KR800000988B1 - 알루미늄 합금의 전기전도체 제조공정 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

알루미늄 합금의 전기전도체 제조공정

제1도는 액체금속으로부터 마무리된 전기케이블까지의 종래의 방식에 따른 공정단계도.

제2도는 액체 금속으로부터 마무리된 전기케이블까지의 본 발명에 따른 공정단계도.

제3도는 여러공정의 단계를 그래프로 나타낸 도면.

본 발명은 가공전력 나선 케이블의 생산을 위한 Al-Mg-Si 합금도선의 제조에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 필요한 전류의 조건에 맞는 도선의 새로운 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 제조공정은 경제적, 기술적 관점에서 종래의 기술보다 뚜렷한 잇점이 있다.

본 발명에 따른 제조공정은 다음의 단계로 되어있다.

1) 도선봉(wire rod) 형성후에 행하는 연속소입처리,

2) 테피드 인발(tepid drawing)

(3) 테피드 인발처리후에 각각 또는 연속으로 실시하는 인공시효처리(artificial aging treatment).

몇가지 제조공정이 가공전력 케이블 제조용으로 Al-Mg-Si 합금도선 생산을 위해 사용되었다.

이러한 제조공정을 다음과 같은 예를들어 설명하고자 한다.

가. 정방형 소강편의 압연(Rolling sguare billet) 또는 강편(bloom)의 압출(extrudiog), 링 용접(welding ring), 최종직경의 약 3배로 인발(drawing), 용체화처리 플러스 소입(solution heat treatment plus quenching), 최종직경으로 인발과 인공시효.

나. 프레스의 출구말단부(out put end)에서 수중소입 최종직경으로 인발, 인공시효한 강편의 세미연속 프레스압출,

다. 프로페르치(properzi) 또는 스피뎀(spidem)형의 기계에서 도선봉의 연속주조(casting)와 압연(rolling), 도선스풀(spool)을 로(爐)에서 용체화처리(약 1톤), 그 다음에 소입, 건조, 최종적으로 인발과 인공시효.

이중에서 마지막 공정이 도선봉의 형성단계와 제조공정단계에서 높은 생산성을 가지므로 약 20년동안 가장 널리 이용되었다. Al-Mg-Si합금의 합금의 화학적 성분은 철 0.15-0.35%, 마그네슘 0.30-0.80%, 실리콘 0.30-0.70%, 구리 0.20%이하, 기타의 원소는 일반적인 도선용 알루미늄 합금의 경우와 같다.

그러나, 이 제조공정은 다음의 몇가지 단점이 있다.

가. 경제적 측면 :

1) 용체화처리 로(爐)의 크기에 대한 스풀의 무게와 약 1톤으로 제한됨.

2) 스풀의 수중소입을 위해 느슨하게 감아야하므로 스풀의 크기가 커진다.

3) 용체화처리, 소입, 건조를 위한 열처리 시설의 낮은 생산성(생산과 비교하는 경우)

4) 열처리중에 도선봉스풀의 광범위한 조작

5) 낮은 생산성과 압연기의 출구말단부에서 스풀의 배출에 의한 스풀의 고온(200℃ 이상)에 의한 자동화 곤란.

나. 야금학적 측면 :

1) 도선 봉단계 :

스풀의 외부와 내부사이에서 담금질속도의 차이때문에, 용체화처리, 소입과 건조의 반복으로 스풀내부에서 기계적 특성에는 본질적인 차이가 있다. 예를들면, 다음의 표와 같다.

그리고 스풀내부의 정체된 물을 통과하는 스풀내부 도선봉의 비정상적인 산화는 도선의 인발능률(drawability)에 영향을 준다.

2) 인발된 도선단계 :

도선의 스풀에 존재하는 이질성을 최종단계까지 유지. 이러한 이질성은 힘의 기준치(예를들면, 직경이 3.6㎜이하/R이 33 ㎏/㎟ 보다크고 : ρ가 3.28μ.Ω.㎝미만인와 기계적, 전기적 특성을 얻기위한 최종 열처리조건(온도와 잔류시간)의 선택을 곤란하게 한다. 케이블에 대한 평균치에 다음을 추가하여야 한다.

R이 34.5 ㎏/㎟ 이상 그리고 ρ이 3.25μ.Ω.㎝이하.

본 발명에 따른 공정은 위의 모든 경제적 단점을 제거해준다. 야금학적 측면에서보면, 본발명에 따른공정을 사용하면 도선봉과 인발처리된 도선의 수준에서 모든 이질성을 제거하는 것이 가능한데, 이 이질성은 스풀의 소입에 의한 것이다. 더우기, 이 제조공정으로 생산된 도선은 기준치에 잘 맞으며 종래의 제조공정에 의한 도선과 같은 기계적, 전기적 특성을 나타낸다.

또한, 알루미늄 합금선은 미국특허출원번호 제824,220호 (1969.5.13) 즉, 미국특허 제3,613,767(1971.10.19)에서의 공정에 의해 연속적으로 생산할 수 있음이 알려져 있다. 이 제조공정에는 압연기로부터 나오는 도선봉을 약 240℃ 이하의 온도로 급냉하는 것이 포함된다.

종래의 제조공정을 다음성분의 합금에 적용하면 :

Fe : 0.37% Mg : 0.69% Si : 0.51% 직경 9.52

밀리미터의 도선봉에서 직경 1.7밀리미터로 인발하고, 최종의 인공시효/회복처리 (149℃, 3시간)후에, 다음과 같은 기계적, 전기적 특성을 갖는 조성을 얻을 수 있다 :

R : 33.7 ㎏/㎟

A : 8%

ρ : 3.28 μ.Ω.㎝

C^te: 52.5% LACS

그러나, 이 특성은 최상의 조건과 높은 신장(high elongation) (ø9.5에서 ø1.7까지, 즉, (CS-S)/S)×100=약 3000%)에서 얻어진 것이므로 프랑스 표준 NFC 34 125 또는 대응하는 외국의 주요표준치에 일치시켜 가공케이블의 제조기준으로서 이 제조공정을 사용하는 것은 좋지 않다.

더우기, Al-Mg-Si 합금선의 인발은, 20-70℃의 정상 인발온도 이상의 온도와 200℃에서 그리고 금속석출 온도이하의 온도에서 소입과 시효후에 이루어지고, 110℃에서 인발할 경우는 극한 인장강도(ultimate tensile strength)가 1-1.5㎏/㎟ 증가하는데, 이것은 165℃에서 실시하는 최종 인공시효/회복처리후의 저항률(resistivity)과 동일한 것임이 알려져 있다(프랑스 특허 제1,499,266호).

본 발명은 양호한 기계적, 전기적 특성을 가진 Al-Mg-Si합금도선을 경제적으로 생산하고, 가공전력케이블을 제조하며, 일반적으로 전기에 사용하는 나선 또는 피복선의 케이블생산의 개선된 제조공정에 관한것이다. 본 발명에 의한 제품은 전기적사용, 특히 기계적 사용에서 그 효과를 얻을 수 있다.

첫단계에서, 그 제조공정은 프로페르치형 기계에서 주조와 압연에 의해 연속적으로 Al-Mg-Si합금도선봉을 생산하고, 이어서 최종의 출구말단부(out put end)에서 Mg₂Si 석출경화가 과포화 고용체로부터 200℃ 이하의 온도 (더 바람직하게는 150℃이하)로 되면서 급격히 일어난다.

약 700℃의 온도에서 주조 휠(casting wheel)로 액체금속이 들어가고, 교체화된 금속이 사다리형 막대로 주조휠을 떠나서 곧바로(주조휠과 압연기 사이에서 약 1분) 압연기로 들어가는 것은 400-500℃의 온도에서이고, 이 온도는 아주 느리게 냉각하는 경우, 고체화후에 얻어진 고용체가 마그네슘과 실리콘을 밀어내는 온도보다 낮은 온도이다. 막대(S-2240㎟)에서 도선봉(ø9.5㎜ 또는 ø7.5㎜)으로의 압연이 비교적 짧은 시간(1분 정도)에 일어나고, 압연기의 출구 말단부에서 도선봉의 온도는 250-350℃인데, 이 온도는 주조와 압연이 실시되는 조건에 관계되므로, 여러작용이 압연기에서 동시에 이루어진다. 즉 : 성형(shaping), 냉간가공(cold-working), 고온변형에 의한 활기 있는 회복(dynamic recovery), 압연기로 들어가는 온도에서의 막대의 소입이다. 상기 형태의 급냉공정은 프랑스특허 제2,261,816호 그리고 미국특허 제3,945,623호 (알루미늄 페치니에 기술되어있는데, 인발에 의한 경화중에 반응성의 감소와 인공시효에 의한 구조적 경화의 결여상태를 나타낸다.

마그네슘과 실리콘의 용액상태에서, 용액은 도선봉의 소입이전에 금속을 용체화처리온도로 가열하는 종래의 공정보다 효과면에서 좋지 않으며, 두번째 단계에서 본 발명에 따른 방법은 낮은 석출률에 대한 온도범위에서 소위 테피드변형(tepid deformation)을 실시한다. 이러한 온도범위는 110-180℃이고, 특히 130-160℃ (이 온도는 냉각가공, 속도, 테피드인발의 소요시간등을 고려하여 선택되었다)이고, 이때 Al-Mg-Si합금은 다음 성분을 가진다.

Fe는 0.14-0.35%

Si는 0.30-0.70%

Mg는 0.30-0.80%

Cu는 0.20-350% 이하

이러한 온도에서, 그리고 350%이상의 신율에서 ((SS)/S)×100. 350%, (S는 입구의 직경, S는 출구의 직경) 인발을 실시하므로써, 테피드인발중에 석출하는 경화(hardening) Mg²Si 성분을 분리하여 소입과 좋은 전기저항성을 준후 그러나 석출경화량은 무시할수 있으며, 시효에 의해 형성된 기니어 프레스톤존(Guinier Preston Zone)의 인발중에 제거하여 최종 인공시효후에 얻어진 최종 특성(커플(Cougle)R-P)을 개선하는 것이 가능하다.

테피드 인발을 도선봉에 다른 방법으로 행한다. 즉, 냉각된 도선의 스풀인 경우, 도선은 인발단계에 들어가면서 냉각되고, 점차로 가열되며 140℃를 넘지않는 테피드 인발이하의 온도의 로에서, 예열된 도선 스풀인 경우에는 그 온도에서 인발율(drawability)이 감소되고 경화효과가 있다. 테피드 인발의 한가지 방법은 내선 캠스턴(in-line capstans)으로 다중통로기에 도선을 인발하고, 인발온도로 제어되는 윤활유통과 같은 인발온도로 제어되는 스프레이 인발 다이(drawing die)에 의한다.

테피드 인발후에, 도선은 30분내지 12시간동안에 130-170℃의 용융로(static batch furnace)에서, 좀더 바람직하게는 1-30초동안 180-240℃의 온도에서 방치하여 열처리한다.

이러한 열처리의 한가지 방법으로 예를들면, 완전히 기름이 쳐진 도선의 제조가 가능한 유욕용 융로(oil bath furnace)를 통하여 계속적으로 통과시킨다. 이러한 열처리는 회복 효과(recovering effect)를 가지고, 특히 석출 경화율을 개선시키는데, 이는 전기 전도도의 증가, 가소성의 회복(파괴점에서의 신성)에 영향을 미치며 도선의 기계강도(극한 인장강도)는 높다.

본 발명을 도면에 의해 설명하고자 한다.

제1도와 제2도는 종래의 기술(제3과정)과 본 발명에 따른 액체금속으로부터, 마무리된 전기케이블까지의 여러 공정단계를 각각 도식화한 것이다.

제2도는 종래의 인공시효와 연속 인공시효의 두변형이 있다.

제3도는 여러 공정단계를 도식화한 것으로서, 시간은 횡측에 온도는 종축에 기입하였다. 종축과 3개의 평행 수직선 a,b,c는 다음의 도선봉의 생산, 처리와 최종 인발/인공시효에 각각 대응하는 세개의 영역 A,B,C를 결정한다.

파선과 실선으로 표시한 곡선은 본 발명의 실시에 의한 것이고, 접선은 종래의 공정에 의한 것이다.

종래공정에서, 연속곡선부분은 하기의 상태에 대한 것이다 :

1) 주조휠에 들어가는 액체금속(예 : 프로페르치)

2) 주조휠에서 금속의 응고와 냉각

3) 압연기에서의 압연(예 : 프로페르치 또는 Secim)

4) 스풀형에서의 도선봉의 냉각

5) 용체화처리

6) 냉각수에 소입

7) 건 조

8) 인 발

9) 로에서 인공시효와 케이블형성

본 발명에 따른 제조공정의 경우에 연속선부문은 1),2),3)상태에 대응하여 종래공정과 같다.

10) 압연기를 거친 도선봉의 연속냉각

11) 테피드 인발

12) 연속 인공시효

13) 개량(modification) : 인공시효가 연속으로 되지 않는 로에서의 인공시효.

이중선의 곡선부분은 시간척도에서 자발냉각과정, 또는 연속단계사이에서 기다리는 시간등의 미결정시간에 대한 것이다.

[실시예 1]

다음성분을 갖는 A-GS/L 합금 :

Fe : 0.24%

Si : 0.55%

Mg : 0.59%

전기 도선용의 알루미늄에 보통의 불순물을 넣은 알루미늄 기질이 주조되고, 도선봉의 대응하는 기계적 특성을 포함하여 다음 도표에 나타나는 여러 조건하에서 프랑스특허 제2,261,816호에 기술한 형태의 연속냉각기를 출구말단부에 가진 프로페르치기에 공급된다. (15일 이상 시효시킨후에 측정하였음)

우선, 도선봉의 일부는 마지막에 165℃에서 3시간동안 열처리를 하는 종래기술의 보통조건하에서 각각 2밀리미터와 2밀리미터로 인발했으며 그 결과는 다음과 같다.

도선봉의 다른부분 (3번과 4번이 최상의 결과였음)은 그 다음에 140℃에서 테피드 인발하여 다음 결과를 얻었다.

개선된 특성은 매우 중요하다. (R에서 2㎏/㎟의 증가, 저항율 감소)

[실시예 2]

다음 성분을 갖는 A-GS/L 합금 :

Fe : 0.23%

Si : 0.49%

Mg : 0.56%

전기 도선용의 일반 불순물을 가진 알루미늄 기질을 준비하고, 프로페르치휠에서 주조하여, 515℃온도에서 압연되고, 출구말단부에서 60℃로 냉각한다.

도선봉의 길이는 직경 3밀리미터와 2밀리미터로 하여 종래의 인발과 본 발명에 따른 테피드인발을 비교하였다.

그 결과는 다음과 같다.

극한 인장강도의 증가는 특히 중요하며, 다른 특성은 변하지 않았다.

[실시예 3]

다음 성분을 갖는 A-GS/L 합금

Fe : 0.25%

Si : 0.45%

Mg : 0.49%

전기도선용의 일반불순물을 포함한 알루미늄 기질을 준비하고, 실시예 2와 같은 조건하에서 압연한다음, 일부는 종래의 기술에 따라, 일부는 본 발명에 따라 직경 3밀리미터와 2밀리미터로 인발하였는데, 그결과는 다음과 같이 R는 증가하고 다른 특징은 같음을 보여준다.

[실시예 4]

실시예 2의 직경 2.0밀리미터의 인발된 도선은 유욕(oil bath)을 통해 220℃에서 15초동안 인공 열시효시킨다. 이러한 인공시효처리가 연속으로 실시된 전후의 도선의 기계적, 전기적 특성은 다음과 같다.

테피드 인발과 연속 인공시효후에 얻은 값은 실시예 2의 종래기술의 값과 비교된다.

양호한 특성을 가지고, 일반적으로 알루미늄 합금 특히 AGS의 부식에 강하게 견디는 도선과 케이블은 철책, 포도나 과일나무의 받침대, 마스트나 안테나의 지선등에 응용되어 쓰인다.

[실시예 5]

다음성분을 갖는 두 A-GS/L 합금을 준비한다.

(기타 불순물은 보통 전기도선용 알루미늄에 존재한다)

이러한 합금은 프로페르치휠에서 주조되고, 압연기의 입구에서 515℃의 온도로 주조하여 출구말단부에서 60℃로 냉각되었다.

이렇게 얻어진 도선봉은 3.45㎜로 인발된 합금 A도선, 3.45㎜로 인발되고 160℃에서 테피드 인발되어 3.45㎜로 된 합금 B도선이 된다.

160℃에서의 테피드 일반은 4단계 인발기에서 행해지고, 그 생산율은 1분당 100미터이다. 도선은 기계에 들어가 냉각되고, 인발기의 다이와 헤드(head)를 윤활유에 잠기게하여 테피드 인발의 온도로 조절된 유욕에 통과시켜 그 온도가 되게한다.

테피드 인발한 3.45밀리미터 직경의 도선은 다음의 조건하에서 2단계 인발작용으로 얻어진다.

직경 3.45밀리미터의 세계의 도선을 로에서 각기 다르게 인공시효처리를 하였다.

인발과 인공시효에 즉시 축정한 기계적 견인성, 전기저항률은 다음과같다.

Claims (1)

1. 400℃~500℃사이의 온도에서 압연하고 이를 도선으로 인발하는 Mg 0.30~0.80중량%, Si 0.30~0.70중량%, Fe 0.15~0.35중량%, Cu 0.20%이하와 나머지는 Al과 기타 불순물의 조성으로된 Al-Mg-Si 합금봉을 연속주조와 압연의 일련의 단계로 도선을 생산하는 공정에 있어서, 150℃이하의 온도에서 압연된 봉을 인발직후 급냉하고, 적어도 350%의 신율을 가지고 약 110℃~180℃의 온도에서 테피드 인발(tepid drawing)하여, 약 130℃~240℃의 온도로 인공시효시켜 도선의 극한 인장강도가 약 37~41㎏/㎟가 되게 하는 것을 특징으로하는 도선을 생산하는 공정.

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