JPS607703B2 - 耐熱アルミニウム合金導体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はＡそ−Ｚｒ−Ｆｅ系耐熱アルミニウム合金導体
の製造方法に関するもので、特に鋳型温度と銭塊冷却速
度を制御した連続鋳造圧延により荒引線を形成し、これ
に冷間圧延と加熱処理を細合せて行なうことにより「導
体の耐熱性を向上せしめたものである。

近年、送電容量の増大に伴い、架空送電線に鋼芯耐熱ア
ルミニウム合金撚線が用いられているが、特殊な送電条
件の下では更に送電容量を増大させるため、より優れた
耐熱アルミニウム合金導体が望まれており「従来から多
くの導電用耐熱アルミニウム合金が研究されている。

しかし、現在実用に供されているのは、Ｚｒを有効成分
とするＡそ−Ｚｒ系合金である。

この合金はＺｒの添加量に応じて耐熱性を増大するも導
電率を低下する。従ってより耐熱性を高めるためにＺｒ
量を多くすると導電率が著しく低下し、実用には通さな
いものになる。本発明はこれに鑑み、Ａ〆−Ｚｒ系合金
について種々研究の結果、導電率をあまり低下させるこ
となく、導体の耐熱性を改善し得る耐熱アルミニウム合
金導体の製造方法を開発したものである。

即ち、本発明はＺｒｏ．１５〜０．榊ｔ％（以下ｗｔ％
を単に％と記載），Ｆｅｏ．０５〜０．６％，Ｓｉｏ．
０４〜０．３％を含み、かつＭｇ０．００２〜０．５％
，Ｃｕｏ．００２〜０．５％を何れか一方又は双方を含
み、残部Ａそと通常の不純物からなる合金を連続鋳造圧
延して荒引線とし、これに冷間加工を加える耐熱アルミ
ニウム合金導体の製造おいて、８０〜２００ｑ Ｃに加
熱した鋳型内に７４０〜９５ぴ０の合金溶湯を柱傷して
０．を０／ｓｅｃ以上の冷却速度で凝固させて連続鋳造
し、得られた鏡塊を引続き６０００／ｍｉｎ以上の速度
で冷却しながら５５０ｏｏ以下の温度で圧延を開始し、
３５０００以下の温度で圧延を終了するまでに４０％以
上の減面加工を加えて荒引線とする。本発明の一つは、
この荒引線を加熱処理した後、冷間で６５％以上の減面
加工を加えるものでト加熱処理としては２５０〜５００
ｏｏの温度で１〜４０畑時間処理する方法（ＩＡの方法
）、又は２００〜４００ｏｏの温度で１〜４０餌時間加
熱処理し、次に核処理温度より３び○以上高い温度で、
しかも２５０〜５５ぴ○の温度範囲内で１〜４００時間
加熱処理する方法（ＩＢの方法）である。

また本発明の他の一つは、この荒引線を加熱処理してか
ら冷間で６５％以上の減面加工を加えた後、更に加熱処
理を加えるもので、荒引線を２５０〜５００ｑｏの温度
で１〜４０餌時間処理してから冷間加工を加え、これを
２５０〜４５０午○の温度で１〜４００時間処理する方
法（泌の方法）、又は玲間で６５％以上の滅面加工を加
える前及び後の加熱処理の何れか一方又は双方を２００
〜４００００の温度で１〜４００時間加熱処理し、次に
該処理温度より３０ｏｏ以上高い温度で、しかも２５０
〜５５０００の温度範囲内で１〜４０餌時間加熱処理す
る方法（妃の方法）である。

本発明において、合金組成を上記の如く限定したのは次
の理由によるものである。Ｚｒは強度及び耐熱性を向上
させるために添加するもので、その含有量を０．１５〜
０．８％としたのは、含有量が０．１５％禾満では強度
及び耐熱性が不十分であり、０．８％を越えると強度及
び耐熱性の向上効果が飽和し、導電率の低下が著しくな
るためである。ＦｅはＺｒと同様強度及び耐熱性を向上
させるために添加するもので、その含有量を０．０５〜
０．６％としたのは、含有量が０．０５％未満では効果
が少なく、０．６％を越えろを強度及び耐熱性のより一
層の向上は認められず、導電率が低下するためである。
Ｓｉの添加は強度を向上させるためであり、その含有量
を０．０４〜０．３％としたのは、含有量が０．０４％
禾満では強度が低く、０．３％を越えると導電率が低下
するためである。またＭｇ又は／及びＣｕは強度を向上
させるために添加するもので、これ等の含有量を夫々０
．００２〜０．５％としたのは、それぞれ含有量が下限
未満では強度改善の効果がなく、また上限を越えると導
電率の低下が大きいためである。

尚、本発明の実施にあたり、Ｚｒｏ．１５〜０．級ｔ％
，Ｆｅ ｏ．０５〜０．６％，Ｓｉｏ．０４〜０．３％
を含み、かつＭｇ０．００２〜０．５％，Ｃｕｏ．００
２〜０．５％を何れか一方又は双方を含み、残部Ａぞと
通常の不純物からなる合金組成のものを用いることによ
り特に性能の優れた導体が得られる。

次に上記組成範囲の合金を連続鋳造圧延する際の鋳造条
件と圧延条件を上記の如く規定したのは、合金成分のう
ちＺｒ及びＦｅを鋳造時に強制固落させ、それをそのま
ま析出しないように熱間圧延した常温にもち来たし、こ
れを袷間加工の前又は／及び後に加熱処理してＺｒ及び
Ｆｅを微細に析出せしめることにより、強度、導電率及
び耐熱性の向上をはかるためである。

そこで鋳型（通常のベルトアンドホイール型連続鋳造機
の場合は鋳造輪とベルト）の温度を８０〜２００℃と規
定したのは、これが８０ｑ○より低いと鋳型と接する銭
魂表面の冷却が大きすぎ、銭塊表面が凝固後収縮してエ
アーギャップを形成し、銭塊全体の冷却速度を遅くして
Ｚｒ及びＦｅの強度間溶に効果がなくなり、また鋳型温
度が２００００より高くなると、鋳型と銭塊の温度勾配
が小さくなって、冷却速度が遅くなり、Ｚｒ及びＦｅの
強制団溶に効果がなくなるためである。

また注湯する溶湯温度を７４０〜９５０ｑｏとしたのは
急激な温度勾配をもたせて凝固させるためで、７４０ｏ
ｏより低いと温度勾配が小さく、Ｚｒ及びＦｅの強制固
綾量が少なくなり、また９５０℃より高くなると、溶湯
表面の酸化が激しくなり、酸化物の巻き込み等により良
質な銭塊が得られず、かつ銭塊表面と中心部の凝固速度
に大きな差が生じるため、Ｚｒ及びＦｅが偏析して鏡塊
表面と中心部とでその濃度が異なり、優れた性能のもの
が得られなくなるためである。

次に７４０〜９５０ｏｏの溶湯を８０〜２００００に加
熱した鋳型に注湯し、０．か０／ｓｅｃ以上の冷却速度
で凝固せしめるものはＺｒ及びＦｅを強制固溶させるた
めで、この冷却速度の制御は通常鋳造輪及びベルトを水
冷して行なわれる。

この水冷が不十分で冷却速度が０．を０／ｓｅｃより遅
くなると、Ｚｒ及びＦｅを強制固溶させることができな
くなるためであり、またあまり水冷を激しくすると、鋳
型と鏡塊との間にエアーギャップを生じて冷却速度が遅
くなるから注意して制御する必要がある。このようにし
て得られた銭塊を引続き６０００／ｍｉｎ以上の速度で
冷却しながら圧延するのは、強制固溶したＺｒ及びＦｅ
の析出を阻止するためであり、冷却速度が６０こ０／ｍ
ｉｎより遅いとＺｒ及びＦｅの析出が起る。

また圧延を５５０ｑ○以下の温度で開始し、３５０午０
以下の温度で圧延を終了するまでに４０％以上の減面加
工を加えるのは圧延中にＺｒ及びＦｅが析出するのを阻
止し、かつ鋳造組識を破壊すると共に凝固時に強制固落
しきれずに一部晶出したＺｒ及びＦｅの粗大晶出相を粉
砕して微細化し、均一に分散した圧延組議とするためで
ある。ここで圧延開始温度が、５５０こ○より高く、ま
た圧延終了温度が３５０午○より高いと強制固溶させた
Ｚｒ及びＦｅが析出し、また減面加工率が４０％より少
ないと、鋳造組識の破壊が不十分で、粗大な晶出物が組
織中に残存し、強度及び耐熱性を低下させることになる
。以上の条件の下で前記合金を連続鋳造圧延することに
よりＺｒ及びＦｅを強制固溶させた荒引線が得られる。

上記荒引線を本発明のＩＡの方法により加熱処理した後
冷間で減面加工するのは、加熱処理による時効硬化によ
り強度及び導電率を向上させ、その後の冷間加工におけ
る加工硬化能を大きくし、これを冷間加工することによ
り強度、導電率及び耐熱性を向上させるためであり、加
熱処理を２５０〜５００ｑｏで１〜４０餌時間としたの
は処理温度が２５０℃より低いか又は２５０〜５００ｑ
０の温度範囲内でも処理時間が１時間より短いと時効の
効果が現われず、処理温度が５００３０より高いか又は
処理時間が４０加持間より長くなると過時効現象により
、強度が低下するためである。

また冷間加工における減面率を６５％以上としたのは、
滅面率が６５％より少ないと十分な加工硬化が得られず
、強度は勿論、耐熱性及び導電率も低くなるためである
。上記荒引線を本発明の泌の方法より、上記ＩＡの方法
の冷間加工後に更に加熱処理を加えるのは時効硬化によ
り耐熱性及び導電率を一層向上させるためであり、その
加熱処理を２５０〜４５０ｑｏで１〜４０加持間として
のは処理温度が２５０ｄｏより低いか又は２５０〜４５
０００の温度範囲内でも処理時間が１時間より短いと耐
熱性及び導電率の向上が認められず、処理温度が４５０
ｑｏより高いか又は処理時間が４０加持間より長くなる
と過時効現象により強度及び導電率を低下するためであ
る。

また本発明のＩＡ及び２Ａの方法の冷間加工前及び後の
何れか一方又は双方の加熱処理工程とをそれぞれ２段階
に分け、その第１段階を２００〜４００ｑｏで１〜４０
加持間処理し、第２段階を第１段階における処理温度よ
り３０午０以上高く、かつ２５０〜５５０℃の温度範囲
内で１〜４０加持間処理する本発明のＩＢ及び斑の方法
はそれぞれ加熱処理工程を２段階に分けることにより微
細な析出物の形成を促進させて析出効果をより一層顕著
なものとするためで、これによって導電率及び強度は一
層向上する。

しかして第１段階を２００〜４００００で１〜４００時
間と規定したのは、２００ｑｏ禾満又は１時間禾満では
その効果が認められず、４００℃より高い温度では強度
が低下してしまいまた４０餌時間より長く加熱してもよ
り大きな効果が認められず、不経済である。また第２段
階の加熱に際し、第１段階の処理温度より３０ｑ０以上
高い温度で加熱するのは、第１段階で形成された極微細
な析出物あるいは、析出核を成長させるためで３０ｑ０
未満ではその効果がなく単に連続して加熱する場合と差
異はない。また第２段階を２５０〜５５０ｑｏで１〜４
００時間と規定したのは、２５０℃未満の温度又は１時
間未満の処理では微細析出物の成長が遅く、導電率及び
強度の改善が認められず、５５０℃より高い温度又は４
０畑時間より長い処理では析出物が粗大化し、強度、耐
熱性とも低下してしまうためである。以上、本発明方法
によれば、強度、導電率び耐熱性の優れた導体を得るこ
とができるもので、特に本発明で規定する条件のうち更
に好ましくはＺｒ０．２０〜０．５％，Ｆｅ ｏ．１０
〜０．４０％，Ｓｉ ０．００６〜０．２０％を含み、
かつＭｇ０．０５〜０．２０％，Ｃｕｏ．０５〜０．２
０％、残部Ａメからなる合金を連続鋳造圧延して得られ
る耐熱アルミニウム合金導体の製造において、上記合金
の熔湯温度を７５０〜８５０ｑｏ、鋳型温度を１００〜
１５０ｏｏ、凝固時の冷却速度を０．５〜１００ｑｏ／
ｓｅｃとして鋳造し、この銭塊を１５０〜３００℃／ｍ
ｉｎの冷却速度で冷却しながら４００〜５００ｑｏの温
度で圧延を開始し、６０％以上の滅面加工を行なって圧
延終了時の温度が３００〜１５０午０になるように圧延
して荒引線とし、その冷間加工における減面率を７５〜
９７％とし、その冷間加工前後いおける各加熱処理を２
段階に分け第１段階を３００〜４００℃で２〜２の時間
、次に第１段階の処理温度よりも５０〜１００℃高い温
度で、しかも３８０〜４５０ｏｏの温度範囲内で２〜２
餌時間処理すれば、一層優れた性能の導体が得られる。

以下、本発明を実施例について説明する。

（実施例） 純度９９．８％の電気用Ａそ地金を溶解し、これにＡ夕
−５％Ｚｒ，Ａ夕−６％Ｆｅ，Ａ〆−２０％Ｓｉ，Ａ夕
−５０％Ｃｕの各母合金とＭｇ単体を添加してＡぞ−Ｚ
ｒ−Ｆｅ系合金を溶制し、これをベルトアンドホィール
型連続鋳造圧延機により種々の条件で鋳造圧延して荒引
線を形成した。

第１表に荒引線の合金組成と製造条件を示す。尚、Ｆｅ
、Ｓｉの少ない合金の熔製には純度９９．９％の電気用
Ａそ地金を用いた。第１表 第１表中Ａは注湯溢度（００）、Ｂは鋳型温度（００）
、Ｃは鋳造時の冷却速度ぐ○／ｓｅｃ）、Ｄは圧延開始
温度（℃）、Ｅは圧延終了温度（００）、Ｆは圧延中の
冷却温度（℃／ｍｉｎ）、Ｇは圧延加工率を示す。

また第１表中本発明用仇．１〜１０は本発明で規定した
合金組成のものを本発明で規定した鋳造条件及び圧延条
件で形成した荒引線であり、比較用Ｎｏ．１１〜１７は
本発明で規定した合金組成より外れたものを本発明で規
定した鋳造条件及び圧延条件で形成した荒引線である。

更に比較用Ｎｏ．１８〜２１は、本発明で規定した合金
組成のものを本発明で規定した鋳造条件又は／及び圧延
条件より外れた条件で鋳造、圧延した荒引線である。尚
、凝固時の冷却速度の調整は鋳造速度（鋳造論の回転速
度）の調節と、水冷鋳型である鋳造輪及びベルトへの流
水量並びに水温の調節で行ない、圧延に際して各圧延ス
タンド間に加熱及び冷却装置を、装備した圧延温度を自
由に制御できる連続圧延機を用いて冷却速度を制御した
。

【１１ このようにして形成した第１表に示す荒引線の
一部を用い、これを本発明のＩＡの方法に従って第２表
に示す条件で加熱処理した後袷間伸線加工を行なって導
体を製造した。

これ等の導体について引張強さ、導電率及び耐熱性を測
定した。その結果を第２表に併記した。尚、引張強さは
ィンストロン型試験機により測定し、導電率はケルビン
ダブルブリッジにより電気抵抗を測定して求めた。また
耐熱性は各試料を２７０℃の温度で、１時間加熱し、該
加熱処理前後の引張強さの比率（％）で表わした。第２
表 第１表及び第２表から明らかなように本発明方法１〜５
により製造した導体は何れも引張強さが１８．０ｋｇ／
脚２ 以上、導電率は５９．６％ＩＡＣＳ以上、耐熱性
は９２．２％以上の高い特性が得られることが判る。

これに対し本発明とは荒引線の形成条件が異なる比較方
法６〜１１では引張強さ、導露率及び耐熱性の何れか一
つ以上の特性が低下し、本発明と荒引線形成条件が同じ
でも本発明で規定する加熱条件又は冷間の加工条件より
外れた比較＊方法１２〜１４では引張強さ、導電率及び
耐熱性の何れか一つ以上が低下していることが判る。

‘２１ 上記第１表に示す荒引線の一部を用い、これを
本発明の泌の方法に従って第３表に示す条件で加熱処理
、冷間加工、加熱処理を行なって導体を製造した。これ
等の導体について実施例１と同様にして導体特性を測定
した。その結果を第３表に併記した。尚、耐熱性は各試
料を３００午０の温度で１時間加熱し、該加熱処理前後
の引張強さの比率（％）で表わした。第３表 第１表及び第３表から明らかなように本発明方法１５〜
１９により製造した導体は何れも引張強さは１７．６ｋ
９／柳２ 以上、導電率は５９．５％ＩＡＣＳ以上、耐
熱性は９１．０％以上の高い特性が得られることが判る
。

これに対し本発明とは荒引線の形成条件が異なる比較方
法２０〜２４では、引張強さ、導電率及び耐熱性の何れ
か一つ以上の特性が低下し、本発明と荒引線の形成条件
が同じでも本発明で規定する加熱条件又は加工条件より
外れた比較方法２５〜２７では引張強さ、導電率及び耐
熱性の何れか一つ以上が低下しているのが判る。

｛３１ 上記第１表に示す荒引線の一部を用い、本発明
のＩＢ，波の各方法に従って、第４表の条件で２段加熱
処理後に冷間加工する方法、冷間加工の前と後の加熱処
理の何れか一方又は双方を２段加熱処理する方法により
導体を製造した。

これ等の導体について、実施例１と同機にして導体特性
を測定した。その結果を第４表に併記した。尚、耐熱性
については、第４表中、本発明方法２８〜３０と比較方
法３４は２７０午０の温度で１時間加熱し、その加熱前
後の引張強さの比率（％）で表わした。

＊更に本発明方法３１〜３
３と比較方法３５は３００℃の温度で１時間加熱し、そ
の加熱前後の引張強さの比率（％）で表わした。第４表 第１表及び第４表から明らかなように、本発明方法２８
〜３０は冷間加工前の加熱処理を２段に分けて施したも
ので実施例１，第２表と比較し、より高い性能が得られ
ることが判る。

一方、比較例３４で加熱条件が本発明方法と異なるため
性能が劣っている。

本発明方法３１〜３３は冷間加工前後の加熱処理の何れ
か一方又は双方の加熱処理を２段に分けて施したもので
何れも実施例２，第３表と比較し、より高い性能が得ら
れることが判る。

一方、比較方法３５では加熱条件が本発明方法と異なる
ため性能が低下している。このように本発明によれば合
金の組成範囲と鋳造条件、圧延条件等の加工条件及び加
熱条件を規定することにより引張強さ、導電率及び耐熱
性の優れた導体を製造し得るもので、工業上顕著な効果
を奏するものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｚｐ０．１５〜０．８ｗｔ％，Ｆｅ０．０５〜０．
   ６ｗｔ％，Ｓｉ０．０４〜０．３ｗｔ％を含み、かつＭ
   ｇ０．００２〜０．５ｗｔ％，Ｃｕ０．００２〜０．５
   ｗｔ％を何れか一方又は双方を含み、残部Ａｌと通常の
   不純物からなる合金を連続鋳造圧延して荒引線となし、
   これに冷間加工を加える耐熱アルミニウム合金導体の製
   造おいて、８０〜２００℃に加熱した鋳型内に７４０〜
   ９５０℃の合金溶湯を注湯して、０．２℃／ｓｅｃ以上
   の冷却速度で凝固させて連続鋳造し、得られた鋳塊を引
   続き６０℃／ｍｉｎ以上の速度で冷却しながら５５０℃
   以下の温度で圧延を開始し、３５０℃以下の温度で圧延
   を終了する間に４０％以上の減面加工を加えて荒引線と
   し、これを加熱処理した後冷間で６５％以上の減面加工
   を加えることを特徴とする耐熱アルミニウム合金導体の
   製造方法。 ２ 荒引線を２５０〜５００℃の温度で１〜４００時間
   加熱処理した後冷間で６５％以上の減面加工を加える特
   許請求の範囲第１項記載の耐熱アルミニウム合金導体の
   製造方法。 ３ 荒引線を２００〜４００℃の温度で１〜４００時間
   加熱処理し、次に該処理温度より３０℃以上高い温度で
   、しかも２５０〜５５０℃の温度範囲内で１〜４００時
   間加熱処理した後、冷間で６５％以上の減面加工を加え
   る特許請求の範囲第１項記載の耐熱アルミニウム合金導
   体の製造方法。 ４ Ｚｒ０．１５〜０．８ｔｗ％，Ｆｅ０．０５〜０．
   ６ｗｔ％，Ｓｉ０．０４〜０．３ｗｔ％を含み、かつＭ
   ｇ０．００２〜０．５ｗｔ％，Ｃｕ０．００２〜０．５
   ｗｔ％を何れか一方又は双方を含み、残部Ａｌと通常の
   不純物からなる合金を連続鋳造圧延して荒引線となし、
   これに冷間加工を加える耐熱アルミニウム合金導体の製
   造おいて、８０〜２００℃に加熱した鋳型内に７４０〜
   ９５０℃の合金溶湯を注湯して、０．２℃／ｓｅｃ以上
   の冷却速度で凝固させて連続鋳造し、得られた鋳塊を引
   続き６０℃／ｍｉｎ以上の速度で冷却しながら５５０℃
   以下の温度で圧延を開始し、３５０℃以下の温度で圧延
   を終了する間に４０％以上の減面加工を加えて荒引線と
   し、これを加熱処理したから冷間で６５％以上の減面加
   工を加えた後、更に加熱処理を加えることを特徴とする
   耐熱アルミニウム合金導体の製造方法。 ５ 荒引線を２５０〜５００℃の温度で１〜４００時間
   加熱処理してから冷間で６５％以上の減面加工を加えた
   後、２５０〜４５０℃の温度で１〜４００時間加熱処理
   する特許請求の範囲第４項記載の耐熱アルミニウム合金
   導体の製造方法。 ６ 冷間で６５％以上の減面加工を加える前及び後の加
   熱処理の何れか一方又は双方を２００〜４００℃の温度
   で１〜４００時間加熱処理し、次に該処理温度より３０
   ℃以上高い温度で、しかも２５０〜５５０℃の温度範囲
   内で１〜４００時間加熱処理とする特許請求の範囲第４
   項記載の耐熱アルミニウム合金導体の製造方法。