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JPH09213131A - 高強度・高耐熱アルミニウム合金およびその製造方法 - Google Patents

高強度・高耐熱アルミニウム合金およびその製造方法

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JPH09213131A
JPH09213131A JP8014211A JP1421196A JPH09213131A JP H09213131 A JPH09213131 A JP H09213131A JP 8014211 A JP8014211 A JP 8014211A JP 1421196 A JP1421196 A JP 1421196A JP H09213131 A JPH09213131 A JP H09213131A
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aluminum alloy
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heat
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wire
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Toshiya Ikeda
利哉 池田
Takeshi Miyazaki
健史 宮崎
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • H01B1/02Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys
    • H01B1/023Alloys based on aluminium
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    • B60M1/00Power supply lines for contact with collector on vehicle
    • B60M1/12Trolley lines; Accessories therefor
    • B60M1/13Trolley wires
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 引張強さ、導電率が高く耐熱性に優れたアル
ミニウム合金を提供する。 【解決手段】 この発明のアルミニウム合金は、ジルコ
ニウムを0.28〜0.80重量%、マンガンを0.1
0〜0.80重量%、銅を0.10〜0.40重量%含
むことを特徴とする。さらに、珪素を0.16〜0.3
0重量%含むことが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム合金
およびその製造方法に関し、特にアルミニウム合金線と
電気用アルミニウム線を撚りあわせた導電線に用いら
れ、引張強さや導電率が高く、耐熱性に優れたアルミニ
ウム合金およびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従
来、電力輸送用の導電線としては、アルミニウムの純度
が99.7%以上の電気用アルミニウム(以下、ECA
lと称する)を鋼線の周囲に撚りあわせた導電線(以
下、ACSRと称する)と、アルミニウム合金線のまわ
りにECAl線を撚りあわせたアルミニウム導電線が知
られている。
【0003】このアルミニウム導電線には、鉄塔に架線
される際に大きな張力が加わる。また、導電線の導電率
が高いほど、電力輸送におけるエネルギ損失を減らすこ
とができる。そのため、アルミニウム導電線において
は、強度、導電率を一定水準以上に上げる必要がある。
ここで、アルミニウム導電線を構成するECAlの強
度、導電率は改善の余地がなく、これ以上向上させるこ
とができない。そのため、アルミニウム導電線の強度、
導電率を上げるためには、アルミニウム合金線の強度、
導電率を上げる必要がある。
【0004】また、ショート等の事故により、アルミニ
ウム導電線に大電流が流れると、アルミニウム導電線か
ら大量の熱が発生する。そのため、事故等の際には、ア
ルミニウム導電線の温度が100℃以上になることがあ
る。そのため、アルミニウム導電線には、室温まで冷却
された後にも昇温前の強度と同程度の強度、すなわち耐
熱性が要求される。ここで、アルミニウム導電線を構成
するECAlの耐熱性は改善の余地がない。そのため、
アルミニウム導電線が実用に供されるためには、アルミ
ニウム合金線が高い耐熱性を有することが必要とされ
る。
【0005】以上に述べたように、アルミニウム導電線
に用いられるアルミニウム合金は、高強度、高耐熱性、
高導電率を有することが必要とされる。
【0006】一方、鉄塔間にアルミニウム導電線を架線
すると、弛度が生ずる。ここで、弛度について説明す
る。図4は、電線を架線した鉄塔を示す模式図である。
図4を参照して、鉄塔101aは、支持部分107a、
108a、109aを、鉄塔101bは、支持部分10
7b、108b、109bを備える。鉄塔101a、1
01bの間に電線103、104、105が架線されて
いる。電線103は支持部分107a、107bにより
鉄塔101a、101bに固定されている。電線10
4、105についても同様である。
【0007】このように架線された電線において、10
9a、109bを結ぶ直線と電線105の弛みが最も大
きい部分との距離(図中H)を弛度という。
【0008】ここで、鉄塔間の距離が長くなった場合に
も、この弛度が大きくならないことが必要である。その
ためには、導電線への張力を大きくする必要がある。張
力を大きくするためには、導電線中のアルミニウム合金
の強度を高める必要がある。
【0009】また、この強度としては、前述のように、
導電線に大電流が流れることによって導電線の温度が高
くなり、その後室温まで冷却された後でも昇温前と同程
度の強度が要求される。
【0010】つまり、鉄塔間の距離が長くなった場合に
は、従来よりもアルミニウム合金線の強度を高め、耐熱
性を上げる必要がある。
【0011】このような高強度、高耐熱性のアルミニウ
ム合金としては、KTAlが知られており、高耐熱性の
アルミニウム合金としては、XTAlおよびZTAlが
知られている。これらのアルミニウム合金の特性を表1
に示す。
【0012】
【表1】
【0013】表1中、「1H保持後」とは、試料を温度
200℃に1時間保った後、室温まで冷却した後の試料
の引張強さを示す。また、「1000H保持後」とは、
試料を温度200℃に1000時間保った後、試料を室
温まで冷却した後の試料の引張強さを示す。
【0014】また、表1中、導電率の単位として、「%
IACS」を用いている。ここで、X%IACSとは、
抵抗率が、100/(58×X)Ωmm2 /mであるこ
とを示す。後述の実施例の表2、4、5、7においても
同様に示す。
【0015】表1からわかるように、KTAlは、特
に、強度が高く、耐熱性に優れたアルミニウム合金であ
ると言える。このKTAlは、一例として特開昭63−
293146号公報に示されているように、0.25〜
0.7重量%のジルコニウム、0.10〜0.4重量%
の珪素、0.10〜1.0重量%の鉄および0.10〜
0.40重量%の銅を含み、残部がアルミニウムと不純
物からなる合金である。
【0016】このような高強度、高耐熱性のKTAlを
電線に用いることによって、導電線の弛度を小さくし、
鉄塔間の距離を長くすることができる。
【0017】しかし、近年では、海峡横断等において、
鉄塔間の距離をますます長くすることが望まれている。
そのため、架線の際の張力をさらに大きくする必要があ
り、KTAlでも強度が足りない場合がある。そのよう
な場合には、KTAl以上の強度を有するアルミニウム
合金が必要となる。
【0018】ここで、KTAlよりも強度が高いアルミ
ニウム合金としては、JIS呼称5083H112、J
IS呼称6061T6、JIS呼称7075T6が知ら
れている。しかし、これらのアルミニウム合金は、それ
ぞれ導電率が29%IACS、43%IACS、33%
IACSと低く、導電用(50%IACS以上)合金に
適さない。
【0019】そこで、本発明の目的は、高強度、高耐
熱、高導電率のアルミニウム合金を提供することであ
る。
【0020】
【課題を解決するための手段】この発明の高強度・高耐
熱アルミニウム合金は、引張強さが28kgf/mm 2
以上であり、かつ導電率が50%IACS以上であり、
かつ温度180℃で400時間熱履歴した後の引張強さ
が熱履歴の前の引張強さの90%以上であることを特徴
とするものである。
【0021】このような高強度・高耐熱アルミニウム合
金においては、引張強さが28kgf/mm2 であるた
め、導電線として用いた場合に、従来よりも高い張力で
架線することができる。そのため、導電線の弛度を少な
くすることができ、導電線を支持する鉄塔間の距離を長
くすることができる。
【0022】また、温度180℃で400時間熱履歴し
た後の引張強さが熱履歴の前の引張強さの90%以上で
ある。ここで、温度180℃で400時間熱履歴すると
いうのは、温度150℃で36年間熱履歴することに匹
敵する。そのため、本発明の高強度・高耐熱アルミニウ
ム合金を導電電として用いた場合には、長期間の熱履歴
に耐えることができ、長期間の使用が可能である。
【0023】さらに、導電率が50%IACS以上と
は、抵抗率が1/29Ω・mm2 /m以下であることを
示す。そのため、送電時の発熱によるエネルギ損失を低
減することができる。
【0024】また、この発明の高強度・高耐熱アルミニ
ウム合金は、引張強さが28kgf/mm2 以上であ
り、かつ熱伝導率が200W/m・K以上であり、かつ
温度180℃で400時間熱履歴した後の引張強さが熱
履歴の前の引張強さの90%以上であることを特徴とす
るものである。ここで、熱伝導率は、導電率に比例し、
熱伝導率が200W/m・K以上というのは、導電率が
50%IACS以上であることと対応する。
【0025】このような高強度・高耐熱アルミニウム合
金においては、高強度、高耐熱性、高熱伝導性が要求さ
れる部材に応用することができる。たとえば、輸送機器
等の部材では、エンジンブロック、エンジンヘッド、ラ
ジエターなどが挙げられる。
【0026】このように、輸送機器の部材にこの発明の
高強度・高耐熱アルミニウム合金を適用することによ
り、従来これらの部材が鉄合金で構成されていた場合に
比べて、輸送機器の大幅な軽量化を図ることができる。
【0027】この発明の高強度・高耐熱アルミニウム合
金は、0.28〜0.80重量%のジルコニウム、0.
10〜0.80重量%のマンガン、0.10〜0.40
重量%の銅を含むことを特徴とする。
【0028】また、この発明の高強度・高耐熱アルミニ
ウム合金は、珪素を0.16〜0.30重量%含むこと
が好ましい。
【0029】また、この発明の高強度・高耐熱アルミニ
ウム合金は、マンガンに代えて、バナジウム、コバル
ト、クロムおよびモリブデンからなる群より選ばれた少
なくとも1種を0.10〜0.30重量%含むことが好
ましい。
【0030】また、この発明の高強度・高耐熱アルミニ
ウム合金は、バナジウム、コバルト、クロムおよびモリ
ブデンからなる群より選ばれた少なくとも1種を0.1
0〜0.30重量%含むことが好ましい。
【0031】これらの元素の作用について、以下に説明
する。
【0032】まず、ジルコニウムについて説明する。ジ
ルコニウムは、ある範囲の大きさのAl3 Zrの析出物
または晶出物を形成し、アルミニウム合金中に分散した
ときに耐熱性を向上させると考えられている。ここで、
析出物とは、晶出物を核として熱処理により成長したも
のも含む。ここで、ジルコニウムの含有率が0.28重
量%未満であると、耐熱性を向上させるAl3 Zrの析
出物、晶出物の量を十分確保できないため、耐熱性を向
上させることができない。また、ジルコニウムの含有率
が0.8重量%を超えると、通常の鋳造速度では、冷却
過程において、Al3 Zrが大きな塊りとなって晶出
し、アルミニウム合金中に分散しない。そのため、アル
ミニウム合金の耐熱性が低下する。ジルコニウムの含有
率が0.80重量%を超える場合には、耐熱性を向上さ
せるために、アトマイズ等の粉末冶金的手法により、A
3 Zrの晶出物を分散させる必要がある。ただし、こ
のような手法を用いると、製造コストが高くつくことが
予想される。そのため、ジルコニウムの含有率は、0.
28〜0.80重量%の範囲内であることが好ましい。
【0033】さらに、ジルコニウムの含有率が0.50
重量%以下であれば、ジルコニウムを含むアルミニウム
合金の液相線温度は、810℃以下となる。ここで、一
般のアルミニウム合金の鋳造設備は、温度850℃にま
で耐えれるように設計されていることが多い。そのた
め、ジルコニウムの含有率が0.50重量%以下であれ
ば、一般のアルミニウム合金の鋳造設備でこの発明のア
ルミニウム合金を製造することができる。そのため、ジ
ルコニウムの含有率は0.28〜0.50重量%の範囲
内であることが最も好ましい。
【0034】次に、銅について説明する。銅は、アルミ
ニウム合金に添加されることにより、アルミニウム合金
の室温での引張強さを増加させる働きをする。銅の含有
率が0.1重量%未満では、アルミニウム合金の室温で
の引張強さの増加の効果が小さい。銅の含有率が0.4
重量%を超えると、室温での引張強さは増加するもの
の、耐食性および耐熱性が低下する。そのため、銅の含
有率は0.10〜0.40重量%の範囲内であることが
好ましい。
【0035】次に、マンガンについて説明する。マンガ
ンは、銅と同様にアルミニウム合金の室温での引張強さ
の増大をもたらすが、耐熱性を向上させる役割も大き
い。先に示したように、銅は、アルミニウム合金の室温
での引張強さを増大させる。一方、銅の添加量が増える
と、アルミニウム合金の耐熱性が低下する。これを補う
ために、ジルコニウムを増加させることも考えられる。
しかし、ジルコニウムを増加させると、上述の理由によ
り、アトマイズなどの粉末冶金的な手法が必要となる。
そのため、製造コストが高くつき、製造が困難となる。
そこで、マンガンをアルミニウム合金に添加することに
より、ジルコニウムの添加量を増やすことなく耐熱性を
向上させることができる。
【0036】ただし、マンガンの含有率が0.1重量%
未満では、耐熱性向上の効果が小さい。また、マンガン
の含有率が0.8重量%を超えると、導電率が50%I
ACSを下回る可能性がある。そのため、マンガンの含
有率は0.10〜0.80重量%の範囲内であることが
好ましい。
【0037】また、マンガンと類似の効果をもたらすも
のとして、クロム、バナジウム、コバルトおよびモリブ
デンがある。ただし、これらの元素をアルミニウム合金
に添加すると、導電率が大幅に低下するため、これらの
元素の含有量の総和が0.1〜0.3重量%の範囲内で
あることが好ましい。
【0038】次に、珪素について説明する。珪素は、A
3 Zrの析出の際に核となる働きをする。すなわち、
アルミニウム合金に熱処理を施した場合に、アルミニウ
ム合金に珪素が分散して含まれていれば、珪素を核とし
てAl3 Zrの析出が分散して起こる。そのため、Al
3 Zrの析出物は広くアルミニウム合金中に分散するの
で、アルミニウム合金の耐熱性が向上する。
【0039】ただし、珪素の含有率が0.16重量%未
満であると、上述のような働きをするのに十分な量とは
言えない。また、珪素の含有率が0.3重量%を超える
と、アルミニウム合金の導電率が50%IACSを下回
る可能性がある。そのため、珪素の含有率は、0.16
〜0.30重量%の範囲内であることが好ましい。
【0040】また、冷間加工の割合と比較して、熱間加
工の割合が多い場合には、Al3 Zrの析出量も多くな
る。ここで、ケイ素が多く含まれていると、上述のよう
な働きにより、アルミニウム合金の耐熱性を向上させる
ことができる。そのため、熱間加工の割合が大きい場合
には、珪素の含有率を0.16〜0.30重量%の範囲
内で多めにすることが望ましい。
【0041】この発明のアルミニウム合金を撚り線構造
の導電線に用いることができる。また、この導電線を架
空用電線として用いることができる。このように構成さ
れた導電線は、高強度、高耐熱性であるため、大きな張
力で架線でき、弛度を小さくすることができる。
【0042】この発明の高強度・高耐熱アルミニウム合
金の製造方法においては、0.28〜0.80重量%の
ジルコニウムを含み、0.10〜0.80重量%のマン
ガンを含み、0.10〜0.40重量%の銅を含み、残
部がアルミニウムからなる原材料を{750+227×
(Z−0.28)}℃以上(Zはジルコニウムの含有重
量%の値である)の温度で鋳込み、その後、0.1℃/
s以上の冷却速度で冷却することにより、鋳造アルミニ
ウムを形成する。次に、その鋳造アルミニウムに熱間加
工を施すことにより、1次アルミニウム合金を形成す
る。次に、その1次アルミニウム合金に熱処理を施すこ
とにより、2次アルミニウム合金を形成する。次に、そ
の2次アルミニウム合金に冷間加工を施す。この冷間加
工の工程は省略することも可能である。また、1次アル
ミニウム合金に熱処理を施す前に冷間加工を行なっても
よい。
【0043】また、原材料は、0.16〜0.30重量
%の珪素をさらに含むことが好ましい。
【0044】また、原材料は、マンガンに代えて、バナ
ジウム、クロム、モリブデンおよびコバルトからなる群
より選ばれた少なくとも1種を0.10〜0.30重量
%含むことが好ましい。
【0045】また、原材料は、バナジウム、クロム、モ
リブデンおよびコバルトからなる群より選ばれた少なく
とも1種を0.10〜0.30重量%含むことが好まし
い。
【0046】また、熱処理は、温度320℃以上390
℃以下の雰囲気中で、30〜300時間行なわれること
が好ましい。
【0047】このような方法で製造されたアルミニウム
合金は、0.28〜0.80重量%のジルコニウム、
0.10〜0.80重量%のマンガン、0.10〜0.
40重量%の銅を含む。また、アルミニウム合金は、
0.16〜0.30重量%の珪素を含む。また、アルミ
ニウム合金は、マンガンに代えてまたは加えてバナジウ
ム、コバルト、クロムおよびモリブデンからなる群より
選ばれた少なくとも1種を0.1〜0.3重量%含む。
そのため、強度、導電率が高く、耐熱性に優れたアルミ
ニウム合金を提供することができる。
【0048】また、鋳込み温度は{750+227×
(Z−0.28)}℃以上である。ここで、Zは、ジル
コニウムの含有重量%の値を示す。この式は、ジルコニ
ウムの液相線を示す式に非常に近いものである。そのた
め、この式で示す温度より低い温度で鋳込みを開始する
と、鋳込む前にAl3 Zrが晶出し、溶湯中のジルコニ
ウムの量が減少するのでアルミニウム合金の耐熱性が損
なわれる。
【0049】また、鋳込んだ後の冷却速度は、0.1℃
/s以上である。そのため、晶出物(Al3 Zr)が大
きく成長するのを抑制できるため、アルミニウム合金の
耐熱性を高めることができる。
【0050】また、この熱処理は、温度320℃以上3
90℃以下の雰囲気中で30〜300時間行なわれるこ
とが好ましい。
【0051】このような温度、時間の範囲内では、耐熱
性を最も効果的に発揮できる大きさのAl3 Zrが析出
(晶出物を核として析出する場合も含む)する。そのた
め、アルミニウム合金の耐熱性を向上させることができ
る。
【0052】
【発明の実施の形態】この発明の高強度・高耐熱アルミ
ニウム合金を用いた例について、以下に説明する。
【0053】図1(A)は、この発明の高強度・高耐熱
アルミニウム合金を用いた線材と、ECAl線とを撚り
あわせた導電線の模式的な断面図である。図1(A)を
参照して、導電線1はECAl線2と、アルミニウム合
金線3a、3bを備えている。アルミニウム合金線3
a、3bは、この発明の高強度・高耐熱アルミニウム合
金からなる。導電線1は、アルミニウム合金線3aを中
心としてアルミニウム合金線3bその外側にECAl線
2を撚りあわせた、同心撚り線構造となっている。
【0054】また、図1(B)は、この発明の高強度・
高耐熱アルミニウム合金を用いた線材を撚りあわせた導
電線の模式的な断面図である。図1(B)を参照して、
導電線4は、アルミニウム合金線5a、5b、5cを備
えている。アルミニウム合金線5a、5b、5cは、こ
の発明の高強度・高耐熱アルミニウム合金からなる。導
電線4は、アルミニウム合金線5aを中心として、アル
ミニウム合金線5b、その外側にアルミニウム合金線5
cを撚りあわせた、同心撚り線構造となっている。
【0055】このように構成された導電線1、4は、こ
の発明の高強度・高耐熱アルミニウム合金(引張強さ2
8kgf/mm2 以上)からなる線材を備えている。そ
のため、従来のKTAl(引張強さ26.5kgf/m
2 )を用いた導電線に比べ、高い引張強さを有する。
【0056】図2は、架空地線、架空送電線が取付られ
た鉄塔の模式図である。図2を参照して、鉄塔12に、
架空地線11が取付けられている。そのため、架空地線
11と鉄塔12は電気的に接続されている。碍子14を
介在させて鉄塔12に架空送電線13が取付けられてい
る。鉄塔12と架空送電線13は碍子14により電気的
に絶縁されている。架空地線11、架空送電線13は、
図1で示す本発明のアルミニウム合金を用いた導電線に
よって構成されている。
【0057】このようにこの発明のアルミニウム合金を
用いた導電線を架空地線、架空送電線に使用することに
より、大きな張力で架線でき、弛度を小さくすることが
できる。そのため、従来に比べて鉄塔間の距離を長くす
ることができる。また、図示していないが、この発明の
アルミニウム合金を用いた撚り線、単線は、架空配電線
としても用いることができる。
【0058】図3は、トロリー線の模式図である。図3
を参照して、レール23の上に電車24が位置してい
る。電車24のパンタグラフ25と接するようにトロリ
ー線21が設けられている。トロリー線21とレール2
3は直流または交流電源22に電気的に接続されてい
る。このトロリー線21にこの発明のアルミニウム合金
を用いることができる。
【0059】
【実施例】
(実施例1)表2で示される組成のアルミニウム合金の
原料を準備した。これらの原料を表2で示す温度で鋳造
し、表2で示す冷却速度で冷却し、鋳塊(直径200m
m×長さ300mm)を得た。これらの鋳塊を温度45
0℃で0.5時間加熱した。
【0060】サンプルNo.1〜5については、押出加
工により、これらの鋳塊を直径30mmの丸棒とした。
表2に示す熱処理条件でこの丸棒に熱処理を施した後、
冷間伸線して、直径12mmの丸棒とした。
【0061】サンプルNo.6、7については、押出加
工により、これらの鋳塊を外径15mm、内径12mm
のパイプとした。表2に示す熱処理条件でこのパイプに
熱処理を施した後、冷間伸線して外径8mm、内径6m
mのパイプとした。このようにしてサンプルNo.1〜
7(本発明品)を用意した。
【0062】従来品として、材質がJIS呼称3004
−Oのアルミニウム合金、材質がJIS呼称5056−
Oのアルミニウム合金、KTAl(ジルコニウム:0.
33重量%、銅:0.2重量%、珪素:0.3重量%、
鉄:0.2重量%、残部アルミニウム)を準備した。こ
れらのアルミニウム合金を外径8mm、内径6mmのパ
イプに加工し、サンプルNo.8〜10とした。
【0063】サンプルNo.1〜10について、室温に
おける引張強さ、温度180℃で400時間熱履歴した
後の引張強さおよび導電率を調査した。これらの結果を
表2に示す。
【0064】
【表2】
【0065】表2中、「熱処理条件」が390×300
であれば、温度390℃で300時間熱処理を行なった
ことを示す。「履歴後引張強さ」は、サンプルを温度1
80℃で400時間熱履歴した後の引張強さを示す。ま
た、「残存強度」は、以下の式で算出した。
【0066】
【数1】
【0067】サンプルNo.1〜7(本発明品)は、サ
ンプルNo.8(従来品)よりも引張強さと熱履歴後の
引張強さが高い値を示した。また、本発明品は、サンプ
ルNo.9(従来品)よりも導電率が高い値を示した。
また、本発明品は、サンプルNo.10(従来品)より
も、室温引張強さと熱履歴後の引張強さが高い値を示し
た。
【0068】次に、温度200℃に保ったオイル中にサ
ンプルNo.6〜10のパイプ(外径8mm、内径6m
m)を浸した。オイルに浸されたパイプの部分の長さは
1mであった。その後、このパイプの一方端からパイプ
内部に温度25℃の水を流した(流速1.51m/
分)。パイプの他方端から出てくる水の温度(出口水
温)を測定した。また、温度200℃に保ったオイル中
にサンプルNo.6〜10のパイプを1000時間浸し
た後、パイプの引張試験を実施した。これらの結果を表
3に示す。
【0069】
【表3】
【0070】表3中、「1000H後引張強さ」は、温
度200℃に保ったオイル中にサンプルNo.6〜10
のパイプを1000時間浸した後の引張強さを示す。ま
た、表3中、「残存強度」は、以下の式で算出した。
【0071】
【数2】
【0072】表3中の「出口水温」からわかるように、
サンプルNo.10、6、7、8、9の順に伝熱性が高
かった。また、サンプルNo.10以外は、残存強度が
80%以上の値を示した。そのため、高伝熱性、高強度
および高耐熱性が要求される部材には、本発明品(サン
プルNo.6、7)が最も優れているということがわか
る。
【0073】(実施例2)まず、ジルコニウム、マンガ
ン、銅、珪素、クロム、バナジウム、コバルト、および
モリブデンの重量%が表4、表5で示されるアルミニウ
ム合金の原料を準備した。これらの原料を、直径30m
m×長さ300mmのサイズの金型に表4、表5で示す
温度で鋳込み、0.5〜0.9℃/sの冷却速度で冷却
し、鋳塊を形成した。
【0074】この鋳塊を温度410℃で0.3時間加熱
した後、熱間スエージ加工により、直径12mmの線材
とした。
【0075】この線材を冷間伸線して、直径を4.1m
mとし、表4、表5に示す熱処理条件で熱処理を施し
た。この線材をさらに冷間伸線して、直径を0.8mm
とし、この線材の室温引張強さ、温度180℃で400
時間熱履歴した後の引張強さおよび導電率を調査した。
【0076】また、熱履歴前の同一重量の線材に塩水を
1000時間噴射し続けた後線材を取出し、腐食後の線
材を重量を調査した。これらの結果を表4、5に示す。
【0077】
【表4】
【0078】
【表5】
【0079】表4、表5中、サンプルNo.11〜33
は、この発明の範囲内の組成、鋳造温度および熱処理条
件を備えたものである。サンプルNo.34〜53は、
組成、鋳造温度または熱処理条件がこの発明の範囲外の
比較品である。。また、サンプルNo.54の材質は、
サンプルNo.10(KTAl)と同一である。また、
「残存強度」は、(数1)で示される式により算出し
た。また、「耐食性」の欄では、サンプルNo.54
(KTAl)の腐食後の重量を基準値とし、腐食後の重
量が基準値の95〜105%までの値を示したものを
「○」、腐食後の重量が基準値の105%を超え、耐食
性に優れるものを「◎」、腐食後の重量が基準値の95
%未満であり、耐食性に劣るものを「×」とした。
【0080】表4、5より、この発明の高強度、高耐熱
アルミニウム合金(サンプルNo.11〜33)は、K
TAl(サンプルNo.54)よりも室温引張強さと熱
履歴後の引張強さが高い値を示した。また、比較品(サ
ンプルNo.34〜53)は上述した理由により、本発
明品に対して室温引張強さ、熱履歴後の引張強さまたは
導電率が小さい値を示し、耐食性も劣るものがあった。
【0081】(実施例3)表4のサンプルNo.11〜
33と同一組成の原料を準備した。これらの原料をさま
ざまな温度で金型に鋳込んだ。このとき、鋳込み温度が
{750+227×(Z−0.28)}℃未満では、坩
堝を恒温保持したときに、溶湯中のジルコニウムがAl
3 Zrとなって晶出した。ここでZはジルコニウムの重
量%を示す。この晶出を避けるためには、鋳込み温度を
上述の式で示す温度以上の温度にする必要があった。
【0082】表6で示す鋳造温度で原料を鋳込んだ後、
冷却速度をさまざまに変えて(0.05〜2.0℃/
s)、鋳塊(直径30mm×長さ200mm)を形成し
た。これら鋳塊を実施例2と同様の方法で加工し、直径
4.1mmの線材とした。
【0083】これらの線材に、サンプルNo.55につ
いては、サンプルNo.11、サンプルNo.56につ
いては、サンプルNo.12…と同じ熱処理条件で熱処
理を施し、その後、室温引張強さおよび温度180℃で
400時間熱履歴した後の引張強さおよび導電率を調査
した。これらの結果を表6に示す。
【0084】
【表6】
【0085】表6中、「○」は、表4中の同一組成を有
するサンプルよりも室温引張強さが高い値を示し、残存
強度90%以上であったことを示す。また、「●」は、
室温引張強さが28kgf/mm2 以上、「○」以下で
あり、かつ残存強度が90%以上であったことを示す。
また「×」は、室温引張強さ28kgf/mm2 未満ま
たは残存強度が未満90%以下であったことを示す。
【0086】表6から、冷却速度は、0.1℃/s以上
であれば、室温引張強さが28kgf/mm2 かつ残存
強度が90%以上となることがわかる。また、表には示
していないが、すべてのサンプルで導電率は50%IA
CS以上であった。
【0087】(実施例4)この発明のアルミニウム合金
をプロペルチ連続鋳造圧延方法で製造した例を以下に示
す。
【0088】まずジルコニウムの含有率が0.40重量
%、マンガンの含有率が0.46重量%、銅の含有率が
0.30重量%、珪素の含有率が0.25重量%のアル
ミニウム合金の原料を準備した。この原料を温度780
℃で鋳型に鋳込み、溶湯を形成した。この溶湯を冷却
し、鋳塊を形成した。この鋳塊の断面積は、3500m
2 であった。この鋳塊をサンプリングし、デンドライ
ト間隔を測定することにより、冷却速度を推定した。冷
却速度は、0.9〜32℃/sの範囲内であった。
【0089】この鋳塊に熱間圧延加工を施し、直径を
4.0mmの線材を形成した。この線材に温度300℃
で80時間熱処理を施した。その後、この線材を冷間伸
線し、直径を4.0mmとした。
【0090】このようにして製造した線材の組成は、原
料の組成と同一であった。また、線材の室温引張強さは
32.1kgf/mm2 であり、、導電率は51%IA
CSであった。また、この線材を温度180℃で400
時間熱履歴した後の引張強さは29.9kgf/mm2
であったので、残存強度は93%であった。
【0091】このように、プロペルチ連続鋳造圧延方法
は、この発明の高強度・高耐熱アルミニウム合金を製造
するための有効な製造手段であるといえる。
【0092】(実施例5)実施例4で製造した直径4.
0mmの線材を19本撚りあわせて撚り線とした。一
方、KTAlからなる線材を19本撚りあわせて撚り線
とした。これらの撚り線の導電率、引張強さおよび同一
弛度での鉄塔間隔を比較した。これらの結果を表7に示
す。
【0093】
【表7】
【0094】表7中、「鉄塔間隔」は、鉄塔に撚り線を
架線する際の最大使用張力を、撚り線引張強さの1/
3.5とし(安全率3.5)、弛度が29mとなる状態
での鉄塔間隔を示す。
【0095】表7より、この発明のアルミニウム合金を
用いた撚り線は、KTAl合金を用いた撚り線に対し
て、重量は同等で、撚り線引張強さは大きい値を示して
いた。KTAl合金を用いた撚り線の鉄塔間隔が700
mであったのに対して、この発明のアルミニウム合金を
用いた撚り線では、撚り線引張強さが大きいため、鉄塔
間隔は800mとなった。
【0096】このように、この発明のアルミニウム合金
を用いた撚り線は、従来の撚り線に比べて、鉄塔間隔が
長くなった場合の架線に適用可能である。
【0097】(実施例6)実施例4において、プロペル
チ連続鋳造圧延方法により製造した直径10mmの線材
(熱処理済)を伸線して成形線とした。この成形線が中
心部、ECAlの成形線が周辺部となるよう撚りあわせ
て図1に示すような送電線とした。この送電線と、AC
SR(鋼線の周囲にECAl線を撚りあわせた導電線)
との特性の比較を表8に示す
【0098】
【表8】
【0099】表8中、「EC−アルミ断面積」は、導電
線中のECAl線の断面積を示す。また、「本発明断面
積」は、導電線中の本発明のアルミニウム合金を用いた
線材の断面積を示す。また、「鋼断面積」は、ACSR
中の鋼線の断面積を示す。また、表8中、「弛度」は、
鉄塔に架線する際の最大使用張力を5tfとし、鉄塔間
隔を400mとした場合の弛度を示す。本発明品とAC
SRを比較すると、導電率、引張強さは同等であった。
また、本発明品は、ACSRと比較して軽量化がなされ
ていた。そのため、本発明品の弛度は、ACSRと比較
して1.2m小さかった。
【0100】このように、撚り線引張強さを低下させず
に軽量化を図れば、従来と同様の張力で架線しても弛度
が小さくなる。そのため、この導電線は、間隔の長い鉄
塔間に架線可能である。また、導電線が軽量化すれば、
導電線を支持する鉄塔の強度を下げることができるた
め、鉄塔のコストを低下させることができる。
【0101】今回開示された実施例、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。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の高強度・高耐熱アルミニウム合金を
用いた導電線の模式的な断面図である。
【図2】架空地線、架空送電線とが取付られた鉄塔の模
式図である。
【図3】トロリー線の模式図である。
【図4】鉄塔に電線を架線した場合の模式図である。
【符号の説明】
1、4 導電線 2 ECAl線 3a、3b、5a、5b、5c アルミニウム合金線。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 引張強さが28kgf/mm2 以上であ
    り、かつ導電率が50%IACS以上であり、かつ温度
    180℃で400時間熱履歴した後の引張強さが前記熱
    履歴の前の引張強さの90%以上であることを特徴とす
    る、高強度・高耐熱アルミニウム合金。
  2. 【請求項2】 引張強さが28kgf/mm2 以上であ
    り、かつ熱伝導率が200W/m・K以上であり、かつ
    温度180℃で400時間熱履歴した後の引張強さが前
    記熱履歴の前の引張強さの90%以上であることを特徴
    とする、高強度・高耐熱アルミニウム合金。
  3. 【請求項3】 0.28〜0.80重量%のジルコニウ
    ム、0.10〜0.80重量%のマンガンおよび0.1
    0〜0.40重量%の銅を含むことを特徴とする、高強
    度・高耐熱アルミニウム合金。
  4. 【請求項4】 前記高強度・高耐熱アルミニウム合金
    は、0.16〜0.30重量%の珪素をさらに含むこと
    を特徴とする、請求項3に記載の高強度・高耐熱アルミ
    ニウム合金。
  5. 【請求項5】 前記高強度・高耐熱アルミニウム合金
    は、前記マンガンに代えてバナジウム、コバルト、クロ
    ムおよびモリブデンからなる群より選ばれた少なくとも
    1種を0.10〜0.30重量%含むことを特徴とす
    る、請求項3または4に記載の高強度・高耐熱アルミニ
    ウム合金。
  6. 【請求項6】 前記高強度・高耐熱アルミニウム合金
    は、バナジウム、コバルト、クロムおよびモリブデンか
    らなる群より選ばれた少なくとも1種を0.10〜0.
    30重量%さらに含むことを特徴とする、請求項3また
    は4に記載の高強度・高耐熱アルミニウム合金。
  7. 【請求項7】 請求項1〜6のいずれか1項に記載の高
    強度・高耐熱アルミニウム合金からなる線材を撚り線と
    したことを特徴とする、導電線。
  8. 【請求項8】 請求項7に記載の導電線を用いたことを
    特徴とする、架空用電線。
  9. 【請求項9】 0.28〜0.80重量%のジルコニウ
    ム、0.10〜0.80重量%のマンガンおよび0.1
    0〜0.40重量%の銅を含み、残部がアルミニウムか
    らなる原材料を{750+227×(Z−0.28)}
    ℃以上(ここで、Zはジルコニウムの含有重量%の値で
    ある)の温度で鋳込み、その後、0.1℃/秒以上の冷
    却速度で冷却することにより、鋳造アルミニウムを形成
    する工程と、 その鋳造アルミニウムに熱間加工を施すことにより、1
    次アルミニウム合金を形成する工程と、 その1次アルミニウム合金に熱処理を施すことにより、
    2次アルミニウム合金を形成する工程と、 その2次アルミニウム合金に冷間加工を施す工程とを備
    えたことを特徴とする、高強度・高耐熱アルミニウム合
    金の製造方法。
  10. 【請求項10】 前記原材料は、0.16〜0.30重
    量%の珪素をさらに含むことを特徴とする、請求項9に
    記載の高強度・高耐熱アルミニウム合金の製造方法。
  11. 【請求項11】 前記原材料は、マンガンに代えて、バ
    ナジウム、クロム、モリブデンおよびコバルトからなる
    群より選ばれた少なくとも1種を0.10〜0.30重
    量%含むことを特徴とする、請求項9または10に記載
    の高強度・高耐熱アルミニウム合金の製造方法。
  12. 【請求項12】 前記原材料は、バナジウム、クロム、
    モリブデンおよびコバルトからなる群より選ばれた少な
    くとも1種を0.10〜0.30重量%さらに含むこと
    を特徴とする、請求項9または10に記載の高強度・高
    耐熱アルミニウム合金の製造方法。
  13. 【請求項13】 前記熱処理は、温度320℃以上39
    0℃以下の雰囲気中で、30〜300時間行なわれるこ
    とを特徴とする、請求項9〜12のいずれか1項に記載
    の高強度・高耐熱アルミニウム合金の製造方法。
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