WO2018212412A1 - 케이블 도체용 알루미늄 합금 - Google Patents

케이블 도체용 알루미늄 합금 Download PDF

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WO2018212412A1
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heat treatment
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cable conductor
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김지영
김상겸
박지용
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엘에스전선 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to an aluminum alloy for cable conductors. Specifically, the present invention relates to an aluminum alloy for cable conductors, which is excellent in mechanical properties such as tensile strength and elongation at room temperature and high temperature, electrical conductivity, and at the same time, a simple manufacturing process and a reduction in manufacturing cost.
  • Aluminum conductor wires are lighter and cheaper than copper conductor wires and copper alloy conductor wires, and aluminum is easy to cast and alloy with other metals. Due to its excellent corrosion resistance and durability, it is widely used for overhead transmission lines, underground transmission lines, and building cables.
  • pure aluminum has excellent properties such as elongation and electrical conductivity, but mechanical strength such as tensile strength is unsatisfactory.
  • cable used in a high vibration environment such as cable used in automobiles, aircrafts, prime movers, etc.
  • the mechanical strength which determines the resistance to vibration needs to be improved.
  • the mechanical properties and electrical conductivity of room temperature and high temperature such as tensile strength and elongation
  • an object of the present invention is to provide an aluminum alloy for the cable conductor is simple and the manufacturing cost is reduced and environmentally friendly cable.
  • Aluminum alloy for cable conductors including iron (Fe), copper (Cu), boron (B) and titanium (Ti).
  • an aluminum alloy for a cable conductor having a grain size growth rate of 30 to 70% as defined by Equation 1 below.
  • a is the average particle diameter of the grains measured after heat treatment of the aluminum alloy at 60 CTC for 1 hour
  • b is the average particle diameter of the aluminum alloy measured after heat treatment at 400 ° C. for 1 hour.
  • the fresh aluminum alloy wire with a diameter of 0.4 ⁇ has a tensile strength of 140 MPa or more, elongation of 15% or more, and electrical conductivity of 59 ACS or more .
  • At least one intermetallic compound selected from the group consisting of Al-Fe intermetallic compounds, Al-Cu intermetallic compounds and Al—Ti intermetallic compounds is provided.
  • an aluminum alloy for cable conductors based on the total weight of the aluminum alloy, the content of iron (Fe) is increased from 0.3 to 0.6, the content of copper (Cu) is 0.3 to 0.5 weight, the content of the boron (B) is 0.001 to 0.01% by weight, The content of titanium (Ti) is 0.01 to 0.03 increase 3 ⁇ 4 provides an aluminum alloy for the cable conductor.
  • an aluminum alloy for cable conductors comprising an impurity selected from the group consisting of bar (V), crumb (O) and nickel (Ni) based on the total weight of the aluminum alloy to a total content of 0.01% by weight or less.
  • an impurity selected from the group consisting of bar (V), crumb (O) and nickel (Ni) based on the total weight of the aluminum alloy to a total content of 0.01% by weight or less.
  • an aluminum alloy for cable conductor characterized in that the content of each of the bar (V), the cr (Cr) and the nickel (N i) is 0.01% by weight or less.
  • the temperature of the aluminum alloy molten metal to 720 to 780 ° C prepared in the form of a rod (rod) through continuous casting rolling, it is prepared by fresh to 0.4 ⁇ diameter and heat-treated at 310 ° C for 6 hours Provide cable conductors.
  • the aluminum alloy for cable conductor according to the present invention is excellent in improving the room temperature and high temperature tensile strength and the elongation, electrical conductivity, etc. at the same time by the selection of a specific alloy element and the compounding ratio and the precisely controlled heating particle diameter growth rate. Effect.
  • the aluminum alloy for cable conductors according to the present invention does not require additional high temperature and long heat treatment and additional grain refining process, which simplifies the manufacturing process and reduces manufacturing cost, and can exclude environmentally regulated substances as alloying elements. Because of the eco-friendly excellent effect.
  • Example 1 is an optical microscope photograph according to ASTM E112 taken after heat treatment at 400 and 600 ° C for the aluminum alloy according to Example 1 and Comparative Examples 1, 5 and 8, respectively.
  • the present invention relates to an aluminum alloy for cable conductors.
  • the aluminum alloy may include, in addition to aluminum (A 1), alloy elements such as iron (Fe), copper (Cu), boron (B), titanium (Ti), and other alloy elements inevitably added in the manufacturing process. .
  • iron (Fe) exists as an Al-Fe intermetallic compound in a matrix (Mat rix).
  • M-Fe intermetallic compounds are precipitated mostly during the heat treatment step of the aluminum alloy conductor manufacturing process, thereby suppressing the growth of grains, thereby improving mechanical strength such as tensile strength.
  • the content of the iron (Fe) may be 0.3 to 0.6% by weight based on the total weight of the aluminum alloy. The content of the iron (Fe) is 0.3 weight?
  • the degree of improvement in mechanical strength of the aluminum alloy is unsatisfactory, whereas if it is greater than 0.6 weight 3 ⁇ 4>, the A ⁇ Fe intermetallic compound is coarse to reduce the extrudability of the aluminum alloy melt. Elongation, electrical conductivity, etc. of the aluminum alloy can be greatly reduced.
  • copper (Cu) is dissolved in aluminum to increase the corrosion potential of the aluminum alloy, thereby improving the corrosion resistance of the aluminum alloy, and, similarly to iron (Fe), as a ⁇ Cu intermetallic compound in a base (Mat rix) It is present in the heat treatment step to inhibit the growth of grains, thereby improving the mechanical strength, such as tensile strength.
  • the content of copper (Cu) may be 0.3 to 0.5% by weight based on the total weight of the aluminum alloy.
  • the copper (Cu) content is less than 0.3% by weight, the degree of improvement in mechanical strength of the aluminum alloy is insufficient, whereas when the amount of copper (Cu) is greater than 0.5, the intermetallic compound is coarse to reduce the extrudability of the aluminum alloy melt. Elongation of the aluminum alloy. Electrical conductivity and the like can be greatly reduced.
  • boron (B) promotes the precipitation of intermetallic compounds in the heat treatment step of the aluminum alloy manufacturing process, thereby suppressing coarsening of crystal grains, thereby improving the strength of the aluminum alloy and suppressing a decrease in electrical conductivity. Done.
  • the content of boron (B) may be 0.001 to 0.01% by weight based on the total weight of the aluminum alloy.
  • the boron (B) content is less than 0.001% by weight, the degree of improvement in the mechanical strength of the aluminum alloy may be unsatisfactory. If it is more than 0.01% by weight, the intermetallic compound may be excessively generated, thereby greatly reducing the electrical conductivity of the aluminum alloy.
  • titanium As the alloying elements of titanium (Ti), since a melting point of about 1, 800 ° C in high compared to the other alloying elements of about 1084.5 ° C melting point of iron (Fe), melting point of about 1, 540 ° C, copper (Cu) of titanium Compound of nium diboride (TiB 2 ). It is added in the form of a rod of aluminum titanium diboride ( ⁇ 2 ), and is uniformly present as precipitate in the form of a / U -Ti intermetallic compound such as Al-Al 3 Ti-TiB 2 in an aluminum alloy. In addition, the average distance between the precipitates for determining the size of the crystal grains of the aluminum alloy is further reduced, and as a result, the microcrystals of the crystal grains further enhance the strength of the aluminum alloy.
  • the aluminum alloy to which the titanium (Ti) is added can be made finer by Al-Ti precipitates as described above, so that heat treatment is performed at a higher temperature or for a longer time to improve the elongation of the aluminum alloy. Even if the degree to which the tensile strength is lowered is very low compared to aluminum alloy without titanium (Ti) added. The elongation can be significantly improved compared to that of other aluminum alloys without the addition of titanium (Ti) and exhibiting the same tensile strength.
  • the content of titanium (Ti) may be 0.01 to 0.03% by weight based on the total weight of the aluminum alloy.
  • the content of titanium (Ti) is less than 0.01% by weight, it is difficult to exert the grain refining effect of the aluminum alloy, while when it is more than 0.03% by weight, a large amount of impurities are added to the aluminum alloy to form a coarse intermetallic compound. Extrudeability of the aluminum alloy molten metal and tensile of the aluminum alloy Strength and electrical conductivity may be lowered.
  • each of the unavoidable impurities may be 0.01 weight or less based on the total weight of the aluminum alloy, and the total content of the unavoidable impurities may be 0.1 weight% or less.
  • the aluminum alloy may include the alloying element in the blending ratio and by adjusting the drawing and heat treatment process conditions may be a particle diameter growth rate of 30 to 70% according to Equation 1 below.
  • the drawing and heat treatment process conditions may be a particle diameter growth rate of 30 to 70% according to Equation 1 below.
  • it can have a tensile strength of 90% or more, for example, 140 MPa or more, compared to the tensile strength before heat treatment.
  • a is the average particle diameter of the grains measured after heat treatment of the aluminum alloy at 600 ° C. for 1 hour
  • b is an average particle diameter of the aluminum alloy measured after heat treatment at 40CTC for 1 hour.
  • the grain size of the crystal grains is a diameter of a circle having the same cross-sectional area as the crystal grains
  • the average grain diameter of the crystal grains means an average value of the grain diameters of the crystal grains.
  • the grain size by heat treatment is insignificant, and the grain size growth rate is significant because the grain size by heat treatment is excessive when the heat treatment temperature of the aluminum alloy is higher than 60C C in a or the heat treatment temperature of the aluminum alloy in b is lower than 400 ° C. It cannot be a criterion for evaluating characteristics. ⁇
  • the grain size of the aluminum alloy is already coarse, and thus the grain size does not grow significantly even after heating. If it exceeds, it indicates that the heat resistance is insufficient, so that the tensile strength at a high temperature, that is, the temperature of use of the wire is greatly reduced, and boron (Bi) and titanium (Ti) are dissolved due to excessive casting temperature, so that the electrical conductivity is decreased.
  • the aluminum alloy according to the present invention can have an excellent tensile strength of 140 MPa or more by the tensile strength of the fresh aluminum alloy wire with a diameter of 0.4 ⁇ by controlling the growth rate of the particle diameter defined by Equation 1 to 30 to 70%.
  • the elongation at which it is in conflict with this is over 15%, and the electrical conductivity is over 59% IACS.
  • the aluminum alloy molten metal is prepared using the alloying elements and contents as shown in Table 1 below, and manufactured in the form of a rod through continuous casting rolling, followed by a fresh process with a diameter of 0.4 ⁇ and a heat treatment process (6 at 310 ° C). Time) was performed to prepare an aluminum alloy wire specimen according to each of Examples and Comparative Examples.
  • the unit of the content described in Table 1 below is weight percent.
  • the electrical conductivity of the aluminum alloy wire specimens according to the examples and the comparative examples was calculated by measuring the electrical resistance by the Calvin Double Bridge method according to the ASTM B193 standard.
  • Particle growth rate according to Equation 1 by measuring the particle diameter after heat treatment of the aluminum alloy wire specimens according to Examples and Comparative Examples at 400 ° C and 600 ° C for 1 hour respectively Calculated.
  • the grain size growth rate was evaluated as bad when out of the range of 30 to 70%.
  • the aluminum alloys of Examples 1 to 4 according to the present invention have a grain size growth rate of 30 to 70% upon heating, so that the tensile strength of the aluminum alloy wire and the elongation and electrical conductivity in the upper layer relationship thereof. Are all excellent, and in particular, the tensile strength after heat treatment is also excellent, 140 MPa or more.
  • the aluminum alloy of Comparative Example 1 has excessive iron (Fe) content and thus has low elongation and electrical conductivity.
  • the aluminum alloy of Comparative Example 2 has a high copper (Cu) content.
  • the tensile strength of the aluminum alloy wire is less than the standard, and the aluminum alloy of Comparative Example 3 does not contain boron (B) and titanium (Ti), resulting in a decrease in precipitate formation, resulting in coarse grains, resulting in an improvement in elongation.
  • Tensile strength was greatly decreased during the heat treatment, and the aluminum alloy of Comparative Example 4 was found to have a large copper (Cu) content, which greatly increased the grain size growth rate and the electrical conductivity was lower than the standard.
  • the aluminum alloys of Comparative Examples 5 and 7 were manufactured by casting at a temperature below the standard, so that the grain growth rate was less than 30%, which means that the grain size of the aluminum alloy was already coarse, so that the grain size did not grow significantly even after heating.
  • room temperature tensile strength was found to be lower than the standard
  • the aluminum alloys of Comparative Examples 6 and 8 were manufactured by casting at a temperature above the standard, so that the grain growth rate exceeded 70 ⁇ 3 ⁇ 4, which is boron in the aluminum alloy.
  • B and titanium (Ti) are employed to indicate that the conductivity is lowered and the conductivity is found to be below the standard.

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Abstract

본 발명은 케이블 도체용 알루미늄 합금에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 인장강도, 신율 등의 기계적 특성과 전기전도도가 동시에 우수하고, 제조공정이 단순하고 제조단가가 절감되며, 친환경적인 케이블 도체용 알루미늄 합금에 관한 것이다.

Description

【명세서】
【발명의 명칭】
케이블 도체용 알루미늄 합금
【기술분야】
본 발명은 케이블 도체용 알루미늄 합금에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발 명은 상온 및 고온에서의 인장강도， 신율 등의 기계적 특성과 전기전도도가 동시에 우수하고, 제조공정이 단순하고 제조단가가 절감되며, 친환경적인 케이블 도체용 알루미늄 합금에 관한 것이다.
【배경기술】
알루미늄 도체 전선은 동 ( copper ) 도체 전선 및 동 합금 도체 전선에 비해 경량이면서 가격이 저렴하고， 또한 알루미늄은 주조성이 용이하고 다른 금속과의 합금이 용이하며, 상온 및 고온 가공이 용이하고 대기 중에서 내식성과 내구성이 우수한 등의 이유로, 가공송전선 지중송전선 , 빌딩용 케이블 등에 널리 사용되고 있다.
다만, 순수한 알루미늄은 신율, 전기전도도 등의 특성은 우수한 반면 인장강 도 등 기계적 강도는 불층분한 문제가 있고, 특히 자동차, 항공기, 원동기 등에 사 용되는 케이블과 같이 진동이 심한 환경에서 사용되는 케이블의 도체로 사용되는 경우, 진동에 대한 내성을 결정하는 기계적 강도가 향상될 필요가 있다.
따라서, 종래에는 알루미늄 (Al )과 철 (Fe) , 구리 (Cu) , 마그네슘 (Mg) , 지르코 늄 (Zr ) , 베릴름 (Be) 등의 합금원소와의 합금을 통해 알루미늄 합금의 기계적 강도 를 향상시키는 기술이 공지되어 있다. 그러나， 종래 알투미늄 합금은 목적한 기계적 강도를 달성하기 위해 과량의 합금원소를 첨가해야 하므로 상기 기계적 강도와 상층관계에 있는 신율, 전기전도 도 등이 크게 저하되거나, 제조를 위한 높은 열처리 은도가 요구되거나 장시간의 열처리가 요구되는 등의 문제가 있으며, 나아가 환경 규제 물질인 베릴륨 (Be)의 첨 가로 인해 환경문제가 유발되고 생산단가가 증가하는 문제가 있었다.
또한, 알루미늄 합금의 신율， 전기전도도 등이 크게 저하되는 것을 희피하기 위해 합금원소를 소량 첨가하는 경우 알루미늄 합금의 기계적 강도의 향상이 불층 분하거나， 상기 알루미늄 합금의 기계적 강도의 향상을 위해 추가로 결정립 미세화 공정이 필요한 등 제조공정이 복잡해지는 문제가 있다.
이러한 상황에서, 현재 케이블 업계에서는 동 도체 전선 및 동 합금도체 전 선을 알루미늄 합금 도체 전선으로 대체할 수 있도록 알루미늄 합금의 인장강도 등 의 기계적 강도 및 이와 상층관계에 있는 신을， 전기전도도 등을 동시에 향상시키 기 위한 연구가 활발히 진행되고는 있으나. 알루미늄 합금에 대한 최적의 합금원소 의 조합과 공정조건이 정립되어 있지 않아 기술적 진보에 많은 어려움을 겪고 있 다.
따라서, 인장강도, 신율 등의 상온 및 고은 기계적 특성과 전기전도도가 동 시에 우수하고, 제조공정이 단순하고 제조단가가 절감되며, 친환경적인 케이블 도 체용 알루미늄 합금이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
【발명의 상세한 설명】
【기술적 과제】
본 발명은 인장강도, 신율 등의 상온 및 고온 기계적 특성과 전기전도도가 동시에 우수한 케이블 도체용 알루미늄 합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 제조공정이 단순하고 제조단가가 절감되며 친환경적인 케이 블 도체용 알루미늄 합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.
【기술적 해결방법】
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
케이블 도체용 알루미늄 합금으로서， 철 (Fe) , 구리 (Cu) , 붕소 (B) 및 티타 늄 (Ti )을 포함하고. 아래 수학식 1에 의해 정의되는 입경성장율이 30 내지 70%인, 케이블 도체용 알루미늄 합금을 제공한다.
[수학식 1]
입경성장을 (% ) = ( a-b ) /b* 100
상기 수학식 1에서,
a는 상기 알루미늄 합금을 60CTC에서 1시간 동안 열처리 후 측정한 결정립의 평균입경이고,
b는 상기 알루미늄 합금을 400°C에서 1시간 동안 열처리 후 측정한 결정립의 평균입경이다.
여기서 , 직경 0.4 隱로 신선한 알루미늄 합금 선재의 인장강도가 140 MPa 이 상, 신율이 15% 이상 및 전기전도도가 59 ACS 이상인 것을 특징으로 .하는, 케이블 도체용 알루미늄 합금을 제공한다.
또한 Al -Fe 금속간 화합물， Al-Cu 금속간 화합물 및 Al— Ti 금속간 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 금속간 화합물을 포함하는 것을 특징으 로 하는. 케이블 도체용 알루미늄 합금을 제공한다. 그리고, 상기 알투미늄 합금의 총 중량을 기준으로 상기 철 (Fe)의 함량은 0.3 내지 0.6 증량 상기 구리 (Cu)의 함량은 0.3 내지 0.5 중량 상기 붕소 (B)의 함량은 0.001 내지 0.01 중량 % , 상기 티타늄 (Ti )의 함량은 0.01 내지 0.03 증량 ¾인 것을 특징으로 하는, 케이블 도체용 알루미늄 합금을 제공한다.
나아가, 상기 알루미늄 합금의 총 중량을 기준으로 바나듬 (V) , 크름 (O) 및 니켈 (Ni )로 이루어진 그룹으로부터 선택된 불순물을 총 함량 0. 1 중량 % 이하로 포 함하는 것을 특징으로 하는, 케이블 도체용 알루미늄 합금을 제공한다.
여기서 , 상기 알루미늄 합금의 총 중량을 기준으로. 바나듬 (V) , 크름 (Cr ) 및 니켈 (N i ) 각각의 함량이 0.01 증량 % 이하인 것을 특징으로 하는, 케이블 도체용 알 루미늄 합금을 제공한다.
또한, 신선 후 3KTC에서 6시간 동안의 열처리 후에도 열처리 전의 인장강도 에 비해 90% 이상의 인장강도를 보유하는 것을 특징으로 하는, 케이블 도체용 알루 미늄 합금을 제공한다.
한편, 상기 알루미늄 합금 용탕의 온도를 720 내지 780°C로 조절하여 연속주 조 압연을 통해 로드 ( rod) 형태로 제조한 후, 직경 0.4 隱로 신선하고 310°C에서 6 시간 동안 열처리함으로써 제조된 케이블 도체를 제공한다.
【발명의 효과】
본 발명에 따른 케이블 도체용 알루미늄 합금은 특정 합금원소 및 배합비의 선택, 그리고 정밀하게 제어된 가열시 입경성장율에 의해 상온 및 고온 인장강도 및 이와 상층관계에 있는 신율, 전기전도도 등을 동시에 향상시키는 우수한 효과를 나타낸다. 또한, 본 발명에 따른 케이블 도체용 알루미늄 합금은 추가적인 고온 및 장 시간의 열처리, 그리고 추가적인 결정립 미세화 공정이 불필요해 제조공정이 단순 하고 제조단가가 절감되며， 합금원소로서 환경 규제물질을 배제할 수 있기 때문에 친환경적인 우수한 효과를 나타낸다.
【도면의 간단한 설명】
도 1은 실시예 1과 비교예 1 , 5 및 8에 따른 알루미늄 합금에 대해 400 및 600 °C에서 각각 열처리 후 촬영한 ASTM E112에 따른 광학현미경 사진이다.
【발명의 실시를 위한 형태】
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어 지는 것이다.
본 발명은 케이블 도체용 알루미늄 합금에 관한 것이다.
상기 알루미늄 합금은 알루미늄 (A 1 ) 이외에 철 (Fe) , 구리 (Cu) , 붕소 (B) , 티 타늄 ( Ti ) 등의 합금원소와 제조공정에서 불가피하게 첨가되는 다른 합금원소를 포 함할 수 있다.
상기 합금원소로서 철 (Fe)은 기지 (Mat r i x ) 내에서 Al -Fe 금속간 화합물로 존 재한다. 특히, M -Fe 금속간 화합물은 상기 알루미늄 합금 도체의 제조공정 중 열 처리 단계에서 대부분 석출되어 결정립의 성장을 억제함으로써 인장강도 등 기계적 강도를 향상시키는 작용을 하게 된다. 여기서, 상기 철 (Fe)의 함량은 상기 알투미늄 합금의 총 중량을 기준으로 0.3 내지 0.6 중량%일 수 있다 상기 철 (Fe)의 함량이 0.3 중량? ¾ 미만인 경우 상기 알루미늄 합금의 기계적 강도가 향상되는 정도가 불층분한 반면, 0.6 중량 ¾> 초과인 경우 A卜 Fe 금속간 화합물이 조대해져 알루미늄 합금 용탕의 압출성이 저하되고. 상기 알루미늄 합금의 신율, 전기전도도 등이 크게 저하될 수 있다.
상기 합금원소로서 구리 (Cu)는 알루미늄에 고용되어 알루미늄 합금의 부식전 위를 높여 알루미늄 합금의 내식성을 향상시키고, 철 (Fe )과 마찬가지로 기 지 (Mat r i x ) 내에서 A卜 Cu 금속간 화합물로 존재하여 열처리 단계에서 석출되어 결 정립의 성장을 억제함으로써 인장강도 등 기계적 강도를 향상시키는 작용을 하게 된다.
여기서, 상기 구리 (Cu)의 함량은 상기 알루미늄 합금의 총 중량을 기준으로 0.3 내지 0.5 중량 %일 수 있다. 상기 구리 (Cu)의 함량이 0 .3 중량 % 미만인 경우 상 기 알루미늄 합금의 기계적 강도가 향상되는 정도가 불충분한 반면, 0.5 중량 초 과인 경우 금속간 화합물이 조대해져 알루미늄 합금 용탕의 압출성이 저하되고, 알 루미늄 합금의 신율. 전기전도도 등이 크게 저하될 수 있다.
상기 합금원소로서 붕소 (B)는 알루미늄 합금의 제조공정 중 열처리 단계에서 금속간 화합물의 석출을 촉진시켜 결정립의 조대화를 억제함으로써 상기 알루미늄 합금의 강도를 향상시키며 전기전도도의 저하를 억제하는 작용을 하게 된다.
여기서, 상기 붕소 (B)의 함량은 상기 알루미늄 합금의 총 중량을 기준으로 0.001 내지 0.01 중량 %일 수 있다. 상기 붕소 (B)의 함량이 0.001 중량 % 미만인 경 우 상기 알루미늄 합금의 기계적 강도가 향상되는 정도가 불층분할 수 있는 반면, 0.01 중량 % 초과인 경우 금속간 화합물을 과도하게 생성시켜 알루미늄 합금의 전기 전도도가 크게 저하될 수 있다.
상기 합금원소로서 티타늄 (Ti )은 융점이 약 1 , 800°C로 다른 합금원소인 철 (Fe)의 융점 약 1 , 540°C , 구리 (Cu)의 융점 약 1084.5°C에 비해 높기 때문에 티타 늄 디보라이드 (TiB2)의 화합물. 알루미늄 티타늄 디보라이드 (ΑΓΠΒ2)의 로드 (rod) 등의 형태로 첨가되고， 알루미늄 합금 내에서 Al-Al3Ti-TiB2 등의 /U -Ti 금속간 화 합물 형태의 석출물로 균일하게 존재함으로써, 알루미늄 합금의 결정립의 크기를 결정하는 석출물간 평균거리를 추가로 감축시키고, 결과적으로 결정립의 미세화에 의해 상기 알루미늄 합금의 강도를 추가로 향상시키는 작용을 하게 된다.
또한, 상기 티타늄 (Ti )이 첨가된 알루미늄 합금은 앞서 기술한 바와 같이 Al -Ti 석출물에 의한 결정립의 미세화가 가능하므로， 알루미늄 합금의 신을을 향상 시키기 위해 더욱 높은 온도에서 또는 더욱 장시간 열처리를 수행하는 경우에도 인 장강도가 저하되는 정도가 티타늄 (Ti )이 첨가되지 않은 알루미늄 합금에 비해 매우 낮기 때문에. 티타늄 (Ti )이 첨가되지 않고 동일한 인장강도를 나타내는 다른 알루 미늄 합금의 신율에 비해 크게 향상된 신율을 나타낼 수 있다.
여기서 , 상기 티타늄 (Ti )의 함량은 상기 알루미늄 합금의 총 중량을 기준으 로 0.01 내지 0.03 증량 %일 수 있다. 상기 티타늄 (Ti )의 함량이 0.01 증량 % 미만인 경우 상기 알루미늄 합금의 결정립 미세화 효과가 발휘되기 어려운 반면, 0.03 증 량% 초과인 경우 상기 알루미늄 합금에 다량의 불순물이 첨가되어 조대한 금속간 화합물을 생성해 상기 알루미늄 합금 용탕의 압출성 및 상기 알루미늄 합금의 인장 강도와 전기전도도가 저하될 수 있다.
상기 알루미늄 합금의 제조공정에서 불가피하게 첨가되는 불순물로서, 예를 들어, 바나듬 (V) , 크름 (Cf ) . 니켈 (N i ) 등을 포함할 수 있다. 상기 불가피한 불순물 각각의 함량은 상기 알루미늄 합금의 총 중량을 기준으로 0.01 중량 이하일 수 있 고, 상기 불가피한 불순물의 총 함량은 0. 1 중량 % 이하일 수 있다.
한편, 상기 알루미늄 합금은 상기 합금원소를 상기 배합비로 포함하고 신선 및 열처리 공정 조건을 조절함으로써 아래 수학식 1에 따른 입경성장율이 30 내지 70%일 수 있고. 이로써 신선 및 31C C에서 6시간 동안의 열처리 후에도 열처리 전 의 인장강도에 비해 90% 이상, 예를 들어 140 MPa 이상의 인장강도를 보유할 수 있 다.
[수학식 1 ]
입경성장율 (%)=( a-b)/b* 100
상기 수학식 1에서.
a는 상기 알루미늄 합금을 600 °C에서 1시간 동안 열처리 후 측정한 결정립의 평균입경이고,
b는 상기 알루미늄 합금을 40CTC에서 1시간 동안 열처리 후 측정한 결정립의 평균입경이다.
여기서, 결정립의 입경은 상기 결정립과 동일한 단면적을 갖는 원의 직경이 고, 상기 결정립의 평균입경은 상기 결정립의 입경의 평균값을 의미한다.
상기 수학식 1 증 a에서 알루미늄 합금의 열처리 온도가 600 °C 미만이거나 b 에서 알루미늄 합금의 열처리 온도가 400 °C 초과인 경우 열처리에 의한 입경이 성 장하는 정도가 미미하고, a에서 알루미늄 합금의 열처리 온도가 60C C 초과이거나 b에서 알루미늄 합금의 열처리 온도가 400°C 미만인 경우 열처리에 의한 입경이 성 장하는 정도가 과도하기 때문에 상기 입경성장율이 의미있는 특성을 평가하는 기준 이 될 수 없다. ■
또한, 상기 알루미늄 합금은 상기 수학식 1에 의해 정의된 입경성장율이 30% 미만인 경우 상기 알루미늄 합금의 입경이 이미 조대하여 가열후에도 입경이 크게 성장하지 않은 것이므로 상온 인장강도가 불충분함을 나타내는 반면, W 초과인 경우 내열성이 불충분하여 고온, 즉 전선의 사용 온도에서의 인장강도가 크게 저하 되고, 과도한 주조온도 등에 의해 붕소 ( Bi ) 및 티타늄 (Ti )이 고용되어 전기전도도 가 하락됨을 나타낸다.
따라서, 본 발명에 따른 알루미늄 합금은 상기 수학식 1에 의해 정의된 입경 성장율이 30 내지 70 %로 제어됨으로써, 직경 0.4 睡로 신선한 알루미늄 합금 선재 의 인장강도가 140 MPa 이상인 우수한 인장강도를 보유할 수 있고， 이와 상충관계 에 있는 신율이 15% 이상, 그리고 전기전도도가 59% IACS 이상으로 우수하다.
[실시예]
1 . 제조예
아래 표 1에 나타난 바와 같은 합금원소와 함량으로 알루미늄 합금 용탕을 제조하고, 연속주조 압연을 통하여 로드 ( rod) 형태로 제조한 후 직경 0.4 麵로 신 선하는 공정과 열처리 공정 (310°C에서 6시간)을 수행하여 실시예 및 비교예 각각에 따른 알루미늄 합금 선재 시편을 제조하였다. 아래 표 1에 기재된 함량의 단위는 중량 %이다. 【표 1】
Figure imgf000012_0001
2. 물성 평가
1) 인장강도 및 신율 측정
실시예 및 비교예 각각에 따른 알루미늄 합금 선재 시편에 대해 ASTM B557 규격에 따라 와이어용 그리핑 장치를 이용하여 시편의 양끝을 고정한 상태에서 lmm/s의 속도로 잡아당기는데 소요되는 힘을 측정한 후 오프셋 방법 (offset method)을 이용하여 인장강도 # 산출했고, 시편이 끊어지는 시점에서의 시편의 길 이로부터 신율을 측정했다. 상기 인장강도는 140 MPa 미만인 경우 또는 상기 신율 이 15% 미만인 경우 불량으로 평가했다.
2) 전기전도도 측정
실시예 및 비교예 각각에 따른 알루미늄 합금 선재 시편의 전기전도도는 ASTM B193 규격에 따라 캘빈 더블브리지 (Double Bridge)법으로 전기저항을 측정하 여 산출했다.
3) 입경성장율 측정
실시예 및 비교예 각각에 따른 알루미늄 합금 선재 시편을 400°C 및 600°C에 서 각각 1시간 동안 열처리 후 입경을 측정하여 상기 수학식 1에 따른 입경성장율 을 계산했다. 상기 입경성장율은 30 내지 70 %의 범위를 벗어나는 경우 불량인 것 으로 평가했다.
구체적으로 입경의 측정은, 실시예 및 비교예 각각에 따른 선재의 단면을 1 Di amond suspens i on까지 경면연마하고， 증류수 200 m i와 HBF4 5 m£를 흔합한 수 용액에서 24 V 조건으로 2분 40초간 전해 에칭을 하고, ASTM E112에 따라 광학현미 경으로 촬영한 미세조직 사진으로부터 평균입경을 측정함으로써 수행했다.
상기 물성 평가의 결과는 아래 표 2 및 도 1에 나타난 바와 같다.
【표 2】
Figure imgf000013_0001
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따르는 실시예 1 내지 4의 알루미 늄 합금은 가열시 입경성장율이 30 내지 70 %로 조절됨으로써 알루미늄 합금 선재 의 인장강도 및 이와 상층관계에 있는 신율과 전기전도도가 모두 우수하고, 특히 열처리 후의 인장강도도 140 MPa 이상으로 우수한 것으로 확인되었다.
반면, 비교예 1의 알루미늄 합금은 철 (Fe ) 함량이 과도하여 신율 및 전기전 도도가 기준 미달이고， 비교예 2의 알루미늄 합금은 구리 (Cu) 함량이 블층분하여 알루미늄 합금 선재의 인장강도가 기준 미달이며 , 비교예 3의 알투미늄 합금은 붕 소 (B) 및 티타늄 (Ti )이 첨가되지 않아 석출물 생성이 저하되고 이로써 결정립이 조 대화되어 결과적으로 신율의 향상을 위한 열처리시 인장강도가 크게 저하되고， 비 교예 4의 알루미늄 합금은 구리 (Cu) 함량이 과도하여 가열시 입경성장율이 크게 증 가하고 전기전도도가 기준 미달인 것으로 확인되었다.
또한， 비교예 5 및 7의 알루미늄 합금은 기준 미달의 온도에서의 주조를 통 해 제조됨으로써 입경성장율이 30% 미만이었고 이는 상기 알루미늄 합금의 입경이 이미 조대하여 가열후에도 입경이 크게 성장하지 않은 것을 의미하고 결과적으로 상온 인장강도가 기준 미달인 것으로 확인되었으며, 비교예 6 및 8의 알루미늄 합 금은 기준 초과의 온도에서의 주조를 통해 제조됨으로써 입경성장율이 70<¾를 초과 했고 이는 상기 알루미늄 합금에서 붕소 (B) 및 티타늄 (Ti )이 고용되어 전기전도도 가 하락됨을 의미하고 실제로 전기전도도가 기준 미달인 것으로 확인되었다.
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만， 해당 기 술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구 성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

Claims

【청구의 범위】 【청구항 1] 케이블 도체용 알루미늄 합금으로서， 철 (Fe), 구리 (Cu), 붕소 (B) 및 티타늄 (Ti)을 포함하고, 아래 수학식 1에 의해 정의되는 입경성장율이 30 내지 70%인. 케이블 도체용 알루미늄 합금.
[수학식 1]
입경성장율 (¾)=(a-b)/b*100
상기 수학식 1에서,
a는 상기 알루미늄 합금을 600°C에서 1시간 동안 열처리 후 측정한 결정립의 평균입경이고,
b는 상기 알루미늄 합금을 400°C에서 1시간 동안 열처리 후 측정한 결정립의 평균입경이다.
【청구항 2】
제 1항에 있어서，
직경 0.4 隱로 신선한 알루미늄 합금 선재의 인장강도가 140 MPa 이상, 신율 이 15% 이상 및 전기전도도가 59 ACS 이상인 것을 특징으로 하는, 케이블 도체용 알루미늄 합금.
【청구항 3】
제 1항 또는 제 2항에 있어서.
Al-Fe 금속간 화합물, Al-Cu 금속간 화합물 및 Al-Ti 금속간 화합물로 이루 어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 금속간 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하 는, 케이블 도체용 알루미늄 합금.
【청구항 4】
저 U항 또는 제 2항에 있어서，
상기 알루미늄 합금의 총 중량을 기준으로. 상기 철 (Fe)의 함량은 0.3 내지 0.6 중량 % , 상기 구리 (Cu)의 함량은 0.3 내지 0.5 증량 상기 붕소 (B)의 함량은 0.001 내지 0.01 증량 %ᅳ 상기 티타늄 (ΤΓ)의 함량은 0.01 내지 0.03 중량%인 것을 특징으로 하는, 케이블 도체용 알루미늄 합금.
【청구항 5】
제 1항 또는 제 2항에 있어서 ,
상기 알루미늄 합금의 총 중량을 기준으로. 바나듬 (V) , 크름 (Cr ) 및 니 켈 (Ni )로 이투어진 그룹으로부터 선택된 불순물을 총 함량 0. 1 중량 % 이하로 포함 하는 것을 특징으로 하는, 케이블 도체용 알루미늄 합금.
【청구항 6】
제 5항에 있어서,
상기 알루미늄 합금의 총 증량을 기준으로 바나듬 (V) , 크름 (Cr ) 및 니 켈 ( N i ) 각각의 함량이 0.01 중량 % 이하인 것을 특징으로 하는, 케이블 도체용 알루 미늄 합금.
【청구항 7】
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
신선 후 310 °C에서 6시간 동안의 열처리 후에도 열처리 전의 인장강도에 비 해 90% 이상의 인장강도를 보유하는 것을 특징으로 하는, 케이블 도체용 알루미늄 합금.
【청구항 8]
제 1항 또는 제 2항의 알루미늄 합금 용탕의 온도를 720 내지 780°C로 조절하 여 연속주조 압연을 통해 로드 (rod) 형태로 제조한 후, 직경 0.4 隱로 신선하고 310°C에서 6시간 동안 열처리함으로써 제조된 케이블 도체.
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