JP2017014570A - アルミニウム合金線の製造方法及びアルミニウム合金線 - Google Patents

アルミニウム合金線の製造方法及びアルミニウム合金線 Download PDF

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Abstract

【課題】ワイヤーハーネスの用途に好適な特性を有するアルミニウム合金線を容易に製造できるとともに、生産性を向上できるアルミニウム合金線の製造方法を提供する。【解決手段】アルミニウム合金線の製造方法は、（Ａ）０．４０〜０．５５質量％のＭｇと、０．４５〜０．６５質量％のＳｉを含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金を溶解する工程と、（Ｂ）アルミニウム合金の溶湯を鋳造し、圧延して荒引線材を形成する工程と、（Ｃ）荒引線材に溶体化処理を施す工程と、（Ｄ）溶体化処理後の荒引線材を伸線して、線径０．５ｍｍ以下の伸線材を形成する工程と、（Ｅ）Ｍｇ２Ｓｉが実質的に析出することなく内部歪みが除去されるように熱処理を施す工程と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、アルミニウム合金線の製造方法及びアルミニウム合金線に関し、特にワイヤーハーネスの用途に好適なアルミニウム合金線の製造方法及びアルミニウム合金線に関する。
近年、自動車の車内配線等に用いられるワイヤーハーネスの分野では、軽量化の観点から、銅電線の代替としてアルミニウム電線が使用されている。車載ワイヤーハーネスは、走行中に絶え間なく振動や衝撃を受けるため、これらに対する耐性が要求される。優れた機械的特性（強度及び展延性（伸び））を有するアルミニウム電線を適用することで、耐衝撃性を向上することができる。
従来は、ワイヤーハーネス用のアルミニウム電線として、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（６０００系アルミニウム合金）が適用されている（例えば、特許文献１〜１２）。Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金は、製造工程の最終段階で時効処理を施すことにより、アルミニウム合金中にＭｇ２Ｓｉを析出させ、機械的強度を高めた析出強化型のアルミニウム合金である。時効処理は、例えば、１５０℃以上の高温下で、１時間以上保持することにより行われる。
特表２０１３−５４２３２０号公報 特開２０１５−９６６４５号公報 特許第５６０７８５３号公報 特許第５６０７８５４号公報 特許第５６０７８５５号公報 特許第５６０７８５６号公報 特開２０１２−２２９４８５号公報 特開２０１３−７６１６８号公報 特開２０１２−４６８２４号公報 特開２０１２−２１４９０１号公報 特開２０１１−１９５９６２号公報 特開２００８−１１２６２０号公報
ところで、ワイヤーハーネスの用途には、線径が０．５ｍｍ以下の極細線が好適とされているが、極細線は加工硬化が進むため良好な展延性が得られにくい。しかも、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金中の析出物は、強度を高めるためには有効である一方で、展延性が低下する要因になる。また、この析出物は、断線を引き起こす要因（断線の起点）にもなり得る。
本発明の目的は、ワイヤーハーネスの用途に好適な特性を有するアルミニウム合金線を容易に製造できるとともに、生産性を向上できるアルミニウム合金線の製造方法及びワイヤーハーネスの用途に好適な特性を有するアルミニウム合金線を提供することである。
本発明に係るアルミニウム合金線の製造方法は、
（Ａ）０．４０〜０．５５質量％のＭｇと、０．４５〜０．６５質量％のＳｉを含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金を溶解する工程と、
（Ｂ）前記アルミニウム合金の溶湯を鋳造し、圧延して荒引線材を形成する工程と、
（Ｃ）前記荒引線材に溶体化処理を施す工程と、
（Ｄ）前記溶体化処理後の前記荒引線材を伸線して、線径０．５ｍｍ以下の伸線材を形成する工程と、
（Ｅ）Ｍｇ２Ｓｉが実質的に析出することなく内部歪みが除去されるように熱処理を施す工程と、を含むことを特徴とする。
本発明に係るアルミニウム合金線は、０．４０〜０．５５質量％のＭｇと、０．４５〜０．６５質量％のＳｉを含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金を伸線したアルミニウム合金線であって、
合金中にＭｇ２Ｓｉ析出物が実質的にないことを特徴とする。
本発明によれば、ワイヤーハーネスの用途に好適な特性を有するアルミニウム合金線を容易に製造できるとともに、生産性が格段に向上する。
実施の形態に係るアルミニウム合金線の製造工程を示すフローチャートである。 実施例１〜６の製造条件及び評価結果を示す図である。 実施例７〜１２の製造条件及び評価結果を示す図である。 比較例の製造条件及び評価結果を示す図である。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係るアルミニウム合金線の製造工程を示すフローチャートである。図１に示すように、本実施の形態に係るアルミニウム合金線の製造方法は、工程Ｓ１〜Ｓ５を含む。
工程Ｓ１は、アルミニウム合金を溶解する工程である。溶解されるアルミニウム合金は、０．４０〜０．５５質量％のＭｇと、０．４５〜０．６５質量％のＳｉを含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる。不可避的不純物は、０．３２質量％以下のＦｅ、０．０１質量％以下のＣｕ、０．０１％以下のＭｎ、０．０１質量％以下のＴｉ、０．００３質量％以下のＶである。
工程Ｓ２は、工程Ｓ１で溶解されたアルミニウム合金の溶湯を鋳造し、圧延して荒引線材を形成する工程である。工程Ｓ２は、例えばプロペルチ方式（連続鋳造圧延方式）により行われる。荒引線材の線径は、例えばφ８．０〜１０．０ｍｍである。
工程Ｓ３は、工程Ｓ２で形成された荒引線材に溶体化処理を施す工程である。溶体化処理とは、アルミニウム合金中の溶け込んでいない合金成分（Ｍｇ、Ｓｉ等）を固溶させる処理（いわゆる固溶）である。また、溶体化処理により、工程Ｓ２で形成された化合物（代表的にはＭｇ２Ｓｉ）は分散され、荒引線材の内部組織が均一化される（均質処理）。溶体化処理は、例えば５００〜６００℃で０．５〜１０時間保持した後、急冷することにより行われる。
工程Ｓ３の溶体化処理は、工程Ｓ４の伸線後に行うこともできるが、本実施の形態のように伸線前に行うのが好ましい。伸線後の細線の状態で溶体化処理を行う場合、ボビン巻或いは束状で高温熱処理を行うことになるため、素線同士が粘着し、それを剥がす際に断線する危険性がある。また、連続的に高温熱処理を行う場合、張力設定が極めて難しく、少しの張力変動で線径の変化や断線を起こす。これに対し、伸線前の線径の太い状態での高温熱処理ではその危険性が低く、また鋳造、圧延時に不均一性が生じても、工程初期の段階で均質化できるという利点がある。
工程Ｓ４は、溶体化処理後の荒引線材を伸線し、伸線材を形成する工程である。工程Ｓ４は、例えば先細りのダイスを用いた引抜加工により行われる。最終的に形成される伸線材の線径は、例えば０．２〜０．５ｍｍである。
工程Ｓ４は、伸線途中の伸線材（中間伸線材）に対して熱処理（中間熱処理）を施す工程を含むことが好ましい。中間熱処理を適宜行うことにより、中間伸線材に導入された歪みが除去されるので、その後の伸線加工性が向上する。また、最終的に得られるアルミニウム合金線の伸びも向上する。中間熱処理温度は、例えば１００〜１４０℃である。中間熱処理時間は、熱処理温度が低い程、長くなる。
工程Ｓ５は、伸線工程で加工硬化した伸線材の内部歪みを熱処理により除去し、軟化させて展延性を向上させる工程である（いわゆる焼鈍）。工程Ｓ５における熱処理温度及び熱処理時間は、焼鈍による効果が得られる範囲で、かつＭｇ２Ｓｉが実質的に析出しないように設定される。つまり、工程Ｓ５は、Ｍｇ２Ｓｉを析出させないように行われる点で、従来行われた時効処理とは明確に異なる。
なお、「実質的にＭｇ２Ｓｉが析出しない」とは、まったく析出しないことはもちろん、Ｍｇ２Ｓｉが若干析出する場合を含む。
具体的には、工程Ｓ５における熱処理温度は、１００〜１４０℃であることが好ましく、１２０〜１４０℃がより好ましい。熱処理温度が１００℃より低いと焼鈍に長時間を要し、１４０℃より高いとＭｇ２Ｓｉ化合物が析出しやすくなるためである。熱処理時間は、焼鈍による効果が得られる範囲で熱処理温度との関係で決まる（熱処理温度が低い程、長くなる）。熱処理時間が１００〜１４０℃の場合、熱処理時間は３〜２０時間に設定される。熱処理温度と熱処理時間をこのように設定した場合、Ｍｇ２Ｓｉは析出しないことが確認されている。
このように、本実施の形態に係るアルミニウム合金線の製造方法は、（Ａ）０．４０〜０．５５質量％のＭｇと、０．４５〜０．６５質量％のＳｉを含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金を溶解する工程Ｓ１と、（Ｂ）前記アルミニウム合金の溶湯を鋳造し、圧延して荒引線材を形成する工程Ｓ２と、（Ｃ）前記荒引線材に溶体化処理を施す工程Ｓ３と、（Ｄ）前記溶体化処理後の前記荒引線材を伸線して、線径０．５ｍｍ以下の伸線材を形成する工程Ｓ４と、（Ｅ）Ｍｇ２Ｓｉが実質的に析出することなく内部歪みが除去されるように熱処理を施す工程Ｓ５と、を含む。
上述した工程Ｓ１〜Ｓ５により製造されたアルミニウム合金線は、時効処理を有する従来の方法で製造されるアルミニウム合金線と同等の強度及び導電率を有する上、展延性に関しては伸びが７％以上に向上する。また、合金中に、断線の起点となりうるＭｇ２Ｓｉが実質的に析出していないので、信頼性も向上する。さらに、強度向上のために必須と考えられていた時効処理が不要となる。したがって、ワイヤーハーネスの用途に好適な特性を有するアルミニウム合金線を容易に製造できるとともに、生産性が格段に向上する。
［実施例］
実施例１〜１２では、工程Ｓ１〜Ｓ５に従って、アルミニウム合金線を製造した。具体的には、工程Ｓ１において、０．５質量％のＭｇと０．６質量％のＳｉを含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金を溶解した。工程Ｓ２において、プロペルチ方式により、線径９．５ｍｍの荒引線材を形成した。工程Ｓ３において、５５０℃で５．５時間保持した後、室温まで急冷する溶体化処理を施した。
次いで、工程Ｓ４において、ダイスを用いた引抜加工により、線径０．３２ｍｍの伸線材を形成した。実施例１〜９では、線径０．３２ｍｍまで伸線する間に、中間伸線材に対して中間熱処理を施した。中間熱処理温度は、１４０℃（実施例１〜３）、１３０℃（実施例４〜６）、１２０℃（実施例７〜９）とし、中間熱処理時間は、いずれも１０時間とした。
最後に、工程Ｓ５において、伸線材に最終熱処理を施した。最終熱処理温度は、１４０℃（実施例１、４、７、１０）、１３０℃（実施例２、５、８、１１）、１２０℃（実施例３、６、９、１２）とした。それぞれの実施例において、最終熱処理時間を３〜１０時間の範囲で変化させた。
［比較例］
比較例１〜４では、工程Ｓ１〜Ｓ４については実施例１〜１２と同様に行い（詳細は図４参照）、工程Ｓ５は行わなかった。比較例５、６では、工程Ｓ１〜工程Ｓ４については実施例１〜３と同様に行い、工程Ｓ５の最終熱処理に代えて、１５０℃×５時間、１７０℃×５時間の時効処理を行い、Ｍｇ２Ｓｉを析出させた。
［評価結果］
実施例１〜１２及び比較例１〜６で得られたアルミニウム合金線について、引張強さ、伸び、導電率を測定し、ワイヤーハーネスの用途としての特性を評価した。また、アルミニウム合金線の横断面において、電子顕微鏡により１００μｍ四方の範囲を観察した。
アルミニウム合金線の製造条件及び評価結果を図２〜図４に示す。図２〜４において、引張強さは３５０ＭＰａ以上を「○」、３５０ＭＰａ未満を「×」で示している。伸びは、８％以上を「Ｓ」、７％以上８％未満を「Ａ」、６％以上７％未満を「Ｂ」、６％未満を「Ｃ」で示している。導電率は、５３％ＩＡＣＳ以上を「Ｓ」、５２％ＩＡＣＳ以上５３％ＩＡＣＳ未満を「Ａ」、５０％ＩＡＣＳ以上５２％ＩＡＣＳ未満を「Ｂ」、５０％ＩＡＣＳ未満を「Ｃ」で示している。また、断面観察では、最大結晶粒径が１０μｍ以下である場合を「○」、１０μｍより大きい場合を「×」で示している。ワイヤーハーネス用のアルミニウム合金線には、実使用上、引張強さ３５０ＭＰａ以上（評価○）、伸び６％以上（評価Ｂ以上）、導電率５０％ＩＡＣＳ以上（評価Ｂ以上）であることが要求される。
図２〜図４に示すように、実施例１〜１２と比較例１〜６の比較より、工程Ｓ５において最終熱処理を施すことにより、伸びが向上することが確認された。また、実施例１〜１２と比較例５、６の比較により、時効処理を行わない、すなわちＭｇ２Ｓｉを析出させなくても同等の引張強さ及び導電率が確保され、伸びについては８％以上に向上することが確認された。特に、１２０℃で中間熱処理を行い、１３０℃×５時間又は７時間で最終熱処理を行った場合に、伸びは最も大きくなった。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、本発明は、実施の形態で示した組成以外の６０００系アルミニウム合金を用いる場合にも適用できる。また、本発明のアルミニウム合金線を用いてワイヤーハーネスを製造し、使用時の熱履歴によってＭｇ２Ｓｉが析出しても問題ない。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許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および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明に係るアルミニウム合金線の製造方法は、
（Ａ）０．４０〜０．５５質量％のＭｇと、０．４５〜０．６５質量％のＳｉを含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金を溶解する工程と、
（Ｂ）前記アルミニウム合金の溶湯を鋳造し、圧延して荒引線材を形成する工程と、
（Ｃ）前記荒引線材に溶体化処理を施す工程と、
（Ｄ）前記溶体化処理後の前記荒引線材を伸線して、線径０．５ｍｍ以下の伸線材を形成する工程と、
（Ｅ）Ｍｇ２Ｓｉが析出することなく内部歪みが除去されるように熱処理を施す工程と、を含み、
工程（Ｅ）は、熱処理温度が１００〜１４０℃で、熱処理時間が１〜１０時間であることを特徴とする。
本発明に係るアルミニウム合金線は、
０．４０〜０．５５質量％のＭｇと、０．４５〜０．６５質量％のＳｉを含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金を伸線したアルミニウム合金線であって、
最終熱処理後の合金中にＭｇ２Ｓｉ析出物がなく、線径０．２〜０．５ｍｍ、引張強さ３５０ＭＰａ以上、伸び６％以上、導電率５０％ＩＡＣＳ以上であることを特徴とする。

Claims (8)

  1. （Ａ）０．４０〜０．５５質量％のＭｇと、０．４５〜０．６５質量％のＳｉを含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金を溶解する工程と、
    （Ｂ）前記アルミニウム合金の溶湯を鋳造し、圧延して荒引線材を形成する工程と、
    （Ｃ）前記荒引線材に溶体化処理を施す工程と、
    （Ｄ）前記溶体化処理後の前記荒引線材を伸線して、線径０．５ｍｍ以下の伸線材を形成する工程と、
    （Ｅ）Ｍｇ２Ｓｉが実質的に析出することなく内部歪みが除去されるように熱処理を施す工程と、を含むことを特徴とするアルミニウム合金線の製造方法。
  2. 工程（Ｅ）における熱処理温度は、１００〜１４０℃であることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金線の製造方法。
  3. 工程（Ｅ）における熱処理温度は、１２０〜１４０℃であることを特徴とする請求項２に記載のアルミニウム合金線の製造方法。
  4. 工程（Ｅ）における熱処理時間は、１〜１０時間であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のアルミニウム合金線の製造方法。
  5. 工程（Ｅ）における熱処理時間は、３〜１０時間であることを特徴とする請求項４に記載のアルミニウム合金線の製造方法。
  6. 工程（Ｅ）における熱処理時間は、５〜７時間であることを特徴とする請求項５に記載のアルミニウム合金線の製造方法。
  7. 工程（Ｄ）は、伸線途中の伸線材に対して熱処理を施す工程を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のアルミニウム合金線の製造方法。
  8. ０．４０〜０．５５質量％のＭｇと、０．４５〜０．６５質量％のＳｉを含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金を伸線したアルミニウム合金線であって、
    合金中にＭｇ２Ｓｉ析出物が実質的にないことを特徴とするアルミニウム合金線。
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