(57)【要約】【課題】細いおよび極細の金属線に延伸できる銅合金を提供する。【解決手段】２つの銅合金が提供される。第１の銅合金は、０．２重量％から０．６重量％のクロム、０．００５重量％から０．２５重量％の銀、および残部の銅からなる組成を有している。第２の銅合金は、０．２重量％から０．６重量％のクロム、０．０１重量％から０．１２重量％のマグネシウム、および残部の銅からなる組成を有している。本発明の各銅合金は、軟化抵抗を改善するために追加的にジルコニウムをさらに含ませることができる。これらの合金は、絞り加工や圧延により、細いおよび極細の寸法（０．０１０インチ（０．２５４ｍｍ）ないしそれ以下）に成形され、また単線の金属線やこれから作られた構造物として使用される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．２重量％から０．６重量％のクロム、０．００５重量％から０．２５重量％の銀、０．０１５重量％までのジルコニウムを必須成分として含み、および残部の銅からなる銅合金。
【請求項２】
前記クロムが０．３重量％から０．５重量％の量だけ存在する、請求項１記載の銅合金。
【請求項３】
前記銀が０．０５重量％から０．２０重量％の量だけ存在する、請求項１記載の銅合金。
【請求項４】
前記ジルコニウムが０．００５重量％から０．０１５重量％の量だけ存在する、請求項１記載の銅合金。
【請求項５】
０．２重量％から０．６重量％のクロム、０．０１重量％から０．１２重量％のマグネシウム、０．０１５重量％までのジルコニウムを必須成分として含み、および残部の銅からなる銅合金。
【請求項６】
前記クロムが０．３重量％から０．５重量％の量だけ存在する、請求項５記載の銅合金。
【請求項７】
前記マグネシウムが０．０５重量％から０．１重量％の量だけ存在する、請求項５記載の銅合金。
【請求項８】
前記ジルコニウムが０．００５重量％から０．０１５重量％の量だけ存在する、請求項５記載の銅合金。
【請求項９】
０．２重量％から０．６重量％のクロム、０．００５重量％から０．２５重量％の銀、０．０１５重量％までのジルコニウムを必須成分として含み、および残部の銅からなる銅合金から形成される金属線であって、前記金属線が０．２５４ｍｍ（０．０１０インチ）より小さい直径を有する、金属線。
【請求項１０】
前記クロムが０．３重量％から０．５重量％の量だけ存在する、請求項９記載の金属線。
【請求項１１】
前記銀が０．０５重量％から０．２０重量％の量だけ存在する、請求項９記載の金属線。
【請求項１２】
前記ジルコニウムが０．００５重量％から０．０１５重量％の量だけ存在する、請求項９記載の金属線。
【請求項１３】
０．２重量％から０．６重量％のクロム、０．０１重量％から０．１２重量％のマグネシウム、０．０１５重量％までのジルコニウムを必須成分として含み、および残部の銅からなる銅合金から形成される金属線であって、０．２５４ｍｍ（０．０１０インチ）より小さい直径を有する、金属線。
【請求項１４】
前記クロムが０．３重量％から０．５重量％の量だけ存在する、請求項１３記載の金属線。
【請求項１５】
前記マグネシウムが０．０５重量％から０．１０重量％の量だけ存在する、請求項１３記載の金属線。
【請求項１６】
前記ジルコニウムが０．００５重量％から０．０１５重量％の量だけ存在する、請求項１３記載の金属線。
【請求項１７】
クロムを含む銅合金材料を準備するステップ、
前記銅合金材料を溶体化処理して前記クロムの過半数を溶体化するステップ、
前記溶体化処理の後に前記銅合金材料を急冷して前記クロムを溶体に維持するステップ、
前記銅合金材料を中間ゲージの金属線に形成するステップ、
前記銅合金材料の金属線をエージングしてサブミクロンの大きさの析出したクロム粒子を得るステップ、および
前記銅合金材料の金属線を最終ゲージの金属線に形成するステップを有してなる、銅合金の金属線の製造方法。
【請求項１８】
前記銅合金材料を準備するステップが、０．２重量％から０．６重量％のクロム、０．００５重量％から０．２５重量％の銀、０．０１５重量％までのジルコニウムを必須成分として含み、および残部の銅からなる銅合金材料を準備するステップからなる、請求項１７記載の製造方法。
【請求項１９】
前記銅合金材料を準備するステップが、０．２重量％から０．６重量％のクロム、０．０１重量％から０．１２重量％のマグネシウム、０．０１５重量％までのジルコニウムを必須成分として含み、および残部の銅からなる銅合金材料を準備するステップからなる、請求項１７記載の製造方法。
【請求項２０】
前記溶体化ステップが、前記銅合金材料を９２５℃から１０００℃の範囲の温度にすることからなる、請求項１７記載の製造方法。
【請求項２１】
前記銅合金材料を中間ゲージの金属線に形成するステップが、前記銅合金材料を０．９１ｍｍ（０．０３６インチ）から１．６３ｍｍ（０．０６４インチ）の範囲の直径を有する金属線に延伸することからなる、請求項１７記載の方法。
【請求項２２】
前記エージングステップが、前記金属線を４５０℃から５６５℃の範囲の温度にすることからなる、請求項１７記載の方法。
【請求項２３】
前記最終ゲージの金属線に形成するステップが、前記銅合金材料の金属線を０．２５４ｍｍ（０．０１０インチ）より小さい直径を有する金属線に延伸することからなる、請求項１７記載の方法。
【請求項２４】
前記金属線を最終ゲージにおいて、３５０℃から５１０℃の範囲の温度で追加の熱処理をするステップをさらに含む、請求項１７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クロムと銀またはクロムとマグネシウムを含む２つの銅合金、および直径が０．０１０インチ（０．２５４ｍｍ）より少ない細い金属線（ワイヤ）を製造するための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
銅およびその合金は、導体ないし導線として使用される主要な材料である。銅合金は、非合金では各特性が不十分（不適当）ないし不足する場合に使用される。ＡＳＴＭ  Ｂ６２４には、そのような用途における１つの特性セットが記載されている。ＡＳＴＭ  Ｂ６２４では、有用な導体用合金の特性を次のように定めている。少なくとも６０ｋｓｉの引張り強さが、最小で８５％ＩＡＣＳの導電率（電気導電性）、および直径に依存して最小で７％から９％（例えば直径０．０１０インチ（０．２５４ｍｍ）では８％）の伸び。これらの特性は、既存の合金であるＣ１８１３５の性能に基づいて定められている。上記の特性に加えて、軟化抵抗（softening resistance）や曲げ寿命（flex life）のような他の特性は重要なファクターつまり要因であり考慮すべきものである。
【０００３】
ＡＳＴＭ  Ｂ６２４の要件に合致した最初の合金は、カドミウム０．４重量％、クロム０．４重量％、および残部の銅の公称組成を有する銅合金１８１３５である。カドミウムの危険性のために、この合金の代替えのための研究がなされてきた。ＰＥＲＣＯＮ  ２４の商品名（商標名）で販売されている銅−クロム−ジルコニウム合金が売り出され、この合金はＡＳＴＭ  Ｂ６２４の要件を超えることができた。このＣｕ−Ｃｒ−Ｚｒ合金は市販のものであるが、ジルコニウムを含む合金の鋳造および製造は非常に複雑である。このため、危険なカドミウムがなく且つジルコニウムを加える困難性がなくて、ＡＳＴＭ  Ｂ６２４の要件に合致する新規な合金を考え出すことは有用である。
【０００４】
Copper Development Association（ＣＤＡ）は、クロムを含むいくつかの銅合金をリストアップしている。銅クロム合金であるＣ１８２および１８４は１．２％までのクロムを含有している。これら銅クロム合金は、析出硬化合金（時効硬化合金）である。クロムの強化効果（補強効果）を利用するためには、まずクロムを銅マトリックス（固溶体）中に溶解されなければならない。固溶体処理に続いて、微細な粒子を形成して合金を補強するために析出硬化合金は熱処理される。銅中に溶解できるクロムの最大量は０．６５％であり、また銅が溶解し始める温度は１０７６℃である。実際には、銅に溶解するクロムの最大量は０．６５％より少ない。銅マトリックス中に溶解したもの以外の過剰の量のクロムは、大きな粒子（５から１０ミクロンないしそれ以上）として残留し、合金の補強には貢献しない。この大きな粒子は、比較的大きな（０．０２０インチ（０．５０８ｍｍ）より大きい）直径の金属線には悪影響を与えない。しかしながら、導体中の大きな粒子は、典型的には０．００３インチ（０．０７６２ｍｍ）から０．００５インチ（０．１２７ｍｍ）、および０．００１インチ（０．０２５４ｍｍ）あるいはさらに小さい単線の金属線（single end wire）の場合には、金属線の切断を引き起こし、大きな障害となる。このため、直径が０．００１インチ（０．０２５４ｍｍ）から０．０１０インチ（０．２５４ｍｍ）である典型的な単線の金属線を導体に応用した場合には、銅クロム合金におけるクロムの量は、好適には、０．６５％より小さく制限する必要がある。実際には、銅中に実用的に溶解できるクロムの最大量は約０．５％である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
銅−クロム合金は高強度を提供できるが、その軟化抵抗は許容できるものではなく、軟化抵抗を改善するための対策が必要である。銀、マグネシウム、およびジルコニウムは、銅合金の軟化抵抗を改善するものとして知られている。ジルコニウムは、銅の軟化抵抗を増大するための最も有効な元素の１つである。しかしながら、ジルコニウムは、反応性の高い元素であり、またこれを銅に加えるためには特別な装置および技術が必要となる。一方、銀は、銅の軟化抵抗を増大するためには効果的な元素であり、また銅に非常に容易に加えることができる。銀の追加的な特長は、導電率に悪影響を及ぼさないことである。合金Ｃ１０７は、銀を含有する銅の一例であり、合金Ｃ１０２と比較して改良された軟化抵抗を有している。軟化抵抗を増大するには銀を少量だけ添加するだけで良い。銀を０．２％より多く添加することは、有害ではないが、比較的高価な元素の浪費となる。
【０００６】
ＣＤＡの合金Ｃ１８５００には、銅−クロム−銀が記載されている。関心がないことから、この合金は１９９２年から放棄されており、また現在の銅合金のリストから除かれている。Ｃ１８５００には、０．４％から１．０％のクロムおよび０．０８％から０．１２％の銀が含まれている。この合金中の高いクロムは大きな直径の金属線およびロッド（棒）においては有害ではないが、興味対象である細いおよび極細の金属線（典型的には０．０１０インチ（０．２５４ｍｍ）より小さい）を延伸する場合には妨げとなる。実際、Ｃ１８５００のためにリストされたクロムの最小量は、本発明の合金のために必要なクロムの最適量である。銀は比較的高価な元素であり、軟化抵抗を改善するために必要な量まで制限する必要がある。Ｃ１８５００において特定された公称量は０．１％である。
【０００７】
別の方法として、合金の軟化抵抗を改善するためにマグネシウムを銅クロムに加えるようにしても良い。マグネシウムの添加により導電率が低減することから、添加されるマグネシウムの量は、軟化抵抗を改善するために必要な最小量に制限する必要がある。この理由から、マグネシウムの量は０．１％までに制限する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、細い、および極細の金属線（典型的には０．０１０インチ（０．２５４ｍｍ）よりも小さい金属線）に延伸（伸線）ないし絞り加工することができる、２つの銅合金が提供される。
【０００９】
第１の銅合金は、０．２重量％から０．６重量％のクロム、０．００５重量％から０．２５重量％の銀、０．０１５重量％までのジルコニウムを必須成分として含み、および残部の銅からなる組成を有している。
【００１０】
第２の銅合金は、０．２重量％から０．６重量％のクロム、０．０１重量％から０．１２重量％のマグネシウム、０．０１５重量％までのジルコニウムを必須成分として含み、および残部の銅からなる組成を有する。
【００１１】
本発明はまた、上記組成を有する第１の銅合金、または第２の銅合金から作られる、０．２５４ｍｍ（０．０１０インチ）より小さい直径を有する金属線が提供される。
【００１２】
本発明はさらに、銅合金の金属線を製造する方法に関する。この方法は、概して、クロムを含む銅合金材料を準備するステップ、前記銅合金材料を溶体化処理（solutionizing treatment）して前記クロムの過半数を溶体化するステップ、前記溶体化処理の後に前記銅合金材料を急冷（急速焼き入れ）して前記クロムを溶体に維持するステップ、前記銅合金材料を中間ゲージつまり中間の寸法ないし太さの金属線に形成するステップ、前記銅合金材料の金属線をエージングつまり時効してサブミクロン（１ミクロン未満）の大きさの析出したクロム粒子を得るステップを有してなり、および前記銅合金材料の金属線を最終ゲージを有する金属線に形成するステップを有してなり、付加的に、所望の引張り強さおよび伸びを得るために続いて焼きなまし（応力除去の焼きなまし）つまりアニーリングを行う。
【００１３】
本発明の銅合金のその他の詳細、およびこれに付随した他の目的や特長は、以下の詳細な説明において説明されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明によれば、細いおよび極細の金属線、具体的には０．０１０インチ（０．２５４ｍｍ）よりも小さい直径を有する金属線に延伸することができる、２つの銅合金が提供される。
【００１５】
本発明の第１の実施例においては、銅合金は、約０．２から０．６重量％のクロム、好ましくは０．３から０．５重量％のクロムと、０．００５から０．２５重量％の銀、好ましくは０．０５から０．２０重量％の銀と、残部の銅とを含有してなる。この合金にはさらに、軟化抵抗を改善するために、０．０１５重量％までのジルコニウムを含ませても良い。含有させる場合、ジルコニウムは好ましくは０．００５から０．０１５重量％の量だけ加えられる。
【００１６】
本発明の第２の実施例においては、銅合金は、約０．２から０．６重量％のクロム、好ましくは０．３から０．５重量％のクロムと、０．０１重量％から０．１２重量％のマグネシウム、好ましくは０．０５から０．１重量％のマグネシウムと、残部の銅とを含有してなる。この合金にはさらに、軟化抵抗を改善するために、０．０１５重量％までのジルコニウムを含ませても良い。含有させる場合、ジルコニウムは好ましくは０．００５から０．０１５重量％の量だけ加えられる。
【００１７】
本発明の各合金は、従来公知のいずれかの適切な連続的または非連続的な鋳造技術を使用して鋳造できる。鋳造に続いて、合金は便宜的な直径（径）を有する金属線（ワイヤ）に加工される。この加工には、クロムの全てまたは過半数を溶体化するための高温での溶体化処理、およびクロムを溶体に維持ないし保持するための続く急冷（例えば水中において）を含ませることができる。この加工は、クロムを正しく利用するために重要なものである。溶体化処理の後に残存する大きな粒子（５から１０ミクロンないしそれ以上）は、細いあるいは極細の直径に延伸（伸線）ないし絞り加工する際に金属線が破断する原因となる、有害なものである。使用される溶体化処理は、９２５から１０００℃（１７００から１８３０°Ｆ）で、５分から５時間である、好ましい溶体化処理により、大多数ないし全てのクロム粒子が溶解ないし分散する。溶体化処理および急冷の後、銅合金は次いで、公知の適切な延伸（絞り加工）技術を使用して、中間ゲージつまり中間の寸法ないし太さの金属線、典型的には直径０．０３６インチ（０．９１ｍｍ）から０．０６４インチ（１．６３ｍｍ）の金属線に延伸ないし絞り加工される。中間ゲージまで延伸された銅合金の金属線は、サブミクロン（１ミクロン未満）の大きさの析出したクロム粒子を得るためにエージングつまり時効処理される。この段階においてエージングの際に使用される熱処理温度は、典型的には４５０から５６５℃（８５０から１０５０°Ｆ）で、１から５時間である。この銅合金の金属線は、次いで、従来公知の適切な延伸（絞り加工）技術を使用して、最終的な単線の寸法ないし太さである最終ゲージまで延伸（絞り加工）され、続いて必要な引張り強さおよび伸びを得るために熱処理される。望ましい引張り強さは６０ｋｓｉより大きく、また望ましい伸びは６から８％より大きい。この熱処理は、３５０から５１０℃（６５０から９５０°Ｆ）の範囲の温度において、約１から５時間である。
【００１８】
本発明の銅合金から形成された金属線は、円形状（絞り加工）あるいは平らな形状（圧延加工）で使用される。この金属線は、単線の金属線、あるいはこれから作られた構成物、例えば複線の金属線、ロープ、ボビンなどに撚られたものとして、使用される。
【００１９】
以上の通り、本発明によれば、上記した目的、手段、および特長を満たす２つの銅合金が得られる。当業者には、上記説明を参照することで、他の代替え、変更および変形は自明である。本発明は、添付した特許請求の範囲内のこれらの代替え、変更および変形をも含むことを意図している。