の＜１１１＞方向とのなす角が２０°以内である領域の面積率が２０％以上６５％以下である。
　以下に、本実施形態のアルミニウム合金線材の化学組成等の限定理由を示す。
（１）化学組成
＜Ｍｇ：０．１０～１．００質量％＞
　Ｍｇ（マグネシウム）は、アルミニウム母材中に固溶して強化する作用を有すると共に、その一部はＳｉと化合して析出物を形成して引張強度を向上させる作用を有する元素である。しかしながら、Ｍｇ含有量が０．１０質量％未満だと、上記作用効果が不十分であり、また、Ｍｇ含有量が１．００質量％を超えると、導電率も低下する。したがって、Ｍｇ含有量は０．１０～１．００質量％とする。なお、Ｍｇ含有量は、高強度を重視する場合には０．５０～１．００質量％にすることが好ましく、また、導電率を重視する場合には０．１０～０．５０質量％とすることが好ましく、このような観点から総合的に０．３０～０．７０質量％が好ましい。
＜Ｓｉ：０．１０～１．００質量％＞
　Ｓｉ（ケイ素）は、Ｍｇと化合して析出物を形成して引張強度を向上させる作用を有する元素である。Ｓｉ含有量が０．１０質量％未満だと、上記作用効果が不十分であり、また、Ｓｉ含有量が１．００質量％を超えると、導電率も低下する。したがって、Ｓｉ含有量は０．１０～１．００質量％とする。なお、Ｓｉ含有量は、高強度を重視する場合には０．５０～１．００質量％にすることが好ましく、また、導電率を重視する場合には０．１０～０．５０質量％とすることが好ましく、このような観点から総合的に０．３０～０．７０質量％が好ましい。
＜Ｆｅ：０．０１～１．４０質量％＞
　Ｆｅ（鉄）は、主にＡｌ－Ｆｅ系の金属間化合物を形成することによって結晶粒の微細化に寄与すると共に、引張強度を向上させる元素である。Ｆｅは、Ａｌ中に６５５℃で０．０５質量％しか固溶できず、室温では更に少ないため、Ａｌ中に固溶できない残りのＦｅは、Ａｌ－Ｆｅ、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｍｇなどの金属間化合物として晶出又は析出する。この金属間化合物は、結晶粒の微細化に寄与すると共に、引張強度を向上させる。また、Ｆｅは、Ａｌ中に固溶したＦｅによっても引張強度を向上させる作用を有する。Ｆｅ含有量が０．０１質量％未満だと、これらの作用効果が不十分であり、また、Ｆｅ含有量が１．４０質量％超えだと、晶出物または析出物の粗大化により伸線加工性が悪くなり、導電率も低下する。したがって、Ｆｅ含有量は０．０１～１．４０質量％とし、好ましくは０．１０～０．７０質量％、更に好ましくは０．１０５～０．４５質量％とする。
　本実施形態のアルミニウム合金線材は、Ｍｇ、ＳｉおよびＦｅを必須の含有成分とするが、必要に応じて、さらに、ＴｉおよびＢからなる群から選択された１種または２種、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｓｃ、Ｓｎ、ＣｏおよびＮｉの１種または２種以上を含有させることができる。
＜Ｔｉ：０．００１～０．１００質量％＞
　Ｔｉは、溶解鋳造時の鋳塊の組織を微細化する作用を有する元素である。鋳塊の組織が粗大であると、鋳造において鋳塊割れや線材加工工程において断線が発生して工業的に望ましくない。Ｔｉ含有量が０．００１質量％未満であると、上記作用効果を十分に発揮することができず、また、Ｔｉ含有量が０．１００質量％超えだと導電率が低下する傾向があるからである。したがって、Ｔｉ含有量は０．００１～０．１００質量％とし、好ましくは０．００５～０．０５０質量％、より好ましくは０．００５～０．０３０質量％とする。
＜Ｂ：０．００１～０．０３０質量％＞
　Ｂは、Ｔｉと同様、溶解鋳造時の鋳塊の組織を微細化する作用を有する元素である。鋳塊の組織が粗大であると、鋳造において鋳塊割れや線材加工工程において断線が発生しやすくなるため工業的に望ましくない。Ｂ含有量が０．００１質量％未満であると、上記作用効果を十分に発揮することができず、また、Ｂ含有量が０．０３０質量％超えだと導電率が低下する傾向がある。したがって、Ｂ含有量は０．００１～０．０３０質量％とし、好ましくは０．００１～０．０２０質量％、より好ましくは０．００１～０．０１０質量％とする。
＜Ｃｕ：０．０１～１．００質量％＞、＜Ａｇ：０．０１～０．５０質量％＞、＜Ａｕ：０．０１～０．５０質量％＞、＜Ｍｎ：０．０１～１．００質量％＞、＜Ｃｒ：０．０１～１．００質量％＞および＜Ｚｒ：０．０１～０．５０質量％＞、＜Ｈｆ：０．０１～０．５０質量％＞、＜Ｖ：０．０１～０．５０質量％＞、＜Ｓｃ：０．０１～０．５０質量％＞、＜Ｓｎ：０．０１～０．５０質量％＞、＜Ｃｏ：０．０１～０．５０質量％＞＜Ｎｉ：０．０１～０．５０質量％＞の１種または２種以上を含有させること
　Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｓｃ、Ｓｎ、ＣｏおよびＮｉは、いずれも結晶粒を微細化する作用を有する元素であり、さらに、Ｃｕ、ＡｇおよびＡｕは、粒界に析出することで粒界強度を高める作用も有する元素であって、これらの元素の少なくとも１種を０．０１質量％以上含有していれば、上述した作用効果が得られ、引張強度、伸びを向上させることができる。一方、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｓｃ、Ｓｎ、ＣｏおよびＮｉの含有量のいずれかが、それぞれ上記の上限値を超えると、該元素を含有する化合物が粗大になり、伸線加工性を劣化させるため断線が生じやすく、また、導電率が低下する傾向がある。したがって、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｓｃ、Ｓｎ、ＣｏおよびＮｉの含有量の範囲は、それぞれ上記の範囲とする。
　また、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｓｃ、Ｓｎ、ＣｏおよびＮｉは、多く含有するほど導電率が低下する傾向と伸線加工性が劣化する傾向がある。従って、これらの元素の含有量の合計は、２．００質量％以下とするのが好ましい。本発明のアルミニウム合金線材ではＦｅは必須元素なので、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｓｃ、Ｓｎ、ＣｏおよびＮｉの含有量の合計は０．０１～２．０質量％とする。これらの元素の含有量は、０．０５～１．０質量％とするのが更に好ましい。ただし、これらの元素を単独で添加する場合は、含有量が多いほど該元素を含有する化合物が粗大になる傾向にあり、伸線加工性を劣化させ、断線が生じやすくなることから、それぞれの元素において上記の規定の含有範囲とする。
＜残部：Ａｌおよび不可避不純物＞
　上述した成分以外の残部はＡｌ（アルミニウム）および不可避不純物である。ここでいう不可避不純物は、製造工程上、不可避的に含まれうる含有レベルの不純物を意味する。不可避不純物は、含有量によっては導電率を低下させる要因にもなりうるため、導電率の低下を加味して不可避不純物の含有量をある程度抑制することが好ましい。不可避不純物として挙げられる成分としては、例えば、Ｇａ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｐｂなどが挙げられる。
　本実施形態では、アルミニウム合金線材の長手方向を試料軸として結晶方位を規定する。結晶方位とは、試料軸に対して結晶軸がどの方向を向いているのかを表すものである。
　本実施形態のアルミニウム合金線材は、線材の長手方向と結晶の＜１１１＞方向とのなす角が２０°以内である領域の面積率が２０％以上６５％以下である。このような再結晶集合組織とすることにより、高い引張強度でありながら０．２％耐力を低くすることができ、柔軟性を持たせることが出来る。本発明者らの検討では、交差すべりのしやすさが０．２％耐力に影響を与えており、交差すべりのしにくい、線材の長手方向と結晶の＜１１１＞方向とのなす角が２０°以内である領域が少なく出現している方が良いことが分かった。交差すべりとは、あるすべり面から別のすべり面に乗り変わるすべりのことである。
　ここで線材の長手方向と結晶の＜１１１＞方向とのなす角が２０°以内である領域の面積率が、６５％超であるとより高い引張強度にはなるものの、０．２％耐力も高くなり、柔軟性を持たせることが難しくなる。また線材の長手方向と結晶の＜１１１＞方向とのなす角が２０°以内である領域の面積率が２０％未満であると、引張強度が低くなり、細径線に使用可能な程の引張強度を持たせることができない。線材の長手方向と結晶の＜１１１＞方向とのなす角が２０°以内である領域の面積率は、好ましくは３０％以上６０％以下である。
　図１は、アルミニウム合金線材の長手方向と結晶の＜１１１＞方向とのなす角を説明するための模式図である。図１に示すように、アルミニウム合金線材１５の長手方向１１と結晶１４の＜１１１＞方向１２とのなす角度１３が、本実施形態における線材の長手方向と結晶の＜１１１＞方向とのなす角である。なお、本実施形態の線材はアルミニウムを主成分とする合金のため、立方晶を考えた。
　また、線材の長手方向と結晶の＜１１１＞方向とのなす角が２０°以内である領域とは、結晶方向で表せば、＜１１１＞方向、＜１２１＞方向、＜１２２＞方向などが長手方向に配向した結晶を含む。
　このような結晶方位を有するアルミニウム合金線材を得るには、アルミ合金線材の製造条件などを以下のように制御すること、さらに好ましくは、合金組成を後述のようにすることにより実現することができる。
　以下、本実施形態のアルミニウム合金線の好適な製造方法を説明する。
（本実施形態のアルミニウム合金線材の製造方法）
　本実施形態のアルミニウム合金線材は、［１］溶解、［２］鋳造、［３］熱間加工（溝ロール加工など）、［４］第１伸線加工、［５］第１熱処理、［６］第２伸線加工、［７］溶体化熱処理、および［８］時効熱処理の各工程を順次行うことを含む製造方法によって製造することができる。なお、溶体化熱処理前後、または時効熱処理の後に、撚り線とする工程や電線に樹脂被覆を行う工程を設けてもよい。以下、［１］～［８］の工程について説明する。
［１］溶解
　溶解は、上述したアルミニウム合金組成になるように各成分の分量を調整して溶製する。
［２］鋳造および［３］熱間加工（溝ロール加工など）
　次いで、鋳造輪とベルトを組み合わせたプロペルチ式の連続鋳造圧延機を用いて、溶湯を水冷した鋳型で鋳造し、連続して圧延を行い、例えば直径５ｍｍφ～１３ｍｍφの適宜の太さの棒材とする。このときの鋳造時の冷却速度は、Ｆｅ系晶出物の粗大化の防止とＦｅの強制固溶による導電率低下の防止の観点から、好ましくは１～２０℃／ｓであるが、これに制限されるものではない。鋳造及び熱間圧延は、ビレット鋳造及び押出法などにより行ってもよい。
［４］第１伸線加工
　次いで、例えば直径５ｍｍφ～１２．５ｍｍφの適宜の太さの棒材とし、これを冷間で伸線加工する。伸線加工前に表面の皮むきを行う場合もあり表面の清浄化がなされるが、行わなくてもよい。
［５］第１熱処理
　冷間伸線した加工材に第１熱処理を施す。従来の熱処理は、加工して硬くなった伸線材の柔軟性を取り戻すために軟化させる熱処理として、伸線の中間的工程で実施するものであったが、本発明の第１熱処理は従来の熱処理とは異なり、所望の結晶方位を形成するために行うものである。高温での熱処理となるため、結果としてＭｇとＳｉの化合物の溶体化も同時になされる場合もある。第１熱処理は、具体的には、４８０～６２０℃の範囲内の所定温度まで加熱した後、少なくとも２００℃の温度までは１０℃／ｓ以上の平均冷却速度で冷却する熱処理である。第１熱処理の加熱時の所定温度が６２０℃よりも高いと、添加元素を含んでいるアルミニウム合金線は部分的に溶融してしまい、引張強度、および曲げ性が低下し、また、所定温度が４８０℃よりも低いと、所望の結晶方位を得られず引張強度及び０．２％耐力が高くなり、柔軟性が劣る。第１熱処理における加熱時の所定温度は好ましくは４８０～５８０℃の範囲とする。
　第１熱処理を行う方法としては、例えばバッチ式熱処理でも、高周波加熱、通電加熱、走間加熱などの連続熱処理でも良い。
　高周波加熱や通電加熱を用いた場合、通常は線材に電流を流し続ける構造になっているため、時間の経過と共に線材温度が上昇する。そのため、電流を流し続けると線材が溶融してしまう可能性があるので、適正な時間範囲にて熱処理を行う必要がある。走間加熱を用いた場合においても、短時間の焼鈍であるため、通常、走間焼鈍炉の温度は線材温度より高く設定される。長時間の熱処理では線材が溶融してしまう可能性があるため、適正な時間範囲にて熱処理を行う必要がある。以下、各方法による熱処理を説明する。
　高周波加熱による連続熱処理は、高周波による磁場中を線材が連続的に通過することで、誘導電流によって線材自体から発生するジュール熱により熱処理するものである。急熱、急冷の工程を含み、線材温度と熱処理時間で制御し線材を熱処理することができる。冷却は、急熱後、水中又は窒素ガス雰囲気中に線材を連続的に通過させることによって行う。この熱処理時間は０．０１～２ｓ、好ましくは０．０５～１ｓ、より好ましくは０．０５～０．５ｓで行う。
　連続通電熱処理は、２つの電極輪を連続的に通過する線材に電流を流すことによって線材自体から発生するジュール熱により熱処理するものである。急熱、急冷の工程を含み、線材温度と熱処理時間で制御し線材を熱処理することができる。冷却は、急熱後、水中、大気中又は窒素ガス雰囲気中に線材を連続的に通過させることによって行う。この熱処理時間は０．０１～２ｓ、好ましくは０．０５～１ｓ、より好ましくは０．０５～０．５ｓで行う。
　連続走間熱処理は、高温に保持した熱処理炉中を線材が連続的に通過して熱処理させるものである。急熱、急冷の工程を含み、熱処理炉内温度と熱処理時間で制御し線材を熱処理することができる。冷却は、急熱後、水中、大気中又は窒素ガス雰囲気中に線材を連続的に通過させることによって行う。この熱処理時間は０．５～１２０ｓ、好ましくは０．５～６０ｓ、より好ましくは０．５～２０ｓで行う。
　バッチ式熱処理は、焼鈍炉の中に線材を投入し、所定の設定温度、設定時間にて熱処理される方法である。線材自体が所定の温度にて数１０秒程度加熱されればよいが、工業使用上、大量の線材を投入することになるため、線材の熱処理ムラを抑制するために３０分以上は行った方が好ましい。熱処理時間の上限は、結晶粒が線材の半径方向に数えて５個以上あれば特に制限は無いが、短時間で行った方が結晶粒が線材の半径方向に数えて５個以上になりやすく、工業使用上、生産性も良いため、１０時間以内、好ましくは６時間以内にて熱処理される。
　線材温度又は熱処理時間の一方又は両方が上記で定義される条件より低い場合は、所望の結晶方位を得られず引張強度及び０．２％耐力が高くなり、柔軟性が劣る。線材温度又は焼鈍時間の一方又は両方が上記で定義される条件より高い場合は、添加元素を含んでいるアルミニウム合金線は部分的に溶融してしまい、引張強度、および曲げ性が低下し、線材の取り扱い時に断線が起こりやすくなる。
　第１熱処理における冷却は、少なくとも２００℃の温度までは１０℃／ｓ以上の平均冷却速度で行う。前記平均冷却速度が１０℃／ｓ未満であると、冷却中にＭｇ、Ｓｉなどの析出物が生じてしまい、その後の溶体化熱処理工程において結晶粒が粗大化して引張強度が低下する。なお、前記平均冷却速度は、好ましくは１５℃／ｓ以上であり、更に好ましくは２０℃／ｓ以上である。Ｍｇ及びＳｉの析出温度帯のピークは２５０～４００℃に位置するため、冷却中にてＭｇ及びＳｉの析出を抑制するためには少なくとも該温度にて冷却速度を速くすることが好ましい。
［６］第２伸線加工
　上記第１熱処理の後、さらに冷間で伸線加工を施す。
［７］溶体化熱処理（第２熱処理）
　冷間伸線した加工材に溶体化熱処理を行う。溶体化熱処理は、Ｍｇ及びＳｉなどの化合物をアルミニウム中に溶け込ませる工程である。溶体化熱処理は、第１熱処理と同様、バッチ式焼鈍で行っても、また、高周波加熱、通電加熱、走間加熱などの連続焼鈍で行ってもよい。
　溶体化熱処理の加熱温度は、４６０℃以上５８０℃未満とする。溶体化熱処理の加熱温度が４６０℃未満だと、溶体化が不完全となり、後の時効熱処理にてＭｇ，Ｓｉなどの十分な析出が得られず、引張強度が低下する。また、前記加熱温度が５８０℃以上であると、粗大結晶粒を形成し、引張強度、曲げ性が劣る。さらに、溶体化熱処理の加熱温度は、好ましくは４８０～５６０℃である。
　また、溶体化熱処理における冷却は、少なくとも２００℃の温度までは１０℃／ｓ以上の平均冷却速度で行う。前記平均冷却速度が１０℃／ｓ未満であると、冷却中にＭｇ２Ｓｉを始めとしたＭｇ、Ｓｉなどの析出物が生じてしまい、その後の時効熱処理工程での引張強度の向上効果が制限され、十分な引張強度が得られない傾向があるからである。なお、前記平均冷却速度は、好ましくは１５℃／ｓ以上であり、更に好ましくは２０℃／ｓ以上である。
　さらに、溶体化熱処理における冷却において、少なくとも２５０℃の温度までは１０℃／ｓ以上の平均冷却速度で行うと、Ｍｇ及びＳｉの析出抑制によるその後の時効熱処理工程での引張強度向上効果を発揮する上で好ましい。Ｍｇ及びＳｉの析出温度帯のピークは２５０～４００℃に位置するため、冷却中にてＭｇ及びＳｉの析出を抑制するためには少なくとも該温度にて冷却速度を速くすることが好ましい。
［８］時効熱処理
　次いで、時効熱処理を施す。時効熱処理は、Ｍｇ及びＳｉの集合体または析出物を出現させるために行う。時効熱処理における加熱温度は、好ましくは１００～２５０℃である。前記加熱温度が１００℃未満であると、Ｍｇ及びＳｉの集合体または析出物を十分に出現させることができず、引張強度、および導電率が不足しがちである。また、前記加熱温度が２５０℃よりも高いと、Ｍｇ及びＳｉの析出物のサイズが大きくなるため、導電率は上昇するが、引張強度が不足しがちである。時効熱処理における加熱温度は、好ましくは１００～２００℃である。なお、加熱時間は、温度によって最適な時間が変化する。低温では長時間、高温では短時間の加熱が引張強度を向上させる上で好ましい。生産性を考慮すると短時間が良く、好ましくは１５時間以下、更に好ましくは１０時間以下である。なお、時効熱処理における冷却は、特性のバラつきを防止するために、可能な限り冷却速度を速くすることが好ましい。しかし、製造工程上、速く冷却できない場合は、冷却中にＭｇ及びＳｉの析出物量の変化が起こることも考慮に入れて時効条件を適宜設定することができる。
　本実施形態のアルミニウム合金線材は、素線径を、特に制限はなく用途に応じて適宜定めることができるが、細物線の場合は直径が０．１０ｍｍ～０．５０ｍｍ、中細物線の場合は直径が０．５０ｍｍ～１．５ｍｍが好ましい。本実施形態のアルミニウム合金線材は、アルミニウム合金線として、単線で細くして使用できることが利点の一つであるが、複数本束ねて撚り合わせて得られるアルミニウム合金撚線として使用することもでき、上述した本実施形態の製造方法を構成する上記［１］～［８］の工程のうち、［１］～［６］の各工程を順次行ったアルミニウム合金線を複数本に束ねて撚り合わせた後に、［７］溶体化熱処理および［８］時効熱処理の工程を行ってもよい。
　また、本実施形態では追加の工程として連続鋳造圧延後に、従来法で行われているような均質化熱処理を行なうことも可能である。均質化熱処理は、添加元素の析出物(主にＭｇ－Ｓｉ系化合物)を均一に分散させることができるため、その後の第１熱処理にて均一な結晶組織が得られやすくなる結果、引張強度、曲げ性がより安定して得られる。均質化熱処理は、加熱温度を４５０℃～６００℃、加熱時間を１～１０時間にて行なうことが好ましく、より好ましくは５００～６００℃である。また、均質化加熱処理における冷却は、０．１～１０℃／分の平均冷却速度で徐冷することが、均一な化合物が得られやすくなる点で好ましい。
　本実施形態のアルミニウム合金線材は、アルミニウム合金線として、または複数本のアルミニウム合金線を撚り合わせて得られるアルミニウム合金撚線として使用することができるとともに、さらに、アルミニウム合金線またはアルミニウム合金撚線の外周に被覆層を有する被覆電線として使用することもでき、加えて、被覆電線と、この被覆電線の、被覆層を除去した端部に装着された端子とを備えるワイヤーハーネス（組電線）として使用することもまた可能である。
　本発明を以下の実施例に基づき詳細に説明する。なお本発明は、以下に示す実施例に限定されるものではない。
（実施例、比較例）
　Ｍｇ、Ｓｉ、Ｆｅ及びＡｌと、選択的に添加するＴｉ、Ｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｓｃ、Ｓｎ、Ｃｏ、Ｎｉを、表１に示す含有量（質量％）になるように、プロペルチ式の連続鋳造圧延機を用いて、溶湯を水冷した鋳型で連続的に鋳造しながら圧延を行い、約９．５ｍｍφの棒材とした。このときの鋳造時の冷却速度は約１５℃／ｓとした。次に、第１伸線加工を施し、表３に示す条件で第１熱処理を施し、さらに０．３１ｍｍφの線径まで第２伸線加工を行った。次に、表３に示す条件で溶体化熱処理を施した。第１熱処理及び溶体化熱処理とも、バッチ式熱処理では、線材に熱電対を巻きつけて線材温度を測定した。連続通電熱処理では、線材の温度が最も高くなる部分での測定が設備上困難であるため、ファイバ型放射温度計（ジャパンセンサ社製）で線材の温度が最も高くなる部分よりも手前の位置にて温度を測定し、ジュール熱と放熱を考慮して最高到達温度を算出した。高周波加熱および連続走間熱処理では、熱処理区間出口付近の線材温度を測定した。溶体化熱処理後に、表３に示す条件で時効熱処理を施し、アルミニウム合金線を製造した。
また、比較例についても同様に、表２に示す含有量になるように調製し、表４に示す条件にて第１熱処理、溶体化熱処理、時効熱処理を順次施し、アルミニウム合金線を製造した。なお比較例３では、純アルミニウムに相当する組成の材料を用いた。
　作製した各々の実施例及び比較例のアルミニウム合金線について、以下に示す方法により各特性を測定、評価した。
　（Ａ）線材の長手方向と結晶の＜１１１＞方向とのなす角が２０°以内である領域の面積率
　結晶方位の解析には、ＥＢＳＤ法を用いた。観察面を線材の長手方向に垂直な断面とし、観察範囲を一辺が線材直径以上の正方形とし、平均結晶粒径の１／１０以下の結晶粒方位を識別できることを条件とした。具体的には、線材の長手方向に垂直な断面において、主に直径約３１０μｍの試料面積に対し、結晶方位を観察した。線材の長手方向と結晶の＜１１１＞方向とのなす角が２０°以内である領域の面積率（％）は、（線材の長手方向と結晶の＜１１１＞方向とのなす角が２０°以内である領域の面積）／（試料測定面積）×１００として算出した。観察及び解析には、サーマル電界放出型走査電子顕微鏡（日本電子（ＪＥＯＬ）社製、装置名「ＪＳＭ－７００１ＦＡ」）、解析ソフト「ＯＩＭ　Ａｎａｌｙｓｉｓ」を使用し、観察範囲８００μｍ×５００μｍ、スキャンステップ（分解能）１μｍとした。
　（Ｂ）引張強度（ＴＳ）、０．２％耐力（ＹＳ）及びＹＳ／ＴＳの測定
　ＪＩＳ　Ｚ　２２４１に準じて各３本ずつの供試材（アルミニウム合金線）について引張試験を行い、その平均値を求めた。従来同様、断面積が小さい細径線に適用しても断線することなく使用可能とするために、高い引張強度が求められていることから、本発明においても２００ＭＰａ以上を合格レベルとした。その際、一般的に引張強度が高いほど０．２％耐力も高くなる傾向があるため、０．２％耐力（ＹＳ）と引張強度（ＴＳ）の比（ＹＳ／ＴＳ）は０．４以上を合格レベルとした。また、本発明では引張強度が高くなったとしても０．２％耐力の向上を抑制し、また最小限の力で車両組み付けができるように、（ＹＳ／ＴＳ）が０．７以下を合格レベルとした。
（Ｃ）１８０°曲げ試験
　アルミニウム合金線の線径の１０倍の直径の丸棒に巻き付けて１８０°曲げ試験を行い、曲げ部の外周部に発生するクラックを観察した。クラック観察には、マイクロスコープ（キーエンス社製、装置名「ＶＨＸ－１０００」）を用いた。曲げ部の外周部に生じるクラックの長さ（大きさ）が０．１ｍｍ以内である場合を合格「〇」、０．１ｍｍを超える場合を不合格「×」とした。
　実施例、比較例を上記方法にて測定、評価した結果を、表３および表４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表３および表４の結果より、発明例１～２１のアルミニウム合金線はいずれも、線材の長手方向と結晶の＜１１１＞方向とのなす角が２０°以内である領域の面積率が本発明の範囲内であり、引張強度及び柔軟性の双方に優れていた。また、１８０°曲げ試験で外周部にクラックが発生しなかった。
一方、比較例１では、線材の長手方向と結晶の＜１１１＞方向とのなす角が２０°以内である領域の面積率が、本発明の範囲よりも小さく、引張強度及びＹＳ／ＴＳの双方が劣り、更に１８０°曲げ試験で外周部にクラックが生じた。また、比較例２では、線材の長手方向と結晶の＜１１１＞方向とのなす角が２０°以内である領域の面積率が、本発明の範囲よりも大きく、ＹＳ／ＴＳが劣った。比較例３（純アルミニウム）では、引張強度が劣り、１８０°曲げ試験で外周部にクラックが生じた。
　本発明のアルミニウム合金線材は、ＭｇとＳｉを含有するアルミニウム合金を用いることを前提とし、優れた引張強度を保ちつつ、柔軟性を具備する、電気配線体の線材として用いられるアルミニウム合金線材、アルミニウム合金撚線、被覆電線、ワイヤーハーネスを提供することおよびアルミニウム合金線材の製造方法を提供することが可能になり、移動体に搭載されるバッテリーケーブル、ハーネスあるいはモータ用導線、産業用ロボットの配線体として有用である。さらに、本発明のアルミニウム合金線材は、引張強度が高いことから従来の電線よりも電線径を細くすることも可能であり、また、高い曲げ性が求められる配策部分などにも好適に用いることができる。
１１　線材の長手方向
１２　結晶の＜１１１＞方向
１３　線材の長手方向と結晶の＜１１１＞方向とのなす角
１４　結晶
１５　アルミニウム合金線材

Claims (9)

  1. 　アルミニウム合金線材であって、
    　Ｍｇ：０．１～１．０質量％、Ｓｉ：０．１～１．０質量％、Ｆｅ：０．０１～１．４０質量％、Ｔｉ：０．０００～０．１００質量％、Ｂ：０．０００～０．０３０質量％、Ｃｕ：０．００～１．００質量％、Ａｇ：０．００～０．５０質量％、Ａｕ：０．００～０．５０質量％、Ｍｎ：０．００～１．００質量％、Ｃｒ：０．００～１．００質量％、Ｚｒ：０．００～０．５０質量％、Ｈｆ：０．００～０．５０質量％、Ｖ：０．００～０．５０質量％、Ｓｃ：０．００～０．５０質量％、Ｓｎ：０．００～０．５０質量％、Ｃｏ：０．００～０．５０質量％、Ｎｉ：０．００～０．５０質量％、残部：Ａｌおよび不可避不純物である組成を有し、
    　前記アルミニウム合金線材の長手方向と結晶の＜１１１＞方向とのなす角が２０°以内である領域の面積率が２０％以上６５％以下であることを特徴とするアルミニウム合金線材。
  2. 　前記組成は、Ｔｉ：０．００１～０．１００質量％およびＢ：０．００１～０．０３０質量％からなる群から選択された１種または２種を含有する、請求項１記載のアルミニウム合金線材。
  3. 　前記アルミニウム合金線材は、Ｃｕ：０．０１～１．００質量％、Ａｇ：０．０１～０．５０質量％、Ａｕ：０．０１～０．５０質量％、Ｍｎ：０．０１～１．００質量％、Ｃｒ：０．０１～１．００質量％、Ｚｒ：０．０１～０．５０質量％、Ｈｆ：０．０１～０．５０質量％、Ｖ：０．０１～０．５０質量％、Ｓｃ：０．０１～０．５０質量％、Ｓｎ：０．０１～０．５０質量％、Ｃｏ：０．０１～０．５０質量％およびＮｉ：０．０１～０．５０質量％からなる群から選択された１種または２種以上を含有する、請求項１又は２記載のアルミニウム合金線材。
  4. 　引張強度が２００ＭＰａ以上であり、
    　０．２％耐力（ＹＳ）と引張強度（ＴＳ）の比（ＹＳ／ＴＳ）が、０．４～０．７の範囲内であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金線材。
  5. 　直径が０．１０ｍｍ～０．５０ｍｍである、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアルミニウム合金線材。
  6. 　請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金線材を複数本撚り合わせてなるアルミニウム合金撚線。
  7. 　請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金線材または請求項６記載のアルミニウム合金撚線の外周に被覆層を有する被覆電線。
  8. 　請求項７記載の被覆電線と、該被覆電線の、前記被覆層を除去した端部に装着された端子とを備えるワイヤーハーネス。
  9. 　溶解、鋳造後に、熱間加工を経て荒引線を形成し、その後、少なくとも第１熱処理、伸線加工、溶体化熱処理および時効熱処理の各工程を順次行うことを含むアルミニウム合金線材の製造方法であって、
    第１熱処理は、４８０～６２０℃の範囲内の所定温度まで加熱した後、少なくとも２００℃の温度までは１０℃／ｓ以上の平均冷却速度で冷却することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金線材の製造方法。
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