(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚｒを０．２〜０．４０重量％、Ｓｃを０．０５〜０．３０重量％、Ｓｉを０．０１〜０．０５重量％、Ｆｅを０．０５〜０．２０重量％、Ｔｉを０．００１〜０．０１０重量％、Ｖを０．００１〜０．０１０重量％含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金線。
【請求項２】
Ｚｒを０．２〜０．４０重量％、Ｓｃを０．０５〜０．３０重量％、Ｓｉを０．０１〜０．０５重量％、Ｆｅを０．０５〜０．２０重量％、Ｔｉを０．００１〜０．０１０重量％、Ｖを０．００１〜０．０１０重量％含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金を鋳造圧延して荒引線を製造し、その荒引線に３００〜４００℃で５〜１０時間の第１次熱処理を行い、続いて４００〜５００℃で２０〜６０時間の第２次熱処理を行い、その後、断面積減少率５０％以上の冷間加工を施すことを特徴とするアルミニウム合金線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電用耐熱アルミニウム（Ａｌ）合金線、及びそれを用いたアルミニウム電線（例えば、架空送電線や電車線用電線）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の電力需要の増加にともない、架空送電線や電車線用電線においては送電容量の増加が要求されている。送電容量を増加させるためには、導体の断面積を大きくすれば良いが、重量が増加するため既存鉄塔等の許容強度を超える問題が生じる。
【０００３】
導体の断面積を変えずに送電容量を増加させるためには、耐熱性に優れ、かつ導電率の高いアルミニウム合金線を導体に使用すればよく、その目標値として、引張強さが２００ＭＰａ以上、導電率が５８％ＩＡＣＳ以上、耐熱性が９５％以上であることが望ましいといわれている。
【０００４】
従来、これに対処するために、Ｚｒを０．１重量％程度含んだＡｌ−Ｚｒ合金が使用されてきた。しかし、従来のＡｌ−Ｚｒ合金線において耐熱性を向上させるにためには、Ｚｒの添加量を増加して固溶量を増加させればよいが、その反面導電性が著しく低下してしまう問題がある。
【０００５】
かかる問題を解決するために、第３元素としてＦｅ、Ｍｇ、Ｓｉなどを添加し、極めて長時間の熱処理を行うことで、耐熱性と導電性の要求特性を満たす耐熱アルミニウム合金線を製造している。
【０００６】
しかしながら、Ａｌ−Ｚｒ合金にＦｅ、Ｍｇ、Ｓｉなどを添加し、耐熱性および導電性の両要求特性を満足させるためには、５０時間を超える長時間の熱処理（時効処理）が必要であり、製造コストが高くなってしまうという問題がある。
【０００７】
一方で、熱処理時間を短縮するために、微量のＢｅを添加したＡｌ−Ｚｒ−Ｂｅ系合金線が開発され、適用されている状況にある。
【０００８】
しかしながら、Ｂｅを添加したＡｌ−Ｚｒ−Ｂｅ系合金の場合には、熱処理時間は短縮できるが、Ｂｅ自体が高価な金属であるため製造コストが高くなってしまうという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−１３１７１９号公報
【特許文献２】特開２００１−３４８６３７号公報
【特許文献３】特許第４１４４１８４号公報
【特許文献４】特許第４１４４１８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
これに対し、引張強さおよび耐熱性に優れ、かつ導電率の高いアルミニウム合金線として、Ａｌに所定量のＺｒ、Ｓｃを添加したＡｌ−Ｚｒ−Ｓｃ合金の開発が進められている。
【００１１】
本発明者らの検討により、引張強さ２００ＭＰａ以上、導電率５８％ＩＡＣＳ以上、耐熱性９５％以上の諸特性を両立するＡｌ−Ｚｒ−Ｓｃ合金を用いたアルミニウム合金線が、研究・実験的な段階のものでは実現できることがわかっており（例えば特許文献１から４参照）、かかるアルミニウム合金線を量産に適した産業的な規模で実用可能にすることが求められている。
【００１２】
量産化を考慮すると、低コスト化の観点から、連続鋳造圧延法を用いてアルミニウム合金線を製造することが求められるが、かかる連続鋳造圧延法を用いたＡｌ−Ｚｒ−Ｓｃ合金の製造上の問題については未だ十分になされているとはいえない。
【００１３】
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、所望の引張強さ、耐熱性および高導電性を兼ね備えつつ、連続鋳造圧延法を用いた量産機にも十分に対応可能であるアルミニウム合金線及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明者らは、Ｚｒを０．２〜０．４０重量％、Ｓｃを０．０５〜０．３０重量％、Ｓｉを０．０１〜０．０５重量％、Ｆｅを０．０５〜０．２０重量％、Ｔｉを０．００１〜０．０１０重量％、Ｖを０．００１〜０．０１０重量％含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金線であれば、所望の引張強さ、耐熱性および高導電性を兼ね備えつつ、連続鋳造圧延法を適用した量産機を用いて製造しても表面品質の優れた荒引線を得ることができることを見出し、本発明を完成させた。
【００１５】
また、上記目的を達成するため、本発明者らは、Ｚｒを０．２〜０．４０重量％、Ｓｃを０．０５〜０．３０重量％、Ｓｉを０．０１〜０．０５重量％、Ｆｅを０．０５〜０．２０重量％、Ｔｉを０．００１〜０．０１０重量％、Ｖを０．００１〜０．０１０重量％含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金を鋳造圧延して荒引線を製造し、その荒引線に３００〜４００℃で５〜１０時間の第１次熱処理を行い、続いて４００〜５００℃で２０〜６０時間の第２次熱処理を行い、その後、断面積減少率５０％以上の冷間加工を施すアルミニウム合金線の製造方法を用いることで、連続鋳造圧延法を適用した量産機を用いて製造しても、所望の引張強さ、耐熱性および高導電性を兼ね備えたアルミニウム合金線を得ることができることを見出したものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、所望の引張強さ、耐熱性および高導電性を兼ね備えつつ、連続鋳造圧延法を用いた量産機にも十分に対応することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係るアルミニウム合金線は、Ｚｒを０．２〜０．４０重量％、Ｓｃを０．０５〜０．３０重量％、Ｓｉを０．０１〜０．０５重量％、Ｆｅを０．０５〜０．２０重量％、Ｔｉを０．００１〜０．０１０重量％、Ｖを０．００１〜０．０１０重量％含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるものである。
【００１８】
本発明に係るアルミニウム合金線において、Ｚｒを０．２０〜０．４０重量％、Ｓｃを０．０５〜０．３０重量％としたのは、Ｚｒが０．２０重量％未満、あるいはＳｃが０．０５重量％未満では、導電率の向上は達成できるものの、耐熱性の向上が達成できず、Ｚｒを０．４０重量％以上、あるいはＳｃを０．３０重量％以上では、耐熱性の向上は達成できるものの、導電率は低下してしまう。したがって、本発明において、ＺｒとＳｃの適正な添加量は、Ｚｒ０．２０〜０．４０重量％、Ｓｃ０．０５〜０．３０重量％である。
【００１９】
そして、Ｚｒを０．２０〜０．４０重量％、Ｓｃを０．０５〜０．３０重量％含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金を鋳造圧延することにより、ＡｌマトリックスにＺｒ、およびＳｃを固溶させ、次いで熱処理することにより、Ａｌ3Ｚｒ、Ａｌ3Ｓｃ、およびＡｌ3（Ｚｒ、Ｓｃ）の微細な析出物を形成させる。この析出物によって、加工組織を安定化し、かつ導電性を低下させることなく、加工材の耐熱性、および強度特性を著しく向上させることが可能となる。したがって、本発明は、従来技術であるＺｒをＡｌ中に固溶させたり、あるいは熱処理によりＡｌ3Ｚｒのみを析出させることによって耐熱性および強度特性を向上させる。
【００２０】
また、本発明に係るアルミニウム合金線において、Ｓｉを０．０１〜０．０５重量％の範囲に限定したのは、Ｓｉには、熱処理時におけるＡｌ3Ｚｒ、Ａｌ3Ｓｃ、およびＡｌ3（Ｚｒ、Ｓｃ）の析出を促進する作用があり、Ｓｉが０．０１重量％未満では、かかる作用の発現が乏しいためである。また、Ｓｉが０．０５重量％を超えると、導電率を著しく低下させてしまう。
【００２１】
また、Ｆｅは、アルミニウム合金線の強度を向上させる作用があるが、Ｆｅが０．０５重量％未満では、かかる作用の発現が乏しく、Ｆｅが０．２０重量％を超えると導電率を著しく低下させてしまう。
【００２２】
また、ＴｉおよびＶは、アルミニウム合金の鋳造材における結晶粒を微細化して、かかる鋳造材の割れや傷の発生を抑制し、これにより鋳造圧延時の製品の歩留が大幅に向上する作用があるが、Ｔｉが０．００１重量％未満或いはＶが０．００１重量％未満では、かかる作用の発現が乏しいためである。また、Ｔｉが０．０１０重量％を超え或いはＶが０．０１０重量％を超える場合には、導電率を著しく低下させてしまう。
【００２３】
次に、本発明のアルミニウム合金線の製造方法は、Ｚｒを０．２〜０．４０重量％、Ｓｃを０．０５〜０．３０重量％、Ｓｉを０．０１〜０．０５重量％、Ｆｅを０．０５〜０．２０重量％、Ｔｉを０．００１〜０．０１０重量％、Ｖを０．００１〜０．０１０重量％含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金を鋳造圧延して荒引線を製造し、その荒引線に３００〜４００℃で５〜１０時間の第１次熱処理を行い、続いて４００〜５００℃で２０〜６０時間の第２次熱処理を行い、その後、断面積減少率５０％以上の冷間加工を施す構成からなるものである。
【００２４】
本発明に係るアルミニウム合金線の製造方法は、工業的な製造方法である連続鋳造圧延法を用いる。この連続鋳造圧延法には、例えば、プロペルチ法、ＳＣＲ法、ヘズレー法などがあり、本発明は特にこれを限定するものではない。以下では、本発明に係るアルミニウム合金線の製造方法について、アルミニウム合金線の製造に最も用いられるプロペルチ法によって説明する。
【００２５】
プロペルチ法によって得られた荒引線は、次いで３００〜４００℃で５〜１０時間の第１次熱処理を行い、続いて４００〜５００℃で２０〜６０時間の第２次熱処理を実施する。これら熱処理によって、鋳造時に固溶したＺｒとＳｃを微細な粒子として析出させることができる。ここで、第１次熱処理の作用は、析出物の核を形成させることであり、第２次熱処理の作用は析出物を適正な大きさに成長させることである。
【００２６】
熱処理が３００〜４００℃で５〜１０時間の第１次熱処理、続いて４００〜５００℃で２０〜６０時間の第２次熱処理を行う場合、
第１次熱処理が３００℃未満であると析出物の核発生が生じにくく、４００℃を超えると析出物が成長するため好ましくない。また、熱処理時間が５時間未満であると析出物の核発生が不十分であり、１０時間を超えると析出物の成長が生じ好ましくない。
【００２７】
さらに、第２次熱処理が４００℃未満であると析出物の成長が不十分となり、導電性が回復されない。また、５００℃を超える温度では析出物が粗大化し、耐熱性が向上しない。さらに、熱処理時間が２０時間未満では析出物の成長が十分でなく、６０時間を超えると析出物の粗大化が生じ、耐熱性が低下する。
【００２８】
したがって、本発明における熱処理は、３００〜４００℃で５〜１０時間の第１次熱処理、４００〜５００℃で２０〜６０時間の第２次熱処理である。
【００２９】
また、荒引線の断面減少率５０％以下では、冷間加工時の加工硬化によるアルミニウム合金線の強度特性の向上が期待できない。
【実施例】
【００３０】
以下、実施例および比較例を示し、本発明をより具体的に説明する。
【００３１】
［実施例１］
Ｚｒを０．３５重量％、Ｓｃを０．１重量％、Ｓｉを０．０３重量％、Ｆｅを０．１１重量％、Ｔｉを０．００４重量％、Ｖを０．００５重量％、残部はアルミニウムおよび不可避的不純物からなる合金を工業的製法であるプロペルチ法を用いて鋳造圧延し、外径１２ｍｍの荒引線を製造した。当該荒引線に第１次熱処理を３５０℃で７時間、次いで第２次熱処理を４２０℃で４０時間施した後、断面積減少率９３％の冷間加工を加えて外径３．２ｍｍのアルミニウム合金線を製造した。
【００３２】
［実施例２］
Ｚｒを０．３５重量％、Ｓｃを０．２重量％、Ｓｉを０．０３重量％、Ｆｅを０．１１重量％、Ｔｉを０．００４重量％、Ｖを０．００５重量％、残部はアルミニウムおよび不可避的不純物からなる合金を工業的製法であるプロペルチ法を用いて鋳造圧延し、外径１２ｍｍの荒引線を製造した以外は、実施例１と同様にして外径３．２ｍｍのアルミニウム合金線を製造した。
【００３３】
［比較例１］
Ｚｒを０．３５重量％、Ｓｃを０．１重量％、残部はアルミニウムおよび不可避的不純物からなる合金を工業的製法であるプロペルチ法を用いて鋳造圧延し、外径１２ｍｍの荒引線を製造した。当該荒引線に第１次熱処理を３５０℃で７時間、次いで第２次熱処理を４２０℃で４０時間施した後、断面積減少率９３％の冷間加工を加えて外径３．２ｍｍのアルミニウム合金線を製造した。
【００３４】
［比較例２］
Ｚｒを０．３５重量％、Ｓｃを０．２重量％、残部はアルミニウムおよび不可避的不純物からなる合金を工業的製法であるプロペルチ法を用いて鋳造圧延し、外径１２ｍｍの荒引線において、１次熱処理を３５０℃で７時間、次いで第２次熱処理を４２０℃で４０時間施した後、断面積減少率９３％の冷間加工を加えて外径３．２ｍｍのアルミニウム合金線を製造した。
【００３５】
そしてまず実施例および比較例の荒引線の表面品質を市販の過流探傷機を用いて測定し、その表面傷又は表面割れの程度を相対的に評価し、表１中において、荒引線の表面傷の少ない良品を○とし、表面傷が多い不良品を×とした。
【００３６】
さらに、実施例と比較例のアルミニウム合金線について、それぞれ引張強さ（ＭＰａ）、導電率（％ＩＡＣＳ）、耐熱性（％）を測定した。これらの評価結果を表１に示す。
【００３７】
ここで、耐熱性（％）は、（得られたアルミニウム合金線に２８０℃で１時間加熱した後における引張強さ／得られたアルミニウム合金線の引張強さ）×１００で求められる値である。
【００３８】
【表１】
0005534241.tif 000002
【００３９】
実施例１、実施例２並びに比較例１、２のアルミニウム合金線においては、いずれも２００ＭＰａ以上の引張強さ、５８％ＩＡＣＳ以上の導電率、９５％以上の耐熱性を有しているものの、荒引線の表面品質の点においては、実施例は、荒引線の表面傷が少なく、比較例は、荒引線の表面傷が多く入ってしまい、表面品質が悪かった。
【００４０】
次に、本発明に係るアルミニウム合金線の製造方法について、実施例および比較例を用いて具体的に説明する。
【００４１】
［比較例３］
Ｚｒを０．３５重量％、Ｓｃを０．１重量％、残部はアルミニウムおよび不可避的不純物からなる合金を工業的製法であるプロペルチ法を用いて鋳造圧延し、外径１２ｍｍの荒引線を製造した。当該荒引線に第１次熱処理を２００℃で１０時間、次いで第２次熱処理を４００℃で５０時間施した後、断面積減少率９３％の冷間加工を加えて外径３．２ｍｍのアルミニウム合金線を製造した。
【００４２】
［比較例４］
Ｚｒを０．３５重量％、Ｓｃを０．１重量％、残部はアルミニウムおよび不可避的不純物からなる合金を工業的製法であるプロペルチ法を用いて鋳造圧延し、外径１２ｍｍの荒引線を製造した。当該荒引線に第１次熱処理を３５０℃で７時間、次いで第２次熱処理を６００℃で５０時間施した後、断面積減少率９３％の冷間加工を加えて外径３．２ｍｍのアルミニウム合金線を製造した。
【００４３】
［比較例５］
Ｚｒを０．３５重量％、Ｓｃを０．２重量％、残部はアルミニウムおよび不可避的不純物からなる合金を工業的製法であるプロペルチ法を用いて鋳造圧延し、外径１２ｍｍの荒引線を製造した。当該荒引線に第１次熱処理を２００℃で１０時間、次いで第２次熱処理を４００℃で５０時間施した後、断面積減少率９３％の冷間加工を加えて外径３．２ｍｍのアルミニウム合金線を製造した。
【００４４】
［比較例６］
Ｚｒを０．３５重量％、Ｓｃを０．２重量％、残部はアルミニウムおよび不可避的不純物からなる合金を工業的製法であるプロペルチ法を用いて鋳造圧延し、外径１２ｍｍの荒引線を製造した。当該荒引線に第１次熱処理を３５０℃で７時間、次いで第２次熱処理を６００℃で５０時間施した後、断面積減少率９３％の冷間加工を加えて外径３．２ｍｍのアルミニウム合金線を製造した。
【００４５】
［比較例７］
Ｚｒを０．３５重量％、Ｓｃを０．１重量％、Ｓｉを０．０３重量％、Ｆｅを０．１１重量％、Ｔｉを０．００４重量％、Ｖを０．００５重量％、残部はアルミニウムおよび不可避的不純物からなる合金を工業的製法であるプロペルチ法を用いて鋳造圧延し、外径１２ｍｍの荒引線を製造した。当該荒引線に第１次熱処理を２００℃で１０時間、次いで第２次熱処理を４００℃で５０時間施した後、断面積減少率９３％の冷間加工を加えて外径３．２ｍｍのアルミニウム合金線を製造した。
【００４６】
［比較例８］
Ｚｒを０．３５重量％、Ｓｃを０．２重量％、Ｓｉを０．０３重量％、Ｆｅを０．１１重量％、Ｔｉを０．００４重量％、Ｖを０．００５重量％、残部はアルミニウムおよび不可避的不純物からなる合金を工業的製法であるプロペルチ法を用いて鋳造圧延し、外径１２ｍｍの荒引線を製造した。当該荒引線に第１次熱処理を２００℃で１０時間、次いで第２次熱処理を４００℃で５０時間施した後、断面積減少率９３％の冷間加工を加えて外径３．２ｍｍのアルミニウム合金線を製造した。
【００４７】
実施例１、２および比較例３から比較例８の金属組成と熱処理条件を表２に示すとともに、実施例１、２および比較例３から比較例８の引張強さ、導電率、耐熱性を表３に示す。
【００４８】
【表２】
0005534241.tif 000003
【００４９】
【表３】
0005534241.tif 000004
【００５０】
表２及び表３に示すように、本発明材である実施例１及び２のアルミニウム合金線の製造方法は、第１次熱処理および第２次熱処理のいずれも規定範囲内のものであったため、２００ＭＰａ以上の引張強さ、５８％ＩＡＣＳ以上の導電率、９５％以上の耐熱性を有するアルミニウム合金線を実現することができた。
【００５１】
これに対して、比較例３、５、７、８のアルミニウム合金線は、第１次熱処理の温度が２００℃という低い温度であったため、析出物の核発生が生じにくく、導電性が回復されていないことがわかる。また、比較例４および比較例６のアルミニウム合金線は、第１次熱処理の温度が６００℃という高い温度であったため、析出物が粗大化し、耐熱性が向上しないことがわかる。