專利名稱：銅合金材料、銅合金導(dǎo)體及其制造方法、電纜和電車用供電線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)導(dǎo)電弓架對(duì)電車進(jìn)行供電的電車路線用銅合金導(dǎo)體(電車用供電線)、或構(gòu)成用于機(jī)器等中的電纜用銅合金導(dǎo)體的高導(dǎo)電性、高強(qiáng)度的銅合金材料和使用這些導(dǎo)體與材料的銅合金導(dǎo)體的制造方法。
背景技術(shù)：
在電車線用銅合金導(dǎo)體(電車用供電線)、或用于機(jī)器等的電纜用銅合金導(dǎo)體中，使用著導(dǎo)電率高的硬銅線或具有耐磨耗性、耐熱性的銅合金材料(銅合金線)。作為銅合金材料，已知將銅母材中含有0.25～0.35重量％的Sn的銅合金材料(參見(jiàn)特公昭59-43332號(hào)公報(bào))，架線作為新干線、原有線路的電車用供電線。
近年來(lái)，電車在向更高速化發(fā)展。對(duì)應(yīng)于該高速化，要求提高電車用供電線的架線張力，電車路線的架線張力存在從1.5t提高到2.0t或其以上的傾向。另外，就電車通過(guò)密度(通過(guò)每單位長(zhǎng)度的線路的電車數(shù))高的線路而言，要求電車用供電線的大電流容量化。
另外，機(jī)器用電纜，如果考慮使用環(huán)境，則要求耐彎曲性良好的導(dǎo)體，即要求導(dǎo)體的高強(qiáng)度化。另外，機(jī)器用電纜，為了滿足輕量化、小型化的要求，要求導(dǎo)體的高導(dǎo)電性。
因此，作為滿足這些要求的導(dǎo)體，要求高強(qiáng)度并且高導(dǎo)電性的銅合金導(dǎo)體。
作為高強(qiáng)度的銅合金導(dǎo)體，主要可舉出固溶強(qiáng)化型合金與析出強(qiáng)化型合金兩種。作為固溶強(qiáng)化型合金，可舉出Cu-Ag合金(高含量銀)、Cu-Sn合金、Cu-Sn-In合金、Cu-Mg合金、Cu-Sn-Mg合金等。作為析出型合金，可舉出Cu-Zr合金、Cu-Cr合金、Cu-Cr-Zr合金等。
固溶強(qiáng)化型合金，含氧量都小于等于10重量ppm(0.001重量％)，強(qiáng)度與延伸特性優(yōu)異，所以，可以由連續(xù)鑄造軋制法，由銅合金熔融液直接制造構(gòu)成電車用供電線的母材的銅合金粗拉絲。
作為使用固溶強(qiáng)化型合金的以往的電車用供電線的制造方法，例如有，在大于等于700℃的溫度下，熱軋含有0.4～0.7重量％Sn的銅合金的鑄造材料制成軋制材料。再在小于等于500℃的溫度下，精密軋制該軋制材料、加熱制成粗拉絲、將對(duì)粗拉絲進(jìn)行拉絲而制造電車用供電線的方法(參見(jiàn)特開(kāi)平6-240426號(hào)公報(bào))。
另外，作為其它的能夠連續(xù)鑄造軋制的銅合金，有Cu-O-Sn。該合金，在基體內(nèi)部Sn以大于等于2～3μm的結(jié)晶析出物(SnO2)存在，其強(qiáng)度與延伸特性，已知與含氧量小于等于10重量ppm的Cu-Sn合金相同。該合金也是固溶強(qiáng)化作用比析出強(qiáng)化作用與分散強(qiáng)化作用強(qiáng)的合金。
但是，固溶強(qiáng)化型合金，固溶強(qiáng)化元素含量越多，越能夠提高強(qiáng)度。但與此相伴的是導(dǎo)電率急劇下降，所以不能增大電流容量，不適合作為電車線。例如，特開(kāi)平6-240426號(hào)公報(bào)記載的制造方法，Sn的含量高達(dá)0.4～0.7重量％，所以導(dǎo)電率變低。因此，現(xiàn)有的Cu-Sn類合金，制造具有作為高張力架線必須的強(qiáng)度、并且具有良好的導(dǎo)電率的銅合金導(dǎo)體是困難的。
此處，為了得到高強(qiáng)度且高導(dǎo)電率的電車線，考慮與Sn一起，再添加別的元素。此時(shí)，精密軋制(最終軋制)的溫度如果過(guò)低(例如500℃以下)，則存在著這樣的問(wèn)題在軋制時(shí)，軋制材料的裂紋增多，所以粗拉絲的外觀質(zhì)量極急劇下降，隨之，電車線的強(qiáng)度急劇下降。
另一方面，析出強(qiáng)化型合金，盡管硬度與拉伸強(qiáng)度非常高，但是，硬度高的部分，在連續(xù)鑄造軋制時(shí)，軋制輥上加有過(guò)大的負(fù)荷，而不能由連續(xù)鑄造軋制來(lái)制造。為此，只能以擠出等方法間隙式制造。此外，析出強(qiáng)化型合金，為了在中間工序中使析出強(qiáng)化物析出，必須要有熱處理。所以，析出強(qiáng)化型合金，與能以連續(xù)鑄造軋制制造的固溶強(qiáng)化型合金相比較，存在生產(chǎn)效率低、制造成本高的問(wèn)題。
即，在采用生產(chǎn)效率高的連續(xù)鑄造軋制法制造高強(qiáng)度并且高導(dǎo)電率的銅合金導(dǎo)體中，存在著制約和限制。

發(fā)明內(nèi)容
考慮上述情況而提出的本發(fā)明的目的在于，提供高強(qiáng)度并且高導(dǎo)電率的銅合金材料、以及使用該銅合金材料的銅合金導(dǎo)體的制造方法，和由該方法得到的銅合金導(dǎo)體、以及使用該銅合金導(dǎo)體的電纜/電車用供電線。
(1)可以達(dá)到上述目的本發(fā)明的第一形態(tài)如下。
有關(guān)本發(fā)明的銅合金材料是，含有0.001～0.1重量％(10～1000ppm)氧的銅母材，含有0.1～0.4重量％的Sn、0.01～0.7重量％的與氧的親和力大于Sn的至少1種附加元素，并且使Sn和附加元素合計(jì)比例處于0.3～0.8重量％。
此處，附加元素是選自Ca、Mg、Li、Al、Ti、Si、V、Mn、Zn、In或Ag中的至少1種元素或其化合物。
另外，除了Sn與附加元素以外，也可以以小于等于0.01重量％(100重量ppm)的比例含有P或B。
除了Sn與附加元素以外，也可以以P和B合計(jì)為小于等于0.02重量％(200重量ppm)的比例含有P和B。
另一方面，有關(guān)本發(fā)明銅合金導(dǎo)體的制造方法是，用銅合金熔融液進(jìn)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)體的方法，其中，在含有0.001～0.1重量％(10～1000ppm)氧的銅母材中，添加0.1～0.4重量％的Sn、0.01～0.7重量％的與氧的親和力大于Sn的至少1種附加元素，并使Sn與附加元素合計(jì)比例處于0.3～0.8重量％，進(jìn)行熔化，形成銅合金熔融液；使用該銅合金熔融液進(jìn)行連續(xù)鑄造的同時(shí)，將鑄造材料的溫度迅速冷卻到比銅合金熔融液的熔點(diǎn)至少低15℃或其以上；在將鑄造材料的溫度調(diào)整到900℃或其以下的狀態(tài)，對(duì)鑄造材料進(jìn)行最終軋制溫度被調(diào)整到500～600℃的多段熱軋加工，，形成軋制材料。
此處，對(duì)軋制材料，優(yōu)選以-193～100℃的溫度、進(jìn)行加工度大于等于50％的冷加工，形成銅合金導(dǎo)體。
(2)可以達(dá)到上述目的的本發(fā)明的第二形態(tài)如下。
有關(guān)本發(fā)明的銅合金材料是，在含有0.001～0.1重量％(10～1000重量ppm)的銅母材中，以0.1～0.7重量％的比例含有In。
此處，除In以外，還可以以小于等于0.01重量％(100重量ppm)的比例含有P或B。
另外，除In以外，還可以以合計(jì)小于等于0.02重量％(200重量ppm)的比例含有P和B。
另一方面，有關(guān)本發(fā)明的銅合金導(dǎo)體的制造方法是，用銅合金熔融液進(jìn)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)體的方法，其中，在含有0.001～0.1重量％(10～1000ppm)氧的銅母材中，以0.1～0.7重量％的比例添加In、進(jìn)行熔化，形成銅合金熔融液，使用該銅合金熔融液進(jìn)行連續(xù)鑄造的同時(shí)，將鑄造材料的溫度迅速冷卻到比銅合金熔融液的熔點(diǎn)至少低15℃或其以上，在將鑄造材料的溫度調(diào)整到900℃或其以下的狀態(tài)，對(duì)鑄造材料進(jìn)行最終軋制溫度被調(diào)整為500～600℃的多段熱軋加工，軋制形成軋制材料。
此處，對(duì)軋制材料，優(yōu)選以-193～100℃的溫度，進(jìn)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，可以實(shí)現(xiàn)能夠以良好的生產(chǎn)效率得到高強(qiáng)度并且高導(dǎo)電率的銅合金的優(yōu)異效果。


圖1是表示有關(guān)本發(fā)明第一實(shí)施形態(tài)的銅合金導(dǎo)體的制造工序的流程圖。
圖2是使用有關(guān)本發(fā)明第一實(shí)施形態(tài)的銅合金導(dǎo)體的電車用供電線線的橫截面圖。
圖3是有關(guān)本發(fā)明第一實(shí)施形態(tài)的銅合金導(dǎo)體中的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的模式圖。
圖4是以往的銅合金導(dǎo)體中的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的模式圖。
圖5是實(shí)施例2與對(duì)照例1的銅合金導(dǎo)體中的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯微鏡觀察圖。圖5(a)是實(shí)施例2的銅合金導(dǎo)體、圖5(b)是對(duì)照例1的銅合金導(dǎo)體。
圖6是實(shí)施例2與對(duì)照例1的銅合金導(dǎo)體中的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的SEM觀察圖。圖6(a)是實(shí)施例2的銅合金導(dǎo)體、圖6(b)是對(duì)照例1的銅合金導(dǎo)體。
圖7是實(shí)施例2的銅合金導(dǎo)體中的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的SEM觀察圖。圖7(b)是圖7(a)的區(qū)域7B的放大圖、圖7(d)是圖7(c)的區(qū)域7D的放大圖。
圖8是實(shí)施例2與對(duì)照例1的銅合金導(dǎo)體中的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的TEM觀察圖。圖8(a)是實(shí)施例2的銅合金導(dǎo)體、圖8(b)是對(duì)照例1的銅合金導(dǎo)體。
圖9是表示有關(guān)本發(fā)明的其它實(shí)施形態(tài)的銅合金導(dǎo)體的制造工序的流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下，根據(jù)

本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。
第一實(shí)施形態(tài)圖1顯示表示有關(guān)本發(fā)明的第一實(shí)施形態(tài)的銅合金導(dǎo)體的制造工序的流程。
如圖1所示，有關(guān)本實(shí)施形態(tài)的銅合金導(dǎo)體18的制造方法，包括下述工序在銅母材11中添加Sn 12與附加元素13、熔化，形成銅合金熔融液14的熔化工序(F1)；鑄造該銅合金熔融液14、形成鑄造材料15的鑄造工序(F2)；對(duì)該鑄造材料15進(jìn)行若干段(多段)熱軋加工、形成軋制材料16的熱軋工序(F3)；清洗該軋制材料16、卷取成為粗拉絲17的清洗·卷取工序(F4)；和送出該卷取成的粗拉絲17，對(duì)該粗拉絲17實(shí)施冷加工，形成銅合金導(dǎo)體18的冷(拉絲)加工工序(F5)。
銅合金導(dǎo)體18，被加工成根據(jù)今后用途所希望形狀的線材、條材(板材)等。從熔化工序(F1)至清洗·卷取工序(F4)，可以適用現(xiàn)有或常用的連續(xù)鑄造軋制設(shè)備(SCR連續(xù)鑄造機(jī))。另外，冷加工工序(F5)，可以適用現(xiàn)有或常用的冷加工裝置。
對(duì)銅合金18的制造方法進(jìn)行更詳細(xì)地說(shuō)明。首先，在熔化工序(F1)中，在含有0.001～0.1重量％(10～1000重量ppm)氧的銅母材11中，添加0.1～0.4重量％、優(yōu)選0.25～0.35重量％的Sn 12；添加0.01～0.7重量％、優(yōu)選0.01～0.6重量％的與氧的親和力大于Sn的至少1種的附加元素13、并且使Sn 12與附加元素13合計(jì)比例處于0.3～0.8重量％，進(jìn)行熔化，形成銅合金熔融液14。附加元素13，因?yàn)槭桥c氧的親和力大于Sn 12的元素，所以比Sn優(yōu)先被氧化，在最終得到的銅合金導(dǎo)體18的結(jié)晶結(jié)構(gòu)中生成、分散氧化物，該氧化物大半部分(80％或其以上)是附加元素的氧化物，幾乎不生成、分散Sn氧化物。因此，加入的Sn 12的大部分，與銅合金化、形成銅合金導(dǎo)體18的基體。
此處，與氧的親和力大于Sn的至少1種的附加元素13，從生成自由能的觀點(diǎn)出發(fā)，可以列舉出選自Ca、Mg、Li、Al、Ti、Si、V、Mn、Zn、In或Ag中的至少1種元素或其化合物，優(yōu)選列舉選自Ca、Mg、Al、In或Ag的至少1種元素或其化合物。
Sn 12與附加元素13總含量小于0.3重量％，即使適用有關(guān)本實(shí)施形態(tài)的制造方法，也發(fā)揮不出銅合金導(dǎo)體18的強(qiáng)度提高的效果。另外，總含量一超過(guò)0.8重量％，鑄造材料15的硬度就變高，軋制加工時(shí)的變形阻力就變大，所以對(duì)軋制輥的負(fù)荷就變得極大，難以得到產(chǎn)品。
因此，本實(shí)施形態(tài)中，在0.3～0.8重量％的范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)卣{(diào)整Sn 12與附加元素13的總含量，由此，如下述〔實(shí)施例1〕中所述，可以將銅金導(dǎo)體18的拉伸強(qiáng)度提高到大于等于420MPa的同時(shí)，可以在60～90％IACS的范圍內(nèi)自由地調(diào)整導(dǎo)電率。
Sn 12與附加元素13的總含量一過(guò)多，在熱軋工序(F3)中熱軋加工時(shí)，軋制材料16的表面劃傷就有增多的傾向。因此，Sn 12與附加元素13的總含量多(例如大于等于0.5重量％)時(shí)，應(yīng)當(dāng)使軋制材料16的表面劃傷減少，在銅母材11中，添加Sn 12與附加元素13的同時(shí)，可以再加入P。以小于等于0.01重量％(100重量ppm)的比例含有P。P的含量一小于2ppm，降低銅線表面劃傷的效果就不太明顯，P含量一大于100重量ppm，銅合金導(dǎo)體18的導(dǎo)電率就下降。
此外，Sn 12與附加元素13的總含量一過(guò)多，在鑄造工序(F2)后的鑄造材料15的結(jié)晶粒，有稍稍變大的傾向(進(jìn)而銅合金導(dǎo)體18的強(qiáng)度有稍稍下降的傾向)。因此，Sn 12與附加元素13的總含量多(例如大于等于0.5重量％)時(shí)，應(yīng)當(dāng)使鑄造材料15的結(jié)晶粒微細(xì)化，在銅母材11中，在添加Sn12與附加元素13同時(shí)，可以再加入B。以小于等于0.01重量％(100重量ppm)的比例含有B。B的含量一小于2ppm，結(jié)晶粒微細(xì)化的效果(進(jìn)而銅合金導(dǎo)體18的強(qiáng)度提高效果)就不太明顯，B含量一大于100重量ppm，銅合金導(dǎo)體18的導(dǎo)電率就下降。
還可以以P與B二者合計(jì)小于等于0.02重量％(200重量ppm)的比例含有P與B。
接著，在鑄造工序(F2)中，將由前工序得到的銅合金熔融液14，供給SCR方式的連續(xù)鑄造軋制。具體地，以比SCR連續(xù)鑄造的通常鑄造溫度(1120～1200℃)低的溫度(1100～1150℃)進(jìn)行鑄造的同時(shí)，強(qiáng)制水冷卻鑄模(銅鑄模)直到比銅合金熔融液14的凝固溫度至少低15℃或其以上的溫度，迅速冷卻鑄造材料15。
通過(guò)這些鑄造處理與迅速冷卻處理，在鑄造材料15中結(jié)晶出(或析出)的氧化物的尺寸、和鑄造材料15的結(jié)晶粒尺寸，與在通常的鑄造溫度下進(jìn)行鑄造時(shí)或只冷卻到超過(guò)鑄造材料15〔銅合金熔融液14的凝固溫度-15℃〕的溫度時(shí)的尺寸相比較，分別變小。
其次，在熱軋工序(F3)中，在比連續(xù)鑄造軋制中的通常熱軋溫度低50～100℃的溫度下，即，在將鑄造材料15的溫度調(diào)整到小于等于900℃、優(yōu)選750～900℃的狀態(tài)下，對(duì)鑄造材料15，進(jìn)行多段熱軋。最終軋制時(shí)，以500～600℃的軋制溫度進(jìn)行熱軋，形成軋制材料16。最終軋制溫度一小于500℃，在軋制加工時(shí)就產(chǎn)生較多的表面劃傷，引起表面品質(zhì)下降；另外，一超過(guò)600℃，結(jié)晶結(jié)構(gòu)成為與以往同樣水平的粗大結(jié)構(gòu)。
由該熱軋引起前工序結(jié)晶出(或析出)的較小尺寸的氧化物斷裂，使氧化物的尺寸變得更小。另外，有關(guān)本實(shí)施形態(tài)的制造方法中的熱軋，因?yàn)樵诒韧ǔ５臒彳堖€低的溫度下進(jìn)行，所以軋制時(shí)導(dǎo)入的重排再重排，在結(jié)晶粒內(nèi)形成的微小的亞粒界(亞粒界參閱圖3(b))。亞粒界是在結(jié)晶粒內(nèi)存在的方位少許不同的若干結(jié)晶之間的界面。
接著，在清洗·卷取工序(F4)中，清洗軋制材料16、進(jìn)行卷取，成為粗拉絲17。卷取成的粗拉絲17的線徑，例如是8～40mm、優(yōu)選是小于等于30mm。例如電車用供電線中的粗拉絲17的線徑是22～30mm。最后，在冷加工工序(F5)中，送出卷取成的粗拉絲17，對(duì)該粗拉絲17，在-193℃(液氮溫度)～100℃、優(yōu)選-193～25℃內(nèi)或其以下的溫度下，進(jìn)行冷加工(拉絲加工)。由此形成銅合金導(dǎo)體18。此處，連續(xù)拉絲時(shí)的加工熱，為了減少對(duì)于銅合金導(dǎo)體18帶來(lái)的影響(強(qiáng)度降低等)，進(jìn)行拉絲模等的冷加工裝置的冷卻，調(diào)整線材溫度小于等于100℃、優(yōu)選小于等于25℃。另外，為了提高銅合金導(dǎo)體18的強(qiáng)度，除了必須提高熱軋加工中的加工度使軋制材料16即粗拉絲17的強(qiáng)度充分提高以外，還必須將冷加工中的加工度提高到大于等于50％。此處，加工度一小于50％，就得不到超過(guò)420MPa的拉伸強(qiáng)度。
得到的銅合金導(dǎo)體18，根據(jù)以后用途所希望的形狀，形成例如圖2所示那樣的電車線(電車用供電線)20。電車線20，在電車線本體21的兩側(cè)部，形成吊架安裝用的耳溝22a、22b。電車線本體21的下側(cè)的外周面，形成電車的導(dǎo)電弓架滑動(dòng)部位大弧面23，電車線本體21的上側(cè)的外周面，形成小弧面24。電車線20的橫截面積，作成例如110～170mm2。
下面，說(shuō)明本實(shí)施形態(tài)的作用。
如圖4所示，現(xiàn)有的銅合金導(dǎo)體40，結(jié)晶結(jié)構(gòu)粗大，即結(jié)晶粒41粗大。另外，Sn等的氧化物，是平均粒徑(或長(zhǎng)度)大于1μm的粗大氧化物42，沒(méi)有各結(jié)晶粒41的結(jié)晶粒界43，在結(jié)晶結(jié)構(gòu)內(nèi)無(wú)規(guī)地分散著。其結(jié)果，現(xiàn)有的銅合金導(dǎo)體40的拉伸強(qiáng)度不太充分。
與此相反，本實(shí)施形態(tài)有關(guān)的銅合金導(dǎo)體18的制造方法中，在銅母材11中，添加0.1～0.4重量％的Sn 12、0.01～0.7重量％的與氧的親和力大于Sn的至少1種附加元素13，并使Sn 12與附加元素13合計(jì)比例處于0.3～0.8重量％，形成銅合金熔融液14；使用該銅合金熔融液14，進(jìn)行低溫下的連續(xù)鑄造(鑄造溫度1100～1150℃)、低溫軋制加工(最終軋制溫度500～600℃)、以及為使加工熱不起作用而將溫度調(diào)節(jié)到低于等于100℃的冷加工，制造銅合金導(dǎo)體18。
因此，如圖3(a)所示，本實(shí)施形態(tài)有關(guān)的銅合金導(dǎo)體18，與現(xiàn)有的銅合金導(dǎo)體40相比，結(jié)晶結(jié)構(gòu)微細(xì)，即，銅合金導(dǎo)體18的結(jié)晶粒32的平均粒徑，與銅合金導(dǎo)體40的結(jié)晶粒41的平均粒徑相比變小，小于等于100μm。另外，在銅合金導(dǎo)體18的基體中，附加元素13內(nèi)，與氧親和力最大的元素的氧化物的80％或其以上為平均粒徑小于等于1μm的微小氧化物31，分散于各結(jié)晶粒32的結(jié)晶粒界33內(nèi)。再如示于圖3(b)中的圖3(a)中區(qū)域3B的主要部分放大圖所示，在結(jié)晶粒32內(nèi)，形成有微小的亞粒界(亞界面)34。
通過(guò)該亞粒界34與分散于結(jié)晶粒界33處的微小氧化物31，由鑄造材料15具有的熱(顯熱)引起的結(jié)晶粒32內(nèi)存在的方位稍微不同的結(jié)晶35a～35c和結(jié)晶粒界33的移動(dòng)受到抑制。其結(jié)果是，由于抑制了熱軋時(shí)的各結(jié)晶35a～35c和各結(jié)晶粒32的增長(zhǎng)，因此，軋制材料16的結(jié)晶結(jié)構(gòu)微細(xì)化。
由上述可知，本實(shí)施形態(tài)有關(guān)的銅合金導(dǎo)體18的增強(qiáng)是由于，因結(jié)晶粒32的微細(xì)化而致的銅合金導(dǎo)體基體的強(qiáng)度提高和微小氧化物分散在基體中而引起的分散增強(qiáng)所帶來(lái)的，與特開(kāi)平6-240426號(hào)公報(bào)等記載的僅由Sn的固溶強(qiáng)化引起的增強(qiáng)相比，還可以使導(dǎo)電率下降的比例抑制到低程度。因此，根據(jù)本實(shí)施形態(tài)有關(guān)的制造方法，可以得到不造成導(dǎo)電率的大幅度地下降、具有高拉伸強(qiáng)度的銅合金導(dǎo)體18。即，如后述的實(shí)施例所述，可以得到具有大于等于60％IACS的高導(dǎo)電率，并且具有高張力架線所必須的大于等于420MPa的高強(qiáng)度(拉伸強(qiáng)度)銅合金18。
另外，本實(shí)施形態(tài)有關(guān)的制造方法，由于可以使用現(xiàn)有或常用的連續(xù)鑄造軋制設(shè)備與冷加工裝置，所以不需要新設(shè)備的投資，可以以低成本制造高導(dǎo)電率、高強(qiáng)度的銅合金導(dǎo)體18。
另外，使用由本實(shí)施形態(tài)有關(guān)的制造方法得到的銅合金導(dǎo)體18，形成單股線線材或絞線線材，在單股線線材或絞線線材的周圍設(shè)置絕緣層，可以得到高導(dǎo)電率、高強(qiáng)度的電纜(配線材料、供電材料)。
以上說(shuō)明了本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限定于上述的實(shí)施形態(tài)，不用說(shuō)，本發(fā)明還包括其它各種想到的形態(tài)。
下面，對(duì)于本發(fā)明，根據(jù)實(shí)施例加以說(shuō)明，但本發(fā)明不限定于這些實(shí)施例。
改變?cè)阢~母材中添加的附加元素的種類與數(shù)量、熱軋加工的最終軋制溫度等，制作39種直徑φ為23mm的銅合金導(dǎo)體(電車線用銅合金粗拉絲)。銅合金導(dǎo)體，采用本發(fā)明有關(guān)的銅合金導(dǎo)體的制造方法制造。
(實(shí)施例1～3)
使用在含10、350、1000重量ppm氧的各種銅母材中均含有0.3重量％的Sn、且以0.05、0.1、0.1重量％的比例含有In的銅合金材料，制作成銅合金導(dǎo)體。最終軋制溫度都是560℃。
(實(shí)施例4～24)使用在含350重量ppm氧的各種銅母材中均含有0.3重量％的Sn、且以0.05～0.45重量％的比例含有選自Ca、Mg、Li、Al、Ti、Si、V、Mn、Zn、In或Ag中的至少1種附加元素的銅合金材料，制作成銅合金導(dǎo)體。最終軋制溫度都是560℃。另外，實(shí)施例5、6，還以0.0002、0.0090重量％的比例含有P；實(shí)施例7、8，還以0.0015、0.0090重量％的比例含有B。
(實(shí)施例25、26)使用在含400、410重量ppm氧的各種銅母材中均含有0.3重量％的Sn、且均以0.5重量％的比例含有In的銅合金材料，制作成銅合金導(dǎo)體。最終軋制溫度是570℃、560℃。另外，實(shí)施例25，還以0.0038重量％的比例含有P。
(對(duì)照例1～5)使用在含350重量ppm氧的各種銅母材均以0.3重量％的比例含有Sn的銅合金材料，制作成銅合金導(dǎo)體。最終軋制溫度分別是620℃、600℃、580℃、500℃、480℃。
(對(duì)照例6～12)使用在含5、10、30、400、800、1000、1200重量ppm氧的各種銅母材中均以0.3重量％比例含有Sn的銅合金材料，制作成銅合金導(dǎo)體。最終軋制溫度都是560℃。另外，因?yàn)闊o(wú)氧銅不含氧，所以無(wú)法使用無(wú)氧銅為銅母材制作銅合金導(dǎo)體。
(對(duì)照例13)使用在含不能測(cè)定程度的極微量氧的銅母材(以無(wú)氧銅構(gòu)成的銅母材)中以0.3重量％的比例含Sn、以0.6重量％的比例含n的銅合金材料，制作成銅合金導(dǎo)體。最終軋制溫度是580℃。
實(shí)施例1～26與對(duì)照例1～13的銅合金導(dǎo)體的制造條件(含氧量、附加元素的種類與含有量、最終軋制溫度)示于表1。
表1
單位重量(%) 接著，使用實(shí)施例1～26與對(duì)照例1～13的銅合金導(dǎo)體，分別制作圖2所示的橫截面積170mm2的電車用供電線。各電車用供電線的拉伸強(qiáng)度(MPa)、導(dǎo)電性、氧化物的比例、亞粒界的有無(wú)、結(jié)晶粒的尺寸、表面品質(zhì)、熱軋性和綜合評(píng)價(jià)示于表2。
此處，關(guān)于導(dǎo)電性，導(dǎo)電率是60～90％IACS的為○、小于60％lACS的為×。
關(guān)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％的為○、小于80％的為×。
關(guān)于亞粒界的有無(wú)，在結(jié)晶粒內(nèi)觀測(cè)到亞粒界的為○、觀測(cè)不到的為×。
關(guān)于結(jié)晶粒的尺寸，使用對(duì)照例1的銅合金導(dǎo)體的電車用供電線中的結(jié)晶粒的平均粒徑為1時(shí)，結(jié)晶粒的尺寸小于0.5的為○、結(jié)晶粒尺寸為0.5～1的為×。
關(guān)于表面品質(zhì)，熱軋后的表面劃傷，少的為○、多的為×。
關(guān)于熱軋性，熱軋性良好的為○、差的為×。
關(guān)于綜合評(píng)價(jià)，良好的為○、不良的為×。
如表2所示，使用實(shí)施例1～26的各銅合金導(dǎo)體、制作成的各電車用供電線，都具有大于等于420MPa的拉伸強(qiáng)度和大于等于60％IACS的導(dǎo)電率。另外，各電車用供電線，平均粒徑小于等于1μm的氧化物的比例都大于等于80％，結(jié)晶粒內(nèi)可以觀察到亞粒界，結(jié)晶粒的尺寸小于0.5。而且，各電車用供電線都是，表面劃傷少、表面品質(zhì)良好，熱軋性也良好。尤其，在含有0.5重量％多的In的實(shí)施例25、26的情況下，得到了超過(guò)500MPa的高拉伸強(qiáng)度。由上所述，綜合評(píng)價(jià)也良好。
與此相反，使用對(duì)照例1～5的各銅合金導(dǎo)體制作的各電車用供電線，因?yàn)殂~母材不含附加元素，所以只能得到微小氧化物的比例小，并且大的結(jié)晶粒。另外，盡管導(dǎo)電性良好，但是拉伸強(qiáng)度除了對(duì)照例4、5以外，都小于420MPa。特別是在對(duì)照例1時(shí)，因?yàn)樽罱K軋制溫度過(guò)高，軋制時(shí)被導(dǎo)入的轉(zhuǎn)位不再配列，不能形成亞粒界。因此，拉伸強(qiáng)度在對(duì)照例1～5中也最小。另外，對(duì)照例5時(shí)，因?yàn)樽罱K軋制溫度過(guò)低，所以電車用供電線表面產(chǎn)生較多的傷，表面品質(zhì)差。如上所述對(duì)照例1～5的綜合評(píng)價(jià)都不良。
表2

另外，使用對(duì)照例6～12的各銅合金導(dǎo)體制作的各電車用供電線，盡管，含氧量與含Sn量在本發(fā)明的范圍內(nèi)，但是由于銅母材不含附加元素，所以微小氧化物的比例少，并且，只得到大結(jié)晶粒。另外，導(dǎo)電性良好的，拉伸強(qiáng)度除對(duì)照例11以外，小于420MPa。特別是對(duì)照例12時(shí)，因?yàn)楹趿窟^(guò)多，熱軋性變差。如上所述，對(duì)照例6～12時(shí)，綜合評(píng)價(jià)都不好。
而且，使用對(duì)照例13的銅合金導(dǎo)體制作的電車用供電線，盡管Sn含量與最終軋制溫度都在本發(fā)明的范圍內(nèi)，但是，因?yàn)樵阢~母材中含有的附加元素的比例過(guò)多，所以硬度高，對(duì)熱軋輥的負(fù)荷顯著變大，不能制造軋制材料。
對(duì)[實(shí)施例一]中的實(shí)施例2與對(duì)照例1的各銅合金導(dǎo)體，分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)觀察。結(jié)構(gòu)觀察使用光學(xué)顯微鏡、SEM(掃描型電子顯微鏡)、TEM(透射型電子顯微鏡)進(jìn)行。
圖5(a)所示的實(shí)施例2的銅合金導(dǎo)體中的結(jié)晶結(jié)構(gòu)51的結(jié)晶粒尺寸，與圖5(b)所示對(duì)照例1的銅合金導(dǎo)體中的結(jié)晶結(jié)構(gòu)52的結(jié)晶粒尺寸相比，是微細(xì)的；結(jié)晶結(jié)構(gòu)52的結(jié)晶粒的平均粒徑為1時(shí)，結(jié)晶結(jié)構(gòu)51的結(jié)晶粒尺寸約小于0.5。另外，圖6(b)所示對(duì)照例1的銅合金導(dǎo)體中的氧化物(SnO2)，平均粒徑(或長(zhǎng)度)大于等于1μm的粗大氧化物62多，其中，生成有粒徑大于10μm的粗大氧化物63。與此相反，圖6(a)所示的實(shí)施例2的銅合金導(dǎo)體中的氧化物(In2O3)，幾乎全部是平均粒徑小于等于1μm的微小氧化物61。
此處，更詳細(xì)地觀察實(shí)施例2的銅合金導(dǎo)體，如圖7(a)、圖7(b)所示，通過(guò)蝕刻可以看到結(jié)晶粒界71的表面露出之處，在那里，觀察到微小氧化物(In2O3)72優(yōu)先結(jié)晶出的情況。另外，如圖7(c)、圖7(d)所示那樣地，在結(jié)晶結(jié)構(gòu)內(nèi)的結(jié)晶粒界73、74也觀察到微小氧化物76、77。圖7(c)中認(rèn)定的平均粒徑大于1μm的氧化物75，是Sn氧化物(SnO2)，其分散量與微小氧化物72、76、77的分散量相比顯著減少。即，分散在結(jié)晶結(jié)構(gòu)內(nèi)的大半部分氧化物，是與氧的親和力大于Sn的In的氧化物(微小氧化物72、76、77)，分散于結(jié)晶粒界71、73、74。
另外，圖8(b)所示的對(duì)照例1的銅合金導(dǎo)體中的結(jié)晶結(jié)構(gòu)中，只觀察到結(jié)晶粒界87，各結(jié)晶粒84～86的粒內(nèi)，觀察不到亞粒界。與此相反，圖8(a)所示的實(shí)施例2的銅合金導(dǎo)體中的結(jié)晶結(jié)構(gòu)中，在各結(jié)晶粒81、82的粒內(nèi)，觀察到亞粒界83。由于該亞粒界83的存在，實(shí)施例2與對(duì)照例1，在硬度上產(chǎn)生約2倍的差，實(shí)施例2是高硬度。即認(rèn)為，由亞粒界83引起的結(jié)晶粒的高硬度化，有助于提高銅合金導(dǎo)體的拉伸強(qiáng)度。
第二實(shí)施形態(tài)]表示本發(fā)明的第二實(shí)施形態(tài)有關(guān)的銅合金導(dǎo)體的制造工序的流程圖示于圖9。
如圖9所示，本實(shí)施形態(tài)有關(guān)的銅合金導(dǎo)體18’的制造方法，包含下述工序在銅母材11’中添加In 12’、熔化，形成銅合金熔融液14’的熔化工序(F1’)；鑄造該銅合金熔融液14’、形成鑄造材料15’的鑄造工序(F2’)；對(duì)該鑄造材料15’進(jìn)行若干段(多段)熱軋加工、形成軋制材料16’的熱軋工序(F3’)；清洗該軋制材料16’、卷取成為粗拉絲17’的清洗·卷取工序(F4’)；和送出該卷取成的粗拉絲17’、對(duì)該粗拉絲17’進(jìn)行冷加工、形成銅合金導(dǎo)體18’的冷(拉絲)加工工序(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。從熔化工序(F1’)到清洗·卷取工序(F4’)，可以適用現(xiàn)有的或常用的連續(xù)鑄造軋制設(shè)備(SCR連續(xù)鑄造機(jī))。另外，冷加工工序(F5’)，可以適用現(xiàn)有的或常用的冷加工裝置。
更詳細(xì)地說(shuō)明銅合金導(dǎo)體18’的制造方法，首先，在熔化工序(F1’)中，在含0.001～0.1重量％(10～1000重量ppm)的銅母材11’中，以0.1～0.7重量％、優(yōu)選0.2～0.6重量％、更優(yōu)選0.3～0.5重量％的比例添加In 12’、進(jìn)行熔化，形成銅合金熔融液14’。In 12’被氧化，作為氧化物(In2O3)生成、分散在最終得到的銅合金導(dǎo)體18’的結(jié)晶結(jié)構(gòu)內(nèi)。大半部分In氧化物(大于等于80％)，是平均粒徑小于等于1μm的微小氧化物。銅母材11’也可以含有不可避免的雜質(zhì)。
此處，In 12’的含量小于0.1重量％時(shí)，即使適用于本實(shí)施形態(tài)有關(guān)的制造方法，也看不到銅合金導(dǎo)體18’的強(qiáng)度提高的效果。另外，In 12’的含量一大于0.7重量％，鑄造材料15’的硬度就變高、軋制加工時(shí)的變形阻力就變大，所以對(duì)軋制輥的負(fù)荷變得極大，制品化困難。
再有，In 12’的含量在0.1～0.7重量％的范圍內(nèi)，隨著In的含量變多，導(dǎo)電率緩慢下降。
因此，本實(shí)施形態(tài)中，通過(guò)在0.1～0.7重量％范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)卣{(diào)整In 12’的含量，如后面實(shí)施例所述，可以在將銅合金導(dǎo)體18’的拉伸強(qiáng)度提高到大于等于420MPa的同時(shí)，在60～95％IACS、優(yōu)選75～95％IACS、更優(yōu)選83～95％IACS的范圍內(nèi)自由地調(diào)節(jié)導(dǎo)電率。
In 12’的含量一變多，熱軋工序(F3’)中熱軋加工時(shí)，軋制材料16’的表面劃傷就有增多的傾向。因此，在In 12’的含量多時(shí)(例如大于等于0.5重量％時(shí))，應(yīng)當(dāng)使軋制材料16’的表面劃傷減少，在銅母材11’中，可以在添加In 12’的同時(shí)，再加入P。以小于等于0.01重量％(100ppm)的比例含有P。P的含量一小于2重量ppm，就不太能看到降低銅線表面劃傷的效果，P的含量一大于100ppm，銅合金導(dǎo)體18’的導(dǎo)電率就下降。
另外，In 12’的含量一變多，在鑄造工序(F2’)后的鑄造材料15’的結(jié)晶粒存在稍稍變大的傾向(進(jìn)而銅合金導(dǎo)體18’的強(qiáng)度有稍稍下降的傾向)。因此，在In 12’的含量多時(shí)(例如大于等于0.5重量％時(shí))，應(yīng)當(dāng)將鑄造材料15’的結(jié)晶粒微細(xì)化，在銅母材11’中，可以在添加In 12’的同時(shí)再添加B。以小于等于0.01重量％(100重量ppm)的比例含有B。B的含量一小于2重量ppm，就不太能看到結(jié)晶粒微細(xì)化的效果(進(jìn)而銅合金導(dǎo)體18’的強(qiáng)度提高效果)，B的含量一大于100ppm，銅合金導(dǎo)體18’的導(dǎo)電率就下降。
再有，也可以以P與B二者合計(jì)小于等于0.02重量％(200重量ppm)的比例含有P與B。
另外，銅母材11’的含氧量在0.001～0.1重量％(10～1000重量ppm)范圍內(nèi)時(shí)，隨著含氧量變多，拉伸強(qiáng)度、導(dǎo)電率共同緩慢提高。
接著，在鑄造工序(F2’)中，前工序得到的銅合金熔融液14’，供給SCR方式的連續(xù)鑄造軋制。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(jìn)行鑄造的同時(shí)，強(qiáng)制水冷鑄模(銅鑄模)。由此，鑄造材料15’，迅速被冷卻到比銅合金熔融液14’的凝固溫度低至少15℃或其以上的溫度。
通過(guò)這些鑄造處理與急冷處理，鑄造材料15’中結(jié)晶出(或析出)的氧化物的尺寸與鑄造材料15’的結(jié)晶粒的尺寸，與以通常的鑄造溫度進(jìn)行鑄造時(shí)或?qū)㈣T造材料15’只冷卻到大于〔銅合金熔融液14’的凝固溫度-15℃〕的溫度時(shí)相比，分別變小。
其次，在熱軋工序(F3’)中，在比連續(xù)鑄造軋制中的通常熱軋溫度低50～100℃的溫度，即，將鑄造材料15’的溫度調(diào)整到小于等于900℃、優(yōu)選750～900℃的狀態(tài)下，對(duì)鑄造材料15’進(jìn)行多段熱軋。最終軋制時(shí)，以500～600℃的軋制溫度進(jìn)行熱軋加工，形成軋制材料16’。最終軋制溫度一小于500℃，軋制加工時(shí)就多發(fā)生表面劃傷，帶來(lái)表面品質(zhì)下降，另外，一大于600℃，結(jié)晶結(jié)構(gòu)就成為與以往水平相同的粗大結(jié)構(gòu)。此處，最終軋制溫度在500～600℃的范圍中，隨著最終軋制溫度變高，拉伸強(qiáng)度慢慢下降，但導(dǎo)電率慢慢上升。
經(jīng)過(guò)該熱軋，前工序中結(jié)晶出(或析出)的尺寸比較小的氧化物分離斷裂，氧化物的尺寸變得更小。另外，因?yàn)楸緦?shí)施形態(tài)有關(guān)的制造方法中的熱軋是在比通常的熱軋還低的溫度下進(jìn)行，所以在軋制時(shí)，被導(dǎo)入的重排再次發(fā)生重排、在結(jié)晶粒內(nèi)形成微小的亞粒界。亞粒界是在結(jié)晶粒內(nèi)存在的方位少許不同的若干結(jié)晶之間的界面。
其次，在清洗·卷取工序(F4’)中，清洗軋制材料16’、進(jìn)行卷取、作成粗拉絲17’。卷取成的粗拉絲17’的線徑，作成例如8～40mm，優(yōu)選小于等于30mm。例如電車用供電線中的粗拉絲17的線徑，作成22～30mm。
最后，在冷加工工序(F5’)中，送出卷取成的粗拉絲17’，對(duì)該粗拉絲17’以-193℃(液氮溫度)～100℃、優(yōu)選-193～25℃或其以下的溫度，進(jìn)行冷加工。由此，形成銅合金導(dǎo)體18’。此處，為了減小連續(xù)拉絲時(shí)的加工熱對(duì)銅合金導(dǎo)體帶來(lái)的影響(強(qiáng)度降低等)，進(jìn)行拉絲模等的冷加工裝置的冷卻，調(diào)整線材溫度到小于等于100℃、優(yōu)選小于等于25℃。另外，為了提高銅合金導(dǎo)體18’的強(qiáng)度，除了必須提高熱軋加工中的加工度、使軋制材料16’、即粗拉絲17’的強(qiáng)度充分提高之外，還必須將冷加工中的加工度作成大于等于50％。此處，加工度一小于50％，就得不到大于420MPa的拉伸強(qiáng)度。
得到的銅合金導(dǎo)體18’，根據(jù)其以后用途所希望的形狀，形成例如電車線(電車用供電線)。電車線的橫截面積，作成例如110～170mm2。
下面說(shuō)明本發(fā)明第二實(shí)施形態(tài)的作用。
以往的銅合金導(dǎo)體，結(jié)晶結(jié)構(gòu)粗大。另外，Sn等的氧化物，是平均粒徑(長(zhǎng)度)大于1μm的粗大氧化物。其結(jié)果是，以往的銅合金導(dǎo)體，拉伸強(qiáng)度不太充分。
與此相反，在本實(shí)施形態(tài)有關(guān)的銅合金導(dǎo)體18’的制造方法中，在銅母材11’中，以0.1～0.7重量％的比例添加In 12’，形成銅合金熔融液14’。使用該銅合金熔融液14’，進(jìn)行低溫連續(xù)鑄造(鑄造溫度1100～1150℃)、低溫軋制加工(最終軋制溫度為500～600℃)、以及將溫度調(diào)節(jié)到加工熱不作用的小于等于100℃的冷加工，制造銅合金導(dǎo)體18’。
通過(guò)上述工序，本實(shí)施形態(tài)有關(guān)的銅合金導(dǎo)體18’，與以往的銅合金導(dǎo)體相比較，結(jié)晶結(jié)構(gòu)變得微細(xì)。即，銅合金導(dǎo)體18’的結(jié)晶粒的平均粒徑，與以往的銅合金導(dǎo)體的結(jié)晶粒的平均粒徑比較，變小而小于等于100μm。另外，銅合金導(dǎo)體18’的基體中分散有In 12’的氧化物，該氧化物80％或其以上是平均粒徑小于等于1μm的微小氧化物。
通過(guò)分散于該基體的微小氧化物，鑄造材料15’具有的熱(顯熱)引起的結(jié)晶與結(jié)晶粒界的移動(dòng)受到抑制。其結(jié)果是，因?yàn)闊彳垥r(shí)各結(jié)晶粒的成長(zhǎng)受到抑制，所以軋制材料16’的結(jié)晶結(jié)構(gòu)變得微細(xì)。
因此，本實(shí)施形態(tài)有關(guān)的銅合金導(dǎo)體18’的強(qiáng)化，是由結(jié)晶粒的微細(xì)化而產(chǎn)生的銅合金導(dǎo)體基體的強(qiáng)度提高，和使微小氧化物分散在基體而產(chǎn)生的分散強(qiáng)化而引起的，與特開(kāi)平6-240426號(hào)公報(bào)等中記載的僅僅由Sn的固溶強(qiáng)化而產(chǎn)生的強(qiáng)化相比，也可以抑制導(dǎo)電率下降的比例到低的程度。因此，如根據(jù)本實(shí)施形態(tài)有關(guān)的制造方法，不會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)電率的大幅度下降，可以得到具有高拉伸強(qiáng)度的銅合金導(dǎo)體18’。即，如后所述實(shí)施例中所述，可以得到具有大于等于60％IACS的高導(dǎo)電率，并且，具有以高張力架線所必須的大于等于420MPa的高強(qiáng)度(拉伸強(qiáng)度)的銅合金導(dǎo)體18’(電車用供電線)。
另外，本實(shí)施形態(tài)有關(guān)的制造方法，因?yàn)榭梢允褂矛F(xiàn)有或常用的連續(xù)鑄造軋制設(shè)備和冷加工裝置，所以不需要新設(shè)備的投資，能夠以低成本制造高導(dǎo)電率、高強(qiáng)度的銅合金導(dǎo)體18’。
另外，使用根據(jù)本實(shí)施形態(tài)有關(guān)的制造方法而得到的銅合金導(dǎo)體18’，形成單線線材或絞線線材，在該單線線材或絞線線材的周邊設(shè)置絕緣層，可以得到高導(dǎo)電率、高強(qiáng)度的機(jī)器用電纜(配線材料、供電材料)。
以上說(shuō)明了本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限定于上述的實(shí)施形態(tài)，不用說(shuō)，本發(fā)明還包括其它各種想到的形態(tài)。
其次，根據(jù)實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明，但本發(fā)明不限定于這些實(shí)施例。
改變添加于銅母材的附加元素的種類與數(shù)量、熱軋加工的最終軋制溫度等，制作成直徑φ為23mm的銅合金導(dǎo)體(電車線用銅合金粗拉絲)。使用本發(fā)明有關(guān)的銅合金導(dǎo)體的制造方法制造銅合金導(dǎo)體。
(實(shí)施例1～3)使用在含氧10重量ppm的各個(gè)銅母材中，分別以0.3、0.4、0.6、重量％的比例含有In的銅合金材料，制作成銅合金導(dǎo)體。最終軋制溫度都是560℃。
(實(shí)施例4～6)除含氧量是350重量ppm以外，與實(shí)施例1～3同樣地制作成銅合金導(dǎo)體。最終軋制溫度都是560℃。
(實(shí)施例7～9)除含氧量是500重量ppm以外，與實(shí)施例1～3同樣地制作成銅合金導(dǎo)體。最終軋制溫度都是560℃。
(實(shí)施例10)使用在含氧350重量ppm的銅母材中，以0.6重量％含In、并且以0.0050重量％的比例含P的銅合金材料，制作成銅合金導(dǎo)體，最終軋制溫度是560℃。
(實(shí)施例11)使用在含氧350重量ppm的銅母材中，以0.6重量％含In、并且以0.0050重量％的比例含B的銅合金材料，制作成銅合金導(dǎo)體，最終軋制溫度是560℃。
(現(xiàn)有例1～3)使用在含氧350重量ppm的各銅母材中，均含0.3重量％Sn的銅合金材料，制作成銅合金導(dǎo)體，最終軋制溫度分別是650℃、600℃、560℃。
(現(xiàn)有例4)使用在含氧10重量ppm的銅母材中含0.3重量％Sn的銅合金材料，制作成銅合金導(dǎo)體，最終軋制溫度是560℃。
(現(xiàn)有例5)使用在含氧500重量ppm的銅母材中含0.3重量％Sn的銅合金材料，制作成銅合金導(dǎo)體，最終軋制溫度是560℃。
實(shí)施例1～11與現(xiàn)有例1～5的銅合金導(dǎo)體的制造條件(含氧量、附加元素的種類與含量、最終軋制溫度)示于表3。
表3 (單位重量％)其次，使用實(shí)施例1～11與現(xiàn)有例1～5的銅合金導(dǎo)體，分別制作成橫截面積為170mm2的電車用供電線。各電車用供電線的拉伸強(qiáng)度(MPa)、導(dǎo)電率(％IACS)、氧化物的比例、結(jié)晶粒尺寸、表面品質(zhì)與熱軋性示于表4。
此處，關(guān)于氧化物的比例，平均粒徑小于等于1μm的氧化物的比例為80％或其以上的為○、小于80％的為×。
關(guān)于結(jié)晶粒尺寸，使用現(xiàn)有例1的銅合金導(dǎo)體的電車用供電線中的結(jié)晶粒的平均粒徑為1.0時(shí)，結(jié)晶粒的尺寸小于0.5的為○、0.5～1.0的為×。
關(guān)于表面品質(zhì)，熱軋后的表面劃傷少的為○、多的為×。
關(guān)于熱軋性，熱軋性良好的為○、不好的為×。
表4 如表4所示，使用實(shí)施例1～11的各銅合金導(dǎo)體制作的各電車用供電線，都具有大于等于420MPa的拉伸強(qiáng)度，和大于等于60％IACS的導(dǎo)電率。另外，各電車用供電線，平均粒徑小于等于1μm的氧化物的比例都是大于等于80％，結(jié)晶粒內(nèi)觀察到亞粒界，結(jié)晶粒的尺寸小于0.5。而且，各電車用供電線都是表面劃傷少、表面品質(zhì)良好、熱軋性也良好。
另外，比較使用實(shí)施例1～3、4～5、7～9的各銅合金導(dǎo)體制作的各電車用供電線的結(jié)果，可知隨著In含量的增多，拉伸強(qiáng)度提高但導(dǎo)電率下降。比較使用實(shí)施例6、10的各銅合金導(dǎo)體制作的各電車用供電線的結(jié)果，添加P的實(shí)施例10，表面品質(zhì)更好。比較使用實(shí)施例6、11的各銅合金導(dǎo)體制作的各電車用供電線的結(jié)果，添加B的實(shí)施例11，只是若干拉伸強(qiáng)度就提高。
與此相反，使用現(xiàn)有例1～5的各銅合金導(dǎo)體制作的各電車用供電線，因?yàn)樘砑佑阢~母材的元素不是In而是Sn，所以微小氧化物的比例少，并且，只得到大的結(jié)晶粒。另外，導(dǎo)電率都大于等于75％IACS、是良好的，而拉伸強(qiáng)度都小于420MPa。
另外，比較使用現(xiàn)有例1～3的各銅合金導(dǎo)體制作的各電車用供電線的結(jié)果，可知隨著最終軋制溫度的變低，拉伸強(qiáng)度上升但導(dǎo)電率下降。比較使用現(xiàn)有例4、3、5的各銅合金導(dǎo)體制作的各電車用供電線的結(jié)果，可知隨著氧含量的增多，拉伸強(qiáng)度、導(dǎo)電率共同提高。
權(quán)利要求
1.銅合金材料，其特征是，在含有0.001～0.1重量％(10～1000重量ppm)氧的銅母材中，含有0.1～0.4重量％的Sn、0.01～0.7重量％的與氧的親和力大于Sn的至少1種附加元素，并且以Sn與附加元素合計(jì)0.3～0.8重量％的比例含有Sn與附加元素。
2.如權(quán)利要求1所述的銅合金材料，其中，所述附加元素是選自Ca、Mg、Li、Al、Ti、Si、V、Mn、Zn、In或Ag中的至少1種元素或其化合物。
3.如權(quán)利要求1或2所述的銅合金材料，其中，除所述Sn與所述附加元素以外，以小于等于0.01重量％(100重量ppm)的比例含有P或B。
4.如權(quán)利要求1或2所述的銅合金材料，其中，除所述Sn與所述附加元素以外，以合計(jì)P與B小于等于0.02重量％(200重量ppm)的比例含有P與B。
5.銅合金導(dǎo)體的制造方法，其是用銅合金熔融液進(jìn)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)體的方法，其特征是，在含有0.001～0.1重量％(10～1000ppm)氧的銅母材中，添加0.1～0.4重量％的Sn、0.01～0.7重量％的與氧的親和力大于Sn的至少1種附加元素，并使Sn與附加元素的合計(jì)比率處于0.3～0.8重量％，進(jìn)行熔化，形成銅合金熔融液；使用該銅合金熔融液進(jìn)行連續(xù)鑄造的同時(shí)，將鑄造材料的溫度迅速冷卻到比銅合金熔融液的熔點(diǎn)至少低15℃或其以上，在將鑄造材料的溫度調(diào)整到小于等于900℃的狀態(tài)下，對(duì)鑄造材料進(jìn)行最終軋制溫度被調(diào)整為500～600℃的多段熱軋加工，軋制，形成軋制材料。
6.如權(quán)利要求5所述的銅合金導(dǎo)體的制造方法，其中，對(duì)所述軋制材料，以-193～100℃的溫度進(jìn)行加工度大于等于50％的冷加工，形成銅合金導(dǎo)體。
7.銅合金導(dǎo)體，其特征是，采用在含有0.001～0.1重量％(10～1000重量ppm)氧的銅母材中，含有0.1～0.4重量％的Sn、0.01～0.7重量％的與氧的親和力大于Sn的至少1種的附加元素，并且，以Sn與附加元素合計(jì)0.3～0.8重量％的比例含有Sn與附加元素的銅合金材料構(gòu)成該銅合金導(dǎo)體，構(gòu)成結(jié)晶結(jié)構(gòu)的結(jié)晶粒的平均粒徑小于等于100μm、并且，所述附加元素內(nèi)與氧親和力最大的元素的氧化物的80％或其以上，作為平均粒徑小于等于1μm的微小氧化物分散在結(jié)晶結(jié)構(gòu)的基體中。
8.如權(quán)利要求7所述的銅合金導(dǎo)體，其中，拉伸強(qiáng)度大于等于420MPa，并且，導(dǎo)電率大于等于60％IACS。
9.電纜，其特征在于，在使用權(quán)利要求7或8所述的銅合金導(dǎo)體構(gòu)成的單股線材或絞線線材的周圍設(shè)置有絕緣層。
10.銅合金材料，其特征是，在含0.001～0.1重量％(10～1000重量ppm)氧的銅母材中，含有0.1～0.7重量％比例的In。
11.如權(quán)利要求10所述的銅合金材料，其中，除所述的In之外，還以小于等于0.01重量％(100重量ppm)的比例含有P或B。
12.如權(quán)利要求10所述的銅合金，其中，除所述的In之外，還以P與B合計(jì)小于等于0.02重量％(200重量ppm)的比例含有P與B。
13.銅合金導(dǎo)體的制造方法，其是用銅合金熔融液進(jìn)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)體的方法，其特征是，在含0.001～0.1重量％(10～1000ppm)氧的銅母材中，以0.1～0.7重量％的比例添加In、熔化，形成銅合金熔融液；使用該銅合金熔融液進(jìn)行連續(xù)鑄造的同時(shí)，將鑄造材料的溫度迅速冷卻到比銅合金熔融液的熔點(diǎn)至少低15℃或其以上在將鑄造材料的溫度調(diào)整到小于等于900℃的狀態(tài)下，對(duì)鑄造材料進(jìn)行最終軋制溫度被調(diào)整到500～600℃的多段熱軋加工，形成軋制材料。
14.如權(quán)利要求13所述的銅合金導(dǎo)體的制造方法，其中，以-193～100℃的溫度、對(duì)所述軋制材料進(jìn)行加工度大于等于50％的冷加工，形成銅合金導(dǎo)體。
15.銅合金導(dǎo)體，其特征是，采用在含有0.001～0.1重量％(10～1000重量ppm)的銅母材中，以0.1～0.7重量％的比例含有In的銅合金材料構(gòu)成該銅合金導(dǎo)體，構(gòu)成結(jié)晶結(jié)構(gòu)的結(jié)晶粒的平均粒徑小于等于100μm，并且，所述的In氧化物80％或其以上，以平均粒徑小于等于1μm的微小氧化物分散在結(jié)晶結(jié)構(gòu)的基體中。
16.如權(quán)利要求15所述的銅合金導(dǎo)體，其中，拉伸強(qiáng)度大于等于420MPa、并且導(dǎo)電率大于等于60％IACS。
17.如權(quán)利要求16所述的銅合金導(dǎo)體，其中，拉伸強(qiáng)度大于等于420MPa、并且導(dǎo)電率是大于等于75％IACS。
18.電纜，其特征是，在采用權(quán)利要求15～17的任一項(xiàng)所述的銅合金導(dǎo)體構(gòu)成的單線線材或絞線線材的周邊設(shè)置有絕緣層。
19.電車用供電線，其特征是，采用權(quán)利要求15～17的任一項(xiàng)所述的銅合金導(dǎo)體構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供了高強(qiáng)度且高導(dǎo)電率的銅合金材料、銅合金導(dǎo)體及其制造方法、電纜及電車用供電線。銅合金導(dǎo)體(18)的制造方法是，在含0.001～0.1重量％(10～1000重量ppm)氧的銅母材(11)中，添加0.1～0.4重量％的Sn(12)、0.01～0.7重量％的與氧的親和力大于Sn的至少1種附加元素(13)、并使Sn(12)與附加元素(13)合計(jì)比例處于0.3～0.8重量％，進(jìn)行熔化(F1)，形成銅合金熔融液(14)，用該銅合金熔融液(14)進(jìn)行連續(xù)鑄造(F2)，同時(shí)，迅速冷卻鑄造材料(15)的溫度直到比銅合金熔融液的熔點(diǎn)低至少大于等于15℃的溫度，在將該鑄造材料(15)的溫度調(diào)整到小于等于900℃的狀態(tài)下，對(duì)鑄造材料(15)進(jìn)行最終軋制溫度被調(diào)整到500℃～600℃的多段熱軋加工(F3)，形成軋制材料(16)。
文檔編號(hào)C22C1/02GK1724700SQ200510002310
公開(kāi)日2006年1月25日 申請(qǐng)日期2005年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月20日
發(fā)明者青山正義, 市川貴朗, 蛭田浩義, 黑田洋光 申請(qǐng)人:日立電線株式會(huì)社