(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｎ：０．１５乃至０．４５質量％、Ｃｄ：０．０５乃至０．２０質量％及びＴｅ：０．０００３乃至０．００１０質量％を含有し、残部がＰｂ及び不可避的不純物からなる組成を有し、押出開始から一辺の長さが３ｍｍを超える晶出物及び析出物からなる異物が検出されるまでの経過時間である押出時間が４８１時間以上であり、押出後における結晶粒径ｄ０と、押出後に５％の歪みを加えた後１８０℃で１４４時間加熱処理した後の結晶粒径ｄ１との比ｄ１／ｄ０が１．５以下であり、０．２％の歪みで５回／分の繰り返し曲げを負荷したときの破断までの曲げ回数が４０３０４回以上であることを特徴とする電力ケーブル被覆用鉛合金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電力ケーブル絶縁層の外側の被覆層に使用される電力ケーブル被覆用鉛合金に関し、特に、耐熱性及び機械的特性が優れると共に、長時間の連続押出によっても良好な表面が得られる電力ケーブル被覆用鉛合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力ケーブル、特に、海底電力ケーブルの被覆材料には耐食性及び柔軟性が良好であることが要求され、従来、鉛又は鉛合金が使用されている。また、被覆材料には電力ケーブルの製造工程中、布設工事工程中又は布設後の運用中に繰り返し歪みが負荷されたり、加熱される。このため、良好な機械的特性及び加熱に対する熱安定性も要求される。鉛については、機械的強度、疲労寿命及び熱安定性が不十分であるため、種々の鉛合金が開発され実用化されている。
【０００３】
電力ケーブル被覆用鉛合金は、その合金元素の存在形態に応じて変化する合金の強化機構により固溶強化型合金と分散強化型合金とに分類される。一般に、電力ケーブル被覆用鉛合金は管形状で使用されており、鉛合金素材を押出すことにより鉛被管が製造されている。そして、この押出が容易であることからＣ合金（Ｐｂ−０．４重量％Ｓｎー０．１５重量％Ｃｄ）等の固溶強化型合金が電力ケーブル被覆用鉛合金として使用されていた。しかし、これらの固溶強化型合金は歪みを負荷されたり加熱されると、結晶粒が容易に粗大化し、機械的特性が劣化しやすい。
【０００４】
そこで、近時、鉛合金中における固溶限が小さい合金元素を添加することにより、鉛合金中に分散相を生成させ、この分散相により結晶粒の粗大化を防止する種々の分散強化型合金が開発され、実用化されている。
【０００５】
また、鉛合金素材を被覆材としての形状、例えば管形状に押出す装置として種々の押出機が存在するが、シリンダとラムとを有する竪型押出機及びハウジングとスクリューとを有するスクリュー式連続押出機が使用されている。但し、竪型押出機はバッチ式の押出を行うものであり、長尺ケーブルの鉛被管を接続点を形成することなく製造することはできない。このため、スクリュー式連続押出機が主流となっている。
【０００６】
分散強化型合金としては、例えばＰｂ−Ｃｕ−Ｔｅ系合金等があり、繰り返し負荷される歪み及び加熱に対して良好な特性を有する。しかし、分散強化型合金からなる素材に長時間の連続押出を行うと問題が生じてしまう。これは、長時間の連続押出の間に、分散相を形成する金属間化合物等の晶出物及び析出物等が押出機内で凝集して成長し、鉛被管が押出される際にこの凝集物が鉛被管に混入するためである。鉛被管中に凝集物が混入すると鉛被管の表面の品質及び機械的特性が低下する。また、凝集物が鉛被管を貫通することもあり、この場合には鉛被管として使用することはできない。このため、分散強化型合金においては、連続押出時間に上限があり、製造可能な電力ケーブルの長さは十分なものではない。
【０００７】
そこで、押出性は良好であるが熱安定性が低いとされていた固溶強化型合金にＴｅを添加することにより熱安定性を向上させた合金が提案されている（特公昭５２−３５０１２号公報）。この公報に記載されている鉛合金においては、ＰｂにＳｎ及びＣｄの他にＴｅが０．００３乃至０．０１０重量％添加されている。そして、電力ケーブル被覆用鉛合金に必要とされる熱安定性及び機械的特性が得られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のＴｅが添加された鉛合金においても、素材に１００時間を超える長時間連続押出を行うと、添加元素であるＣｄとＴｅとが結合したＣｄＴｅ金属化合物が押出機内の溶融液中で凝集して成長する。このため、鉛被管中に異物が混入することが多く、近年要望されている海底電力ケーブル等の電力ケーブルの長尺化を実現するための長時間の連続押出を行うことができないという問題点がある。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、機械的特性及び熱安定性が良好であると共に、長時間の連続押出によって鉛被管を製造する際に鉛被管中に異物が混入することを防止することができる電力ケーブル被覆用鉛合金を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電力ケーブル被覆用鉛合金は、Ｓｎ：０．１５乃至０．４５質量％、Ｃｄ：０．０５乃至０．２０質量％及びＴｅ：０．０００３乃至０．００１０質量％を含有し、残部がＰｂ及び不可避的不純物からなる組成を有し、押出開始から一辺の長さが３ｍｍを超える晶出物及び析出物からなる異物が検出されるまでの経過時間である押出時間が４８１時間以上であり、押出後における結晶粒径ｄ０と、押出後に５％の歪みを加えた後１８０℃で１４４時間加熱処理した後の結晶粒径ｄ１との比ｄ１／ｄ０が１．５以下であり、０．２％の歪みで５回／分の繰り返し曲げを負荷したときの破断までの曲げ回数が４０３０４回以上であることを特徴とする。
【００１１】
本発明においては、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｃｄ−Ｔｅ系固溶強化型合金において、Ｔｅの含有量が０．０００３乃至０．００３０重量％と規定されているので、機械的特性及び熱安定性が良好であると共に、長時間における連続押出によっても鉛被管中に異物が発生することがない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本願発明者等が前記課題を解決するため、鋭意実験研究を重ねた結果、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｃｄ−Ｔｅ系合金において、合金元素の添加量を適切なものに規定することにより、従来の固溶強化型合金で問題とされている熱安定性を向上させると共に、長時間の連続押出による異物の発生を防止することができることを見い出した。
【００１３】
以下、本発明に係る電力ケーブル被覆用鉛合金に含有される化学成分及びその組成限定理由について説明する。
【００１４】
Ｓｎ及びＣｄは鉛合金の母相中に置換型に固溶して鉛合金の機械的特性を向上させる元素である。そこで、本願発明者等は鉛合金中のＴｅの含有量を一定にしてＳｎ及びＣｄの含有量を変化させ、Ｓｎ及びＣｄの含有量が鉛合金の機械的特性に及ぼす影響を検討した。
【００１５】
Ｓｎ：０．１５乃至０．４５重量％
鉛合金中のＳｎの含有量が０．１５重量％未満であると、鉛被管として十分な機械的特性が得られない。一方、鉛合金中のＳｎの含有量が０．４５重量％を超えると、押出安定性が低下し、機械的特性はそれ以上向上せず経済的に無駄である。従って、鉛合金中のＳｎの含有量は０．１５乃至０．４５重量％とする。
【００１６】
Ｃｄ：０．０５乃至０．２０重量％
鉛合金中のＣｄの含有量が０．０５重量％未満であると、鉛被管として十分な機械的特性が得られない。一方、鉛合金中のＣｄの含有量が０．２０重量％を超えると、押出安定性が低下し、機械的特性はそれ以上向上せず経済的に無駄である。従って、鉛合金中のＣｄの含有量は０．０５乃至０．２０重量％とする。
【００１７】
Ｔｅ：０．０００３乃至０．００１０質量％
ＴｅはＣｄと結合しＣｄＴｅ金属間化合物を形成して鉛合金の熱安定性を向上させる元素である。そこで、本願発明者等は鉛合金中のＳｎ及びＣｄの含有量を一定にしてＴｅの含有量を変化させ、Ｔｅの含有量が鉛合金の熱安定性に及ぼす影響を検討した。また、Ｔｅの含有量と連続押出における鉛被管の表面品質との関係も検討した。鉛合金中のＴｅの含有量が０．０００３質量％未満であると、鉛被管として十分な熱安定性が得られない。一方、鉛合金中にＴｅを０．００１０質量％を超えて多量に含有させると、含有量の増加に伴って鉛被管の表面品質が劣化する。従って、鉛合金中のＴｅの含有量は０．０００３乃至０．００１０質量％とする。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明に係る電力ケーブル被覆用鉛合金の実施例について、その特許請求の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説明する。
【００１９】
先ず、下記表１に示す組成を有する鉛合金素材を溶解炉で溶融した。
【００２０】
【表１】
0004130704.tif 000002
【００２１】
次に、溶解炉で溶融された合金素材を適切な温度に保温されたパイプを介してスクリュー式連続被鉛機（サンデリン製ハンソン・ロバートソン４型被鉛機）に輸送し、スクリュー式連続被鉛機により外径が１４０ｍｍであり肉厚が４ｍｍの管状の鉛被管を押出した。
【００２２】
押出中に鉛被管の表面品質を評価すると共に、押出速度及び連続被鉛機の負荷値から押出安定性を評価した。これらの評価方法は以下のとおりである。先ず、押出開始から、光学的表面傷検出装置及び目視により鉛被管表面の異物を連続的に観察した。そして、一辺の長さが３ｍｍを超える異物が検出された時点で押出を終了した。このとき、押出開始からの経過時間を押出時間として記録した。
【００２３】
そして、押出された鉛被管の試験材について熱安定性の評価及び疲労試験を行った。
【００２４】
熱安定性の評価として、先ず、押出後における試験材の結晶粒径を測定した。次に、試験材に５％の加工歪みを加え、１８０℃で１４４時間加熱処理した後、再び試験材の結晶粒径を測定した。そして、熱処理前の結晶粒径と比較することにより評価した。
【００２５】
また、疲労試験として、疲労試験機により０．２％の歪みで５回／分の繰り返し曲げを試験材に負荷し、試験材が破断するまでの曲げ回数により評価した。これらの結果を下記表２に示す。
【００２６】
【表２】
0004130704.tif 000003
【００２７】
上記表２に示すように、実施例１及び２並びに参考例３においては、適切な量の合金元素が含有されているので、長時間の押出によっても押出は安定しており、押出された鉛被管の表面品質、熱安定性及び機械的特性が良好であった。
【００２８】
一方、比較例４においては、Ｔｅの含有量が本発明範囲の下限未満であるので、加熱により結晶粒が粗大化し、熱的に不安定である。
【００２９】
比較例５においては、Ｔｅの含有量が本発明範囲の上限を超えているので、連続押出により鉛被管の表面品質が低下した。
【００３０】
比較例６においては、Ｓｎの含有量及びＣｄの含有量が本発明範囲の下限未満であるので、疲労寿命が低く機械的特性が劣っていた。
【００３１】
比較例７においては、Ｓｎの含有量及びＣｄの含有量が本発明範囲の上限を超えているので、押出の負荷が不安定となった。
【００３２】
比較例８においては、Ｓｎの含有量が本発明範囲の上限を超えているので、押出安定性が劣っており、熱安定性がやや低かった。
【００３３】
比較例９においては、Ｓｎの含有量が本発明範囲の下限未満なので、疲労寿命が低く機械的特性が劣っていた。
【００３４】
比較例１０においては、Ｃｄの含有量が本発明範囲の上限を超えているので、押出安定性が劣っており、熱安定性がやや低かった。
【００３５】
比較例１１においては、Ｃｄの含有量が本発明範囲の下限未満なので、疲労寿命が低く機械的特性が劣っていた。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、鉛合金が適切な合金元素を適切な量含有しているので、機械的特性及び熱安定性が良好であると共に、長時間の連続押出によって鉛被管を製造する際に鉛被管中に異物が混入することを防止することができる。