用于束线的复合线及其制造方法

专利名称：用于束线的复合线及其制造方法
技术领域：
本发明涉及适用于配置在汽车内的束线(wire harness)的用于束线的复合线及其制造方法。特别涉及在具有优异的导电性能和强度的同时还能够提高耐腐蚀性的用于束线的复合线及其制造方法。
背景技术：
在汽车内，通常在车辆内配置束线(内部配线)，利用该束线与车辆内的电气安装件接通电源并进行通信、传感检测(sensing)等。束线主要由用于汽车的电线、保护材料、连接器类构成，以往，使用以铜为主要成分的金属线作为用于汽车的电线的导体。
近年来，因为汽车的低燃料消耗化的要求，随之也推进车辆部件的轻量化，束线也不例外。再者，考虑到节省资源和再循环的必要性，也要求降低铜的使用量。
这里，电线所必要的特性如果大致区分的话，可列举两种。一种是导体电阻，另一种是电线强度。经常使用于上述汽车用电线的导体的铜是电阻非常小的金属材料，所以即使使用线直径比较细的线作为电线，也能够得到充分的导电性，但为了确保电线必要的强度，在某种程度上需要增大线径。因此，要求在确保电线强度的同时降低铜的使用量。
另一方面，作为电线的导体，有在不锈钢线的外周具有铜层的导体(例如，参照专利文献1特开平1-283707号公报和专利文献2特公平7-31939号公报)。再者，还有将不锈钢线和铜线绞合在一起而制成的绞线(例如，参照专利文献3特公昭63-23105号公报和专利文献4特开平1-225006号公报)。
专利文献1特开平1-283707号专利文献2特公平7-31939号公报专利文献3特公昭63-23015号公报专利文献4特开平1-225006号公报

发明内容
发明要解决的课题在上述用于汽车的电线的导体中，作为在保持电线强度的同时降低铜的使用量的对策，考虑到不使用铜而使用由除铜以外的金属线或铜合金制成的金属线。作为除铜以外的金属，例如可举出轻量的铝。但是，因为铝与铜相比，韧性差，所以存在在对电线进行端子的压接时等容易破损的问题。因此认为通过对铝实施热处理或进行铝合金化，使韧性变高，并谋求防止压接时等的破损。但这时，强度有可能不够，未必成为充分的解决对策。再者，在使用铜合金时，因为毕竟不能期待大幅度地提高强度，所以在考虑到电线所要求的强度时，铜的使用量的降低或轻量化有界限。
因此认为不象上述那样只用单一种类的金属形成导体，而是组合多种类的金属。例如，专利文献1或2所述的导体，通过用镀覆法或包层(clad)法，在不锈钢线的外周上形成横截面积比为5～70％的铜层，可以在导体电阻低、具有优异的电线强度的同时，韧性也优异。但是，这些导体必须在制造不锈钢线后形成铜层，不仅在制造时花费时间，而且在用已知的镀覆法或包层法形成这样的铜层时，成本可能大幅度增高。
另一方面，专利文献3或4所述的绞线是，通过将铜等金属线和通常强度优异的不锈钢线绞合在一起，能够以较低成本制造，同时，可以提高电线强度。但是，在专利文献3和4中，没有提及更进一步提高耐腐蚀性的构成。例如，专利文献3所述的绞线通过使用如专利文献3的实施例所述的被称为SUS430的铁素体类不锈钢或电用软铜，在具有优异的强度的同时，还具有可以耐受作为悬缆线(messenger wire)在海岸地区等使用的耐腐蚀性。但是，用于汽车的电线的导体因为通常在电流频繁流动的条件下暴露于腐蚀性环境中，所以该导体处于比使电流不频繁流动的上述悬缆线更苛刻的状况，在使用上述铁素体类不锈钢或电用软铜的导体中，不能满足作为用于汽车的电线的导体的充分的耐腐蚀性。专利文献4所述的绞线是用于束线的导体，但期望更进一步提高对电池腐蚀的耐腐蚀性。
因此认为例如通常使用耐腐蚀性高的SUS304之类的奥氏体类不锈钢作为专利文献1～4所述的不锈钢线。但是，即使是上述不锈钢，由于为了提高拉伸强度或断裂载荷等强度而进行拉丝加工或绞线加工等的线加工，因此，存在诱发马氏体相、耐腐蚀性降低的危险性。再者，作为耐腐蚀性更高的奥氏体类不锈钢，已知有SUS316和SUS310，但这些不锈钢不具有SUS304那样的强度。因此，虽然具有束线所要求的导电率，但是在减少铜线进而代替铜线而使用由这些SUS316或SUS310制成的不锈钢线时，难以期望提高强度。
因此，本发明的主要目的是提供用于束线的复合线，该复合线在具有优异的导电性能和强度的同时能够实现更进一步提高耐腐蚀性。
再者，本发明的其它目的是提供一种成本更低、分量轻并且能够降低铜的使用量的用于束线的复合线的制造方法。
解决课题的方法本发明通过将铜等线材和由特定组成的不锈钢制成的线材绞合在一起，从而完成了上述目的。
即，本发明的用于束线的复合线，其特征在于，将第一线材和第二线材绞合形成，其中，第一线材是不锈钢线，其以质量％计含有C0.01～0.25、N0.01～0.25、Mn0.5～4.0、Cr16～20、Ni8.0～14.0，其余部分为包括Fe和杂质，并且C和N的含量满足0.15质量％≤C+N≤0.30质量％；第二线材选自铜线、铜合金线、铝线和铝合金线中的至少一种。
本发明首先将由不锈钢制成的第一线材和由铜等制成的第二线材组合在一起使用，由此在具有充分的导电性能的同时，维持电线强度，而且降低铜的使用量，实现轻量化。再者，由于将这些线材绞合在一起构成，因而实现以更低的成本制造。而且，与仅由铝这样的单一金属制成的导体相比，使用不同的多种金属，可以减轻韧性的降低。于是，作为第一线材的不锈钢线的组成，特别是通过增加作为奥氏体生成元素的C和N的添加量，使奥氏体相的稳定性得以提高，抑制了由拉丝加工或绞线加工等线加工诱导的马氏体相，提高了耐腐蚀性。而且，由于上述C和N的固溶强化的效果，与现有的奥氏体类不锈钢线相比，增大了拉伸强度，也可以实现强度的提高。以下，更详细地说明本发明。
<第一线材>
使用于本发明的不锈钢线与通常的奥氏体类不锈钢相比含有特别多的侵入型固溶元素C、N。C、N等侵入型固溶元素，在包含于作为基体的奥氏体相(γ相)中时，在进行γ相的相稳定化的同时，具有在晶格上产生形变并强化的固溶强化的效果、或使金属组织中的位错固定的效果(柯氏气团(コツトレル雰囲気))。由于这些效果，即使实施由于提高强度的拉丝加工或绞线加工等线加工，也可以谋求兼备与SUS316等同等或同等以上的优良的耐腐蚀性和高的机械特性。为了得到这样的优良效果，在本发明中，将不锈钢线中的C和N的总含量(C+N量)设定为0.15质量％～0.30质量％。在C+N量不足0.15质量％时，固溶强化或位错的固定不充分，难以提高强度和耐腐蚀性。在C+N量超过0.30质量％时，在铸造时，碳化物、氮化物的生成量变多，加之随后进行的拉丝加工等加工变得困难，容易产生砂眼(blowhole)。更优选的C+N量为0.20质量％～0.30质量％。
再者，为了将汽车用电线的直径更细并进行轻量化，需要适当调整不锈钢线的拉伸强度和韧性。本发明人等悉心研究的结果发现按照以下的条件制造的不锈钢线可以具有作为汽车用电线的适当的强度和韧性。即，使用于本发明的不锈钢线，以5％～98％的断面收缩率对不锈钢材料进行拉丝加工，调整为规定的线径，然后，优选在950℃～1150℃的温度下，实施保持时间为0.5秒～60秒的热处理。更优选，断面收缩率5％～70％，热处理温度1000℃～1100℃，保持时间0.5秒～20秒。另外。在上述温度范围内，降低热处理温度时，优选延长保持时间；提高热处理温度时，优选缩短保持时间。在热处理温度不足950℃时，难以充分加热，钢线的韧性有可能不足。相反，高于1150℃时，加热过度，由于强度不足或δ相的产生，韧性有可能不足。在保持时间不足0.5秒时，加热时间短，难以充分加热，钢线的韧性有可能不足。加热时间超过60秒时，热处理温度为高温，有可能增长δ相的产生，再者，在工业上，容易变为高成本。
而且，在热处理后得到的不锈钢线中，考虑到不锈钢线是决定导体强度的线材，与第二线材绞合之前的拉伸强度的下限优选800N/mm2，考虑到绞线加工时的加工性，上限优选1200N/mm2。更优选900N/mm2以上且不足1100N/mm2。
在不锈钢线中，为了实现耐腐蚀性的提高，优选由拉丝加工或绞线加工等线加工诱导的马氏体相少或不含有马氏体相的不锈钢线。本发明人等研究的结果发现为了使之具有可以耐受作为汽车用束线的耐腐蚀性，优选不锈钢线的金属组织是应变诱导的马氏体相为10体积％以下，其余部分主要为奥氏体相。更优选应变诱导马氏体相的含有率为5体积％以下。
应变诱导马氏体相与奥氏体相的稳定性和加工条件(断面收缩率、热处理条件)相互影响。因此，例如，在通常的室温下的加工中，为了将应变诱导马氏体相控制为10体积％以下，在上述规定的范围内含有C+N并谋求奥氏体相的相稳定化是有效的。再者，加工时，由于不锈钢周围的温度越低，越容易引发马氏体相，因而例如停止拉丝加工时的模具冷却或被拉丝的线材的卷取釜(巻き取り釜)等，对提高加工温度是有效的。
以下，叙述不锈钢线的构成元素的选定和限定成分范围的理由。
C是强有力的奥氏体形成元素。再者，具有以侵入形式固溶于晶格中引发形变并强化的效果。而且，还具有形成柯氏气团并锁定金属组织中的位错的效果。但是，Cr碳化物存在于晶粒边界时，由于奥氏体中的Cr的扩散速度低，因而晶粒边界周围产生Cr缺乏层，发生韧性和耐腐蚀性的降低。因此，作为有效的含量，C为0.01质量％～0.25质量％。
N与C一样，也是强有力的奥氏体形成元素，也是侵入型固溶强化元素。再者，也是柯氏气团形成元素。但是，在γ相的固溶有限，大量添加(0.20质量％以上，特别是超过0.25质量％)成为在熔化、铸造时产生气泡的主要原因。通过添加Cr、Mn等与N的亲和力高的元素，固溶极限得以提高，在某种程度上可以抑制该现象。但是，过度添加时，在熔化时，需要控制温度或氛围，有可能招致增加成本。因此，在本发明中，N为0.01质量％～0.25质量％。
Mn用作熔化精炼时的脱氧剂。再者，对奥氏体类不锈钢的γ相的相稳定也是有效的，可以作为昂贵的Ni的代替元素。于是，如上所述，也具有提高γ相中的N的固溶极限的效果。但是，由于会给高温下的耐氧化性带来不良影响，因而，Mn为0.5质量％～4.0质量％。另外，特别是重视耐腐蚀性时，Mn的含量优选0.5质量％～2.0质量％；虽然耐腐蚀性有少许降低，但N提高N的固溶极限，即，极力减少N的微型气泡时，添加大于2.0质量％且在4.0质量％以下具有显著的效果。这样，也可以根据用途调整Mn的含量。
Cr是奥氏体类不锈钢的主要构成元素，是用于得到耐热特性、耐氧化性的有效元素。在本发明中，由其它元素成分算出Ni当量、Cr当量，考虑到γ相的相稳定性时，为了得到束线所必要的耐热特性，Cr为16质量％以上；考虑到韧性恶化，Cr为20质量％以下。
Ni对γ相的稳定化是有效的。在本发明中，在N的含量为0.2质量％以上的情况下，含有大量Ni时，成为产生气泡的原因。这时，添加与N亲和力高的Mn是有效的，考虑到Mn的添加量，为了得到奥氏体类不锈钢，需要添加Ni。因此，为了γ相的稳定化，Ni的含量为8.0质量％以上，为了抑制气泡和抑制成本上升，Ni的含量为14.0质量％以下。再者，如上所述，Ni的含量优选8.0质量％～14.0质量％，但在不足10.0质量％的范围时，特别是在熔解铸造工序中，可以使N容易固溶，所以有可以进一步降低制造成本的优点。
<第二线材>
在本发明中，第二线材使用选自铜线、铜合金线、铝线和铝合金线中的至少一种。因此，使用多条第二线材时，既可以全部为同种线，也可以组合使用多种线。使用铝线、铝合金线时，与铜线或铜合金线相比，质量可以更轻。铜线可举出由化学成分为铜和不可避免的杂质制成的线。铜合金线可举出由化学成分为铜和选自Sn、Ag、Ni、Si、Cr、Zr、In、Al、Ti、Fe、P、Mg、Zn、Be中的一种以上的元素和不可避免的杂质制成的线。铝线可举出由化学成分为铝和不可避免的杂质制成的线。铝合金线可举出由化学成分为铝和选自Mg、Si、Cu、Ti、B、Mn、Cr、Ni、Fe、Sc、Zr中的一种以上的元素和不可避免的杂质制成的线。
<复合线>
本发明的复合线是组合由上述不锈钢线制成的第一线材和由上述铜等金属线制成的第二线材并绞合在一起而得到的。第一线材和第二线材分别使用一条以上。第一线材的含有率越大，强度越优异，相反，导体电阻容易变高。另一方面，第二线材的含有率越大，导体电阻越小，但强度容易变低。因此，要想得到适当的导体电阻和强度，可以适当选择第一线材和第二线材的条数。
发明效果如上所述，本发明的用于束线的复合线，由于是使特定的化学成分的不锈钢(第一线材)和铜等第二线材绞合在一起构成，因而可以发挥如下所述的优异效果，即，作为用于汽车的电线的导体，具有优异的导电性能和强度，同时，也可以提高耐腐蚀性。再者，本发明的复合线通过使用上述不锈钢线，可以降低铜的使用量并实现轻量化。而且，本发明的复合线不需要现有的包层线或镀覆线等之类的制造工序，比较容易制造，所以也可以降低制造成本。于是，将这类本发明的用于束线的复合线使用于汽车用电线的导体中时，可以实现汽车整体的轻量化或提高再循环，考虑到今后的环境问题时，是极其有效的，同时，工业价值高。
具体实施例方式
以下，说明本发明的实施方式。
(实施例1)尝试使用不锈钢线和铜线制作复合线，并调查该复合线的特性。使用的不锈钢线的化学成分如表1所示。在表1中，钢种不锈钢II是作为通常的奥氏体类不锈钢的JIS钢种SUS304。
表1不锈钢线的化学成分(质量％)

将表1所示的化学成分的不锈钢材料(不锈钢I及II)进行熔融铸造、锻造、热轧，制作不锈钢线材(线径φ0.43mm)，以86％的断面收缩率对这些线材实施拉丝加工，然后，实施软线化热处理，得到线径φ0.16mm的不锈钢线。软线化热处理的温度为1100℃，保持时间约为5秒钟。这些不锈钢线的拉伸强度如表2所示。
表2不锈钢线的尺寸以及拉伸强度

如表2所示，可以确认不锈钢I即使在进行用于提高韧性的软线化热处理的情况下，与SUS304的不锈钢线材II相比，也具有高拉伸强度。因此可知不锈钢线材I的强度和韧性二者均优异。再者，调查热处理后的不锈钢线材I的组织后，几乎没有发现应变诱导马氏体相，而是奥氏体相。
铜线使用了大体上由纯铜制成、经常使用于束线的软线。与不锈钢线绞合在一起的铜线准备了线径φ0.16mm的线。再者，为了与复合线比较，制作只有铜线的绞线，该铜线准备了线径φ0.23mm的线。
分别组合以上的线材(不锈钢线、铜线)，以7条绞合在一起，制造复合线和铜绞线。然后，在得到的复合线和铜绞线的外周，以规定的厚度包覆氯乙烯形成绝缘层，制作以这些复合线、铜绞线作为导体的电线。
<试验例1>
对得到的电线测定导体的断裂载荷、导体电阻、导体质量、电线质量。其结果如表3所示。
表3

如表3所示可知与仅由线材径0.23mm的铜线制成的铜绞线(试样No.8)相比，试样No.1～4为相同或更高的断裂载荷，强度优异。而且，可以确认，能够将电线质量降低至一半或一半以下。再者还可以确认与线材径相同且只由铜线制成的铜绞线(试样No.7)相比时，试样No.1～4的断裂载荷非常高，强度优异，同时，降低了电线质量。
再者可知例如将配线电阻设定为电压降低0.5V、负荷电流0.5A、配线长1.5m时，用于汽车的电线的导体电阻必须为667mΩ/m以下，但试样No.1～4充分满足了该必要条件。
而且还可知将不锈钢线和铜线的比率相等的试样No.1和试样No.5以及试样No.2和试样No.6相比较时，导体电阻几乎相等，但试样No.1、2的断裂载荷大10N以上。即确认了使用了特定的不锈钢线的试样No.1、2与使用了JIS钢种SUS304的电线相比，强度也优异。为了将使用了JIS钢种SUS304的试样No.5、6的强度调整为与试样No.1、2相同程度的强度，需要对不锈钢线材II进行1～2次断面收缩率20～30％的拉丝加工。但是，即使可以通过拉丝加工来增加马氏体相实现强度的提高，如后所述，耐腐蚀性也容易恶化。相反，试样No.1、2由于使用特定成分的不锈钢线I，可以不进行用于提高强度的拉丝加工，因而不会因加工使耐腐蚀性恶化，并且制造性也优异。
本试验的结果毕竟只是束线的一例，并不适合判断具有制品的形态或得到的数据的数值的所有活用例。但是，根据本试验的结果可以确认，要求同时满足高强度和高导电率时，本发明能够比较容易地达到目的。再者，本发明由于使用强度优异的不锈钢线，也可以减少钢线的使用量并提高导电率。
<试验例2>
接着，进行耐腐蚀性的评价。使用于本试验的试样重新准备了在上述试验例1中使用的试样No.1、2、5、6的复合线以及改变了应变诱导马氏体相的含有率的试样(试样No.9、10)。试样No.9使用与在试样No.1中使用的不锈钢线同样的化学成分的不锈钢材料(不锈钢I)，试样No.10使用与在试样No.5中使用的不锈钢线同样的化学成分的不锈钢材料(不锈钢II)，通过改变加工条件，从而使应变诱导马氏体相的含有率发生变化。具体地，提高加工度(断面收缩率96％)、进行更低温度的软线化热处理(温度1050℃×保持时间2秒)，同时，使不锈钢线的周围温度降低，提高应变诱导马氏体相的含有比率。试样No.9所使用的不锈钢线在热处理后的拉伸强度为1187N/mm2。
使用盐水喷雾试验机进行耐腐蚀试验，盐水人工海水(5％食盐水)、温度35℃、试验期间为一个月。试验结果如表4所示。在表4中，所谓生锈面积率(％)是生锈的各处的总面积与复合线的总表面积的比例。
表4盐水喷雾试验结果

由于在不锈钢和铜中，离子化倾向不同，因而在不锈钢线和铜线的接触部可以形成电池，如表4所示，可以确认在接触部发生了腐蚀。再者，还可以确认铜线从接触部开始腐蚀，铜腐蚀生成物进一步给不锈钢线带来不良影响。于是可知与使用了SUS304的试样No.5、6相比，通过特定的成分进行应变诱导马氏体相的控制的试样No.1、2的耐腐蚀性优异。再者，还可知除控制成分外，还通过加工条件进行了应变诱导马氏体相的控制的试样No.9与试样No.5相比，耐腐蚀性优异。特别是还可以确认如表4所示，不锈钢线的应变诱导马氏体相的含有率(体积％)越大，腐蚀的进行程度越大。因此可知通过加工使马氏体相增加时，拉伸强度得以提高，相反，耐腐蚀性也恶化。
(实施例2)在上述实施例1中，使用由线径φ0.16mm的纯铝(包括不可避免的杂质)制成的铝线代替铜线，与实施例1一样，制作复合线，制作以该复合线为导体的电线，与试验例1一样，测定导体的断裂载荷、导体电阻、导体质量、电线质量。其结果确认了与实施例1一样，可以同时满足高强度和高导电率。再者，还确认了可以实现进一步轻量化。
通常，只用铝线、铝合金线或铜合金线构成导体的情况与只用铜线构成导体的情况相比，强度优异，但是该强度的提高并不大，作为电线的轻量化，特别是进行细径化时，难以期望强度的提高。相反，本发明并不只采用铝线等，而是采用与不锈钢线的绞线的形态，因而，可以适应强度、导电率、轻量化这些要求特性，并可以适应柔软的要求。
再者，与试验例2同样，评价耐腐蚀性。使用铝线或其合金线、铜金合线作为第二线材时，在与不锈钢线的间隙处形成的电池特性稍有不同。但是可以确认，由于使用应变诱导马氏体量为10体积％以下的不锈钢线，因而与试验例2一样发挥出优异的耐腐蚀性。
工业实用性本发明的用于线束的复合线适合用作配备于汽车内的束线的导体。
权利要求
1.一种用于束线的复合线，其特征在于，将第一线材和第二线材绞合在一起而形成，其中，第一线材是不锈钢线，以质量％计，其含有C0.01～0.25、N0.01～0.25、Mn0.5～4.0、Cr16～20、Ni8.0～14.0，其余部分包括Fe和杂质，并且，C和N的含量满足0.15质量％≤C+N≤0.30质量％；第二线材选自铜线、铜合金线、铝线和铝合金线中的至少一种。
2.按照权利要求1所述的用于束线的复合线，其特征在于，第一线材的金属组织是由线加工诱导的马氏体相为10体积％以下，其余部分为奥氏体相。
3.按照权利要求1或2所述的用于束线的复合线，其特征在于，第一线材以5％～98％的断面收缩率对不锈钢材料进行拉丝加工至规定的线径后，在950℃～1150℃的温度下，实施保持时间为0.5秒～60秒的热处理，与第二线材绞合前的拉伸强度为800N/mm2以上且不足1200N/mm2。
4.一种用于束线的复合线的制造方法，该方法包括以5％～98％的断面收缩率对不锈钢材料进行拉丝加工至规定的线径的工序，其中，该不锈钢材料以质量％计含有C0.01～0.25、N0.01～0.25、Mn0.5～4.0、Cr16～20、Ni8.0～14.0，其余部分包括Fe和杂质，并且，C和N的含量满足0.15质量％≤C+N≤0.30质量％；在950℃～1150℃的温度下，对进行了拉丝加工的线材实施保持时间为0.5秒～60秒的热处理的工序；和，将1条以上的得到的不锈钢线和1条以上选自铜线、铜合金线、铝线和铝合金线的至少一种的金属线绞合的工序，绞合之前的不锈钢线的拉伸强度为800N/mm2以上且不足1200N/mm2。
全文摘要
本发明涉及一种具有优异的导电性能和强度的同时可以实现耐腐蚀性的更进一步提高的用于束线的复合线，该复合线使第一线材和第二线材绞合在一起形成，其中，第一线材是不锈钢线，其以质量％计含有C0.01～0.25、N0.01～0.25、Mn0.5～4.0、Cr16～20、Ni8.0～14.0，其余部分为Fe和杂质制成，C和N的含量满足0.15质量％≤C+N≤0.30质量％；第二线材选自铜线、铜合金线、铝线和铝合金线的至少一种。
文档编号C22C38/00GK1993776SQ20048004362
公开日2007年7月4日 申请日期2004年5月19日 优先权日2004年5月19日
发明者泉田宽, 河部望, 村井照幸, 高村伸荣 申请人:住友电工钢铁电缆株式会社, 株式会社自动车电网络技术研究所, 住友电装株式会社, 住友电气工业株式会社