KR20170041164A

KR20170041164A - 구리 합금선, 구리 합금 연선, 피복 전선, 및 단자 부착 전선

Info

Publication number: KR20170041164A
Application number: KR1020167019547A
Authority: KR
Inventors: 아키코 이노우에; 데츠야 구와바라; 다이치로 니시카와; 기요타카 우츠노미야; 히로시 후지타; 야스유키 오오츠카; 히로유키 고바야시
Original assignee: 스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤; 스미토모 덴소 가부시키가이샤; 가부시키가이샤 오토네트웍스 테크놀로지스
Priority date: 2014-08-08
Filing date: 2015-08-03
Publication date: 2017-04-14
Also published as: DE112015003683T5; JP5950249B2; WO2016021547A1; JP2016037652A; US10128018B2; CN105940128A; US20160336086A1

Abstract

구리 합금선은 도체에 이용 가능하다. 이 구리 합금선은 Fe를 0.4 질량% 이상 1.5 질량% 이하, Ti를 0.1 질량% 이상 0.7 질량% 이하, Mg를 0.02 질량% 이상 0.15 질량% 이하, Si 및 Mn의 적어도 한쪽과 C를 합계로 10 질량 ppm 이상 500 질량 ppm 이하 함유하고, 잔부가 Cu 및 불순물로 이루어지는 구리 합금에 의해 구성된다. 구리 합금선의 선 직경은 0.5㎜ 이하이다. 구리 합금 내의 Fe/Ti(질량비)는 1.0 이상 5.5 이하인 것이 바람직하다.

Description

구리 합금선, 구리 합금 연선, 피복 전선, 및 단자 부착 전선{COPPER ALLOY WIRE, STRANDED COPPER ALLOY WIRE, COATED ELECTRIC WIRE, AND TERMINAL-EQUIPPED ELECTRIC WIRE}

본 발명은, 자동차에 라우팅되는 전선 등의 도체에 이용되는 구리 합금선, 구리 합금 연선, 이 구리 합금선이나 구리 합금 연선을 도체로 하는 피복 전선, 이 피복 전선을 구비하는 단자 부착 전선에 관한 것이다. 특히, 극세선이며, 강도·도전율·신장도를 밸런스 좋게 구비하는 구리 합금선에 관한 것이다.

종래, 자동차 등의 라우팅에 이용되는 전선 도체의 구성 재료는, 도전성이 우수한 구리나 구리 합금의 구리계 재료가 주류이다. 이 도체의 인장 강도 등의 기계적 특성을 향상시키기 위해서 여러 가지의 연구가 이루어지고 있다(예를 들면, 특허문헌 1, 2를 참조).

특허문헌 1에는, Mg, Ag, Sn, Zn로부터 선택되는 어느 1종을 특정 범위의 함유량으로 함유시킨 구리 합금에, 99% 이상의 냉간 가공도로 신선(伸線) 가공을 실시함으로써 인장 강도, 세로 탄성 계수, 도전율 등의 기계적 특성을 높인 경질 소선을, 복수개 꼬아 합쳐서 형성된 자동차용 전선 도체가 개시되어 있다. 또, 특허문헌 2에는, 석출 강화 원소로서 Ti와, 석출 촉진 원소로서 Fe를 각각 특정 범위의 함유량으로 함유시켜, Cu 매트릭스 중에 고용하는 첨가 원소를 효과적으로 석출시킴으로써, 인장 강도나 도전율 등의 기계적 특성을 높인 구리 합금을 도체로 한 와이어 하니스용 전선이 개시되어 있다.

[선행기술문헌]

[특허문헌]

(특허문헌 1) 일본 공개 특허 공보 제 2008－016284 호

(특허문헌 2) 일본 공개 특허 공보 제 2009－167450 호

최근, 자동차의 고성능화나 고기능화가 급속히 진행되고 있어, 차량에 탑재되는 각종의 전기 기기, 제어 기기 등의 증가에 수반, 이들 기기에 사용되는 전선도 증가 경향이 있다. 한편, 최근, 환경 대응을 위해서 자동차 등의 반송 기기의 연비를 향상할 수 있도록, 경량화가 강하게 요구되고 있다.

전선의 경량화를 위해서, 예를 들면 선 직경 0.5㎜ 이하의 극세선의 전선이 요구된다. 극세선의 전선은, 라우팅시의 충격 등에 의해 단선될 우려가 있다. 따라서, 고강도·고도전율을 가지면서 신장도도 우수하고, 자동차 등의 라우팅에 이용되는 전선 도체에 적절한 특성을 밸런스 좋게 구비한 구리 합금선의 개발이 요구된다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적의 하나는, 극세선이며, 고강도·고도전율을 가지면서 신장도도 우수한 구리 합금선을 제공하는 것에 있다. 또, 본 발명의 다른 목적은, 상기 구리 합금선을 복수개 꼬아 합쳐서 형성된 구리 합금 연선을 제공하는 것에 있다. 추가로, 본 발명의 다른 목적은, 상기 구리 합금선이나 구리 합금 연선을 도체로 하는 피복 전선, 이 피복 전선을 구비하는 단자 부착 전선을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 일태양에 따른 구리 합금선은, 도체에 이용되는 구리 합금선으로서, Fe를 0.4 질량% 이상 1.5 질량% 이하, Ti를 0.1 질량% 이상 0.7 질량% 이하, Mg를 0.02 질량% 이상 0.15 질량% 이하, Si 및 Mn의 적어도 한쪽과 C를 합계로 10 질량 ppm 이상 500 질량 ppm 이하로 함유하고, 잔부가 Cu 및 불순물로 이루어지는 구리 합금에 의해 구성되고, 선 직경이 0.5㎜ 이하이다.

본 발명의 일태양에 따른 구리 합금 연선은, 상기 구리 합금선을 복수개 꼬아 합쳐서 형성된다.

본 발명의 일태양에 따른 피복 전선은, 도체의 외측에 절연 피복층을 구비하는 피복 전선이며, 상기 도체가 상기 구리 합금선 또는 상기 구리 합금 연선이다.

본 발명의 일태양에 따른 단자 부착 전선은, 상기 피복 전선과, 이 피복 전선의 단부에 부착된 단자부를 구비한다.

상기 구리 합금선, 구리 합금 연선, 피복 전선, 및 단자 부착 전선은, 극세선이며, 고강도·고도전율을 가지면서 신장도도 우수하다.

[본 발명의 실시 형태의 설명]

먼저 본 발명의 실시 형태의 내용을 일일이 설명한다.

(1) 실시 형태의 구리 합금선은, 도체에 이용되는 구리 합금선이며, Fe를 0.4 질량% 이상 1.5 질량% 이하, Ti를 0.1 질량% 이상 0.7 질량% 이하, Mg를 0.02 질량% 이상 0.15 질량% 이하, Si 및 Mn의 적어도 한쪽과 C를, 합계로 10 질량 ppm 이상 500 질량 ppm 이하 함유하고, 잔부가 Cu 및 불순물로 이루어지는 구리 합금에 의해 구성되고, 선 직경이 0.5㎜ 이하이다.

상기 구성에 따르면, 구리 합금선은 Cu－Fe－Ti－Mg계 합금으로 형성함으로써 고강도이며, 또한 첨가 원소를 특정의 범위로 함으로써 도전율도 높다. 구리 합금이 특정의 조성으로 됨으로써, 고온에 장시간 유지되는 열처리를 실시해도 인장 강도가 저하되기 어렵고, 신장도를 향상시킬 수 있다. 특히, Si 및 Mn의 적어도 한쪽과 C가 특정의 범위로 함유됨으로써, 선 직경이 0.5㎜ 이하의 극세선이어도, 고강도·고도전율이며 신장도도 우수한 구리 합금선으로 될 수 있다. 이 이유는, Si 및 Mn의 적어도 한쪽과 C가 함유됨으로써, 상류 공정에 있어서의 연속 주조시에 첨가 원소, 특히 Fe나 Ti의 산화물의 생성을 억제할 수 있어, Fe, Ti, Mg의 3원소를 밸런스 좋게 함유시킬 수가 있기 때문이다. 또, 상기 산화물의 생성을 억제할 수 있어, 신선시에 상기 산화물을 기점으로 한 파단을 방지할 수 있기 때문에, 선 직경이 0.5㎜ 이하까지 신선을 행할 수 있기 때문이다.

(2) 실시 형태의 구리 합금선의 일 형태로서, Fe/Ti(질량비)가 1.0 이상 5.5 이하인 것을 들 수 있다.

구리 합금선의 인장 강도 및 도전율은, 기본적으로는 Fe나 Ti를 포함하는 석출물에 의해 정해지는 것이다. 따라서, Fe와 Ti의 질량비가 중요해져서, 상기 질량비로 함으로써, 인장 강도 및 도전율의 향상을 도모할 수 있다.

(3) 실시 형태의 구리 합금선의 일 형태로서, 평균 결정 입자 직경이 10㎛ 이하인 것을 들 수 있다.

평균 결정 입자 직경이 10㎛ 이하의 미세 조직으로 됨으로써, 신장도가 우수하다. 또, 미세 조직으로 함으로써, 단자 압착을 행한 경우에 단자 고착력을 높일 수 있다.

(4) 실시 형태의 구리 합금선의 일 형태로서, 신장도가 5% 이상인 것을 들 수 있다.

신장도가 5% 이상으로 됨으로써, 내충격성이나 굴곡 특성이 요구되는 전선의 도체 소재에 매우 적합하게 이용할 수 있다. 신장도가 5% 이상으로 됨으로써, 전선의 라우팅시에 단선되기 어렵다.

(5) 실시 형태의 구리 합금선의 일 형태로서, 도전율이 60% IACS 이상, 인장 강도가 450 MPa 이상인 것을 들 수 있다.

도전율이 60% IACS 이상, 인장 강도가 450 MPa 이상으로 됨으로써, 내충격성이나 굴곡 특성이 요구되는 전선의 도체 소재에 매우 적합하게 이용할 수 있다. 인장 강도가 450 MPa 이상으로 됨으로써, 파단되기 어렵고, 단자 압착을 행한 경우에 장기적으로 그 압착 상태를 유지할 수 있다.

(6) 실시 형태의 구리 합금선의 일 형태로서, 도전율이 60% IACS 이상, 인장 강도 σB가 450 MPa 이상, 신장도 ε이 5% 이상이며, σB＋25ε≥650을 만족하는 것을 들 수 있다.

인장 강도 σB와 신장도 ε이 상기 관계식을 만족함으로써, 보다 우수한 내충격성이나 굴곡 특성을 가진다.

(7) 실시 형태의 구리 합금 연선(stranded wire)은, 상기 (1)~(6)의 실시 형태의 구리 합금선을 복수개 꼬아 합쳐서 형성된다.

상기 구성에 의하면, 상기 실시 형태의 구리 합금선의 특성을 실질적으로 유지하기 때문에, 고강도·고도전율이며 신장도도 우수하다. 복수개의 상기 실시 형태의 구리 합금선을 꼬아 합침으로써 연선 전체로서의 내충격성이나 굴곡 특성의 기계적 특성을 단선의 경우보다 향상시킬 수 있다.

(8) 실시 형태의 구리 합금 연선의 일 형태로서, 상기 구리 합금 연선은, 압축 가공되어 있는 것을 들 수 있다.

연선 전체를 압축 가공함으로써, 연선 형상의 안정성이 높아진다. 또, 연선의 단면적에서 차지하는 공극율을 감소시킬 수 있다.

(9) 실시 형태의 구리 합금 연선의 일 형태로서, 상기 구리 합금선의 트위스트 피치는, 10㎜ 이상 20㎜ 이하인 것을 들 수 있다.

구리 합금선의 트위스트 피치를 10㎜ 이상으로 함으로써, 생산성을 향상시킬 수 있다. 한편, 트위스트 피치를 20㎜ 이하로 함으로써, 굴곡 특성을 향상시킬 수 있다.

(10) 실시 형태의 구리 합금 연선의 일 형태로서, 상기 구리 합금 연선의 단면적은, 0.03㎟ 이상 0.5㎟ 이하인 것을 들 수 있다.

연선의 단면적이 0.03㎟ 이상으로 됨으로써, 단자 압착이 확실히 이루어진다. 한편, 연선의 단면적이 0.5㎟ 이하로 됨으로써, 연선의 경량화를 도모할 수 있다.

(11) 실시 형태의 피복 전선은, 도체의 외측에 절연 피복층을 구비하는 피복 전선이며, 상기 도체는 상기 (1)~(6)의 실시 형태의 구리 합금선 또는 상기 (7)~(10)의 실시 형태의 구리 합금 연선이다.

상술한 바와 같이 고강도·고도전율이며 신장도도 우수한 구리 합금선이나 구리 합금 연선을 도체로 함으로써, 실시 형태의 피복 전선도 고강도·고도전율이며 신장도도 우수하고, 우수한 내충격성이나 굴곡 특성을 가진다.

(12) 실시 형태의 단자 부착 전선은, 상기 (11)의 실시 형태의 피복 전선과, 이 피복 전선의 단부에 부착된 단자부를 구비한다.

상술한 바와 같이 고강도·고도전율이며 신장도도 우수한 피복 전선을 구비함으로써, 실시 형태의 단자 부착 전선도 고강도·고도전율이며 신장도도 우수하고, 우수한 내충격성이나 굴곡 특성을 가진다.

[본 발명의 실시 형태의 상세]

본 발명의 실시 형태의 상세를 이하에 설명한다. 또, 본 발명은 이러한 예시로 한정되는 것이 아니며, 청구의 범위에 의해 나타내고, 청구의 범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

[구리 합금선]

《조성》

구리 합금선을 구성하는 구리 합금은, 순Cu를 주성분(모재)으로 하고, Fe를 0.4 질량% 이상 1.5 질량% 이하, Ti를 0.1 질량% 이상 0.7 질량% 이하, Mg를 0.02 질량% 이상 0.15 질량% 이하 함유하고, 추가로 Si 및 Mn의 적어도 한쪽과 C를 합계로 10 질량 ppm 이상 500 질량 ppm 이하 함유한다.

Fe는, 0.4 질량% 이상 함유함으로써, 강도가 우수한 구리 합금선을 얻을 수 있다.

Fe의 함유량은, 많을수록 구리 합금선의 강도는 높아지지만, 한편으로 도전율이 저하하거나 신선 가공시 등에 단선이 생기기 쉬워지기 때문에, 1.5 질량% 이하로 한다. Fe의 함유량은, 0.45 질량% 이상 1.3 질량% 이하가 바람직하고, 0.5 질량% 이상 1.1 질량% 이하가 더 바람직하다.

Ti는, Fe와 공존함으로써, 도전율 및 강도가 향상된다. Ti는 0.1 질량% 이상 함유됨으로써, 강도가 우수한 구리 합금선을 얻을 수 있다. Ti의 함유량은, 많을수록 구리 합금선의 강도는 높아지지만, 한편으로 도전율이 저하하거나 신선 가공시 등에 단선이 생기기 쉬워지기 때문에, 0.7 질량% 이하로 한다. Ti의 함유량은, 0.1 질량% 이상 0.5 질량% 이하가 바람직하고, 0.3 질량% 이상 0.5 질량% 이하가 더 바람직하다.

Fe와 Ti는, 화합물로서 Cu에 석출되어 존재함으로써, 구리 합금선은 강도 및 도전율이 우수하다. 이 Fe와 Ti의 질량비(Fe/Ti)는 1.0 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그것에 의해, Fe와 Ti의 화합물을 적당히 석출할 수 있어, 도전율이 향상된다. Fe/Ti는, Fe가 과잉이 되면 도전율이 저하되기 때문에, 5.5 이하로 하는 것이 바람직하다. Fe/Ti는, 1.4 이상 5.0 이하가 바람직하고, 또한 1.6 이상 4.0 이하, 특히 1.8 이상 3.6 이하가 더 바람직하다.

Mg는, 0.02 질량% 이상 함유함으로써, 강도가 향상된다. Mg의 함유량은, 많을수록 구리 합금선의 강도는 높아지지만, 한편으로 도전율이 저하되기 때문에, 0.15 질량% 이하로 한다. Mg의 함유량은, 0.02 질량% 이상 0.1 질량% 이하가 바람직하고, 0.03 질량% 이상 0.06 질량% 이하가 더 바람직하다.

Si 및 Mn의 적어도 한쪽과 C를 합계로 10 질량 ppm 함유함으로써, Fe, Ti의 산화물의 생성을 억제할 수 있어, Fe, Ti, Mg의 3원소를 밸런스 좋게 함유할 수 있어, 강도·도전율·신장도가 밸런스 좋게 향상된다. 또, 상기 산화물을 억제할 수 있으므로, 선 직경이 0.5㎜ 이하의 극세선의 구리 합금선으로 할 수 있다. Si 및 Mn의 적어도 한쪽과 C의 합계 함유량은, 많을수록 탈산 효과는 높아지지만, 한편으로 Cu의 매트릭스 중에 이들이 잔존하여 도전율이 저하되기 때문에, 500 질량 ppm 이하로 한다. 상기 합계 함유량은, 20 질량 ppm 이상 300 질량 ppm 이하가 바람직하고, 30 질량 ppm 이상 100 질량 ppm 이하가 더 바람직하다. 각 원소의 바람직한 함유량으로서, C는 20 질량 ppm 이상 200 질량 ppm 이하가 바람직하고, 30 질량 ppm 이상 100 질량 ppm 이하가 더 바람직하다. Si 또는 Mn의 적어도 한쪽의 합계 함유량은, 5 질량 ppm 이상 100 질량 ppm 이하가 바람직하고, 10 질량 ppm 이상 50 질량 ppm 이하가 더 바람직하다. Si 및 Mn의 적어도 한쪽과 C를 특정량 함유함으로써, 산소의 함유량을 20 질량 ppm 이하, 또한 15 질량 ppm 이하, 특히 10 질량 ppm 이하로 하기 쉽다.

《선 직경》

구리 합금선은, 신선 가공시의 가공도(단면 감소율)를 적절히 조정함으로써, 선 직경을 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 자동차용 전선 도체에 이용하는 경우, 선 직경이 0.5㎜ 이하의 극세선을 들 수 있다. 본 실시 형태의 구리 합금선은, 선 직경이 0.5㎜ 이하의 극세선이어도, 인장 강도, 도전율, 및 신장도가 우수하다. 구리 합금선의 선 직경은, 0.35 ㎜ 이하, 또한 0.25 ㎜ 이하를 들 수 있다.

《조직》

상기 특정의 조성으로 이루어지는 구리 합금선은, 평균 결정 입자 직경이 10㎛ 이하의 미세 조직이다. 평균 결정 입자 직경은, 작을수록 구리 합금 전체의 조직이 미세하게 되기 쉽고, 파단의 기점으로 되는 거칠기가 큰 입자가 존재하기 어렵게 되어, 신장도가 우수한 것으로 생각된다. 또, 미세 조직으로 함으로써, 단자 압착을 행한 경우에 단자 고착력을 높일 수 있다. 평균 결정 입자 직경은, 연속 주조시의 열처리 조건 등을 적절히 조정함으로써, 2㎛ 이하의 미세한 조직으로 할 수 있다. 평균 결정 입자 직경의 측정 방법은 후술한다.

《단면 형상》

구리 합금선은, 신선 가공시의 다이스 형상에 따라서 여러 횡단면 형상을 가질 수 있다. 횡단면이 원형인 라운드 와이어가 대표적이다. 그 외, 횡단면 형상은, 타원 형상, 사각형이나 육각형의 다각 형상 등의 여러 형상을 들 수 있다. 상기 타원 형상이나 다각 형상의 불규칙 형상의 경우, 선 직경은, 횡단면에 있어서의 등면적에 대응하는 원의 직경으로 한다.

《기계적 특성》

상술한 구리 합금선은, 강도·도전율·신장도를 밸런스 좋게 구비하고, 고강도·고도전율이며 신장도도 우수하다. 인장 강도 및 도전율은, 첨가 원소의 종류, 함유량, 제조 조건(신선 가공도, 열처리의 온도 등)에 따라 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 첨가 원소를 많이 하거나 신선 가공도를 높이거나(선 직경을 가늘게 하거나) 하면, 인장 강도가 높고, 도전율이 낮아지는 경향이 있다. 인장 강도는, 450 MPa 이상이 바람직하고, 또한 470 MPa 이상, 특히 490 MPa 이상이 바람직하다. 도전율은, 60% IACS 이상이 바람직하고, 또한 62% IACS 이상, 특히 64% IACS 이상이 바람직하다.

신장도는, 신선 후에 특정의 열처리를 실시함으로써 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 열처리로서 어닐링을 행하고, 어닐링 온도를 높게 하거나 어닐링 시간을 길게 하면, 신장도가 높아지는 경향이 있다. 구체적인 어닐링 조건은 후술한다. 신장도는 5% 이상이 바람직하고, 또한 6% 이상, 특히 8% 이상이 바람직하다.

특히, 도전율이 60% IACS 이상, 인장 강도 σB가 450 MPa 이상, 신장도 ε이 5% 이상일 때, σB＋25ε≥650의 관계식을 만족하는 것을 들 수 있다. 상기 관계식을 만족함으로써, 일정한 도전율에 대해서 강도와 신장도의 밸런스가 좋고, 내충격성이나 굴곡 특성이 더 우수하다. 상기 관계식은, 추가로 σB＋25ε≥680, 특히 σB＋25ε≥700이 바람직하다.

[구리 합금 연선]

상기 구리 합금선은, 복수개를 꼬아 합친 연선(본 실시 형태의 구리 합금 연선)으로 함으로써, 내충격성이나 굴곡 특성이 더 우수한 도체를 얻을 수 있다. 꼬아 합친 갯수는 특별히 문제되지 않는다. 이 구리 합금 연선을 압축 가공하여 압축 선재로 하면, 연선 형상의 안정성이 높아진다. 또, 연선의 단면적에서 차지하는 공극율을 감소시켜, 압축전의 꼬아 합친 상태보다 선 직경을 작게 할 수 있다. 연선의 단면적은 0.03㎟ 이상으로 함으로써 단자 압착을 확실히 할 수 있고, 0.5㎟ 이하로 함으로써 연선의 경량화를 도모할 수 있다. 또, 연선의 트위스트 피치는, 10㎜ 이상으로 함으로써 생산성을 향상시킬 수 있고, 20㎜ 이하로 함으로써 굴곡 특성을 향상시킬 수 있다.

[피복 전선]

상기 구리 합금선이나 상기 구리 합금 연선은 전선의 도체에 이용할 수 있다. 도체의 외측에 절연 피복층을 구비하는 피복 전선으로서 사용할 수 있다. 절연 피복층을 구성하는 절연 재료는, 예를 들면, 폴리염화비닐(PVC)이나 비할로겐 수지, 난연성이 우수한 재료 등을 들 수 있다. 절연 피복층의 두께는, 소망의 절연 강도를 고려하여 최적으로 선택할 수 있고, 특별히 한정되지 않는다.

[단자 부착 전선]

상기 피복 전선은 단자 부착 전선에 적합하게 이용할 수 있다. 단자 부착 전선은, 대표적으로는, 상기 피복 전선을 1개 이상 포함하는 전선을 구비하고, 각 전선의 단부에 단자부가 부착되어 있다. 상기 각 전선은, 상기 단자부를 통해서 전기 기기 등의 접속 대상에 접속된다. 단자 부착 전선은, 전선마다 하나의 단자부가 각각 마련된 형태 이외에, 복수의 전선이 하나의 단자부에 모아서 부착된 전선군을 포함한 형태라도 좋다. 상기 단자부의 형상은, 수컷 형상(male shape), 암컷 형상(female shape) 등을 들 수 있고, 이 단자부와 피복 전선의 도체의 접속은, 도체를 압착하는 압착형이나, 용해한 도체가 접속되는 용해형 등을 들 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다. 단자 부착 전선이 구비하는 복수의 전선은, 결속 도구 등에 의해 일체로 묶이면, 핸들링성이 우수하다.

[제조 방법]

상술한 구리 합금선은, 대표적으로는, 이하의 제조 방법에 의해 제조할 수 있다. 이 제조 방법은, 도체에 이용되는 구리 합금선의 제조 방법이며, 이하의 연속 주조 공정과, 신선 공정과, 열처리 공정을 구비한다.

연속 주조 공정：후술하는 구리 합금의 용탕(溶湯)을 연속 주조하여 주조재를 제작하는 공정.

신선 공정：상기 주조재, 또는 상기 주조재에 소성 가공을 실시한 가공재에 신선 가공을 실시하여 신선재를 제작하는 공정.

열처리 공정：상기 신선재에 열처리를 실시하는 공정.

《연속 주조 공정》

우선, 구리 합금의 용탕을 연속 주조하여 주조재를 제작한다. 구리 합금의 용탕은, Cu재와 각 첨가 원소 중 Fe, Ti, Mg의 주첨가 원소재를, 불순물량이 20 질량 ppm 이하의 고순도 카본제의 도가니로 용해함으로써 얻을 수 있다. Fe, Ti, Mg의 각 함유량은, 상술한 구리 합금선의 Fe, Ti, Mg의 함유량으로 하면 좋다. 용해는, 대기 분위기중에서 행함으로써, 생산성을 향상시킬 수 있다. 이때, 상기 주첨가 원소, 특히 Fe나 Ti가 산화되지 않도록, 탈산 효과를 갖는 C나 Si, Mn의 산화 방지재를 혼합한다. 각 산화 방지재의 혼합 방법으로서는, 탕면이 대기에 접촉하지 않도록, 탕면을 목탄편이나 목탄 가루의 제 1의 산화 방지재로 덮는 것을 들 수 있다. 탕면을 제 1의 산화 방지재로 덮었다 해도, 제 1의 산화 방지재 사이에 틈새가 생기고, 이 틈새에서 탕면이 대기와 접촉할 우려가 있기 때문에, 탈산 효과를 갖는 Si나 Mn의 제 2의 산화 방지재를 용탕 중에 혼합하는 것을 들 수 있다. Si나 Mn는, Fe 합금으로서 혼합해도 좋고, 주첨가 원소와 마찬가지로 개별적으로 혼합해도 좋다. 각 산화 방지재의 함유량은, 상술한 구리 합금선의 C나 Si, Mn의 함유량으로 하면 좋다. 탕면을 제 1의 산화 방지재로 덮는 경우, 제 1의 산화 방지재와 탕면이 접촉함으로써, 제 1의 산화 방지재(C)가 용탕에 혼입하는 양이, 상술한 구리 합금선의 C의 함유량으로 되도록, 제 1의 산화 방지재의 양을 결정하면 좋다.

연속 주조는, 용탕면에 배치한 주형내에서 용탕을 응고시켜서 윗쪽으로 연속적으로 인상하는 상방 인상 연속 주조법(업 캐스트법)을 이용하는 형태를 들 수 있다. 주형은, 불순물량이 20 질량 ppm 이하의 고순도 카본제 주형을 이용하는 것이 바람직하다. 연속 주조시에 있어서의 급냉은, 적절히 선택할 수 있지만, 5℃／sec 이상이 바람직하다.

상기 연속 주조에 의해 얻은 주조재에, 주조에 계속해서 컨펌 압출(conform extrusion)을 행해도 좋다. 컨펌 압출을 행함으로써, 주조재의 표면 결함을 저감 할 수 있다. 그 외에, 컨펌 압출 대신에, 냉간 압연이나 필링(peeling)을 행해도 좋다.

《신선 공정》

상기 주조재, 또는 상기 주조재에 컨펌 압출이나 냉간 압연을 실시한 가공재에 신선 가공을 실시하여 최종 선 직경의 신선재를 제작한다. 신선 가공(대표적으로는 냉간)은, 최종 선 직경이 될 때까지 복수 패스(pass)에 걸쳐서 행한다. 각 패스의 가공도는, 조성, 최종 선 직경 등을 고려하여 적절히 조정하면 좋다.

《열처리 공정》

최종 선 직경까지 신선 가공이 실시된 신선재에 특정의 열처리를 실시하고, 주조시에 있어서의 과포화 고용 상태, 또는 이 과포화 고용 상태로부터 미량의 Fe나 Ti를 포함한 석출물이 석출된 상태로부터 상기 석출물을 인공 시효(aging)에 의해 석출시킨다. 열처리에는, 배치(batch) 연화 처리 또는 연속 연화 처리를 이용할 수 있다. 배치 연화 처리는, 가열로 내에 가열 대상을 봉입한 상태에서 가열하는 처리 방법이며, 한 번의 처리량이 한정되나, 가열 대상 전체의 가열 상태를 관리하기 쉽다. 한편, 연속 연화 처리는, 가열로 내에 가열 대상을 연속적으로 공급하여, 가열 대상을 연속적으로 가열하는 처리 방법이며, 연속적으로 가열할 수 있기 때문에 작업성이 우수하다.

배치 연화 처리는, 열처리 온도를 350℃ 이상 660℃ 이하, 유지 시간을 30분 이상으로 함으로써, 석출물을 충분히 석출시킬 수 있다. 소망의 특성에 따라, 열처리 온도를 선택하면 좋다. 열처리 온도는, 400℃ 이상 550℃ 이하, 유지 시간은, 2시간 이상 20시간 이하가 더 바람직하다. 열처리의 유지 시간은 길수록, 석출물을 보다 많이 석출할 수 있기 때문에, 도전율을 향상시킬 수 있다. 열처리를 신선 가공 후에 실시함으로써, 열처리에 의해 석출한 석출물이 기점으로 되어 단선하는 것을 저감할 수 있기 때문에, 신선성 좋게 가공할 수 있다.

그 외에, 열처리를 시효 석출 처리로서의 열처리와 연화 처리로서의 열처리로 구분하여 행하는 것을 들 수 있다. 시효 석출 처리로서의 열처리는, 상술한 냉간 압연이나 신선 가공 등의 스트레인(strain)을 도입 후에 행한다. 예를 들면, 냉간 압연 후에 신선 가공전의 가공재에 열처리를 실시해도 좋고, 신선 도중의 중간 신선재에 열처리를 실시해도 좋다. 이 시효 석출 처리로서의 열처리는, 350℃ 이상 600℃ 이하, 유지 시간은, 30분 이상 40시간 이하를 들 수 있다. 연화 처리로서의 열처리는, 시효 석출 처리 후에 최종 신선 가공을 실시한 신선재에 행한다. 이 연화 처리로서의 열처리는, 350℃ 이상 800℃ 이하로 하는 연속 연화 처리를 이용하는 것을 들 수 있다. 열처리를 시효 석출 처리로서의 열처리와 연화 처리로서의 열처리로 구분하여 행함으로써, 연화 처리 후의 결정 입자 직경을 작게 유지할 수 있기 때문에, 높은 강도와 신장도를 실현할 수 있다.

상술한 열처리 공정에 의해, 상기 특정의 조성으로 이루어지고, 선 직경이 0.5㎜ 이하의 극세선이고, 도전율이 60% IACS 이상, 인장 강도가 450 MPa 이상, 신장도가 5% 이상을 만족하는 구리 합금선을 얻을 수 있다.

《스트랜딩(stranding) 공정》

상기 구리 합금선을 복수개 꼬아 합침으로써, 구리 합금 연선을 제조할 수 있다. 이 구리 합금 연선을 압축 가공하여 압축 선재로 하여도 좋다. 선재를 복수개 꼬아 합친 연선 구조로 하는 경우, 상기 연화 공정을 연선에 대해서 행함으로써, 연선의 트위스트가 복귀되기 어렵기 때문에 바람직하다. 구체적으로는, 신선 공정에 있어서 최종 선 직경까지 신선 가공이 실시된 신선재를 복수개 꼬아 합쳐서 연선으로 하고, 이 연선에 상기 연화 공정을 실시한다. 상기 연화 공정을 실시한 구리 합금선을 복수개 꼬아 합쳐서도 좋고, 스트랜딩 후에 추가로 연화 공정을 실시해도 좋다.

《피복 공정》

상기 구리 합금선 또는 상기 구리 합금 연선의 외주에, 상술한 절연 재료로 이루어지는 절연 피복층을 형성함으로써, 피복 전선을 제조할 수 있다. 절연 피복층의 형성 방법은, 압출 피복이나 분체 도장에 의한 피복을 들 수 있다.

《단자의 부착 공정》

상기 피복 전선의 단부에 단자부를 부착해, 대표적으로는, 단자 부착의 피복 전선을 복수개 묶음으로써, 단자 부착 전선을 제조할 수 있다. 도체와 단자부는, 피복 전선의 절연 피복층의 일부를 벗겨 도체를 노출시켜서 압착하는 것을 들 수 있다.

[시험예]

·시험예 1

구리 합금선을 제작하고, 구리 합금선의 여러 특성을 조사했다.

구리 합금선은, 이하에 나타내는 2개의 제조 패턴에 의해 제조했다. 첫번째의 제조 패턴 A는, 순도 99.99% 이상의 전기 구리와 각 첨가 원소 중 Fe, Ti, Mg의 주첨가 원소 함유의 모 합금을 준비하고, 고순도 카본제의 도가니에 투입하여 대기 분위기 중에서 용해시키고, 표 1에 나타내는 주성분을 함유하는 혼합 용탕을 제작했다. 이때, 탕면을 목탄편으로 충분히 덮고, 탕면이 대기에 접촉하지 않도록 했다. 목탄편은, 목탄편과 탕면의 접촉에 의해 C가 용탕에 혼입하는 양이 표 1에 나타내는 C의 미량 성분으로 되도록 조정했다. 또, 표 1에 나타내는 Si, Mn의 미량 성분을 상기 주성분의 Fe의 합금으로서 혼합했다. 얻은 혼합 용탕과 고순도 카본제 주형을 이용하여 상방 인상 연속 주조법(업 캐스트법)에 의해, 선 직경 φ12.5 ㎜의 단면 원형 모양의 주조재를 제작했다. 얻은 주조재를 선 직경 φ9.5㎜까지 컨펌 압축하여 가공재를 제작했다. 그 후, 상기 가공재를 표 1에 나타내는 선 직경(㎜)까지 신선 가공을 실시하여 신선재를 제작하고, 표 1에 나타내는 열처리 조건으로 배치 연화 처리(어닐링)를 행했다.

두번째의 제조 패턴 B는, 상기 제조 패턴 A와 마찬가지로 주조재를 제작했다. 이 주조재를 선 직경 φ9.5㎜까지 냉간 압연⇒열처리(500℃×8시간)⇒필링 다이스에 의해 φ8 ㎜까지 필링을 행하여 가공재를 제작했다. 그 후, 상기 가공재를 표 1에 나타내는 선 직경(㎜)까지 신선 가공을 실시하여 신선재를 제작하고, 연속 연화를 행했다.

[표 1]

얻은 구리 합금선에 대해, 평균 결정 입자 직경(㎛), 산소량(질량 ppm), 인장 강도(MPa), 도전율(% IACS), 신장도(파단 신장도(%))을 조사했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.

평균 결정 입자 직경은, 각 시료의 구리 합금선의 횡단면에 크로스 섹션 폴리셔(Cross section Polisher)(CP) 가공을 실시하여, 이 단면을 주사형 전자 현미경(Scanning Electron Microscope：SEM)으로 관찰했다. 평균 결정 입자 직경은, 임의의 관찰 범위의 면적을 그 중에 존재하는 입자수로 나눈 면적에 대응하는 원의 직경으로 한다. 다만, 관찰 범위는, 존재하는 입자수가 50개 이상 또는 횡단면 전체로 한다.

산소량은, 산소 분석 장치를 이용하여 불활성 가스 융해⇒적외선 흡수법에 의해 측정했다.

인장 강도(MPa) 및 신장도(%, 파단 신장도)는, JISZ2241(금속 재료 인장 시험 방법, 1998)에 준거하여, 범용의 인장 시험기를 이용하여 측정했다. 도전율(% IACS)은 브릿지법에 의해 측정했다.

[표 2]

표 1 및 표 2에 나타내는 바와 같이, 특정의 조성의 구리 합금으로 이루어지는 시료 No.1~14는, 인장 강도가 450 MPa 이상, 도전율이 60% IACS 이상, 신장도가 5% 이상이며, 고강도·고도전율일 뿐만 아니라, 신장도도 우수하다. 구리 합금이 특정의 조성이므로, 선 직경이 0.32㎜ 이하의 극세선이어도, 고강도·고도전율을 가지면서 신장도도 우수하다.

표 1 및 표 2에 나타나는 결과로부터, 1개의 실시형태에서는, 구리 합금은, 주성분으로서, Fe를 0.50 질량% 이상 1.18 질량% 이하, Ti를 0.11 질량% 이상 0.56 질량% 이하, Mg를 0.02 질량% 이상 0.14 질량% 이하 함유하고, 미량 성분으로서, Si와 Mn를 각각 10 질량 ppm 미만, C를 20 질량 ppm 이상 100 질량 ppm 이하 함유하고, 잔부가 Cu 및 불순물로 이루어진다. 이 구리 합금에 의하면, 도전율을 63% IACS 이상, 신장도를 5% 이상, 또한 인장 강도를 476 MPa 이상으로 할 수 있다. 또, 구리 합금의 평균 결정 입자 직경을 1.0㎛ 이하로 할 수도 있다. 표 2에 나타내는 예에서는, 구리 합금의 평균 결정 입자 직경은 0.3㎛ 이상 1.0㎛ 이하이다.

다른 실시형태에서는, 구리 합금은, 주성분으로서 Fe를 0.51 질량% 이상 1.18 질량% 이하, Ti를 0.28 질량% 이상 0.56 질량% 이하, Mg를 0.05 질량% 이상 0.06 질량% 이하 함유하고, 미량 성분으로서, Si와 Mn를 각각 10 질량 ppm 미만, C를 20 질량 ppm 이상 100 질량 ppm 이하 함유하고, 잔부가 Cu 및 불순물로 이루어진다. 이 구리 합금에 의하면, 도전율을 70% IACS 이상, 신장도를 6% 이상, 또한 인장 강도를 476 MPa 이상으로 할 수 있다.

또 다른 실시형태에서는, 구리 합금은, 주성분으로서, Fe를 0.51 질량% 이상 1.18 질량% 이하, Ti를 0.11 질량% 이상 0.38 질량% 이하, Mg를 0.03 질량% 이상 0.13 질량% 이하 함유하고, 미량 성분으로서, Si와 Mn를 각각 10 질량 ppm 미만, C를 20 질량 ppm 이상 100 질량 ppm 이하 함유하고, 잔부가 Cu 및 불순물로 이루어진다. 이 구리 합금에 의하면, 도전율을 63% IACS 이상, 신장도를 8% 이상, 또한 인장 강도를 476 MPa 이상으로 할 수 있다.

또 다른 실시형태에서는, 구리 합금은, 주성분으로서, Fe를 0.51 질량% 이상 1.18 질량% 이하, Ti를 0.11 질량% 이상 0.38 질량% 이하, Mg를 0.05 질량% 이상 0.13 질량% 이하 함유하고, 미량 성분으로서, Si와 Mn를 각각 10 질량 ppm 미만, C를 20 질량 ppm 이상 100 질량 ppm 이하 함유하고, 잔부가 Cu 및 불순물로 이루어진다. 이 구리 합금에 의하면, 도전율을 66% IACS 이상, 신장도를 9% 이상, 또한 인장 강도를 476 MPa 이상으로 할 수 있다.

또 다른 실시형태에서는, 구리 합금은, 주성분으로서, Fe를 0.50 질량% 이상 1.00 질량% 이하, Ti를 0.14 질량% 이상 0.56 질량% 이하, Mg를 0.02 질량% 이상 0.14 질량% 이하 함유하고, 미량 성분으로서, Si와 Mn를 각각 10 질량 ppm 미만, C를 30 질량 ppm 이상 80 질량 ppm 이하 함유하고, 잔부가 Cu 및 불순물로 이루어진다. 이 구리 합금에 의하면, 도전율을 63% IACS 이상, 신장도를 5% 이상, 인장 강도를 550 MPa 이상으로 할 수 있다.

또 다른 실시형태에서는, 구리 합금은, 주성분으로서, Fe를 0.50 질량% 이상 1.18 질량% 이하, Ti를 0.11 질량% 이상 0.56 질량% 이하, Mg를 0.05 질량% 이상 0.13 질량% 이하 함유하고, 미량 성분으로서, Si와 Mn를 각각 10 질량 ppm 미만, C를 20 질량 ppm 이상 100 질량 ppm 이하 함유하고, 잔부가 Cu 및 불순물로 이루어진다. 이 구리 합금에 의하면, 도전율을 63% IACS 이상, 신장도를 6% 이상, 인장 강도를 476 MPa 이상, 구리 합금의 평균 결정 입자 직경을 0.7㎛ 이하로 할 수 있다.

또 다른 실시형태에서는, 구리 합금은, 주성분으로서, Fe를 0.70 질량% 이상 1.18 질량% 이하, Ti를 0.14 질량% 이상 0.56 질량% 이하, Mg를 0.05 질량% 이상 0.13 질량% 이하 함유하고, 미량 성분으로서, Si와 Mn를 각각 10 질량 ppm 미만, C를 20 질량 ppm 이상 80 질량 ppm 이하 함유하고, 잔부가 Cu 및 불순물로 이루어진다. 이 구리 합금에 의하면, 도전율을 63% IACS 이상, 신장도를 7% 이상, 인장 강도를 476 MPa 이상, 구리 합금의 평균 결정 입자 직경을 0.5㎛ 이하로 할 수 있다.

구리 합금에 있어서, Fe의 함유량은 Ti의 함유량보다 많아도 좋다. 또, 구리 합금에 있어서, Ti의 함유량은 Mg의 함유량보다 많아도 좋다. Fe와 Ti의 질량비(Fe/Ti)는 1.1 이상 7.1 이하이어도 좋다. 또, 구리 합금 내의 산소량은 2 질량 ppm 이상 8 질량 ppm 이하이어도 좋다.

·시험예 2

구리 합금선을 복수개 꼬아 합친 연선 구조의 피복 전선을 제작하고, 피복 전선의 기계적 특성을 조사했다.

피복 전선은 이하에 나타내는 2개의 제조 패턴에 의해 제조했다. 첫번째의 제조 패턴 A'는, 상술한 구리 합금선의 제조 패턴 A의 신선재를 7개 꼬아 합쳐서, 단면 외형이 원형 모양으로 되도록 압축 가공을 실시하고, 0.13㎟의 압축 선재를 제작하고, 이 압축 선재에 표 3에 나타내는 열처리 조건으로 연화(어닐링)를 행했다. 그리고, 이 연화를 행한 연선의 외주에, PVC 수지를 두께 0.2 ㎜로 압출 피복하여 절연 피복층을 형성했다.

두번째의 제조 패턴 B'는, 상술한 구리 합금선의 제조 패턴 B의 신선재를 7개 꼬아 합쳐서, 단면 외형이 원형 모양으로 되도록 압축 가공을 실시하고, 0.13 ㎟의 압축 선재를 제작하고, 이 압축 선재에 연속 연화를 행했다. 그리고, 이 연속 연화를 행한 연선의 외주에, PVC 수지를 두께 0.2 ㎜로 압출 피복하여 절연 피복층을 형성했다.

얻은 피복 전선에 대해, 단자 고착력(N)과 내충격 에너지(J/m)를 조사했다.

단자 고착력(N)은, 피복 전선의 단부의 절연 피복층을 벗겨, 연선을 노출시킨다. 이 노출시킨 연선에 단자부를 압착한다. 범용의 인장 시험기를 이용하여, 단자부를 100㎜/min로 인장했을 때에 단자부가 빠지지 않는 최대 하중(N)을 측정하고, 이 최대 하중을 단자 고착력(N)으로서 평가했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.

내충격성(J/m 또는(N/m)/m)은, 피복 전선의 선단에 추를 달아서, 이 추를 1 m 윗쪽으로 들어 올린 후, 자유 낙하시킨다. 이때, 피복 전선이 단선되지 않는 최대의 추의 중량(kg)을 측정하고, 이 중량에 중력 가속도(9.8m/s²)와 낙하 거리를 곱한 내적값을 낙하 거리로 나눈 값을 내충격성(J/m 또는(N/m)/m)으로서 평가했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.

[표 3]

표 3에 나타내는 바와 같이, 특정의 조성의 구리 합금으로 이루어지는 시료 No.1~14는, 53N 이상의 단자 고착력과 7J/m 이상의 내충격성을 가지며, 단자 고착력과 내충격성 모두 우수한 것을 알 수 있다. 따라서, 이 피복 전선은, 자동차 등의 라우팅에 이용되는 전선으로서 매우 적합하게 이용할 수 있을 것으로 기대된다.

또 다른 실시형태에서는, 구리 합금은, 주성분으로서, Fe를 0.50 질량% 이상 1.00 질량% 이하, Ti를 0.14 질량% 이상 0.56 질량% 이하, Mg를 0.02 질량% 이상 0.14 질량% 이하 함유하고, 미량 성분으로서, Si와 Mn를 각각 10 질량 ppm 미만, C를 30 질량 ppm 이상 100 질량 ppm 이하 함유하고, 잔부가 Cu 및 불순물로 이루어진다. 이 구리 합금에 의하면, 단자 고착력을 61N 이상, 또한 내충격성을 8J/m 이상으로 할 수 있다.

상기 구리 합금에 있어서, Fe의 함유량은 Ti의 함유량보다 많아도 좋다. 또, 상기 구리 합금에 있어서, Ti의 함유량은 Mg의 함유량보다 많아도 좋다. Fe와 Ti의 질량비(Fe/Ti)에 대해서는, 1.1 이상 5.1 이하이면 좋다. 상기 구리 합금의 평균 결정 입자 직경은 0.3㎛ 이상 0.8㎛ 이하로 할 수 있다. 또, 상기 구리 합금 내의 산소량은 2 질량 ppm 이상 5 질량 ppm 이하이어도 좋다.

산업상의 이용 가능성

본 발명의 구리 합금선 및 본 발명의 구리 합금 연선은, 경량이며, 고강도·고도전율을 가질 뿐만 아니라, 내충격성이나 굴곡 특성도 우수한 것이 요구되는 용도, 예를 들면, 자동차나 비행기 등의 반송 기기, 산업용 로봇 등의 제어 기기로 하는 각종 전기 기기에 이용되는 전선의 도체에 매우 적합하게 이용할 수 있다. 본 발명의 피복 전선 및 본 발명의 단자 부착 전선은, 경량화가 요구되고 있는 여러 분야의 전기 기기, 특히, 연비의 향상을 위해서 추가적인 경량화가 요구되고 있는 자동차의 라우팅 구조에 매우 적합하게 이용할 수 있다.

Claims

도체에 이용되는 구리 합금선으로서,
Fe를 0.4 질량% 이상 1.5 질량% 이하,
Ti를 0.1 질량% 이상 0.7 질량% 이하,
Mg를 0.02 질량% 이상 0.15 질량% 이하,
Si 및 Mn의 적어도 한쪽과 C를 합계로 10 질량 ppm 이상 500 질량 ppm 이하 함유하고,
잔부가 Cu 및 불순물로 이루어지는 구리 합금에 의해 구성되고,
선 직경이 0.5㎜ 이하인 구리 합금선.
제 1 항에 있어서,
Fe/Ti(질량비)가 1.0 이상 5.5 이하인 구리 합금선.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
평균 결정 입자 직경이 10㎛ 이하인 구리 합금선.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
신장도가 5% 이상인 구리 합금선.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
도전율이 60% IACS 이상, 인장 강도가 450 MPa 이상인 구리 합금선.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
도전율이 60% IACS 이상, 인장 강도 σB가 450 MPa 이상, 신장도 ε이 5% 이상이며,
σB＋25ε≥650을 만족하는
구리 합금선.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 구리 합금선을 복수개 꼬아 합쳐서 형성된 구리 합금 연선.
제 7 항에 있어서,
상기 구리 합금 연선은 압축 가공되어 있는 구리 합금 연선.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 구리 합금선의 트위스트 피치는 10㎜ 이상 20㎜ 이하인 구리 합금 연선.
제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구리 합금 연선의 단면적은 0.03㎟ 이상 0.5㎟ 이하인 구리 합금 연선.
도체의 외측에 절연 피복층을 구비하는 피복 전선으로서,
상기 도체는 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 구리 합금선 또는 청구항 7 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 기재된 구리 합금 연선인 피복 전선.
청구항 11에 기재된 피복 전선과, 이 피복 전선의 단부에 장착된 단자부를 구비하는 단자 부착 전선.