(57)【要約】質量％で、０．０２５％以上０．５００％以下のＦｅと、０％以上０．０７０％以下のＳｉと、０％以上０．０５０％以下のＺｒと、０％以上０．１００％以下のＴｉと、０．０１０％以上０．１５０％以下のＢ、及び０．００５％以上０．１００％以下のＳｒの少なくとも一方とを含有し、残部が９９．５％以上のＡｌ及び不可避不純物からなる組成を有する、アルミニウム合金。【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
０．０２５％以上０．５００％以下のＦｅと、
０％以上０．０７０％以下のＳｉと、
０％以上０．０５０％以下のＺｒと、
０％以上０．１００％以下のＴｉと、
０．０１０％以上０．１５０％以下のＢ、及び０．００５％以上０．１００％以下のＳｒの少なくとも一方とを含有し、
残部が９９．５％以上のＡｌ及び不可避不純物からなる組成を有する、
アルミニウム合金。
【請求項２】
室温での導電率が６２．５％ＩＡＣＳ以上である請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項３】
室温での引張強さが１５５ＭＰａ以上である請求項１又は請求項２に記載のアルミニウム合金。
【請求項４】
１２０℃で４００時間加熱後の引張強さの残存率が８７％以上である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアルミニウム合金からなる、
アルミニウム合金線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、アルミニウム合金、及びアルミニウム合金線に関する。
本出願は、２０１８年０３月３０日付の日本国出願の特願２０１８−０６９６８０に基づく優先権を主張し、前記日本国出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
【背景技術】
【０００２】
導体用素材として、純アルミニウムやアルミニウム合金が利用されている。特許文献１は、架空送電線に利用される耐熱アルミニウム合金線として、Ｚｒ，Ｆｅ，アルカリ土類金属元素、Ｔｉを含有するアルミニウム合金からなるものを開示する。この耐熱アルミニウム合金線は、上述の特定のアルミニウム合金からなることで、所定の温度に加熱する前の引張強さに対して、上記所定の温度に加熱した後の引張強さの維持率が高く、耐熱性に優れるとする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２９９３０５号公報
【発明の概要】
【０００４】
本開示のアルミニウム合金は、
質量％で、
０．０２５％以上０．５００％以下のＦｅと、
０％以上０．０７０％以下のＳｉと、
０％以上０．０５０％以下のＺｒと、
０％以上０．１００％以下のＴｉと、
０．０１０％以上０．１５０％以下のＢ、及び０．００５％以上０．１００％以下のＳｒの少なくとも一方とを含有し、
残部が９９．５％以上のＡｌ及び不可避不純物からなる組成を有する。
【０００５】
本開示のアルミニウム合金線は、
上記の本開示のアルミニウム合金からなる。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
［本開示が解決しようとする課題］
導体用素材として、高導電率、高強度、及び高耐熱性をバランスよく備えるアルミニウム合金が望まれている。
【０００７】
昨今の電力事情を鑑みると、導体用素材には電気抵抗がより低いことが望まれる。例えば、架空送電線では、送電距離が長い。また、架空送電線では、代表的には複数の導体線が撚り合わされた撚り線が利用される。そのため、各導体線の電気抵抗が大きいと、線路全体の送電損失が大きくなり易い。電気抵抗を低下するために、導電率がより高い導体線が望まれる。
【０００８】
特許文献１に記載される耐熱アルミニウム合金線は、高い引張強さを有して高強度であり、上述のように耐熱性にも優れるものの、導電率が６２％ＩＡＣＳ以下である。そのため、高強度と耐熱性とを維持しつつ、導電率を更に向上することが望まれる。例えば、添加元素の含有量を減らして、導電率が高いＡｌの含有量を高くすれば、導電率が高くなり易い。しかし、添加元素は、強度や耐熱性の向上に寄与する。そのため、添加元素の含有量が減れば、導電率が高くなっても、強度や耐熱性が低下する。
【０００９】
そこで、本開示は、高導電率、高強度、及び高耐熱性をバランスよく備えるアルミニウム合金を提供することを目的の一つとする。また、本開示は、高導電率、高強度、及び高耐熱性をバランスよく備えるアルミニウム合金線を提供することを別の目的の一つとする。
【００１０】
［本開示の効果］
本開示のアルミニウム合金及び本開示のアルミニウム合金線は、高導電率、高強度、及び高耐熱性をバランスよく備える。
【００１１】
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
（１）本開示の一態様に係るアルミニウム合金は、
質量％で、
０．０２５％以上０．５００％以下のＦｅと、
０％以上０．０７０％以下のＳｉと、
０％以上０．０５０％以下のＺｒと、
０％以上０．１００％以下のＴｉと、
０．０１０％以上０．１５０％以下のＢ、及び０．００５％以上０．１００％以下のＳｒの少なくとも一方とを含有し、
残部が９９．５％以上のＡｌ及び不可避不純物からなる組成を有する。
【００１２】
本開示のアルミニウム合金（以下、Ａｌ合金と呼ぶことがある）は、以下の理由により、高導電率、高強度、及び高耐熱性をバランスよく備える。ここでの耐熱性が高いとは、室温での引張強さに対して、所定の温度に加熱した後の引張強さの残存率が高いことをいう。
【００１３】
（導電率）
（ａ）Ａｌの含有量が９９．５質量％以上であり、本開示のＡｌ合金はＡｌを多く含む。
（ｂ）本開示のＡｌ合金は、Ｆｅを０．０２５質量％以上含むものの、Ｂ及びＳｒの少なくとも一方を特定の範囲で含む。ＢやＳｒは、Ｆｅの析出をある程度促進する。そのため、ＢやＳｒを含むことで、Ｆｅの固溶量がある程度低減される。従って、Ｆｅの固溶による導電率の低下が少ない。
（ｃ）本開示のＡｌ合金は、析出し難いとされるＳｉを含む場合でも、Ｂ及びＳｒの少なくとも一方を特定の範囲で含む。ＢやＳｒは、Ｓｉの析出を促進する。そのため、ＢやＳｒを含むことで、Ｓｉの固溶量が低減される。従って、Ｓｉの固溶による導電率の低下が少ない。
【００１４】
（強度）
（ｄ）Ｆｅを０．０２５質量％以上含む本開示のＡｌ合金は、Ｆｅが主としてＡｌに固溶することで、固溶強化による強度向上効果を有する。ＳｉやＺｒの含有量が少なければ、Ｆｅがより固溶し易い。このようなＡｌ合金は、Ｆｅの固溶強化による強度向上効果をより得易い。
（ｅ）上述のようにＦｅの一部が析出物として存在することで、析出硬化による強度向上効果が期待できる。
（ｆ）Ｓｉを含む場合には、Ｓｉの固溶強化による強度向上効果が期待できる。
（ｇ）Ｔｉを含む場合には、結晶の微細化効果による強度向上効果が期待できる。
【００１５】
（耐熱性）
（ｈ）上述のようにＦｅの固溶強化によって、耐熱性の向上効果が得られる。
（ｉ）Ｚｒを上述の特定の範囲で含む場合には、耐熱性の向上効果がより得られ易い。
【００１６】
（２）本開示のアルミニウム合金の一例として、
室温での導電率が６２．５％ＩＡＣＳ以上である形態が挙げられる。ここでの室温は２０℃±１５℃とする。以下、室温についての温度範囲は、同様とする。
【００１７】
上記形態では、導電率が従来よりも高い。このような上記形態は、架空送電線の導体線等といった導体用素材に好適に利用できる。
【００１８】
（３）本開示のアルミニウム合金の一例として、
室温での引張強さが１５５ＭＰａ以上である形態が挙げられる。
【００１９】
上記形態では、引張強さが高く強度に優れる。このような上記形態は、架空送電線の導体線等といった高強度が求められる導体用素材に好適に利用できる。
【００２０】
（４）本開示のアルミニウム合金の一例として、
１２０℃で４００時間加熱後の引張強さの残存率が８７％以上である形態が挙げられる。
【００２１】
上記形態は、通電に伴い加熱状態となっても引張強さの低下が少なく、高い引張強さを有する。このような上記形態は、耐熱性に優れる。そのため、上記形態は、耐熱架空送電線の導体線等といった耐熱性が求められる導体用素材に好適に利用できる。
【００２２】
（５）本開示の一態様に係るアルミニウム合金線（Ａｌ合金線）は、
上記（１）から（４）のいずれか一つに記載のＡｌ合金からなる。
【００２３】
本開示のＡｌ合金線は、高導電率、高強度、及び高耐熱性をバランスよく備える上記（１）等のＡｌ合金からなる。そのため、本開示のＡｌ合金線は、高導電率、高強度、及び高耐熱性をバランスよく備える。このような本開示のＡｌ合金線は、架空送電線や耐熱架空送電線の導体線等の導体用素材に好適に利用できる。
【００２４】
［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の実施形態を具体的に説明する。元素の含有量は、断りが無い限り質量％を示す。
【００２５】
［アルミニウム合金］
（概要）
実施形態のアルミニウム合金（Ａｌ合金）は、代表的には所定の形状、大きさの線材や板、管等に成形されて、導体用素材に利用される。実施形態のＡｌ合金は、Ｆｅ（鉄）と、Ｂ（硼素）及びＳｒ（ストロンチウム）の少なくとも一方とを特定の範囲で含むと共に、Ａｌを多く含む。詳しくは、実施形態のＡｌ合金は、０．０２５％以上０．５００％以下のＦｅと、０％以上０．０７０％以下のＳｉ（珪素）と、０％以上０．０５０％以下のＺｒ（ジルコニウム）と、０％以上０．１００％以下のＴｉ（チタニウム）と、０．０１０％以上０．１５０％以下のＢ、及び０．００５％以上０．１００％以下のＳｒの少なくとも一方とを含有し、残部が９９．５％以上のＡｌ及び不可避不純物からなる組成を有する。
【００２６】
実施形態のＡｌ合金は、Ｆｅの固溶強化によって高強度と高耐熱性とを有する。また、実施形態のＡｌ合金は、Ａｌを多く含むと共に、Ｂ及びＳｒの少なくとも一方によってＦｅをある程度析出させてＦｅの固溶量をある程度低減することでＡｌの純度を高められる。Ａｌの高純度化によって、導電率が向上する。Ｓｉを含む場合には、ＢやＳｒがＳｉの析出を促進する。そのため、Ｓｉの固溶量が低減され、Ａｌの純度がより高められる。従って、導電率が更に向上する。以下、詳細に説明する。
【００２７】
（組成）
〈Ａｌ〉
実施形態のＡｌ合金では、母相であるＡｌの含有量が９９．５％以上である。
Ａｌの含有量が多いほど、例えば９９．５５％以上、更に９９．５８％以上であると、導電率が高くなり易い。Ａｌの含有量が多過ぎると、Ｆｅ等の元素の含有量が少な過ぎて、強度や耐熱性の低下を招く。そのため、Ａｌの含有量は９９．９５％以下が好ましい。
【００２８】
〈Ｆｅ〉
Ａｌ合金中のＦｅは、主として、母相であるＡｌに固溶して固溶強化元素として機能する。Ｆｅは、固溶強化によって、室温での引張強さといった強度の向上に寄与する。また、Ｆｅは、固溶強化によって、高温時の引張強さの低下を低減して耐熱性の向上に寄与する。Ａｌ合金中のＦｅの一部は、析出物として存在する。Ｆｅの析出硬化により、強度の向上、耐熱性の向上が期待できる。また、Ｆｅの析出は、Ｆｅの固溶量を低減して、導電率の向上にも寄与する。Ｆｅを含む析出物は、代表的にはＡｌとの化合物が挙げられる。上記化合物は、例えば、Ａｌ３Ｆｅ，Ａｌ６Ｆｅ等のＡｌ−Ｆｅ系化合物が挙げられる。
【００２９】
Ｆｅを０．０２５％以上含有すると、固溶による強度向上効果、耐熱性の向上効果が良好に得られる。このようなＡｌ合金は、高強度で高い耐熱性を有する。Ｆｅの含有量が多いほど、Ａｌ合金は強度や耐熱性に優れる傾向にある。Ｆｅの含有量が０．０３０％以上、更に０．０３５％以上であると、強度や耐熱性がより高くなり易い。特に、Ｚｒの含有量が非常に少ない又は実質的に含まない場合、定量的には０．００１％未満である場合にＦｅの含有量が０．１７０％以上、更に０．１９０％以上であると、Ａｌ合金は耐熱性により優れる傾向にある。
【００３０】
Ｆｅを０．５００％以下の範囲で含有すると、Ｆｅの過度の固溶による導電率の低下が抑制され易い。また、Ｆｅを含む化合物（析出物）がＡｌの導電パスを阻害することによる導電率の低下が抑制され易い。このようなＡｌ合金は、高い導電率を有し易い。Ｆｅの含有量が０．４５０％以下、更に０．４００％以下であると、導電率がより高くなり易い。
【００３１】
〈Ｂ及びＳｒ〉
Ａｌ合金中のＢ及びＳｒは、主として、Ｆｅの固溶強化による強度向上効果を阻害しない範囲でＦｅの析出をある程度促進して、Ｆｅの固溶量をある程度低減し、導電率の向上に寄与する。また、Ｂ及びＳｒは、Ｓｉを含む場合にＳｉの析出を促進して、Ｓｉの固溶量を低減し、導電率の向上に大きく寄与する。実施形態のＡｌ合金は、Ｂのみ含む形態、Ｓｒのみ含む形態、Ｂ及びＳｒの双方を含む形態のいずれも利用できる。特に、Ｂは、ＳｒよりもＦｅやＳｉの析出を促進し易い傾向にある。そのため、Ｂを含む形態は、より高い導電率を有するＡｌ合金とし易い。
【００３２】
Ｂを含む形態は、Ｂを０．０１０％以上含有すると、上述のＦｅやＳｉ等の析出を促進して、高い導電率を有するＡｌ合金とすることができる。Ｂの含有量が多いほど、例えば０．０２０％以上、更に０．０３０％以上、０．０４０％以上であると、上記析出を促進して、導電率がより高くなり易い。なお、Ｂは、特に鋳造時に結晶を微細にする効果を有する。そのため、Ｂを含む形態では結晶の微細化による強度向上効果が期待できる。
【００３３】
Ｂを０．１５０％以下の範囲で含有すると、Ｂの単独の析出が防止され易い。そのため、ＢがＦｅやＳｉの析出を促進することによる導電率の向上効果が適切に得られる。また、Ｂの過度の含有による導電率の低下が防止される。これらのことから、このＡｌ合金は、高い導電率を有し易い。Ｂの含有量が０．１４５％以下、更に０．１４０％以下であると、導電率がより高くなり易い。特に、Ｂの含有量が０．０１０％以上０．１００％以下であると、Ｆｅの含有量が上述の範囲で少ない場合は勿論、例えば０．２００％以上と多い場合でも６３％ＩＡＣＳ以上という非常に高い導電率を有するＡｌ合金とし易い。
【００３４】
Ｓｒを含む形態は、Ｓｒを０．００５％以上含有すると、上述のＦｅやＳｉ等の析出を促進して、高い導電率を有するＡｌ合金とすることができる。Ｓｒの含有量が多いほど、例えば０．００６％以上、更に０．００７％以上であると、上記析出を促進して、導電率がより高くなり易い。また、Ｓｒを含む形態は、例えば、Ｆｅの含有量が０．１５０％超、更に０．１５５％以上、０．１６０％以上である場合でも、Ｆｅの析出を良好に促進できる。なお、Ｓｒを含む形態において、Ｂを０％超０．００１％未満の範囲で含むと、上述の結晶の微細化効果が期待できる。
【００３５】
Ｓｒを０．１００％以下の範囲で含有すると、Ｓｒの単独の析出が防止され易い。そのため、ＳｒがＦｅやＳｉの析出を促進することによる導電率の向上効果が適切に得られる。また、Ｓｒの過度の含有による導電率の低下が防止される。これらのことから、このＡｌ合金は、高い導電率を有し易い。Ｓｒの含有量が０．０９０％以下、更に０．０８０％以下、０．０７５％以下、０．０５０％以下であると、導電率がより高くなり易い。
【００３６】
ＢとＳｒとの双方を含む形態は、例えばＢの含有量が０．１００％以下であり、かつＳｒの含有量が０．０５０％以下であると、高導電率、高強度、高耐熱性をバランスよく備えられる。また、各特性がより高い。定量的には、導電率が６３％ＩＡＣＳ以上であり、引張強さが１６０ＭＰａ以上であり、耐熱性（引張強さの残存率、後述参照）が９０％以上であるというＡｌ合金とし易い。
【００３７】
〈Ｓｉ〉
実施形態のＡｌ合金がＳｉを含有する場合、Ｓｉは母相であるＡｌに固溶して固溶強化元素として機能する。しかし、Ｓｉの固溶は、導電率の低下を招く。また、本発明者らは、Ｓｉが固溶することでＦｅの固溶が阻害され易い、ＦｅはＳｉに比較して固溶による耐熱性の向上効果を得易い、との知見を得た。これらのことから、Ｆｅを上述の特定の範囲で含有すると共にＳｉを含まない、即ちＳｉの含有量が０％であると、高強度で高い耐熱性を有すると共に、より高い導電率を有するＡｌ合金とし易い。但し、現状の精錬技術等によってＳｉを除去すると、非常に時間がかかる。そのため、製造性が低下する。また、製造コストが増大する。工業的量産を考慮すると、Ｓｉを含有する、即ちＳｉの含有量が０％超である形態が利用し易いといえる。Ｓｉを含有する場合でも、実施形態のＡｌ合金は、上述のようにＢやＳｒによってＳｉの析出を促進してＳｉの固溶量を低減でき、導電率を高め易い。また、Ｓｉの析出により、Ｆｅが固溶され易い。そのため、Ｆｅの固溶強化による強度向上効果及び耐熱性の向上効果が得られ易い。更に、Ｓｉの析出物（主としてＳｉを含む化合物）は、析出硬化による強度向上効果に寄与すると期待される。これらのことから、Ｓｉを以下の特定の範囲で含有する実施形態のＡｌ合金は、高導電率、高強度、及び高耐熱性をバランスよく備えることができる。
【００３８】
Ｓｉを含む形態では、例えばＳｉを０．０１０％以上含有する場合、Ｓｉの固溶による強度向上効果及び析出硬化による強度向上効果がある程度期待できる。また、この場合、Ｓｉの含有量を調整し易い点で、製造性が高められる。Ｓｉの含有量が多いほど、例えば０．０１５％以上、更に０．０２０％以上、０．０２５％以上であると、上述の強度向上効果が得られ易い上に、含有量をより調整し易い。
【００３９】
Ｓｉを０．０７０％以下の範囲で含有すると、上述のようにＳｉの固溶による導電率の低下が少なくなり易い。また、Ｓｉを含む化合物（析出物）がＡｌの導電パスを阻害することによる導電率の低下が少なくなり易い。更に、Ｓｉの固溶によるＦｅの固溶阻害が抑制され易い。Ｓｉの含有量が０．０６５％以下、更に０．０６０％以下、０．０５０％以下であると、導電率がより高くなり易い。また、Ｆｅの固溶による強度向上効果及び耐熱性の向上効果が得られ易い。
【００４０】
〈Ｔｉ〉
実施形態のＡｌ合金がＴｉを含有する場合、Ｔｉは特に鋳造時に結晶の微細化に寄与する。鋳造材が微細な結晶組織を有すれば、この鋳造材に塑性加工を施して得られる塑性加工材も、微細な結晶組織を有し易い。結晶が微細であれば、強度を高め易い。
【００４１】
Ｔｉを含む形態は、例えばＴｉを０．００１％以上含有すると、上述の結晶の微細化効果を得易い。Ｔｉの含有量が多いほど、例えば０．００２％以上、更に０．００３％以上、０．００４％以上であると、結晶の微細化効果がより得られ易い。
【００４２】
Ｔｉを０．１００％以下の範囲で含有すると、Ｔｉの過度の含有に起因する導電率の低下が少なくなり易い。Ｔｉの含有量が０．０９０％以下、更に０．０８０％以下、０．０５０％以下であると、導電率の低下がより少なくなり易い。そのため、Ａｌ合金は高い導電率を有し易い。
【００４３】
〈Ｚｒ〉
実施形態のＡｌ合金がＺｒを含有する場合、Ｚｒは特に耐熱性の向上に寄与する。但し、Ｚｒを含有すると導電率が低下し易い。そのため、Ｚｒを含有する場合にはＦｅがある程度少ないと、例えばＦｅの含有量が０．１５％以下であると、Ａｌ合金は高い導電率を有し易い。
【００４４】
Ｚｒを含む形態は、例えばＺｒを０．００１％以上含有すると、耐熱性の向上効果を得易い。Ｚｒの含有量が多いほど、例えば０．００２％以上、更に０．００３％以上、０．００５％以上であると、耐熱性の向上効果がより得られ易い。
【００４５】
Ｚｒは０．０５０％以下の範囲で含有すると、Ｚｒの過度の含有に起因する導電率の低下が少なくなり易い。Ｚｒの含有量が０．０４０％以下、更に０．０３６％以下、０．０３０％以下、とりわけ０．０２０％未満であると、導電率の低下がより少なくなり易い。そのため、Ａｌ合金は高い導電率を有し易い。なお、実施形態のＡｌ合金は、上述のようにＦｅの固溶強化によって耐熱性を向上できる。そのため、例えばＺｒの含有量が０．００１％未満であっても、Ａｌ合金は耐熱性に優れる。
【００４６】
〈不可避不純物〉
実施形態のＡｌ合金は、原料や製造過程等で不可避的に混入し得る不純物を含むことを許容する。不可避不純物は、Ｃｕ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｃｒ，Ｖ，Ｙ，Ｎａ，Ｐｂ，Ｃａ，Ｂｉ，Ｎｉ，Ｃｄ等が挙げられる。不可避不純物の合計含有量は０．０１％未満が挙げられる。
【００４７】
（特性）
〈導電率〉
実施形態のＡｌ合金は、導電性に優れる。定量的には、室温での導電率が６２．５％ＩＡＣＳ以上を満たすことが挙げられる。導電率が高いほど、例えば６２．８０％ＩＡＣＳ以上、更に６２．８５％ＩＡＣＳ以上であると、電気抵抗が低くなり易い。このようなＡｌ合金は、導体に用いられた場合に送電損失を低減できて好ましい。導電率が６３．０％ＩＡＣＳ以上であると、電気抵抗がより一層低い。そのため、送電損失がより低減され易い。特に、実施形態のＡｌ合金が架空送電線の導体線等といった送電距離が長い用途や撚り線用途に利用される場合には線路全体での送電損失の低減効果が大きく、工業的な意義が高い。実施形態のＡｌ合金の導電率は、Ａｌの導電率の理論値である６５％ＩＡＣＳに近いほど好ましく、上限は特に設けない。導電率が例えば６４．５％ＩＡＣＳ程度以下であれば、Ａｌ合金を製造し易く、実用的である。
【００４８】
〈強度〉
実施形態のＡｌ合金は、強度に優れる。定量的には、室温での引張強さが１５５ＭＰａ以上を満たすことが挙げられる。引張強さが高いほど、例えば１５６ＭＰａ以上、更に１５８ＭＰａ以上であると、Ａｌ合金は強度により優れる。実施形態のＡｌ合金の引張強さは高いほど好ましく、上限は特に設けない。引張強さが例えば２００ＭＰａ程度以下であれば、Ａｌ合金を製造し易く、実用的である。
【００４９】
〈耐熱性〉
実施形態のＡｌ合金は、耐熱性に優れる。定量的には、１２０℃で４００時間加熱後の引張強さの残存率が８７％以上であることが挙げられる。上記残存率が大きいほど、例えば８８％以上、更に８９％以上、９０％以上であると、高温時の強度の低下が少ない。このようなＡｌ合金は、耐熱性により優れる。実施形態のＡｌ合金の上記残存率は理想値である１００％に近いほど好ましく、上限は特に設けない。
上記残存率は、［上記加熱後の引張強さ／室温での引張強さ］×１００（％）とする。
【００５０】
導電率、引張強さ、上述の引張強さの残存率等は、組成や製造条件を調整することで所定の大きさにすることができる。組成では、例えば、Ｆｅ等の元素の含有量が多いと、引張強さや上記残存率が高く、導電率が低い傾向にある。Ｆｅ等の元素の含有量が少ないと、導電率が高く、引張強さや上記残存率が低い傾向にある。製造条件では、例えば、鋳造時の冷却速度を大きくすると（速くすると）、引張強さや上記残存率が高い傾向にある。又は、例えば、加工度を大きくすると引張強さが高い傾向にある。
【００５１】
（用途）
実施形態のＡｌ合金は、各種の導体の素材に利用できる。例えば、実施形態のＡｌ合金は、線材、板、管、薄帯等の導体の素材に利用できる。特に、実施形態のＡｌ合金は、高導電率、高強度、及び高耐熱性をバランスよく備える。このような実施形態のＡｌ合金は、これらの特性が望まれる用途の導体、特に耐熱性が望まれる用途の導体に好適に利用できる。
【００５２】
［アルミニウム合金線］
実施形態のアルミニウム合金線（Ａｌ合金線）は、上述の実施形態のＡｌ合金からなる。そのため、実施形態のＡｌ合金線は、高導電率、高強度、及び高耐熱性をバランスよく備える。定量的には、例えば、導電率が６２．５％ＩＡＣＳ以上、引張強さが１５５ＭＰａ以上、上述の引張強さの残存率が８７％以上を満たすＡｌ合金線が挙げられる。
【００５３】
実施形態のＡｌ合金線は、代表的には、製造過程で伸線加工度（減面率）等の加工度を調整することで、種々の線径とすることができる。線径（断面積）は、用途等に応じて適宜選択するとよい。例えば、線径が０．１ｍｍ以上１５ｍｍ以下であるＡｌ合金線が挙げられる。線径が１．５ｍｍ超のＡｌ合金線は、鋼心耐熱アルミニウム合金より線（ＴＡＣＳＲ）等の耐熱架空送電線の導体線に適する。ＴＡＣＳＲの規格線径として例えば２．３ｍｍ以上５．０ｍｍ以下が挙げられる。実施形態のＡｌ合金線の代表的な形状としては、横断面形状が円形である丸線が挙げられる。
【００５４】
実施形態のＡｌ合金線は、電線の導体に利用できる。上記電線は、特に架空送電線等の裸電線、配電線等の被覆電線といった電力供給に利用されるものが挙げられる。実施形態のＡｌ合金線は、上述のように高導電率、高強度、及び高耐熱性をバランスよく備えるため、特に耐熱性が望まれる用途の電線、代表的にはＴＡＣＳＲ等の耐熱架空送電線の導体線に好適に利用できる。
【００５５】
［主な効果］
実施形態のＡｌ合金及び実施形態のＡｌ合金線は、Ｆｅと、Ｂ及びＳｒの少なくとも一方とを上述の特定の範囲で含有することで、高導電率、高強度、及び高耐熱性をバランスよく備える。この効果を試験例１で具体的に説明する。
【００５６】
［アルミニウム合金の製造方法］
実施形態のＡｌ合金は、線材、板、管材、薄帯等の最終的な形態に応じて、適宜な製造方法を利用できる。代表的には、以下の組成を有するＡｌ合金を鋳造して、鋳造材を製造する工程と、この鋳造材に塑性加工を施す工程とを備える製造方法を利用することが挙げられる。上記組成は、０．０２５％以上０．５００％以下のＦｅと、０％以上０．０７０％以下のＳｉと、０％以上０．０５０％以下のＺｒと、０％以上０．１００％以下のＴｉと、０．０１０％以上０．１５０％以下のＢ、及び０．００５％以上０．１００％以下のＳｒの少なくとも一方とを含有し、残部が９９．５％以上のＡｌ及び不可避不純物からなる。上記塑性加工は、圧延、伸線、押出等が挙げられる。以下、工程ごとに説明する。
【００５７】
（鋳造工程）
この工程では、原料を用意して、上述の特定の組成のＡｌ合金の溶湯を作製し、この溶湯を鋳造に供して鋳造材を製造する。
【００５８】
原料は、例えば、電気用Ａｌ地金と、ＡｌとＦｅ等の所定の元素とを含む母合金及びＦｅ等の所定の元素単体の少なくとも一方とが挙げられる。Ａｌ地金は、Ａｌを９９．０％以上含むもの（２Ｎ）、更にＡｌを９９．９％以上含むもの（３Ｎ）が好ましい。Ａｌ地金のＡｌの含有量が高いことで、最終形態におけるＡｌ合金中のＡｌの含有量を９９．５％以上とすることができる。Ａｌの含有量が少ないＡｌ地金を用いる場合には、適宜、精錬等を行うことができるが、精錬時間が長い等、量産の点で劣る場合がある。
【００５９】
特に、鋳造時の冷却速度（ここでは、湯温から少なくとも４００℃ぐらいまでの冷却速度）を５℃／秒以上の急冷とすることが好ましい。急冷によって、Ｆｅ等の所定の元素、特にＦｅがＡｌに十分に固溶されて、Ｆｅの固溶による強度向上効果、耐熱性の向上効果が良好に得られるからである。上記冷却速度が大きいほど（速いほど）、固溶状態を維持し易い。そのため、冷却速度は、６℃／秒以上、更に６．５℃／秒以上、７℃／秒以上が好ましい。冷却速度を上述のように調整できれば、鋳造方法は特に問わない。連続鋳造法を利用する場合は、量産に適する。連続鋳造法は、最終形態に応じて種々の方法を利用できる。連続鋳造法は、例えば最終形態が線材であればベルトアンドホイール法や双ベルト法等、最終形態が板であれば双ロール法等が挙げられる。
【００６０】
上記冷却速度が大きいほど、微細な結晶組織を有する鋳造材が得られる。この鋳造材を加工工程に供すると、得られた線材も微細な結晶組織を有し易い。
【００６１】
ＴｉＢ２等の結晶の微細化に効果がある化合物等を添加することができる。この場合、Ｔｉの含有量が上述の範囲を満たすと共に、Ｂの含有量が０％以上０．００１％未満を満たすようにＢの添加量を調整することが挙げられる。Ｂの含有量を０．０１０％以上の所望の値とする場合には、更にＢの添加量を調整することが挙げられる。
【００６２】
（加工工程）
この工程は、上述のようにＦｅ等の所定の元素を十分に固溶した鋳造材に塑性加工を施して、所定の大きさ、形状のＡｌ合金材（線材、板、管、薄帯等）を製造する。
【００６３】
加工工程で行う塑性加工は、圧延、伸線、押出、鍛造、プレス加工等の少なくとも一つが挙げられる。上記塑性加工は、熱間加工及び冷間加工の少なくとも一方を含むことが挙げられる。連続鋳造法を利用する場合、鋳造に連続して熱間加工を行うと、鋳造材に残存する熱を利用して固溶状態が維持され易い。また、再加熱設備が不要であり、製造性にも優れる。例えば最終形態が線材であれば、ベルトアンドホイール式の連続鋳造機に圧延機が併設された連続鋳造圧延装置を利用することが挙げられる。この連続鋳造材に圧延、伸線を順に施し、上記圧延を熱間加工、上記伸線を冷間加工とすることが挙げられる。
【００６４】
熱間圧延を行う場合、圧延温度が高いほど加工性に優れるものの、固溶した元素が析出し易い。そのため、固溶強化による効果が得られ難く、強度や耐熱性が低下し易い。上記圧延温度が低いほど、固溶状態が維持され易い。また、加工歪み量を大きくすることができる。これらのことから、強度が高くなり易い。高強度や高耐熱性を望む場合には、例えば圧延開始温度を２５０℃以上５５０℃以下程度とすることが挙げられる。
【００６５】
連続鋳造以外の鋳造法を利用する場合の塑性加工や熱間加工以外の加工は、冷間加工とすることが挙げられる。冷間加工を利用すると、固溶状態が維持され易い。また、加工歪み量を大きくすることができる。これらのことから、強度が高くなり易い。
【００６６】
伸線を行う場合、鋳造材や圧延が施された圧延材等に所定の最終線径となるまで、１パス以上の伸線加工を施す。この伸線は冷間加工とすることが挙げられる。パス数、１パスあたりの加工度、総加工度等の条件は、最終線径に応じて選択するとよい。得られた最終線径を有する線材（伸線材）は、実施形態のＡｌ合金線の一例である。
【００６７】
（熱処理工程）
上述の加工工程の途中で熱処理を行うことができる。ここで、加工工程での加工度（伸線の場合には減面率、圧延の場合には圧下率、押出の場合には押出比等）が大きいほど、特に冷間加工を含む場合に冷間加工の加工度が大きいほど、加工歪み量を大きくすることができる。そのため、加工硬化によって強度が高くなり易い。一方、加工歪み量の増大によって、導電率が低下し易い。加工工程の途中で熱処理を行って加工歪みを除去すると、導電率が高められる。また、この熱処理によって、ＢやＳｒがＦｅやＳｉの析出を促進することでも導電率が高くなり易い。
【００６８】
熱処理条件は、熱処理を施す素材の大きさ（線径、厚さ）等にもよるが、例えば熱処理温度が３００℃以上４５０℃以下程度、保持時間が１時間以上１００時間以下程度が挙げられる。上記の条件であれば、加工歪みを適切に除去することができる。また、ＦｅやＳｉの析出が促進されつつ、これらの元素を含む析出物（化合物）の粗大化が防止され易い。粗大な析出物粒子は、熱処理以降の塑性加工時に破断の原因となり、製造性の低下を招く。
【００６９】
上述の加工工程後に熱処理を行うことができるが、この熱処理によって軟化されて、強度の低下や耐熱性の低下が生じ易い。加工工程の途中で熱処理を行って、熱処理後に塑性加工を行い、この塑性加工後に熱処理を行わないことで、加工硬化による強度向上効果を高めることが好ましいと考えられる。
【００７０】
［試験例１］
種々の組成のアルミニウム合金線を以下のようにして作製し、特性を調べた。
【００７１】
原料として、Ａｌ地金と、母合金又は単体元素粒とを用意して溶解し、Ａｌ合金の溶湯を作製した。Ａｌ合金の組成（元素の含有量は質量％）を表１に示す。
【００７２】
原料のＡｌ地金は、Ａｌの含有量が９９．５％以上である２ＮのＡｌ地金と、Ａｌの含有量が９９．９％以上である３ＮのＡｌ地金とを用意した。表１の各試料において、Ｆｅの含有量が０．１００質量％以上の試料は２ＮのＡｌ地金を用いた試料である。Ｆｅの含有量が０．１００質量％未満の試料は３ＮのＡｌ地金を用いた試料である。母合金は、所定量のＦｅ，Ｓｉ，Ｚｒ，Ｂ，及びＳｒから選択される１種以上の元素を含み、残部がＡｌであるＡｌ合金である。単体元素粒は、Ｆｅ，Ｓｉ，Ｚｒ，Ｂ，又はＳｒからなる粉末である。ここでは、全ての試料にＴｉＢ２を添加する。表１の組成となるように、Ａｌ地金に対する母合金又は単体元素粒の添加量を調整した。表１において、「＜０．００１」は、０．００１質量％未満を意味する。
【００７３】
作製した溶湯を用いて連続鋳造を行い、得られた鋳造材に引き続いて圧延を行った。いずれの試料も、連続鋳造時の冷却速度（℃／秒）は５℃／秒以上とした。ここでは、ベルトアンドホイール式の連続鋳造圧延装置を用いて、連続鋳造圧延材（線径φ１１．７ｍｍ）を作製した。得られた連続鋳造圧延材に冷間伸線を施し、表２に示す最終線径（評価線径、ｍｍ）の伸線材を作製した。試料Ｎｏ．１０１を除いて、伸線途中（ここでは線径φ１０．５ｍｍのとき）に熱処理を施した。熱処理条件（加熱温度（℃）、保持時間（ｈ）、雰囲気）を表２に示す。
【００７４】
作製した最終線径を有する伸線材について、導電率（％ＩＡＣＳ）、室温での引張強さ（ＭＰａ）、耐熱性（％）を調べた。その結果を表２に示す。
【００７５】
導電率は、直流４端子法で測定した。ここでは、導電率の測定には、市販の電気抵抗測定装置を用いた。測定は室温（ここでは２０℃程度）で行い、標点距離ＧＬを５００ｍｍとした。
【００７６】
引張強さは、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１（金属材料引張試験方法、１９９８年）に準拠して、汎用の引張試験機を用いて測定した。測定は、室温（ここでは２０℃程度）で行い、標点距離ＧＬを１００ｍｍとした。
【００７７】
耐熱性は、以下の引張強さの残存率（％）によって評価した。
各試料の伸線材について、以下の加熱後の引張強さを測定した。電気炉を用いて１２０℃まで昇温し、各試料の伸線材を１２０℃で４００時間保持する。１２０℃×４００時間の保持後、室温（ここでは２０℃程度）まで冷却する。冷却された各試料の伸線材について、上述の室温での引張強さの測定方法と同様にして、引張強さを測定する。測定した値が、加熱後の引張強さである。引張強さの残存率は、［上記加熱後の引張強さ／室温での引張強さ］×１００（％）によって求める。この残存率が大きいほど、伸線材は耐熱性に優れる。
【００７８】
【表１】
2019189002.tif 000002
【００７９】
【表２】
2019189002.tif 000003
【００８０】
〈Ｎｏ．１０１〜Ｎｏ．１０４〉
試料Ｎｏ．１０１〜Ｎｏ．１０４は、Ｚｒ，Ｓｒの添加を行っていない試料である。各試料のＺｒ，Ｓｒの含有量は０．００１質量％未満である。また、試料Ｎｏ．１０１〜Ｎｏ．１０４は、ＴｉＢ２の添加により、０％超０．００１質量％未満の範囲でＢを極微量に含むと共に、Ｔｉを０．００１質量％以上０．０１質量％以下の範囲で含む。
試料Ｎｏ．１０１は、伸線途中に熱処理を行っていない試料である。
試料Ｎｏ．１０２は、試料Ｎｏ．１０１と同じ組成を有し、伸線途中に熱処理を行うと共に、試料Ｎｏ．１０１よりも最終線径が小さい試料である。
試料Ｎｏ．１０３は、試料Ｎｏ．１０１と実質的に同じ組成に対してＦｅを増量すると共に、伸線途中に熱処理を行った試料である。
試料Ｎｏ．１０４は、原料に３ＮのＡｌ地金を用い、最終線径が最小の試料である。
【００８１】
〈Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１２〉
試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１２のうち、Ｚｒの含有量が０．００１質量％未満である試料はＺｒの添加を行っていない。
試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１２のうち、Ｂの含有量が０％超０．００１質量％未満である試料はＴｉＢ２の添加によりＢを極微量に含む試料である。Ｂの含有量が０．００１質量％以上である試料は、ＴｉＢ２に加えて更にＢを添加した試料である。各試料はＴｉＢ２の添加によりＴｉを０．００１質量％以上０．０１質量％以下の範囲で含む。
試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１２のうち、Ｓｒの含有量が０．００１質量％以上である試料は、Ｓｒを添加した試料である。Ｓｒの含有量が０．００１質量％未満である試料はＳｒの添加を行っていない。
【００８２】
〈考察〉
表２に示すように試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１２はいずれも、試料Ｎｏ．１０１〜Ｎｏ．１０４と比較して、高導電率、高強度、高耐熱性をバランスよく備えることが分かる。定量的には、試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１２はいずれも、導電率が６２．５％ＩＡＣＳ以上、引張強さが１５５ＭＰａ以上、引張強さの残存率が８７％以上を満たす。導電率については、いずれの試料も、６２．８％ＩＡＣＳ以上である。６３．０％ＩＡＣＳ以上の試料が多く、６４．０％ＩＡＣＳ以上を満たす試料もある。強度については、１５８ＭＰａ以上を満たす試料が多く、１６０ＭＰａ以上の試料も多い。上記残存率については、８８％以上の試料が多く、試料の半数以上が９０％以上である。
【００８３】
試料ごとに検討する。まず、ＴｉＢ２に加えてＢの更なる添加を行っておらず、かつＳｒを添加していない試料Ｎｏ．１０１〜Ｎｏ．１０４に着目する。
【００８４】
試料Ｎｏ．１０１に着目すれば、Ｆｅを０．１質量％程度含むことで、引張強さ及び上記残存率が高く、強度及び耐熱性に優れるものの、導電率が６２％ＩＡＣＳ未満であり低い。
【００８５】
試料Ｎｏ．１０２に着目すれば、熱処理を施すことで試料Ｎｏ．１０１よりも導電率が高いものの、引張強さが１５０ＭＰａ以下であり低い。試料Ｎｏ．１０２は試料Ｎｏ．１０１よりも最終線径が小さく、加工硬化されているにも拘らず、十分な強度を有するとはいえない。
【００８６】
試料Ｎｏ．１０３に着目すれば、Ｆｅの含有量が試料Ｎｏ．１０１よりも多いことで、熱処理を行っても強度及び耐熱性に優れるものの、導電率が６２％ＩＡＣＳ程度であり低い。
【００８７】
試料Ｎｏ．１０４に着目すれば、Ｆｅの含有量が０．０４質量％と少ないことで、試料Ｎｏ．１０１よりも細径であるにもかかわらず導電率が高い。また、最終線径が小さいことで、熱処理を行っても強度に優れる。しかし、上記残存率が８５％であり耐熱性に劣る。
【００８８】
これらのことから、Ｆｅが多ければ、高強度及び高耐熱性が得られるものの、導電率の向上が難しいといえる。
【００８９】
次に、ＴｉＢ２に加えてＢの更なる添加及びＳｒの添加の少なくとも一方を行った試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１２に着目する。
【００９０】
Ｂを更に添加し、かつＳｒを添加していない試料Ｎｏ．１に着目すると、試料Ｎｏ．１０２よりもＦｅの含有量が多いにもかかわらず、導電率が同程度である（６３％ＩＡＣＳ以上）。引張強さ及び上記残存率は試料Ｎｏ．１０２より高い。特に上記残存率は９３％以上と非常に高い。
【００９１】
Ｂの更なる添加及びＺｒの添加を行い、Ｓｒを添加していない試料Ｎｏ．２〜Ｎｏ．６に着目する。試料Ｎｏ．２〜Ｎｏ．５は、Ｆｅの含有量が同程度である試料Ｎｏ．１０４と比較して、同程度又はそれ以上の導電率と、太径でも１６０ＭＰａ程度の高い引張強さとを有しつつ、耐熱性がより高い。Ｆｅの含有量が試料Ｎｏ．２〜Ｎｏ．５よりも多い試料Ｎｏ．６は、耐熱性に更に優れる。
【００９２】
Ｓｒを添加し、Ｂの更なる添加を行っていない試料Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１０に着目すると、試料Ｎｏ．１０２よりもＦｅの含有量が多いにもかかわらず、６２．８％ＩＡＣＳ以上の高い導電率を有する。引張強さ及び上記残存率は試料Ｎｏ．１０２より高い。特に上記残存率は９０％以上と非常に高い。
【００９３】
Ｂの更なる添加及びＳｒの添加を行った試料Ｎｏ．１１，Ｎｏ．１２に着目する。試料Ｎｏ．１１，Ｎｏ．１２は、試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６に比較して、同程度の導電率及び引張強さを有しつつ、上記残存率がより高い傾向にある。試料Ｎｏ．１１，Ｎｏ．１２は、試料Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１０に比較して、導電率がより高い傾向にある。
【００９４】
以上のことから、Ｆｅをある程度含むと共に、Ｂ及びＳｒの少なくとも一方をある程度含むＡｌ合金は、Ｆｅの固溶による強度向上効果によって高強度及び高耐熱性を有しつつ、上記強度向上効果を阻害しない範囲でＦｅの一部を適切に析出させてＦｅの固溶量を低減して、導電率をより向上できると考えられる。ここでは、ＢやＳｒは、導電率を大きく低下させるＳｉの析出促進にも寄与したと考えられる。また、試料Ｎｏ．１と試料Ｎｏ．７とを比較すると、Ｂを０．０１質量％以上含む場合には、Ｓｒを０．００５質量％以上含む場合よりも導電率の向上効果、強度向上効果が高いと考えられる。即ち、この場合は、Ｆｅの析出を促進させ易いと考えられる。
【００９５】
その他、この試験から以下のことがいえる。
（１）同じ組成である試料Ｎｏ．２，Ｎｏ．３同士，Ｎｏ．９，Ｎｏ．１０同士を比較すると、最終線径がより小さい場合、強度がより高められるといえる。この理由は、加工硬化による強度向上効果が得られるためと考えられる。
【００９６】
（２）Ｆｅの含有量が同程度であり、Ｚｒ，Ｂの含有量が異なる試料Ｎｏ．４，Ｎｏ．５を比較すると、Ｂが多いほど強度が高く、Ｚｒが多い方が耐熱性に優れる傾向にあるといえる。
【００９７】
（３）試料Ｎｏ．７，Ｎｏ．８を比較すると、Ｓｒをある程度多くすることで、最終線径がより細く、加工歪み量が多い場合でも、高い導電率を有することが分かる。この理由は、上述のように、Ｆｅを適切に析出できるためと考えられる。
【００９８】
（４）試料Ｎｏ．１，Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１１に着目すると、Ｚｒを添加しなくても（ここではＺｒの含有量が０．００１質量％未満でも）、Ｆｅの含有量が０．１７０質量％以上、ここでは特に０．１９０質量％以上であり、かつＢの含有量が０．０１０質量％以上及びＳｒの含有量が０．００５質量％以上の少なくとも一方を満たすと、上述の残存率が９０％以上と高く、耐熱性により優れる。ここでは、Ｓｒの含有量が上記範囲を満たす場合にＢの含有量が０％超０．００１質量％未満であっても耐熱性に優れる。
【００９９】
（５）Ｂ及びＳｒの少なくとも一方を適切に含むことで、１．５ｍｍ超といった比較的太い線材だけでなく、例えば１．０ｍｍ以下といった細線材でも、高強度及び高耐熱性を有しつつ、６２．５％ＩＡＣＳ以上といった高い導電率を有することができると期待される。
【０１００】
（６）製造過程で、加工途中に熱処理を行うと、導電率が高められ易い。
【０１０１】
本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。例えば、試験例１のアルミニウム合金の組成や線径等を適宜変更することが挙げられる。
【国際調査報告】
2019189002.tif 000004
2019189002.tif 000005
2019189002.tif 000006
2019189002.tif 000007