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WO2016088888A1 - アルミニウム合金線材、アルミニウム合金撚線、被覆電線およびワイヤーハーネス、ならびにアルミニウム合金線材の製造方法 - Google Patents

アルミニウム合金線材、アルミニウム合金撚線、被覆電線およびワイヤーハーネス、ならびにアルミニウム合金線材の製造方法 Download PDF

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WO2016088888A1
WO2016088888A1 PCT/JP2015/084196 JP2015084196W WO2016088888A1 WO 2016088888 A1 WO2016088888 A1 WO 2016088888A1 JP 2015084196 W JP2015084196 W JP 2015084196W WO 2016088888 A1 WO2016088888 A1 WO 2016088888A1
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WO
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mass
aluminum alloy
wire
alloy wire
heat treatment
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Ceased
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PCT/JP2015/084196
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English (en)
French (fr)
Inventor
茂樹 関谷
祥 吉田
賢悟 水戸瀬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Publication date
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Priority to KR1020177012002A priority patent/KR102474539B1/ko
Priority to EP15864798.2A priority patent/EP3228720B1/en
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    • H01R4/18—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation by crimping

Definitions

  • the present invention relates to an aluminum alloy wire, an aluminum alloy twisted wire, a covered electric wire and a wire harness used as a wire of an electric wiring body, and a method for producing an aluminum alloy wire.
  • the wire material of the electric wiring body As one of means for achieving the weight reduction of such a moving body, for example, it is considered to replace the wire material of the electric wiring body with a lighter aluminum or aluminum alloy instead of the conventionally used copper or copper alloy. It is being advanced.
  • the specific gravity of aluminum is about 1/3 of the specific gravity of copper
  • the electrical conductivity of aluminum is about 2/3 of the electrical conductivity of copper (pure aluminum is about 66% IACS when pure copper is used as a standard of 100% IACS).
  • the cross-sectional area of the aluminum conductor needs to be about 1.5 times the cross-sectional area of the copper conductor.
  • the above% IACS represents the electrical conductivity when the resistivity 1.7241 ⁇ 10 ⁇ 8 ⁇ m of universal standard annealed copper (International Annealed Copper Standard) is 100% IACS.
  • pure aluminum wires represented by aluminum alloy wires for power transmission lines are generally inferior in tensile durability, impact resistance, bending characteristics, and the like. Therefore, for example, a load that is unexpectedly applied by an operator or industrial equipment during installation work on a vehicle body, a pull at a crimping portion at a connection portion between an electric wire and a terminal, or a repeated loading at a bending portion such as a door portion. It cannot withstand stress.
  • materials alloyed by adding various additive elements can increase the tensile strength, it causes a decrease in conductivity due to the solid solution phenomenon of the additive elements in aluminum, and excessive metal in the aluminum.
  • the intermetallic compound By forming the intermetallic compound, disconnection due to the intermetallic compound may occur during wire drawing. Therefore, by limiting or selecting the additive element, it is essential that it has sufficient elongation characteristics, so that it is not necessary to break, and further, impact resistance and bending characteristics are improved while ensuring the conventional level of conductivity and tensile strength. It was necessary to let them.
  • an aluminum alloy wire having such characteristics for example, an aluminum alloy wire containing Mg and Si is known.
  • a typical example of the aluminum alloy wire is a 6000 series aluminum alloy (Al-Mg-Si series alloy).
  • a wire is mentioned.
  • the 6000 series aluminum alloy wire can be strengthened by subjecting it to a solution treatment and an aging treatment.
  • Patent Document 1 As a conventional 6000 series aluminum alloy wire used for an electric wiring body of a moving body, for example, it is described in Patent Document 1 proposed by the present applicant.
  • the aluminum alloy wire described in Patent Document 1 controls the crystal grain size of the outer peripheral portion and the inside, and in particular, although it is a very fine wire, it has high conductivity, high bending fatigue resistance, appropriate proof strength, and even higher An aluminum alloy wire excellent in extensibility is realized.
  • An object of the present invention is to provide an aluminum alloy wire, an aluminum alloy twisted wire, a covered electric wire, and a wire that are used as a wire material of an electric wiring body that has high strength and excellent impact resistance and can be used even for a thin wire and is not easily broken. It is in providing the manufacturing method of a harness and an aluminum alloy wire.
  • the present inventors have made various studies, control the heat treatment conditions when producing the aluminum alloy wire, and optimize the crystal grain structure, thereby maintaining excellent tensile strength while maintaining high tensile strength.
  • the inventors have found that an aluminum alloy wire can be produced, and have completed the present invention based on this finding.
  • the gist configuration of the present invention is as follows. (1) Mg: 0.10 to 1.00 mass%, Si: 0.10 to 1.00 mass%, Fe: 0.01 to 1.40 mass%, Ti: 0 to 0.100 mass%, B : 0 to 0.030 mass%, Cu: 0 to 1.00 mass%, Ag: 0 to 0.50 mass%, Au: 0 to 0.50 mass%, Mn: 0 to 1.00 mass%, Cr : 0 to 1.00 mass%, Zr: 0 to 0.50 mass%, Hf: 0 to 0.50 mass%, V: 0 to 0.50 mass%, Sc: 0 to 0.50 mass%, Sn : 0 to 0.50% by mass, Co: 0 to 0.50% by mass, Ni: 0 to 0.50% by mass, balance: Al and inevitable impurities (crystal grain size of aluminum alloy wire) Ratio of (standard deviation of) / (average grain size of aluminum alloy wire) is 0.57 or less, and (diameter of aluminum alloy wire)
  • any of the elements whose lower limit value of the content range is described as “0% by mass” are optionally added as necessary. Means. That is, when the predetermined additive element is “0 mass%”, it means that the additive element is not included.
  • the chemical composition is Cu: 0.01 to 1.00% by mass, Ag: 0.01 to 0.50% by mass, Au: 0.01 to 0.50% by mass, Mn: 0.01 to 1.00% by mass, Cr: 0.01-1.00% by mass, Zr: 0.01-0.50% by mass, Hf: 0.01-0.50% by mass, V: 0.01-0. 50% by mass, Sc: 0.01 to 0.50% by mass, Sn: 0.01 to 0.50% by mass, Co: 0.01 to 0.50% by mass and Ni: 0.01 to 0.50% by mass % Aluminum alloy wire according to the above (1) or (2).
  • An aluminum alloy wire manufacturing method wherein the solution heat treatment is performed by a two-stage heat treatment of a first step of heating and holding at a temperature of 300 to 400 ° C. and a second step of heating to 500 ° C. or higher. Manufacturing method of alloy wire.
  • an aluminum alloy wire, an aluminum alloy twisted wire which is used as a wire of an electric wiring body that has high strength and excellent impact resistance and can be used for a thin wire and is not easily broken. It becomes possible to provide the manufacturing method of a covered electric wire, a wire harness, and an aluminum alloy wire.
  • the present invention is particularly useful as a battery cable mounted on a moving body, a harness or a conductor for a motor, and a wiring body for an industrial robot. Furthermore, since the aluminum alloy wire of the present invention has high tensile strength and excellent impact resistance, it is possible to make the wire diameter thinner than that of a conventional wire.
  • An aluminum alloy wire of an embodiment of the present invention (hereinafter simply referred to as “this embodiment”) has Mg: 0.10 to 1.00 mass%, Si: 0.10 to 1.00 mass%, Fe: 0 0.01 to 1.40 mass%, Ti: 0 to 0.100 mass%, B: 0 to 0.030 mass%, Cu: 0 to 1.00 mass%, Ag: 0 to 0.50 mass%, Au : 0 to 0.50 mass%, Mn: 0 to 1.00 mass%, Cr: 0 to 1.00 mass%, Zr: 0 to 0.50 mass%, Hf: 0 to 0.50 mass%, V : 0 to 0.50 mass%, Sc: 0 to 0.50 mass%, Sn: 0 to 0.50 mass%, Co: 0 to 0.50 mass%, Ni: 0 to 0.50 mass%, the balance : Al and an inevitable impurity composition, (standard deviation of crystal grain size of aluminum alloy wire) / (average crystal of aluminum alloy wire) The ratio of the diameter) is 0.57 or less, and (
  • Mg manganesium
  • Si silicon
  • the Mg content is 0.10 to 1.00% by mass.
  • the Mg content is preferably 0.50 to 1.00% by mass when importance is placed on high strength, and 0.10% by mass or more and 0.50% by mass when conductivity is important. From such a viewpoint, the total content is preferably 0.30 to 0.70% by mass.
  • Si is an element having an effect of improving the tensile strength by combining with Mg to form a precipitate.
  • Si silicon
  • the Si content is preferably 0.50 to 1.00% by mass when importance is attached to high strength, and 0.10% by mass or more and 0.50% by mass when conductivity is important. From such a viewpoint, the total content is preferably 0.30 to 0.70% by mass.
  • Fe is an element that contributes to refinement of crystal grains and mainly improves tensile strength by forming an Al—Fe-based intermetallic compound. Fe can only dissolve at 0.05% by mass in Al at 655 ° C. and is even less at room temperature. Therefore, the remaining Fe that cannot be dissolved in Al is Al—Fe, Al—Fe—Si, Al—Fe. -Crystallizes or precipitates as an intermetallic compound such as Si-Mg. This intermetallic compound contributes to the refinement of crystal grains and improves the tensile strength. Moreover, Fe has the effect
  • the Fe content is 0.01 to 1.40 mass%, preferably 0.10 to 0.70 mass%, and more preferably 0.10 to 0.45 mass%.
  • the aluminum alloy wire of the present embodiment contains Mg, Si and Fe as essential components, but if necessary, any one of Ti and B, Cu, Ag, Au, Mn, Cr , Zr, Hf, V, Sc, Sn, Co, and Ni can be contained.
  • Ti titanium is an element having an effect of refining the structure of the ingot at the time of melt casting. If the structure of the ingot is coarse, the ingot cracking in the casting or disconnection occurs in the wire processing step, which is not industrially desirable. If the Ti content is less than 0.001% by mass, the above-mentioned effects cannot be fully exhibited, and if the Ti content exceeds 0.100% by mass, the conductivity tends to decrease. It is. Accordingly, the Ti content is set to 0.001 to 0.100 mass%, preferably 0.005 to 0.050 mass%, more preferably 0.005 to 0.030 mass%.
  • B boron
  • B is an element having an effect of refining the structure of the ingot at the time of melt casting, like Ti.
  • a coarse ingot structure is not industrially desirable because it tends to cause ingot cracking and disconnection in the wire processing step during casting.
  • the B content is 0.001 to 0.030 mass%, preferably 0.001 to 0.020 mass%, more preferably 0.001 to 0.010 mass%.
  • ⁇ Cu 0.01 to 1.00% by mass>, ⁇ Ag: 0.01 to 0.50% by mass>, ⁇ Au: 0.01 to 0.50% by mass>, ⁇ Mn: 0.01 to 1 .00 mass%, ⁇ Cr: 0.01 to 1.00 mass%> and ⁇ Zr: 0.01 to 0.50 mass%>, ⁇ Hf: 0.01 to 0.50 mass%>, ⁇ V : 0.01 to 0.50 mass%>, ⁇ Sc: 0.01 to 0.50 mass%>, ⁇ Sn: 0.01 to 0.50 mass%>, ⁇ Co: 0.01 to 0.50 At least one of ⁇ mass%> and ⁇ Ni: 0.01 to 0.50 mass%> Cu (copper), Ag (silver), Au (gold), Mn (manganese), Cr (chromium) Zr (zirconium), Hf (hafnium), V (vanadium), Sc (scandium), Sn (tin), Co (cobalt) and Ni (Nickel) is an element
  • the total content of these elements is preferably 2.00% by mass or less. Since Fe is an essential element in the aluminum alloy wire of the present invention, the total content of Fe, Ti, B, Cu, Ag, Au, Mn, Cr, Zr, Hf, V, Sc, Sn, Co and Ni is 0. 01 to 2.0% by mass. The content of these elements is more preferably 0.05 to 1.0% by mass. However, when these elements are added alone, the larger the content, the more the compound containing the elements tends to become coarser, which deteriorates the wire drawing workability and easily causes disconnection. The element content is within the range specified above.
  • Al and inevitable impurities The balance other than the components described above is Al (aluminum) and inevitable impurities.
  • the inevitable impurities referred to here mean impurities in a content level that can be unavoidably included in the manufacturing process. Depending on the content of the inevitable impurities, it may be a factor for reducing the electrical conductivity. Therefore, it is preferable to suppress the content of the inevitable impurities to some extent in consideration of the decrease in the electrical conductivity. Examples of components listed as inevitable impurities include Ga (gallium), Zn (zinc), Bi (bismuth), and Pb (lead).
  • the present invention has a ratio of (standard deviation of crystal grain size of aluminum alloy wire) / (average crystal grain size of aluminum alloy wire) of 0.57 or less. And the ratio of (aluminum alloy wire diameter) / (average crystal grain size of aluminum alloy wire) needs to be 10 or more. In this invention, it can have the outstanding impact resistance, maintaining high tensile strength by limiting to such a structure. In the study by the present inventors, it has been found that the ease of deformation of the material is due to the crystal grain size, and when the crystal grain structure is uniformly dispersed, excellent impact resistance can be obtained. I understood.
  • the ratio of (standard deviation of crystal grain size of aluminum alloy wire) / (average crystal grain size of aluminum alloy wire) is higher than 0.57, deformation is likely to occur from large crystal grains, and disconnection is likely to occur. It cannot be suitably used for small-diameter electric wires that require impact resistance. Further, when the ratio of (aluminum alloy wire diameter) / (aluminum alloy average crystal grain size) is less than 10, the crystal grain size becomes relatively large in relation to the wire diameter, and the deformation of the material is not uniform. This is because the properties appear remarkably and the impact resistance decreases.
  • the “standard deviation of crystal grain size” and “average crystal grain size” can be measured by the following methods.
  • the cross section of the test material cut out in parallel so as to include the center line of the wire in the longitudinal direction of the wire is filled with resin, and after mechanical polishing, electrolytic polishing is performed.
  • the image can be taken with a 400 ⁇ optical microscope, and the particle size can be measured by a cutting method in accordance with JIS H 0501-1986 (a method for testing the crystal grain size of copper products).
  • JIS H 0501-1986 a method for testing the crystal grain size of copper products.
  • a straight line having an angle of 45 ° with the longitudinal direction of the wire is drawn on the photographed photo, and the linear distance between each grain boundary intersecting the straight line
  • the calculated value obtained by dividing by the photographing magnification was taken as the crystal grain size.
  • the crystal grain size of 50 crystal grains can be obtained, and the standard deviation and the average crystal grain size can be calculated from the obtained crystal grain sizes (of 50 crystal grains).
  • the crystal grain size (50 pieces) can be measured by adjusting the length and number of straight lines by using a plurality of straight lines.
  • Patent Document 1 a wire material of an electric wiring body that exhibits high conductivity, high bending fatigue resistance, appropriate proof stress, and high elongation by controlling the outer peripheral portion and the internal crystal grain structure.
  • Patent Document 1 a wire material of an electric wiring body that exhibits high conductivity, high bending fatigue resistance, appropriate proof stress, and high elongation by controlling the outer peripheral portion and the internal crystal grain structure.
  • an aluminum alloy wire having a crystal grain structure as in this embodiment it can be realized by controlling the production conditions of the aluminum alloy wire as follows.
  • the suitable manufacturing method of the aluminum alloy wire of this embodiment is demonstrated.
  • An aluminum alloy wire according to an embodiment of the present invention has Mg: 0.10 to 1.00% by mass, Si: 0.10 to 1.00% by mass, Fe: 0.01 to 1.40% by mass, Ti: 0 to 0.100 mass%, B: 0 to 0.030 mass%, Cu: 0 to 1.00 mass%, Ag: 0 to 0.50 mass%, Au: 0 to 0.50 mass%, Mn: 0 to 1.00 mass%, Cr: 0 to 1.00 mass%, Zr: 0 to 0.50 mass%, Hf: 0 to 0.50 mass%, V: 0 to 0.50 mass%, Sc: 0 to 0.50% by mass, Sn: 0 to 0.50% by mass, Co: 0 to 0.50% by mass, Ni: 0 to 0.50% by mass, balance: Al and aluminum having a composition that is an inevitable impurity After melting and casting the alloy material, hot drawing is performed to form a rough drawn wire, and then wire
  • a method of manufacturing an aluminum alloy wire comprising sequentially performing each step of heat treatment, wherein the solution heat treatment is a first step of heating and holding at a temperature of 300 to 400 ° C., and a second step of heating to 500 ° C. or more. It can manufacture by the manufacturing method performed by a two-step heat treatment with a step.
  • the aluminum alloy wire of the present embodiment include [1] melting, [2] casting, [3] hot working (groove roll machining, etc.), [4] first wire drawing, [5]
  • the production method includes sequentially performing steps of intermediate heat treatment, [6] second wire drawing, [7] solution heat treatment, and [8] aging heat treatment.
  • a step of forming a stranded wire or a step of coating a wire with a resin may be provided before or after solution heat treatment or after aging heat treatment. The steps [1] to [8] will be described below.
  • Intermediate heat treatment An intermediate heat treatment is applied to the cold-drawn workpiece.
  • the heat treatment for softening the drawn wire that has been hardened by processing is preferably maintained at 300 to 450 ° C. for heat treatment.
  • the time is not particularly limited as long as soaking is obtained, but it is preferable to set the holding time to 5 hours or less in consideration of productivity.
  • Solution heat treatment A solution heat treatment is performed on the cold-drawn workpiece.
  • the solution treatment is a process in which compounds such as Mg and Si are dissolved in aluminum.
  • the solution heat treatment of the present invention needs to be performed by a two-stage heat treatment of a first step of heating and holding at a temperature of 300 to 400 ° C. and a second step of heating to 500 ° C. or higher. If the heat treatment temperature in the first step is less than 300 ° C., recrystallization will not be sufficient, and non-uniform crystal grain growth will occur in the second step, resulting in variations in crystal grain size and low impact resistance. Become.
  • the solution heat treatment of the present invention is performed by a two-step heat treatment of a first step of heating and holding at a temperature of 300 to 400 ° C.
  • the upper limit of the heat treatment temperature in the second step is higher than 580 ° C., it tends to be preferentially melted from the crystal grain boundary and the tensile strength and impact resistance tend to be lowered, so that it may be set to 580 ° C. preferable.
  • the cooling in the solution heat treatment is preferably performed at an average cooling rate of 10 ° C./s or more up to a temperature of at least 200 ° C.
  • the average cooling rate is preferably 15 ° C./s or more, and more preferably 20 ° C./s or more.
  • the aging heat treatment is performed in order to make Mg and Si aggregates or precipitates appear.
  • the heating temperature in the aging heat treatment is preferably 100 to 250 ° C. If the heating temperature is less than 100 ° C., Mg and Si aggregates or precipitates cannot sufficiently appear, and the tensile strength and conductivity tend to be insufficient. On the other hand, when the heating temperature is higher than 250 ° C., the size of precipitates of Mg and Si becomes too large, so that the electrical conductivity increases, but the tensile strength tends to be insufficient.
  • the heating temperature in the aging heat treatment is preferably 100 to 200 ° C. The heating time varies depending on the temperature.
  • Heating at a low temperature for a long time and heating at a high temperature for a short time is preferable for improving the tensile strength.
  • the short time is good, preferably 15 hours or shorter, more preferably 10 hours or shorter.
  • the cooling in the aging heat treatment is preferably as fast as possible in order to prevent variations in characteristics.
  • the aging conditions can be appropriately set taking into consideration that the amount of Mg and Si precipitates changes during cooling.
  • the wire diameter is not particularly limited and can be appropriately determined according to the application.
  • a thin wire for example, it is 0.10 to 0.50 mm ⁇ , and in the case of a medium thin wire, it is 0.50 to 1.50 mm ⁇ .
  • the aluminum alloy wire of this embodiment is one of the advantages that it can be used as an aluminum alloy wire by thinning it with a single wire, but it can also be used as an aluminum alloy twisted wire obtained by bundling a plurality of wires, Of the steps [1] to [8] constituting the manufacturing method of the present embodiment described above, a plurality of aluminum alloy wires obtained by sequentially performing the steps [1] to [6] are bundled and twisted together. Later, [7] solution heat treatment and [8] aging heat treatment may be performed.
  • the homogenization heat treatment is preferably performed at a heating temperature of 450 ° C. to 600 ° C. and a heating time of 1 to 10 hours, more preferably 500 to 600 ° C.
  • the cooling in the homogenization heat treatment is preferably slow cooling at an average cooling rate of 0.1 to 10 ° C./min from the viewpoint of easily obtaining a uniform compound.
  • the aluminum alloy wire of the present embodiment can be used as an aluminum alloy wire or an aluminum alloy stranded wire obtained by twisting a plurality of aluminum alloy wires, and further an aluminum alloy wire or an aluminum alloy stranded wire. It can also be used as a covered electric wire having a coating layer on the outer periphery, and in addition, it is used as a wire harness (assembled electric wire) comprising a covered electric wire and a terminal attached to the end of the covered electric wire from which the coating layer has been removed. It is also possible to do.
  • the aluminum alloy stranded wire of the present invention is constructed so as not to be broken at a load of 2.94 N (300 gf) by a method for evaluating impact resistance.
  • the wire harness of the present invention is crimped to a terminal. It is preferable that the wire is not broken at a load of 4.90 N (500 gf) by a method for evaluating the impact resistance of the electric wire.
  • Examples and comparative examples Content shown in Table 1 for Mg, Si, Fe and Al, and Ti, B, Cu, Ag, Au, Mn, Cr, Zr, Hf, V, Sc, Sn, Co, and Ni that are selectively added
  • the molten metal was prepared using a Properti-type continuous casting and rolling machine so that the mass was (mass%), and rolled while continuously casting with a water-cooled mold to obtain a bar of about 9.5 mm ⁇ .
  • the cooling rate during casting at this time was about 15 ° C./s.
  • the first wire drawing was performed, an intermediate heat treatment was performed at 350 ° C. for 2 hours, and the second wire drawing was further performed to a wire diameter of 0.31 mm ⁇ .
  • solution heat treatment was performed under the conditions shown in Table 2.
  • the wire temperature was measured by winding a thermocouple around the wire.
  • an aging heat treatment was performed under the conditions shown in Table 2 to produce an aluminum alloy wire.
  • a straight line having an angle of 45 ° with the longitudinal direction of the wire is drawn on the photographed photo, and the linear distance between each grain boundary intersecting the straight line
  • the calculated value obtained by dividing by the photographing magnification was taken as the crystal grain size.
  • the crystal grain size of 50 crystal grains was obtained by this measurement method, and the standard deviation and the average crystal grain size were calculated from the obtained crystal grain sizes (of 50 crystal grains).
  • the crystal grain size (50) was measured by adjusting the length and the number of straight lines by using a plurality of straight lines.
  • TS tensile strength
  • the aluminum alloy stranded wire 11 after the aging heat treatment has one end 12 fixed and the other end 13 attached with a 300 g weight.
  • the length of the stranded wire from one end 12 to the other end 13 is set to 300 mm, and whether or not the stranded wire breaks when it is dropped freely after lifting the weight vertically up to a height of 300 mm is tested to determine whether the wire is broken. evaluated.
  • the impact resistance shown in Table 3 is shown as “ ⁇ ” as a pass when the twisted wire is not broken, and “x” as a NG product when the wire is broken.
  • Table 3 shows the results of measurement and evaluation of the examples and comparative examples by the above methods.
  • an aluminum alloy wire, an aluminum alloy twisted wire, and a coating that have high strength and excellent impact resistance are used as an electric wiring body that can be used for a thin wire and is difficult to break. It becomes possible to provide the manufacturing method of an electric wire and a wire harness, and an aluminum alloy wire.
  • the present invention is particularly useful as a battery cable mounted on a moving body, a harness or a conductor for a motor, and a wiring body for an industrial robot. Furthermore, since the aluminum alloy wire of the present invention has high tensile strength and excellent impact resistance, it is possible to make the wire diameter thinner than that of a conventional wire.

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Abstract

　本発明は、高強度で優れた耐衝撃性を有し、細径線にも使用可能な断線しにくい電気配線体に用いられるアルミニウム合金線材等を提供する。　本発明のアルミニウム合金線材は、Mg：0.10～1.00質量％、Si：0.10～1.00質量％、Fe：0.01～1.40質量％、Ti：0～0.100質量％、B：0～0.030質量％、Cu：0～1.00質量％、Ag：0～0.50質量％、Au：0～0.50質量％、Mn：0～1.00質量％、Cr：0～1.00質量％、Zr：0～0.50質量％、Hf：0～0.50質量％、V：0～0.50質量％、Sc：0～0.50質量％、Sn：0～0.50質量％、Co：0～0.50質量％、Ni：0～0.50質量％、残部：Alおよび不可避不純物である組成を有し、（Al合金線材の結晶粒径の標準偏差）／（Al合金線材の平均結晶粒径）の比が0.57以下であり、かつ（Al合金線材の直径）／（Al合金線材の平均結晶粒径）の比が10以上であることを特徴とする。

Description

アルミニウム合金線材、アルミニウム合金撚線、被覆電線およびワイヤーハーネス、ならびにアルミニウム合金線材の製造方法
　本発明は、電気配線体の線材として用いられるアルミニウム合金線材、アルミニウム合金撚線、被覆電線およびワイヤーハーネス、ならびにアルミニウム合金線材の製造方法に関する。
　従来、自動車、電車、航空機等の移動体の電気配線体、または産業用ロボットの電気配線体として、銅又は銅合金の線材を含む電線に、銅又は銅合金（例えば、黄銅）製の端子（コネクタ）を装着した、いわゆるワイヤーハーネスと呼ばれる部材が用いられてきた。昨今では、自動車の高性能化や高機能化が急速に進められており、これに伴い、車載される各種の電気機器、制御機器などの配設数が増加するとともに、これら機器に使用される電気配線体の配設数も増加する傾向にある。また、その一方で、環境対応のために自動車等の移動体の燃費を向上させるため、移動体の軽量化が強く望まれている。
　こうした移動体の軽量化を達成するための手段の一つとして、例えば電気配線体の線材を、従来から用いられている銅又は銅合金に代えて、より軽量なアルミニウム又はアルミニウム合金にする検討が進められている。アルミニウムの比重は銅の比重の約１／３、アルミニウムの導電率は銅の導電率の約２／３（純銅を１００％ＩＡＣＳの基準とした場合、純アルミニウムは約６６％ＩＡＣＳ）であり、アルミニウムの導体に、銅の導体と同じ電流を流すためには、アルミニウムの導体の断面積を、銅の導体の断面積の約１．５倍と大きくする必要があるが、そのように断面積を大きくしたアルミニウムの導体を用いたとしても、アルミニウムの導体の質量は、純銅の導体の質量の半分程度であることから、アルミニウムの導体を使用することは、軽量化の観点から有利である。なお、上記の％ＩＡＣＳとは、万国標準軟銅（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ａｎｎｅａｌｅｄ　Ｃｏｐｐｅｒ　Ｓｔａｎｄａｒｄ）の抵抗率１．７２４１×１０－８Ωｍを１００％ＩＡＣＳとした場合の導電率を表したものである。
　しかし、送電線用アルミニウム合金線材（ＪＩＳ規格によるＡ１０６０やＡ１０７０）を代表とする純アルミニウム線材では、一般に引張耐久性、耐衝撃性、屈曲特性などが劣ることが知られている。そのため、例えば、車体への取付け作業時に作業者や産業機器などによって不意に負荷される荷重や、電線と端子の接続部における圧着部での引っ張りや、ドア部などの屈曲部で負荷される繰り返し応力などに耐えることができない。また、種々の添加元素を加えて合金化した材料は引張強度を高めることは可能であるものの、アルミニウム中への添加元素の固溶現象により導電率の低下を招くこと、アルミニウム中に過剰な金属間化合物を形成することで伸線加工中に金属間化合物に起因する断線が生じることがあった。そのため、添加元素を限定ないし選択することにより、十分な伸び特性を有することで断線しないことを必須とし、さらに、従来レベルの導電率と引張強度を確保しつつ、耐衝撃性、屈曲特性を向上させる必要があった。
　そのような特性を有するアルミニウム合金線材として、例えばＭｇとＳｉを含有するアルミニウム合金線材が知られており、このアルミニウム合金線材の代表例としては、６０００系アルミニウム合金（Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系合金）線材が挙げられる。６０００系アルミニウム合金線材は、一般に、溶体化処理及び時効処理を施すことにより高強度化を図ることができる。
　移動体の電気配線体に用いられる従来の６０００系アルミニウム合金線としては、例えば本出願人が提案した特許文献１に記載されている。特許文献１に記載のアルミニウム合金線は、外周部と内部の結晶粒径を制御して、特に、極細線でありながらも、高導電率、高い耐屈曲疲労特性、適切な耐力、更には高い伸び性に優れるアルミニウム合金線を実現するものである。
特許第５６０７８５３号公報
　しかしながら、近年では環境対応のために自動車等の移動体の燃費向上のため移動体の軽量化が細部にまで要求されており、より線径が小さな細径線へのアルミの適用が望まれている。細径線ほど断面積が小さくなり、製造時のラインテンションや、車体への取付け作業時に作業者や産業機器などによって不意に負荷される荷重に耐えることができず断線の恐れが高まるため、移動体の細径電線としてアルミを使用することが難しかった。このように近年では、さらに耐衝撃性も要求されるような厳しい用途に使用される場合が想定され、かかる場合には、特許文献１に記載されたアルミニウム合金線材であっても、要求に十分応えることができない可能性もあり、更なる改良を行なう必要があった。
　本発明の目的は、高強度かつ優れた耐衝撃性を有し、細径線にも使用可能な断線しにくい電気配線体の線材として用いられるアルミニウム合金線材、アルミニウム合金撚線、被覆電線およびワイヤーハーネス、ならびにアルミニウム合金線材の製造方法を提供することにある。
　本発明者らは種々検討を重ね、アルミニウム合金線材を製造する際の熱処理条件を制御し、結晶粒組織の適正化を図ることによって、高い引張強度を保ちつつ、優れた耐衝撃性を具備するアルミニウム合金線材を製造しうることを見出し、この知見に基づき本発明を完成するに至った。
　すなわち、本発明の要旨構成は以下のとおりである。
（１）Ｍｇ：０．１０～１．００質量％、Ｓｉ：０．１０～１．００質量％、Ｆｅ：０．０１～１．４０質量％、Ｔｉ：０ ～０．１００質量％、Ｂ：０～０．０３０質量％、Ｃｕ：０～１．００質量％、Ａｇ：０～０．５０質量％、Ａｕ：０～０．５０質量％、Ｍｎ：０～１．００質量％、Ｃｒ：０～１．００質量％、Ｚｒ：０～０．５０質量％、Ｈｆ：０～０．５０質量％、Ｖ：０～０．５０質量％、Ｓｃ：０～０．５０質量％、Ｓｎ：０～０．５０質量％、Ｃｏ：０～０．５０質量％、Ｎｉ：０～０．５０質量％、残部：Ａｌおよび不可避不純物である組成を有し、（アルミニウム合金線材の結晶粒径の標準偏差）／（アルミニウム合金線材の平均結晶粒径）の比が０．５７以下であり、かつ（アルミニウム合金線材の直径）／（アルミニウム合金線材の平均結晶粒径）の比が１０以上であることを特徴とするアルミニウム合金線材。なお、上記化学組成に含有範囲が挙げられている元素のうち、含有範囲の下限値が「０質量％」と記載されている元素はいずれも、必要に応じて任意に添加される選択添加元素を意味する。すなわち所定の添加元素が「０質量％」の場合、その添加元素が含まれないことを意味する。
（２）前記化学組成が、Ｔｉ：０．００１～０．１００質量％とＢ：０．００１～０．０３０質量％のうち両方かいずれかひとつを含有する、上記（１）記載のアルミニウム合金線材。
（３）　前記化学組成が、Ｃｕ：０．０１～１．００質量％、Ａｇ：０．０１～０．５０質量％、Ａｕ：０．０１～０．５０質量％、Ｍｎ：０．０１～１．００質量％、Ｃｒ：０．０１～１．００質量％、Ｚｒ：０．０１～０．５０質量％、Ｈｆ：０．０１～０．５０質量％、Ｖ：０．０１～０．５０質量％、Ｓｃ：０．０１～０．５０質量％、Ｓｎ：０．０１～０．５０質量％、Ｃｏ：０．０１～０．５０質量％およびＮｉ：０．０１～０．５０質量％のうち、少なくともひとつを含有する、上記（１）または（２）記載のアルミニウム合金線材。
（４）直径が０．１０～０．５０ｍｍである、上記（１）、（２）または（３）に記載のアルミニウム合金線材。
（５）上記（１）～（４）のいずれか１項に記載のアルミニウム合金線材を複数本撚り合わせてなるアルミニウム合金撚線。
（６）前記アルミニウム合金撚線の耐衝撃性を評価する手法にて、荷重２．９４Ｎ（３００ｇｆ）にて断線しないことを特徴とする、上記（５）に記載のアルミニウム合金撚線。
（７）上記（１）～（４）のいずれか１項に記載のアルミニウム合金線材または上記（５）に記載のアルミニウム合金撚線の外周に被覆層を有する被覆電線。
（８）上記（７）に記載の被覆電線と、該被覆電線の、前記被覆層を除去した端部に装着された端子とを備えるワイヤーハーネス。
（９）端子圧着された電線の耐衝撃性を評価する手法にて、荷重４．９０Ｎ（５００ｇｆ）にて断線しないことを特徴とする、上記（８）に記載のワイヤーハーネス。
（１０）Ｍｇ：０．１０～１．００質量％、Ｓｉ：０．１０～１．００質量％、Ｆｅ：０．０１～１．４０質量％、Ｔｉ：０ ～０．１００質量％、Ｂ：０～０．０３０質量％、Ｃｕ：０～１．００質量％、Ａｇ：０～０．５０質量％、Ａｕ：０～０．５０質量％、Ｍｎ：０～１．００質量％、Ｃｒ：０～１．００質量％、Ｚｒ：０～０．５０質量％、Ｈｆ：０～０．５０質量％、Ｖ：０～０．５０質量％、Ｓｃ：０～０．５０質量％、Ｓｎ：０～０．５０質量％、Ｃｏ：０～０．５０質量％、Ｎｉ：０～０．５０質量％、残部：Ａｌおよび不可避不純物である組成を有するアルミ合金素材を、溶解、鋳造後に、熱間加工を経て荒引線を形成し、その後、伸線加工を行い、溶体化処理および時効熱処理の各工程を順次行うことを含むアルミニウム合金線材の製造方法であって、溶体化熱処理は、３００～４００℃の温度に加熱して保持する第１ステップと、５００℃以上に加熱する第２ステップとの２段熱処理で行なう、アルミニウム合金線材の製造方法。
　本発明によれば、上記の構成により、高強度かつ優れた耐衝撃性を有し、細径線にも使用可能な断線しにくい電気配線体の線材として用いられるアルミニウム合金線材、アルミニウム合金撚線、被覆電線、ワイヤーハーネスおよびアルミニウム合金線材の製造方法を提供することが可能になる。本発明は、特に移動体に搭載されるバッテリーケーブル、ハーネスあるいはモータ用導線、産業用ロボットの配線体として有用である。さらに、本発明のアルミニウム合金線材は、高い引張強度および優れた耐衝撃性を有することから、従来の電線よりも電線径を細くすることも可能である。
アルミニウム合金線材の耐衝撃性を評価する手法である、荷重落下試験の説明図である。 端子圧着された電線の耐衝撃性を評価する手法である、荷重落下試験の説明図である。
　本発明の実施形態（以下、単に「本実施形態」という。）のアルミニウム合金線材は、Ｍｇ：０．１０～１．００質量％、Ｓｉ：０．１０～１．００質量％、Ｆｅ：０．０１～１．４０質量％、Ｔｉ：０ ～０．１００質量％、Ｂ：０～０．０３０質量％、Ｃｕ：０～１．００質量％、Ａｇ：０～０．５０質量％、Ａｕ：０～０．５０質量％、Ｍｎ：０～１．００質量％、Ｃｒ：０～１．００質量％、Ｚｒ：０～０．５０質量％、Ｈｆ：０～０．５０質量％、Ｖ：０～０．５０質量％、Ｓｃ：０～０．５０質量％、Ｓｎ：０～０．５０質量％、Ｃｏ：０～０．５０質量％、Ｎｉ：０～０．５０質量％、残部：Ａｌおよび不可避不純物である組成を有し、（アルミニウム合金線材の結晶粒径の標準偏差）／（アルミニウム合金線材の平均結晶粒径）の比が０．５７以下であり、かつ（アルミニウム合金線材の直径）／（アルミニウム合金線材の平均結晶粒径）の比が１０以上であることを特徴とする。
　以下に、本実施形態のアルミニウム合金線材の化学組成および結晶粒径の限定理由を示す。
（１）化学組成
＜Ｍｇ：０．１０～１．００質量％＞
　Ｍｇ（マグネシウム）は、アルミニウム母材中に固溶して強化する作用を有すると共に、その一部はＳｉと化合して析出物を形成して引張強度を向上させる作用を有する元素である。しかしながら、Ｍｇ含有量が０．１０質量％未満だと、上記作用効果が不十分であり、また、Ｍｇ含有量が１．００質量％を超えると、導電率が低下する。したがって、Ｍｇ含有量は０．１０～１．００質量％とする。なお、Ｍｇ含有量は、高強度を重視する場合には０．５０～１．００質量％にすることが好ましく、また、導電率を重視する場合には０．１０質量％以上０．５０質量％未満とすることが好ましく、このような観点から総合的に０．３０～０．７０質量％が好ましい。
＜Ｓｉ：０．１０～１．００質量％＞
　Ｓｉ（ケイ素）は、Ｍｇと化合して析出物を形成して引張強度を向上させる作用を有する元素である。Ｓｉ含有量が０．１０質量％未満だと、上記作用効果が不十分であり、また、Ｓｉ含有量が１．００質量％を超えると、導電率が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は０．１０～１．００質量％とする。なお、Ｓｉ含有量は、高強度を重視する場合には０．５０～１．００質量％にすることが好ましく、また、導電率を重視する場合には０．１０質量％以上０．５０質量％未満とすることが好ましく、このような観点から総合的に０．３０～０．７０質量％が好ましい。
＜Ｆｅ：０．０１～１．４０質量％＞
　Ｆｅ（鉄）は、主にＡｌ－Ｆｅ系の金属間化合物を形成することによって結晶粒の微細化に寄与すると共に、引張強度を向上させる元素である。Ｆｅは、Ａｌ中に６５５℃で０．０５質量％しか固溶できず、室温では更に少ないため、Ａｌ中に固溶できない残りのＦｅは、Ａｌ－Ｆｅ、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｍｇなどの金属間化合物として晶出又は析出する。この金属間化合物は、結晶粒の微細化に寄与すると共に、引張強度を向上させる。また、Ｆｅは、Ａｌ中に固溶したＦｅによっても引張強度を向上させる作用を有する。Ｆｅ含有量が０．０１質量％未満だと、これらの作用効果が不十分であり、また、Ｆｅ含有量が１．４０質量％超えだと、晶出物または析出物の粗大化により伸線加工性が悪くなり、導電率も低下する。したがって、Ｆｅ含有量は０．０１～１．４０質量％とし、好ましくは０．１０～０．７０質量％、更に好ましくは０．１０～０．４５質量％とする。
　本実施形態のアルミニウム合金線材は、Ｍｇ、ＳｉおよびＦｅを必須の含有成分とするが、必要に応じて、さらに、ＴｉとＢのうち両方かいずれかひとつ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｓｃ、Ｓｎ、ＣｏおよびＮｉのうち、少なくともひとつを含有させることができる。
＜Ｔｉ：０．００１～０．１００質量％＞
　Ｔｉ（チタン）は、溶解鋳造時の鋳塊の組織を微細化する作用を有する元素である。鋳塊の組織が粗大であると、鋳造において鋳塊割れや線材加工工程において断線が発生して工業的に望ましくない。Ｔｉ含有量が０．００１質量％未満であると、上記作用効果を十分に発揮することができず、また、Ｔｉ含有量が０．１００質量％超えだと導電率が低下する傾向があるからである。したがって、Ｔｉ含有量は０．００１～０．１００質量％とし、好ましくは０．００５～０．０５０質量％、より好ましくは０．００５～０．０３０質量％とする。
＜Ｂ：０．００１～０．０３０質量％＞
　Ｂ（ホウ素）は、Ｔｉと同様、溶解鋳造時の鋳塊の組織を微細化する作用を有する元素である。鋳塊の組織が粗大であると、鋳造において鋳塊割れや線材加工工程において断線が発生しやすくなるため工業的に望ましくない。Ｂ含有量が０．００１質量％未満であると、上記作用効果を十分に発揮することができず、また、Ｂ含有量が０．０３０質量％超えだと導電率が低下する傾向がある。したがって、Ｂ含有量は０．００１～０．０３０質量％とし、好ましくは０．００１～０．０２０質量％、より好ましくは０．００１～０．０１０質量％とする。
＜Ｃｕ：０．０１～１．００質量％＞、＜Ａｇ：０．０１～０．５０質量％＞、＜Ａｕ：０．０１～０．５０質量％＞、＜Ｍｎ：０．０１～１．００質量％＞、＜Ｃｒ：０．０１～１．００質量％＞および＜Ｚｒ：０．０１～０．５０質量％＞、＜Ｈｆ：０．０１～０．５０質量％＞、＜Ｖ：０．０１～０．５０質量％＞、＜Ｓｃ：０．０１～０．５０質量％＞、＜Ｓｎ：０．０１～０．５０質量％＞、＜Ｃｏ：０．０１～０．５０質量％＞および＜Ｎｉ：０．０１～０．５０質量％＞のうち、少なくともひとつを含有させること
　Ｃｕ（銅）、Ａｇ（銀）、Ａｕ（金）、Ｍｎ（マンガン）、Ｃｒ（クロム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｖ（バナジウム）、Ｓｃ（スカンジウム）、Ｓｎ（錫）、Ｃｏ（コバルト）およびＮｉ（ニッケル）は、いずれも結晶粒を微細化する作用を有する元素であり、さらに、Ｃｕ、ＡｇおよびＡｕは、粒界に析出することで粒界強度を高める作用も有する元素であって、これらの元素の少なくとも１種を０．０１質量％以上含有していれば、上述した作用効果が得られ、引張強度および伸びを向上させることができる。一方、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｓｃ、Ｓｎ、ＣｏおよびＮｉの含有量のいずれかが、それぞれ上記の上限値を超えると、該元素を含有する化合物が粗大になり、伸線加工性を劣化させるため断線が生じやすく、また、導電率が低下する傾向がある。したがって、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｓｃ、Ｓｎ、ＣｏおよびＮｉの含有量の範囲は、それぞれ上記の範囲とする。
　また、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｓｃ、Ｓｎ、ＣｏおよびＮｉは、多く含有するほど導電率が低下する傾向と伸線加工性が劣化する傾向がある。従って、これらの元素の含有量の合計は、２．００質量％以下とするのが好ましい。本発明のアルミニウム合金線材ではＦｅは必須元素なので、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｓｃ、Ｓｎ、ＣｏおよびＮｉの含有量の合計は０．０１～２．０質量％とする。これらの元素の含有量は、０．０５～１．０質量％とするのが更に好ましい。ただし、これらの元素を単独で添加する場合は、含有量が多いほど該元素を含有する化合物が粗大になる傾向にあり、伸線加工性を劣化させ、断線が生じやすくなることから、それぞれの元素において上記の規定の含有範囲とする。
＜残部：Ａｌおよび不可避不純物＞
　上述した成分以外の残部はＡｌ（アルミニウム）および不可避不純物である。ここでいう不可避不純物は、製造工程上、不可避的に含まれうる含有レベルの不純物を意味する。不可避不純物は、含有量によっては導電率を低下させる要因にもなりうるため、導電率の低下を加味して不可避不純物の含有量をある程度抑制することが好ましい。不可避不純物として挙げられる成分としては、例えば、Ｇａ（ガリウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｂｉ（ビスマス）、Ｐｂ（鉛）などが挙げられる。
（２）結晶粒径
　本発明は、上記化学組成を有することに加えて、（アルミニウム合金線材の結晶粒径の標準偏差）／（アルミニウム合金線材の平均結晶粒径）の比が０．５７以下であり、かつ（アルミニウム合金線材の直径）／（アルミニウム合金線材の平均結晶粒径）の比が１０以上であることが必要である。本発明では、このような構成に限定することにより、高い引張強度を保ちつつ、優れた耐衝撃性を有することができる。本発明者らの検討では、材料の変形のしやすさが結晶粒サイズに起因していることを見出し、結晶粒組織が均一に分散している場合において、優れた耐衝撃性が得られることがわかった。（アルミニウム合金線材の結晶粒径の標準偏差）／（アルミニウム合金線材の平均結晶粒径）の比が０．５７よりも高い場合、大きな結晶粒から変形が起こりやすく、断線が発生しやすくなり、耐衝撃性が要求される細径電線に好適に用いることができない。また、（アルミニウム合金線材の直径）／（アルミニウム合金の平均結晶粒径）の比が１０未満であると、線径との関係で結晶粒径が相対的に大きくなり、材料の変形の不均一性が顕著に現れ、耐衝撃性が低下するからである。なお、「結晶粒径の標準偏差」および「平均結晶粒径」の測定は、以下の方法によって行うことができる。まず、線材長手方向にて線材の中心線を含むように平行に切り出した供試材の断面を樹脂で埋め、機械研磨後、電解研磨を行い、その後、この供試材の断面組織を２００～４００倍の光学顕微鏡で撮影し、ＪＩＳ　Ｈ　０５０１－１９８６（伸銅品結晶粒度試験方法）に準じて切断法による粒径測定によって行うことができる。具体的には、測定方法に偏りが出ないようにするため、撮影された写真に線材長手方向と４５°の角度を持たせた直線を引き、その直線と交わるそれぞれの粒界間の直線距離を撮影倍率で除して得られた算出値を結晶粒径とした。この測定方法によって、例えば５０個の結晶粒の結晶粒径を求め、求めた（５０個の結晶粒の）結晶粒径から、標準偏差および平均結晶粒径を算出することができる。また、（５０個の）結晶粒径は、複数本の直線を用いるなどして、直線の長さと本数を調節して測定することができる。
　なお本出願人は、特許文献１に、外周部並びに内部の結晶粒組織を制御して、高導電性、高い耐屈曲疲労特性、適切な耐力および高い伸び性を示す電気配線体の線材について開示したが、上述した結晶粒の均一性と耐衝撃性との関係については、特許文献１の出願時には定かではなかったため、何ら開示はしていなかった。
　本実施形態のような結晶粒組織を有するアルミニウム合金線材を得るには、アルミ合金線材の製造条件などを以下のように制御することにより実現することができる。以下、本実施形態のアルミニウム合金線の好適な製造方法を説明する。
（本発明の一実施例によるアルミニウム合金線材の製造方法）
　本発明の一実施例によるアルミニウム合金線材は、Ｍｇ：０．１０～１．００質量％、Ｓｉ：０．１０～１．００質量％、Ｆｅ：０．０１～１．４０質量％、Ｔｉ：０ ～０．１００質量％、Ｂ：０～０．０３０質量％、Ｃｕ：０～１．００質量％、Ａｇ：０～０．５０質量％、Ａｕ：０～０．５０質量％、Ｍｎ：０～１．００質量％、Ｃｒ：０～１．００質量％、Ｚｒ：０～０．５０質量％、Ｈｆ：０～０．５０質量％、Ｖ：０～０．５０質量％、Ｓｃ：０～０．５０質量％、Ｓｎ：０～０．５０質量％、Ｃｏ：０～０．５０質量％、Ｎｉ：０～０．５０質量％、残部：Ａｌおよび不可避不純物である組成を有するアルミニウム合金素材を、溶解、鋳造後に、熱間加工を経て荒引線を形成し、その後、伸線加工を行い、溶体化処理および時効熱処理の各工程を順次行うことを含むアルミニウム合金線材の製造方法であって、溶体化熱処理は、３００～４００℃の温度に加熱して保持する第１ステップと、５００℃以上に加熱する第２ステップとの２段熱処理で行なう製造方法によって製造することができる。
　本実施形態のアルミニウム合金線材は、具体的な例としては、［１］溶解、［２］鋳造、［３］熱間加工（溝ロール加工など）、［４］第１伸線加工、［５］中間熱処理、［６］第２伸線加工、［７］溶体化熱処理、および［８］時効熱処理の各工程を順次行うことを含む製造方法が挙げられる。なお、溶体化熱処理前後、または時効熱処理の後に、撚り線とする工程や電線に樹脂被覆を行う工程を設けてもよい。以下、［１］～［８］の工程について説明する。
［１］溶解
　溶解工程では、上述したアルミニウム合金組成になるように各成分の分量を調整した材料を用意し、それを溶解する。
［２］鋳造および［３］熱間加工（溝ロール加工など）
　次いで、鋳造輪とベルトを組み合わせたプロペルチ式の連続鋳造圧延機を用いて、溶湯を水冷した鋳型で鋳造し、連続して圧延を行い、例えば直径５～１３ｍｍφの適宜の太さの棒材とする。このときの鋳造時の冷却速度は、Ｆｅ系晶出物の粗大化の防止とＦｅの強制固溶による導電率低下の防止の観点から、好ましくは１～２０℃／ｓであるが、これに制限されるものではない。鋳造及び熱間圧延は、ビレット鋳造及び押出法などにより行ってもよい。
［４］第１伸線加工
　次いで、例えば直径５～１２．５ｍｍφの適宜の太さの棒材とし、これを冷間で伸線加工する。伸線加工前に表面の皮むきを行う場合もあり表面の清浄化がなされるが、行わなくてもよい。
［５］中間熱処理
　冷間伸線した加工材に中間熱処理を施す。加工して硬くなった伸線材の柔軟性を取り戻すために軟化させる熱処理として、好ましくは３００～４５０℃に保持する。時間は均熱が得られれば特に制限しないが、生産性を考え５時間以下の保持時間とすることが好ましい。
［６］第２伸線加工
　上記中間熱処理の後、さらに冷間で伸線加工を施す。
［７］溶体化熱処理
　冷間伸線した加工材に溶体化熱処理を行う。溶体化とはＭｇ及びＳｉなどの化合物をアルミニウム中に溶け込ませる工程である。本発明の溶体化熱処理は、３００～４００℃の温度に加熱して保持する第１ステップと、５００℃以上に加熱する第２ステップとの２段熱処理で行なうことが必要である。第一ステップの熱処理温度が３００℃未満であると、再結晶が十分になされず、第二ステップにて不均一な結晶粒成長をしてしまい結晶粒径にばらつきが生じて耐衝撃性が低くなる。また、第一ステップの熱処理温度が４００℃よりも高いと、結晶粒が大きくなりすぎて第二ステップにて線材の線径との関係で結晶粒径が相対的に大きくなってしまい、やはり耐衝撃性が低くなる。第一ステップの熱処理時間は、結晶粒サイズのばらつきを抑えるため１０分以上が好ましく、また、生産性を考えると５時間以内が好ましい。第二ステップの熱処理温度が５００℃未満であると溶体化が十分になされず固溶元素による強化が見込めないばかりか、その後の時効熱処理において十分な析出物が得られず強度が低くなる。よって、本発明の溶体化熱処理は、３００～４００℃の温度に加熱して保持する第１ステップと、５００℃以上に加熱する第２ステップとの２段熱処理で行なうこととする。なお、第２ステップの熱処理温度の上限値は、５８０℃よりも高いと、結晶粒界から優先的に溶融し、引張強度及び耐衝撃性が低くなる傾向があるため、５８０℃とすることが好ましい。
　また、溶体化熱処理における冷却は、少なくとも２００℃の温度までは１０℃／ｓ以上の平均冷却速度で行うことが好ましい。前記平均冷却速度が１０℃／ｓ未満であると、冷却中にＭｇ２Ｓｉを始めとしたＭｇ、Ｓｉなどの析出物が生じてしまい、その後に行う時効熱処理工程での引張強度の向上効果が制限され、十分な引張強度が得られない傾向があるからである。なお、前記平均冷却速度は、好ましくは１５℃／ｓ以上であり、更に好ましくは２０℃／ｓ以上である。
［８］時効熱処理
　次いで、時効熱処理を施す。時効熱処理は、Ｍｇ及びＳｉの集合体または析出物を出現させるために行う。時効熱処理における加熱温度は、好ましくは１００～２５０℃である。前記加熱温度が１００℃未満であると、Ｍｇ及びＳｉの集合体または析出物を十分に出現させることができず、引張強度および導電率が不足しがちである。また、前記加熱温度が２５０℃よりも高いと、Ｍｇ及びＳｉの析出物のサイズが大きくなりすぎるため、導電率は上昇するが、引張強度が不足しがちである。時効熱処理における加熱温度は、好ましくは１００～２００℃である。なお、加熱時間は、温度によって最適な時間が変化する。低温では長時間、高温では短時間の加熱が引張強度を向上させる上で好ましい。生産性を考慮すると短時間が良く、好ましくは１５時間以下、更に好ましくは１０時間以下である。なお、時効熱処理における冷却は、特性のバラつきを防止するために、可能な限り冷却速度を速くすることが好ましい。しかし、製造工程上、速く冷却できない場合は、冷却中にＭｇ及びＳｉの析出物量の変化が起こることも考慮に入れて時効条件を適宜設定することができる。
　本実施形態のアルミニウム合金線材は、素線径を、特に制限はなく用途に応じて適宜定めることができる。細物線の場合は例えば、０．１０～０．５０ｍｍφ、中細物線の場合は０．５０～１．５０ｍｍφである。本実施形態のアルミニウム合金線材は、アルミニウム合金線として、単線で細くして使用できることが利点の一つであるが、複数本束ねて撚り合わせて得られるアルミニウム合金撚線として使用することもでき、上述した本実施形態の製造方法を構成する上記［１］～［８］の工程のうち、［１］～［６］の各工程を順次行ったアルミニウム合金線を複数本に束ねて撚り合わせた後に、［７］溶体化熱処理および［８］時効熱処理の工程を行ってもよい。
　また、本実施形態では追加の工程として連続鋳造圧延後に、従来法で行われているような均質化熱処理を行なうことも可能である。均質化熱処理は、添加元素の析出物(主にＭｇ－Ｓｉ系化合物)を均一に分散させることができるため、その後の第１熱処理にて均一な結晶組織が得られやすくなる結果、高い引張強度および良好な曲げ性がより安定して得られる。均質化熱処理は、加熱温度を４５０℃～６００℃、加熱時間を１～１０時間にて行なうことが好ましく、より好ましくは５００～６００℃である。また、均質化加熱処理における冷却は、０．１～１０℃／分の平均冷却速度で徐冷することが、均一な化合物が得られやすくなる点で好ましい。
　本実施形態のアルミニウム合金線材は、アルミニウム合金線として、または複数本のアルミニウム合金線を撚り合わせて得られるアルミニウム合金撚線として使用することができるとともに、さらに、アルミニウム合金線またはアルミニウム合金撚線の外周に被覆層を有する被覆電線として使用することもでき、加えて、被覆電線と、この被覆電線の、被覆層を除去した端部に装着された端子とを備えるワイヤーハーネス（組電線）として使用することもまた可能である。また、本発明のアルミニウム合金撚線は、耐衝撃性を評価する手法にて、荷重２．９４Ｎ（３００ｇｆ）にて断線しないように構成し、加えて、本発明のワイヤーハーネスは、端子圧着された電線の耐衝撃性を評価する手法にて、荷重４．９０Ｎ（５００ｇｆ）にて断線しないように構成することが好適である。
　本発明を以下の実施例に基づき詳細に説明する。なお本発明は、以下に示す実施例に限定されるものではない。
（実施例、比較例）
　Ｍｇ、Ｓｉ、Ｆｅ及びＡｌと、選択的に添加するＴｉ、Ｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｓｃ、Ｓｎ、Ｃｏ、Ｎｉを、表１に示す含有量（質量％）になるようにプロペルチ式の連続鋳造圧延機を用いて、溶湯を調合し、水冷した鋳型で連続的に鋳造しながら圧延を行い、約９．５ｍｍφの棒材とした。このときの鋳造時の冷却速度は約１５℃／ｓとした。次に、第１伸線加工を施し、３５０℃、２時間の中間熱処理を施し、さらに０．３１ｍｍφの線径まで第２伸線加工を行った。次に、表２に示す条件で溶体化熱処理を施した。中間熱処理及び溶体化熱処理とも、線材に熱電対を巻きつけて線材温度を測定した。溶体化熱処理後に、表２に示す条件で時効熱処理を施し、アルミニウム合金線を製造した。
　作製した各々の実施例及び比較例のアルミニウム合金線について、以下に示す方法により各特性を測定、評価した。
　（Ａ）結晶粒径の標準偏差および平均結晶粒径の測定
　「結晶粒径の標準偏差」および「平均結晶粒径」の測定は、以下の方法によって行った。まず、線材長手方向にて線材の中心線を含むように平行に切り出した供試材の断面を樹脂で埋め、機械研磨後、電解研磨を行い、その後、この供試材の断面組織を２００～４００倍の光学顕微鏡で撮影し、ＪＩＳ　Ｈ　０５０１－１９８６（伸銅品結晶粒度試験方法）に準じて切断法による粒径測定によって行った。具体的には、測定方法に偏りが出ないようにするため、撮影された写真に線材長手方向と４５°の角度を持たせた直線を引き、その直線と交わるそれぞれの粒界間の直線距離を撮影倍率で除して得られた算出値を結晶粒径とした。この測定方法によって、例えば５０個の結晶粒の結晶粒径を求め、求めた（５０個の結晶粒の）結晶粒径から、標準偏差および平均結晶粒径を算出した。また、（５０個の）結晶粒径は、複数本の直線を用いるなどして、直線の長さと本数を調節して測定した。
　（Ｂ）引張強度（ＴＳ）の測定
　ＪＩＳ　Ｚ　２２４１：２０１１に準じて各３本ずつの供試材（アルミニウム合金線）について引張試験を行い、それらの平均値を求めた。従来同様、断面積が小さい細径線に適用しても断線することなく使用可能とするために、高い引張強度が求められていることから、本発明においても２００ＭＰａ以上を合格レベルとした。
　（Ｃ）アルミニウム合金撚線の耐衝撃性（Ｉ）の測定
　時効熱処理が完了したアルミニウム合金撚線１１は、図１に示すように、一端１２を固定し、他端１３に３００ｇの錘をつけ、一端１２から他端１３までの撚線長を３００ｍｍとし、錘を３００ｍｍの高さまで垂直上方に持ち上げた後に自由落下させたときに撚線が断線するか否かを試験し、耐衝撃性を評価した。なお、表３中に示す耐衝撃性は、撚線が断線しなかった場合を合格として「○」、断線した場合をＮＧ品として「×」として示す。
　（Ｄ）ワイヤーハーネスの耐衝撃性（ＩＩ）の測定
　端子圧着されたワイヤーハーネスのアルミ電線２１の端子固定部分２２を固定し、電線端２３に５００ｇの錘をつけ、端子固定部分２２から電線端２３までの電線長を３００ｍｍとし、錘を３００ｍｍの高さまで垂直上方に持ち上げた後に自由落下させたときにアルミ電線２１が断線するか否かを試験し、耐衝撃性を評価した。なお、表３中に示す耐衝撃性は、電線が断線しなかった場合を合格として「○」、断線した場合をＮＧ品として「×」として示す。
　実施例、比較例を上記方法にて測定、評価した結果を、表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001






Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002








Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３の結果より、実施例１～９はいずれも、（アルミニウム合金線材の結晶粒径の標準偏差）／（アルミニウム合金線材の平均結晶粒径）の比および（アルミニウム合金線材の直径）／（アルミニウム合金線材の平均結晶粒径）の比が本発明の範囲内であるため、アルミニウム合金線材の引張強度、アルミニウム合金撚線の耐衝撃性（Ｉ）およびワイヤーハーネスの耐衝撃性（ＩＩ）のいずれもが優れていた。一方、比較例１～６はいずれも、（アルミニウム合金線材の結晶粒径の標準偏差）／（アルミニウム合金線材の平均結晶粒径）の比および（アルミニウム合金線材の直径）／（アルミニウム合金線材の平均結晶粒径）の比の少なくとも一方が本発明の範囲外であるため、アルミニウム合金撚線の耐衝撃性（Ｉ）およびワイヤーハーネスの耐衝撃性（ＩＩ）のいずれもが劣っており、また、比較例４～６は引張強度も劣っていた。
　本発明によれば、上記の構成により、高強度かつ優れた耐衝撃性を有し、細径線にも使用可能な断線しにくい電気配線体として用いられるアルミニウム合金線材、アルミニウム合金撚線、被覆電線およびワイヤーハーネス、ならびにアルミニウム合金線材の製造方法を提供することが可能になる。本発明は、特に移動体に搭載されるバッテリーケーブル、ハーネスあるいはモータ用導線、産業用ロボットの配線体として有用である。さらに、本発明のアルミニウム合金線材は、高引張強度及び優れた耐衝撃性を有することから従来の電線よりも電線径を細くすることも可能である。
　１１　アルミニウム合金撚線
　１２　アルミニウム合金撚線の一端
　１３　アルミニウム合金撚線の他端
　２１　ワイヤーハーネスのアルミ電線
　２２　ワイヤーハーネスのアルミ電線の端子固定部分
　２３　ワイヤーハーネスのアルミ電線の電線端

Claims (10)

  1. 　Ｍｇ：０．１０～１．００質量％、Ｓｉ：０．１０～１．００質量％、Ｆｅ：０．０１～１．４０質量％、Ｔｉ：０ ～０．１００質量％、Ｂ：０～０．０３０質量％、Ｃｕ：０～１．００質量％、Ａｇ：０～０．５０質量％、Ａｕ：０～０．５０質量％、Ｍｎ：０～１．００質量％、Ｃｒ：０～１．００質量％、Ｚｒ：０～０．５０質量％、Ｈｆ：０～０．５０質量％、Ｖ：０～０．５０質量％、Ｓｃ：０～０．５０質量％、Ｓｎ：０～０．５０質量％、Ｃｏ：０～０．５０質量％、Ｎｉ：０～０．５０質量％、残部：Ａｌおよび不可避不純物である組成を有し、（アルミニウム合金線材の結晶粒径の標準偏差）／（アルミニウム合金線材の平均結晶粒径）の比が０．５７以下であり、かつ（アルミニウム合金線材の直径）／（アルミニウム合金線材の平均結晶粒径）の比が１０以上であることを特徴とするアルミニウム合金線材。
  2. 　前記化学組成が、Ｔｉ：０．００１～０．１００質量％とＢ：０．００１～０．０３０質量％のうち両方かいずれかひとつを含有する、請求項１に記載のアルミニウム合金線材。
  3. 　前記化学組成が、Ｃｕ：０．０１～１．００質量％、Ａｇ：０．０１～０．５０質量％、Ａｕ：０．０１～０．５０質量％、Ｍｎ：０．０１～１．００質量％、Ｃｒ：０．０１～１．００質量％、Ｚｒ：０．０１～０．５０質量％、Ｈｆ：０．０１～０．５０質量％、Ｖ：０．０１～０．５０質量％、Ｓｃ：０．０１～０．５０質量％、Ｓｎ：０．０１～０．５０質量％、Ｃｏ：０．０１～０．５０質量％およびＮｉ：０．０１～０．５０質量％のうち、少なくともひとつを含有する、請求項１または２に記載のアルミニウム合金線材。
  4. 　直径が０．１０～０．５０ｍｍである、請求項１、２または３に記載のアルミニウム合金線材。
  5. 　請求項１～４のいずれか１項に記載のアルミニウム合金線材を複数本撚り合わせてなるアルミニウム合金撚線。
  6. 　前記アルミニウム合金撚線の耐衝撃性を評価する手法にて、荷重２．９４Ｎ（３００ｇｆ）にて断線しないことを特徴とする、請求項５に記載のアルミニウム合金撚線。
  7. 　請求項１～４のいずれか１項に記載のアルミニウム合金線材または請求項５に記載のアルミニウム合金撚線の外周に被覆層を有する被覆電線。
  8. 　請求項７に記載の被覆電線と、該被覆電線の、前記被覆層を除去した端部に装着された端子とを備えるワイヤーハーネス。
  9. 　端子圧着された電線の耐衝撃性を評価する手法にて、荷重４．９０Ｎ（５００ｇｆ）にて断線しないことを特徴とする、請求項８に記載のワイヤーハーネス。
  10. 　Ｍｇ：０．１０～１．００質量％、Ｓｉ：０．１０～１．００質量％、Ｆｅ：０．０１～１．４０質量％、Ｔｉ：０ ～０．１００質量％、Ｂ：０～０．０３０質量％、Ｃｕ：０～１．００質量％、Ａｇ：０～０．５０質量％、Ａｕ：０～０．５０質量％、Ｍｎ：０～１．００質量％、Ｃｒ：０～１．００質量％、Ｚｒ：０～０．５０質量％、Ｈｆ：０～０．５０質量％、Ｖ：０～０．５０質量％、Ｓｃ：０～０．５０質量％、Ｓｎ：０～０．５０質量％、Ｃｏ：０～０．５０質量％、Ｎｉ：０～０．５０質量％、残部：Ａｌおよび不可避不純物である組成を有するアルミニウム合金素材を、溶解、鋳造後に、熱間加工を経て荒引線を形成し、その後、伸線加工を行い、溶体化処理および時効熱処理の各工程を順次行うことを含むアルミニウム合金線材の製造方法であって、溶体化熱処理は、３００～４００℃の温度に加熱して保持する第１ステップと、５００℃以上に加熱する第２ステップとの２段熱処理で行なう、アルミニウム合金線材の製造方法。
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