專利名稱：銅合金導(dǎo)體及其架空導(dǎo)線、電纜以及銅合金導(dǎo)體的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由高導(dǎo)電性、高強度的銅合金材料構(gòu)成、通過導(dǎo)電弓向電車供電的電車線用銅合金導(dǎo)體(架空導(dǎo)線)、各種機器的電纜中使用的機器用電纜導(dǎo)體、以及一般產(chǎn)業(yè)用電纜(耐熱電線、機器人用電纜、橡皮絕緣軟電纜)中使用的產(chǎn)業(yè)用電纜導(dǎo)體。
背景技術(shù)：
電車線用銅合金導(dǎo)體(架空導(dǎo)線)或者各種機器的電纜等中使用的機器用電纜導(dǎo)體，一直是使用導(dǎo)電率高的硬銅線或者具有耐磨損性、耐熱性的銅合金材料(銅合金線)。作為銅合金材料，已知有在銅母材中加入0.25～0.35重量％Sn的材料(參照特公昭59-43332號公報)，該材料已經(jīng)用于新干線和已有線路的架空電線、機器用電纜導(dǎo)體。
近年來，在不斷推進電力機車的高速化。對應(yīng)于這種高速化，要求提高架空電線的架線張力，電車線的架線張力有從1.5噸提高到2.0噸以上的傾向。另外，在電車通過密度(在單位長度的線路上行駛的電車數(shù))高的線路上，還要求架空電線的大電流容量化。
此外，對于機器用電纜導(dǎo)體，考慮到其使用環(huán)境，要求耐彎曲性良好的導(dǎo)體，即要求導(dǎo)體的高強度化。再有，機器用電纜導(dǎo)體，為了滿足輕量化、小型化的需求，要求具有高的導(dǎo)電性。
而且，在產(chǎn)業(yè)用電纜導(dǎo)體中，也要極力抑制導(dǎo)電性能下降，同時要提高強度和耐熱性，并且考慮到使用環(huán)境還要求耐彎曲性良好的導(dǎo)體。
所以，作為滿足這些要求的導(dǎo)體，人們一直在尋求高強度并且高導(dǎo)電率的銅合金導(dǎo)體。
作為高強度的銅合金導(dǎo)體，主要可以舉出固溶強化型合金和沉淀強化型合金兩類。作為固溶強化型合金，可以例舉Cu-Ag合金(高濃度銀)、Cu-Sn合金、Cu-Sn-In合金、Cu-Mg合金、Cu-Sn-Mg合金等。對于沉淀強化型合金，可以例舉Cu-Zr合金、Cu-Cr合金、Cu-Cr-Zr合金等。
所有的固溶強化型合金，氧含量都小于等于10重量ppm(0.001重量％)，由于強度和延展性優(yōu)良，因此可以由銅合金熔液通過連續(xù)鑄造、軋制直接制成銅合金粗軋線材，作為架空電線的母材。
以往使用固溶強化型合金制造架空電線的方法有例如將含有0.4～0.7重量％Sn的銅合金的鑄造材料，在700℃或以上的溫度進行熱軋，形成軋制材料，再將該軋制材料在500℃以下溫度加熱，同時進行精軋，得到粗軋線材，將該粗軋線材進行拔絲加工，制造架空電線(參見特開平6-240426號公報)。
另外，Cu-O-Sn合金是另一種可以連續(xù)鑄造軋制的銅合金。在該合金的基體中，存在2～3μm以上尺寸的Sn的結(jié)晶析出物(SnO2)，該合金的強度和延展性與氧含量小于等于10重量ppm的Cu-Sn合金大體相同。該合金也是固溶強化作用比沉淀強化作用和彌散強化作用更強的合金。

發(fā)明內(nèi)容
固溶強化型合金，其固溶強化元素的含量越高，強度提高越大。但伴隨而來的是，導(dǎo)電率大大降低，因而無法增大電流容量，不能適用于電車用線。例如，特開平6-240426號公報記載的制造方法，由于Sn的含量較大，為0.4～0.7重量％，所以導(dǎo)電率降低。因此，用現(xiàn)有的Cu-Sn系合金難以制造具有作為高強度架空線所必需的強度并且具有良好的導(dǎo)電率的銅合金導(dǎo)體。
為了獲得高強度且高導(dǎo)電率的電車線，可以考慮與Sn一起添加其他元素。但是這樣的話，由于精軋(終軋)的溫度過低，在軋制時，軋制材料中產(chǎn)生很多裂紋，粗軋線材的外觀品質(zhì)極為不好，隨之而來的是電車線的強度極端低下。
另一方面，沉淀強化型合金雖然硬度和抗拉強度都非常高，但是由于硬度高，在連續(xù)鑄造軋制時軋輥承受過大的負荷，無法通過連續(xù)鑄造軋制來制造。因此，沉淀強化型合金只能采用擠壓等間歇式的方法制造。另外，沉淀強化型合金，在中間工序中需要進行使沉淀強化物沉淀析出的熱處理，因此，與可以通過連續(xù)鑄造軋制制造的固溶強化型合金相比，沉淀強化型合金存在生產(chǎn)率低、制造成本高等問題。
也就是說，采用生產(chǎn)率高的連續(xù)鑄造軋制法制造高強度且高導(dǎo)電率的銅合金導(dǎo)體受到制約和限制。
本發(fā)明是基于上述問題而研制、開發(fā)的，本發(fā)明的目的是，提供高強度并且高導(dǎo)電率的銅合金導(dǎo)體及使用其制成的架空電線、電纜，以及銅合金導(dǎo)體的制造方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的銅合金導(dǎo)體是由在含有氧0.001～0.1重量％(10～1000重量ppm)的銅母材中含有0.15～0.70重量％(不包括0.15重量％)Sn的銅合金構(gòu)成，構(gòu)成結(jié)晶組織的晶粒的平均粒徑小于等于100μm，并且，在結(jié)晶組織基體中彌散分布的Sn的氧化物的80％或以上是平均粒徑小于等于1μm的微小氧化物。
另外，本發(fā)明的銅合金導(dǎo)體是由在含有氧0.001～0.1重量％(10～1000重量ppm)的銅母材中含有0.05～0.15重量％Sn的銅合金構(gòu)成，構(gòu)成結(jié)晶組織的晶粒的平均粒徑小于等于100μm，并且，在結(jié)晶組織基體中彌散分布的Sn的氧化物的80％以上是平均粒徑小于等于1μm的微小氧化物。
在本發(fā)明的銅合金導(dǎo)體中，除了Sn以外，還可以含有0.01重量％(100重量ppm)或以下的P或B。另外，除了Sn以外，也可以含有合計0.02重量％(200重量ppm)或以下的P和B。
抗拉強度大于等于420MPa，并且，導(dǎo)電率大于等于60％IACS。優(yōu)選的是，抗拉強度大于等于420MPa，并且，導(dǎo)電率大于等于75％IACS、小于94％IACS。
抗拉強度大于等于200MPa、小于420MPa，并且，導(dǎo)電率大于等于94％IACS。
另一方面，本發(fā)明的架空電線是由下述銅合金導(dǎo)體構(gòu)成，該銅合金導(dǎo)體由在含有氧0.001～0.1重量％(10～1000重量ppm)的銅母材中含有0.15～0.70重量％(不包括0.15重量％)Sn的銅合金構(gòu)成，構(gòu)成結(jié)晶組織的晶粒的平均粒徑小于等于100μm，并且，在結(jié)晶組織的基體中彌散分布的Sn的氧化物的80％或以上是平均粒徑小于等于1μm的微小氧化物。
還有，本發(fā)明的電纜是在由銅合金導(dǎo)體構(gòu)成的單線材料或者絞線材料的周圍設(shè)置絕緣層的電纜，所述銅合金導(dǎo)體是由在含有氧0.001～0.1重量％(10～1000重量ppm)的銅母材中含有0.05～0.15重量％Sn的銅合金構(gòu)成，構(gòu)成結(jié)晶組織的晶粒的平均粒徑小于等于100μm，并且，在結(jié)晶組織的基體中彌散分布的Sn的氧化物的80％或以上是平均粒徑小于等于1μm的微小氧化物。
另外，本發(fā)明的銅合金導(dǎo)體的制造方法是，使用銅合金熔液進行連續(xù)鑄造軋制，形成軋制材料，使用該軋制材料制造銅合金導(dǎo)體，其特征在于在含有氧0.001～0.1重量％(10～1000重量ppm)的銅母材中添加0.15～0.70重量％(不包括0.15重量％)的Sn，進行熔煉，形成銅合金熔液；使用該銅合金熔液進行連續(xù)鑄造，同時將鑄造材料快速冷卻至比銅合金熔液的熔點至少低15℃或以上的溫度；將該鑄造材料的溫度調(diào)整到小于等于900℃，在該狀態(tài)下，對鑄造材料進行多道熱軋加工，使終軋溫度調(diào)整為500～600℃，形成軋制材料。
另外，本發(fā)明的銅合金導(dǎo)體的制造方法是，使用銅合金熔液進行連續(xù)鑄造軋制，形成軋制材料，使用該軋制材料制造銅合金導(dǎo)體，其特征在于在含有氧0.001～0.1重量％(10～1000重量ppm)的銅母材中，添加0.05～0.15重量％的Sn，進行熔煉，形成銅合金熔液；使用該銅合金溶液進行連續(xù)鑄造，同時將鑄造材料快速冷卻至比銅合金熔液的熔點至少低15℃或以上的溫度；將該鑄造材料的溫度調(diào)整到小于等于900℃，對鑄造材料進行多道熱軋加工，使終軋溫度調(diào)整為500～600℃，形成軋制材料。
在上述方法中，優(yōu)選的是，在-193～100℃的溫度下對軋制材料進行加工度大于等于50％的冷加工，形成銅合金導(dǎo)體。
根據(jù)本發(fā)明，可以發(fā)揮以良好生產(chǎn)率能夠獲得高強度且高導(dǎo)電率的銅合金導(dǎo)體的優(yōu)良效果。


圖1是表示本發(fā)明的一個實施方式的銅合金導(dǎo)體的制造工藝的流程圖。圖中11 銅母材
12Sn18 銅合金導(dǎo)體具體實施方式
以下，參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式進行說明。
本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式的銅合金導(dǎo)體，是由在含有氧0.001～0.1重量％(10～1000重量ppm)的銅母材中含有0.15～0.70重量％(不包括0.15重量％)Sn的銅合金所構(gòu)成。該銅合金導(dǎo)體中，構(gòu)成結(jié)晶組織的晶粒的平均粒徑小于等于100μm，并且，在結(jié)晶組織的基體中Sn的氧化物的80％及以上是以平均粒徑小于等于1μm的微小氧化物形式彌散分布的，抗拉強度大于等于420Mpa，優(yōu)選的是420～460MPa，并且，導(dǎo)電率大于等于60％IACS，優(yōu)選的是大于等于60％IACS、小于94％IACS，更優(yōu)選的是大于等于75％IACS、小于94％IACS。
銅母材中的氧含量在0.001～0.1重量％(10～1000重量ppm)的范圍內(nèi)，氧含量越高，抗拉強度和導(dǎo)電率也一起提高。
圖1中示出本實施方式的銅合金導(dǎo)體的制造工藝的流程圖。
如圖1所示，本實施方式的銅合金導(dǎo)體18的制造方法包括向銅母材11中添加Sn12進行熔煉，形成銅合金熔液14的熔煉工序(F1)；對該銅合金熔液14進行鑄造，形成鑄造材料15的鑄造工序(F2)；對該鑄造材料15進行多道次(多級)熱軋加工，形成軋制材料16的熱軋工序(F3)；將該軋制材料16洗凈，卷取，形成粗軋線材17的洗凈、卷取工序(F4)；將該卷曲的粗軋線材送出，對該粗軋線材17進行冷加工，形成銅合金導(dǎo)體18的冷加工(拉絲)工序(F5)。
銅合金導(dǎo)體18，根據(jù)其以后的用途被加工成所希望形狀的線材、條材(板材)等。從熔煉工序(F1)開始到洗凈、卷取工序(F4)為止，可以使用已有的或者常用的連續(xù)鑄造軋制設(shè)備(SCR連鑄機)。此外，冷加工工序(F5)可以使用已有的或者常用的冷加工裝置。
下面對銅合金導(dǎo)體18的制造方法進行進一步詳細說明。首先，在熔煉工序(F1)中，向含有氧0.001～0.1重量％(10～1000重量ppm)的銅母材11中，以0.15～0.70重量％(不包括0.15重量％)的比例、優(yōu)選0.20～0.70重量％的比例、更優(yōu)選0.25～0.65重量％的比例添加Sn12并進行熔煉，形成銅合金熔液14。Sn12被氧化，在最終形成的銅合金導(dǎo)體18的結(jié)晶組織中生成Sn氧化物(SnO2)并彌散分布。Sn氧化物的大部分(80％或以上)為平均粒徑小于等于1μm的微小氧化物。銅母材11也可以含有不可避免的雜質(zhì)。
Sn12的含量小于0.15重量％時，即使采用本實施方式的制造方法，也不能得到將銅合金導(dǎo)體18的強度提高到大于等于420MPa的效果。另外，Sn12的含量超過0.70重量％時，鑄造材料15的硬度提高，軋制加工時的變形阻力也提高，因而軋輥的負荷就變得特別大，難以制成制品。而且，Sn12的含量在0.15～0.70重量％的范圍內(nèi)，隨著Sn12的含量增加，導(dǎo)電率緩慢下降。
在本實施方式中，通過將Sn12的含量在0.15～0.70重量％(不包括0.15重量％)的范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)整，例如如同在后述的實施例中所述，可以在將銅合金導(dǎo)體18的抗拉強度提高到大于等于420MPa的同時，將導(dǎo)電率在大于等于60％IACS、小于94％IACS的范圍，優(yōu)選大于等于75％IACS、小于94％IACS的范圍，更優(yōu)選大于等于80％IACS、小于94％IACS的范圍內(nèi)任意進行調(diào)整。
如果Sn12的含量增多，在熱軋工序(F3)中進行熱軋時，軋制材料16的表面損傷往往會增多。因此，在Sn12的含量多的場合(例如在大于等于0.5重量％時)，為了減少軋制材料16的表面損傷，也可以在銅母材11中，與Sn12一起添加P。P的含有量為小于等于0.01重量％(100重量ppm)。如果P的含量小于2重量ppm，減少銅線表面損傷的效果基本看不出來，P的含有量超過100重量ppm時，銅合金導(dǎo)體18的導(dǎo)電率很低。
另外，當(dāng)Sn12的含量增加時，鑄造工序中(F2)之后的鑄造材料15的晶粒有稍微增大的傾向(隨之而來的是銅合金導(dǎo)體18的強度有稍微降低的傾向)。因此，在Sn12的含量高的情況下(例如大于等于0.5重量％)，為了使鑄造材料15的晶粒變得細小，可以在銅母材11中，與Sn12一起進一步添加B。B的含量在0.01重量％(100重量ppm)或其以下。如果B的含量少于2重量ppm，基本無法確認細化晶粒的效果(進而提高銅合金導(dǎo)體18的強度的效果)，如果B含量超過100重量ppm，銅合金導(dǎo)體18的導(dǎo)電率下降。
而且，還可以同時含有P和B，二者合計含量在0.02重量％(200重量ppm)或以下。
之后，在鑄造工序(F2)中，將前一工序中所得到的銅合金熔液供給SCR方式的連續(xù)鑄造軋制機。具體地，在比SCR連續(xù)鑄造的通常鑄造溫度(1120～1200℃)低的溫度(1100～1150℃)下進行鑄造，同時，對鑄型(銅結(jié)晶器)進行強制水冷。這樣，鑄造材料15被急速冷卻到比銅合金熔液14的凝固溫度至少低15℃或以上的溫度。
通過這樣的鑄造處理和急冷處理，與在通常鑄造溫度下鑄造或者僅將鑄造材料15冷卻到超過“銅合金熔液14的凝固溫度-15℃”的溫度的場合相比，鑄造材料15中結(jié)晶(或者析出)的氧化物的尺寸以及鑄造材料15的晶粒尺寸都分別減小了。
然后，在熱軋工序(F3)中，在比連續(xù)鑄造軋制的通常的熱軋溫度低50～100℃的溫度下，即將鑄造材料15的溫度調(diào)整到小于等于900℃，優(yōu)選調(diào)整到750～900℃的狀態(tài)下，對鑄造材料15進行多道次熱軋。在最終的軋制時，在500～600℃的軋制溫度下進行熱軋加工，形成軋制材料16。如果終軋溫度低于500℃，軋制加工時產(chǎn)生許多表面損傷，導(dǎo)致表面品質(zhì)下降，如果超過600℃，則結(jié)晶組織變成與以往同樣水平的粗大組織。最終軋制溫度在500～600℃的范圍內(nèi)，隨著最終軋制溫度的提高，抗拉強度緩慢下降，導(dǎo)電率逐漸升高。
通過這樣的熱軋，前一工序中結(jié)晶(或者析出)的尺寸比較小的氧化物破斷，氧化物的尺寸進一步減小。另外，由于本實施方式的制造方法中的熱軋是在比通常熱軋低的溫度下進行，軋制時導(dǎo)入的位錯重新排列，在晶粒內(nèi)部形成微小的亞晶界。亞晶界是在晶粒內(nèi)存在的、取向多少有些不同的多個結(jié)晶之間的分界。
然后，在洗凈、卷取工序(F4)中，將軋制材料16洗凈、進行卷取，得到粗軋線材17。卷取的粗軋線材的線徑例如是8～40mm，優(yōu)選的是小于等于30mm。例如架空導(dǎo)線的粗軋線材17的線徑為22～30mm。
最后，在冷加工工序(F5)中，將卷取的粗軋線材送出，在-193℃(液氮溫度)～100℃，優(yōu)選在-193℃～不足25℃的溫度下對該粗軋線材17進行冷加工(拉絲加工)。這樣得到銅合金導(dǎo)體18。為了降低連續(xù)拉絲時的加工熱對銅合金導(dǎo)體18的影響(強度下降等)，要對拉絲模等冷加工裝置進行冷卻，將線材的溫度調(diào)整到小于等于100℃，優(yōu)選小于等于25℃。另外，為了提高銅合金導(dǎo)體18的強度，必須提高熱軋加工時的加工度，使得軋制材料16以及粗軋線材17的強度充分提高，除此之外，還必須將冷加工時的加工度提高到大于等于50％。若加工度不到50％，則無法得到超過420MPa的抗拉強度。
所得的銅合金導(dǎo)體18，根據(jù)以后用途形成所希望的形狀，例如形成電車線(架空導(dǎo)線)、機器用電纜導(dǎo)體、產(chǎn)業(yè)用電纜導(dǎo)體等。電車線的斷面面積，例如是110～170mm2。
以下，對本實施方式的作用進行說明。
以往的銅合金導(dǎo)體，結(jié)晶的組織粗大。另外，Sn等的氧化物是平均粒徑(或者長度)超過1μm的粗大氧化物。這樣的結(jié)果導(dǎo)致以往的銅合金導(dǎo)體的抗拉強度不十分理想。
與此相對，在本實施方式的銅合金導(dǎo)體18的制造方法中，以0.15～0.70重量％(不包括0.15重量％)的比例向銅母材11中添加Sn12，形成銅合金熔液14，使用該銅合金熔液14，在低溫下進行連鑄(鑄造溫度為1100～1150℃)，進行低溫軋制加工(最終軋制溫度為500～600℃)，以及將溫度調(diào)整到100℃或以下使不發(fā)生加工熱作用的情況下進行冷加工，制造銅合金導(dǎo)體18。
通過這樣，本實施方式的銅合金導(dǎo)體18的結(jié)晶組織比以往的銅合金導(dǎo)體更細小。即，銅合金導(dǎo)體18的晶粒的平均粒徑比以往銅合金導(dǎo)體的晶粒的平均粒徑要小，小于等于100μm。還有，銅合金導(dǎo)體18的基體中彌散分布有Sn12的氧化物，該氧化物的80％以上是平均粒徑小于等于1μm的微小氧化物。
通過在基體中彌散分布的微小氧化物，抑制了由于鑄造材料15具有的熱(顯熱)引起的結(jié)晶和晶界的移動。結(jié)果，由于抑制了熱軋過程中各個晶粒的長大，使得軋制材料16的結(jié)晶組織細化。
根據(jù)以上所述，本實施方式的銅合金導(dǎo)體18的強化，是由于晶粒細化引起的銅合金導(dǎo)體基體強度的提高和由于基體中彌散分布微小氧化物引起的彌散強化所致，與特開平6-240426號公報等記載的僅通過Sn的固溶強化產(chǎn)生的強化相比，還可以抑制導(dǎo)電率下降的比例。因此，根據(jù)本實施方式的制造方法，在不大幅度降低導(dǎo)電率的情況下，可以獲得具有高抗拉強度的銅合金導(dǎo)體18。即，例如如下文的實施例中所述，可以得到具有大于等于75％IACS、小于94％IACS的高導(dǎo)電率并且具有高強度架空線所必需的大于等于420MPa的高強度(抗拉伸強度)的銅合金導(dǎo)體18。
另外，本實施方式的制造方法，由于可以利用現(xiàn)有的或者慣用的連續(xù)鑄造軋制設(shè)備和冷加工裝置，不必再增加新設(shè)備的投資，因而可以以低的成本制造高導(dǎo)電率、高強度的銅合金導(dǎo)體18。
下面，對本發(fā)明的其他實施方式進行說明。
前述實施方式的銅合金導(dǎo)體18，由在含有0.001～0.1重量％(10～1000重量ppm)氧的銅母材11中添加了0.15～0.70重量％(不包括0.15重量％)Sn、優(yōu)選添加0.20～0.70重量％Sn、更優(yōu)選添加0.30～0.60重量％Sn的銅合金所構(gòu)成。該銅合金導(dǎo)體18的抗拉強度大于等于420MPa，并且導(dǎo)電率大于等于60％IACS、小于94％IACS。
與此相對，本發(fā)明的另一優(yōu)選的實施方式的銅合金導(dǎo)體，導(dǎo)電率進一步提高。具體而言，本實施方式的銅合金導(dǎo)體，是由在含氧0.001～0.1重量(10～1000重量ppm)的銅母材中含有0.05～0.15重量％Sn、優(yōu)選0.07～0.13重量％Sn、更加優(yōu)選0.08～0.12重量％Sn的銅合金所構(gòu)成。該銅合金導(dǎo)體，構(gòu)成結(jié)晶組織的晶粒的平均粒徑小于等于100μm，并且，在結(jié)晶組織的基體中彌散分布有Sn的氧化物，該Sn的氧化物中80％以上是平均粒徑小于等于1μm的微小氧化物，該銅合金導(dǎo)體的抗拉強度大于等于200MPa、小于420MPa，優(yōu)選大于等于220MPa、小于420MPa，更優(yōu)選大于等于300MPa、小于420MPa，特別優(yōu)選大于等于370MPa、小于420MPa，并且導(dǎo)電率大于等于94％IACS。
其中，Sn的含量不足0.05重量％時，即使采用本實施方式的制造方法，銅合金導(dǎo)體18的抗拉強度也不會比純銅的抗拉強度(例如反射爐精煉銅的抗拉強度約為220MPa)高。反之，如果Sn的含量超過0.15重量％，銅合金導(dǎo)體的導(dǎo)電率就無法提高到94％IACS以上。而且，Sn的含量在0.05～0.15重量％的范圍內(nèi)，隨著Sn的含量的增加，導(dǎo)電率緩慢下降。本實施方式的銅合金導(dǎo)體，通過將Sn的含量調(diào)整為0.05～0.15重量％的范圍，例如如下文的實施例中所述，可以在保持銅合金導(dǎo)體的抗拉強度大于等于370MPa、小于420Mpa的高水平的情況下，將導(dǎo)電率調(diào)整達到大于等于94％IACS。
對于本實施方式的銅合金導(dǎo)體，在不妨礙導(dǎo)電率達到大于等于94％IACS的范圍內(nèi)，還可以與Sn一起向銅母材中添加P和/或B。P的含量為小于等于0.01重量％(100重量ppm)。B的含量為小于等于0.01重量％(100重量ppm)。在同時含有B和P的情況下，二者合計含量為小于等于0.02重量％(200重量ppm)。
另外，銅母材中的氧含量在0.001～0.1重量％(10～1000重量ppm)的范圍內(nèi)，氧的含量越高，抗拉強度和導(dǎo)電率都會提高。
本實施方式的銅合金導(dǎo)體的制造方法，除了制造中所使用的銅合金熔液的成分組成與前述實施方式的銅合金導(dǎo)體的制造方法中使用的銅合金熔液14(參照圖1)不同之外，其他與前述的實施方式的銅合金導(dǎo)體的制造方法相同。
本實施方式的銅合金導(dǎo)體，具有與純銅幾乎沒有區(qū)別的高導(dǎo)電率(大于等于94％IACS)，同時可以得到高的抗拉強度。即，例如如下文的實施例中所述，得到了具有大于等于94％IACS的高導(dǎo)電率并且具有各種機器用電纜導(dǎo)體所必需的約400MPa(例如370～420MPa)的高強度(抗拉強度)的銅合金導(dǎo)體。
本實施方式的銅合金導(dǎo)體，可以適用于各種機器用電纜導(dǎo)體、產(chǎn)業(yè)用電纜導(dǎo)體，也可以作為電車線用銅合金導(dǎo)體(架空電線)來使用。
使用按本實施方式的制造方法制造的銅合金導(dǎo)體，形成單線材或者絞線材，在該單線材或絞線材的周圍設(shè)置絕緣層，可以得到各種機器用電纜、產(chǎn)業(yè)用電纜等高導(dǎo)電率、高強度的電纜(線路用材料、供電用材料)。
當(dāng)然，本發(fā)明并不限于上面所述的實施方式，還可以設(shè)想具有其它的實施方式。
以下，基于實施例對本發(fā)明進行說明，但本發(fā)明并不限定于這些實施例。
實施例改變添加到銅母材中的元素的種類和添加量、以及熱軋加工的終軋溫度等，制作直徑為Φ23mm的銅合金導(dǎo)體(電車線用銅合金粗拉絲)。該銅合金導(dǎo)體是使用本發(fā)明的銅合金導(dǎo)體的制造方法制造的。
具體地說，使用銅合金熔液，在比SCR連續(xù)鑄造的通常鑄造溫度(1120～1200℃)低的溫度(1100～1150℃)下進行鑄造，同時對鑄型(銅結(jié)晶器)進行強制水冷。這樣，將鑄造材料急速冷卻到比銅合金熔液的凝固溫度低100℃的溫度。然后，在比連續(xù)鑄造軋制的通常的熱軋溫度低50～100℃的溫度下，即在將鑄造材料的溫度調(diào)整到500～600℃的狀態(tài)下，對鑄造材料進行多道次熱軋。然后，將該軋制材料洗凈、卷取，形成粗軋線材17。卷取的粗軋線材的線徑小于等于23mm。最后，將卷取的粗軋線材送出，將該粗軋線材在大約30℃的溫度下進行冷加工(拔絲加工)，制成銅合金導(dǎo)體。
實施例1～3使用在氧含量為10重量ppm的銅母材中分別含有0.3、0.4、0.6重量％Sn的銅合金，制造銅合金導(dǎo)體，最終軋制溫度均為560℃。
實施裂4～6除了氧含量為350重量ppm以外，與實施例1～3同樣操作制造銅合金導(dǎo)體，最終軋制溫度均為560℃。
實施例7～9除了氧含量為500重量ppm以外，與實施例1～3同樣操作制造銅合金導(dǎo)體，最終軋制溫度均為560℃。
實施例10使用在含氧量為350重量ppm的銅母材中含有0.6重量％Sn和0.0050重量％P的銅合金，制成銅合金導(dǎo)體。最終軋制溫度為560℃。
實施例11使用在含氧量為350重量ppm的銅母材中含有0.6重量％Sn和0.0050重量％B的銅合金，制成銅合金導(dǎo)體。最終軋制溫度為560℃。
實施例12除了Sn的含量為0.1重量％外，與實施例1～3同樣操作制造銅合金導(dǎo)體，最終軋制溫度為560℃。
實施例13
除了Sn的含量為0.1重量％外，與實施例4～6同樣操作制造銅合金導(dǎo)體，最終軋制溫度為560℃。
實施例14除了Sn的含量為0.1重量％外，與實施例7～9同樣操作制造銅合金導(dǎo)體，最終軋制溫度為560℃。
比較例1除了最終軋制溫度為650℃外，與實施例4同樣操作制造銅合金導(dǎo)體。
比較例2除了最終軋制溫度為620℃外，與實施例4同樣操作制造銅合金導(dǎo)體。
比較例3除了最終軋制溫度為650℃外，與實施例1同樣操作制造銅合金導(dǎo)體。
比較例4除了最終軋制溫度為650℃外，與實施例7同樣操作制造銅合金導(dǎo)體。
實施例1～14和比較例1～4的銅合金導(dǎo)體的制造條件(含氧量、添加元素種類和含量、最終軋制溫度)如表1所示。
表1 然后，使用實施例1～14和比較例1～4的各銅合金導(dǎo)體，分別制成斷面積為170mm2的架空導(dǎo)線。各架空導(dǎo)線的抗拉強度(MPa)、導(dǎo)電率(％IACS)、氧化物的比例、晶粒尺寸、表面品質(zhì)及熱軋性能等示于表2中。
其中，對于氧化物的比例，平均粒徑小于等于1μm的氧化物的比例大于等于80％者為○，不足80％者為×。
對于晶粒尺寸，設(shè)使用比較例1的銅合金導(dǎo)體制作的架空導(dǎo)線的晶粒的平均粒徑為1時，晶粒尺寸小于0.5者為○，0.5～1.0者為×。
對于表面品質(zhì)，熱軋后表面損傷少者為○，多者為×。
對于熱軋性能，熱軋性能好者為○，不好者為×。
表2 如表2所示，使用實施例1～11的各銅合金導(dǎo)體制造的各架空導(dǎo)線，都具有大于等于420MPa(421～450MPa)的抗拉強度和不到94％IACS(78～94％IACS)的導(dǎo)電率。
另外，使用實施例12～14的銅合金導(dǎo)體制造的架空導(dǎo)線，都具有小于420MPa(388～390MPa)的抗拉強度和大于等于94％IACS(94～99％IACS)的導(dǎo)電率。
各架空導(dǎo)線中，平均粒徑小于等于1μm的氧化物的比例均為80％或以上，在晶粒內(nèi)部可以觀察到亞晶界，晶粒的尺寸小于0.5。而且，所有架空導(dǎo)線的表面損傷都很少，表面品質(zhì)良好，熱軋性能也很好。
另外，將用實施例1～3、4～6、7～9的各銅合金導(dǎo)體制作的各架空導(dǎo)線進行比較，結(jié)果表明，隨著Sn含量的增加，抗拉強度提高，但導(dǎo)電率下降。將用實施例6、10的各銅合金導(dǎo)體制作的各架空導(dǎo)線進行比較，結(jié)果表明，添加了P的實施例10的表面品質(zhì)更好。將用實施例6、11的各銅合金導(dǎo)體制作的各架空導(dǎo)線進行比較，結(jié)果表明，添加了B的實施例11的抗拉強度有一定程度的提高。
與此相對，使用比較例1、3、4的各銅合金導(dǎo)體制作的架空導(dǎo)線，銅母材的氧含量和Sn含量都在規(guī)定的范圍內(nèi)，但是，由于最終軋制溫度超出規(guī)定范圍(500～600℃)之外，在這些架空導(dǎo)線中，微小氧化物的比例較少并且晶粒尺寸大。也就是，雖然導(dǎo)電率為80～92％IACS，都滿足所規(guī)定的范圍(大于等于75％IACS)，但抗拉強度分別為410～417MPa，都不到420MPa，未能滿足規(guī)定的范圍(大于等于420MPa)。
另外，使用比較例2的銅合金制作的架空導(dǎo)線，銅母材的氧含量和Sn含量均在規(guī)定范圍內(nèi)，但由于最終軋制溫度超出了規(guī)定范圍(500～600℃)，在該架空導(dǎo)線中，微小氧化物的比例少并且晶粒尺寸大。也就是，雖然導(dǎo)電率為89％IACS，滿足所規(guī)定的范圍(大于等于75％IACS)，但抗拉強度為415MPa，未能滿足規(guī)定的范圍(大于等于420MPa)。
權(quán)利要求
1.銅合金導(dǎo)體，其特征在于，所述銅合金導(dǎo)體是由在含有氧0.001～0.1重量％(10～1000重量ppm)的銅母材中含有0.15～0.70重量％(不包括0.15重量％)Sn的銅合金構(gòu)成，構(gòu)成結(jié)晶組織的晶粒的平均粒徑小于等于100μm，并且，在結(jié)晶組織的基體中彌散分布的Sn的氧化物的80％或以上是平均粒徑小于等于1μm的微小氧化物。
2.銅合金導(dǎo)體，其特征在于，所述銅合金導(dǎo)體是由在含有氧0.001～0.1重量％(10～1000重量ppm)的銅母材中含有0.05～0.15重量％Sn的銅合金構(gòu)成，構(gòu)成結(jié)晶組織的晶粒的平均粒徑小于等于100μm，并且，在結(jié)晶組織基體中彌散分布的Sn的氧化物的80％或以上是平均粒徑小于等于1μm的微小氧化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的銅合金導(dǎo)體，其特征在于，所述的銅合金除了Sn以外還含有0.01重量％(100重量ppm)或以下的P或者B。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的銅合金導(dǎo)體，其特征在于，所述的銅合金除了Sn以外還含有總量合計為0.02重量％(200重量ppm)或以下的P和B。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、3和4中任一項所述的銅合金導(dǎo)體，其特征在于，所述銅合金導(dǎo)體的抗拉強度大于等于420MPa，并且，導(dǎo)電率大于等于60％IACS。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、3和4中任一項所述的銅合金導(dǎo)體，其特征在于，所述銅合金導(dǎo)體的抗拉強度大于等于420MPa，并且，導(dǎo)電率大于等于75％IACS、小于94％IACS。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項所述的銅合金導(dǎo)體，其特征在于，所述銅合金導(dǎo)體的抗拉強度大于等于200MPa、小于420MPa，并且，導(dǎo)電率大于等于94％IACS。
8.架空導(dǎo)線，其特征在于，由權(quán)利要求1和3至6中任一項所述的銅合金導(dǎo)體構(gòu)成。
9.電纜，其特征在于，在由權(quán)利要求2至4和7中任一項所述的銅合金導(dǎo)體構(gòu)成的單線材或者絞線材的周圍設(shè)置絕緣層。
10.銅合金導(dǎo)體的制造方法，該方法是使用銅合金熔液進行連續(xù)鑄造軋制，形成軋制材料，使用該軋制材料制成銅合金導(dǎo)體，其特征在于在含有氧0.001～0.1重量％(10～1000重量ppm)的銅母材中添加0.15～0.70重量％(不包括0.15重量％)的Sn，進行熔煉，形成銅合金熔液；使用所述銅合金熔液進行連續(xù)鑄造，同時將鑄造材料快速冷卻至比所述銅合金熔液的熔點至少低15℃或以上的溫度；將所述鑄造材料的溫度調(diào)整為小于等于900℃，在該狀態(tài)下，對所述鑄造材料進行多道熱軋加工，使最終軋制溫度調(diào)整為500～600℃，形成軋制材料。
11.銅合金導(dǎo)體的制造方法，該方法是使用銅合金熔液進行連續(xù)鑄造軋制，形成軋制材料，使用所述軋制材料制成銅合金導(dǎo)體，其特征在于在含有氧0.001～0.1重量％(10～1000重量ppm)的銅母材中添加0.05～0.15重量％的Sn，進行熔煉，形成銅合金熔液；使用所述銅合金熔液進行連續(xù)鑄造，同時將鑄造材料快速冷卻至比所述銅合金熔液的熔點至少低15℃或以上的溫度；將所述鑄造材料的溫度調(diào)整為小于等于900℃，在該狀態(tài)下，對所述鑄造材料進行多道熱軋，使最終軋制溫度調(diào)整為500～600℃，形成軋制材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的銅合金導(dǎo)體的制造方法，其特征在于，在-193～100℃溫度下對所述軋制材料進行加工度大于等于50％的冷加工，形成銅合金導(dǎo)體。
全文摘要
本發(fā)明提供了高強度、高導(dǎo)電率的銅合金導(dǎo)體和用其制成的架空導(dǎo)線、電纜以及銅合金導(dǎo)體的制造方法。本發(fā)明的銅合金導(dǎo)體(18)是由在含有氧0.001～0.1重量％(10～1000重量ppm)的銅母材(11)中含有0.15～0.70重量％(不包括0.15重量％)Sn(12)的銅合金所構(gòu)成，構(gòu)成結(jié)晶組織的晶粒的平均粒徑小于等于100μm，并且在結(jié)晶組織基體中彌散分布的Sn(12)的氧化物的80％或以上是平均粒徑小于等于1μm的微小氧化物。
文檔編號C22C1/00GK1808632SQ20061000211
公開日2006年7月26日 申請日期2006年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月17日
發(fā)明者黑田洋光, 黑木一真, 青山正義, 蛭田浩義 申請人:日立電線株式會社