JP2000328210A - 断面形状が安定し機械的性質が良好なアルミニウムの略中空材の製造方法及び押出形材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 断面形状が安定し、Ｔ５処理の時効処理で必
要強度が付与された析出硬化型アルミニウム合金の略中
空押出形材を得る。 【構成】 ６０００系アルミニウム合金の組成をもつ略
中空材を押し出した直後、押し出された略中空材の焼入
れ温度から形材温度が２００℃までの温度域において２
７５×ｔ×Ｒ≦α≦０．１×λ／ｔ［ただし、α：熱伝
達係数（Ｗ／ｍ²・℃），λ：熱伝導率（Ｗ／ｍ・
℃），ｔ：中空部の最大肉厚（ｍ），Ｒ：冷却速度（℃
／分）］が満足される条件下で略中空材を冷却し、その
後に時効処理を施す。６０００系合金でＴ５処理後の引
張強さが３１０ＭＰａ以上を必要とするときは、冷却速
度を２００℃／分に設定し、５５０００×ｔ≦α≦１６
／ｔを満足する冷却条件を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、断面形状が安定し機械
的性質に優れた中空材，セミ中空材等の押出形材を製造
する方法及び押出形材に関する。

【０００２】

【従来の技術】２０００系，６０００系，７０００系等
のアルミニウム合金は、機械的性質を調整するため、押
出後に熱処理されることが多い。熱処理としては、押出
後に別工程で溶体化処理した後、水焼入れを経て時効処
理するＴ６処理，押出直後放冷することなく強制冷却し
て焼き入れ、すなわちダイス端焼入れし、次いで時効処
理するＴ５処理等がある。Ｔ５処理は、押出直後の押出
形材が保有している熱量を溶体化処理に利用しているの
で、Ｔ６処理に比較すると改めて溶体化処理の必要がな
く、コスト的に有利な熱処理といえる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】Ｔ５処理における押出
直後の焼入れ、換言すればダイス端焼入れは、押出形材
の形状，合金成分・組成，押出速度を始めとする押出条
件，設備的な制約等の影響を受け、不充分な焼入れ，押
出形材の歪みによる断面形状の変形等の欠陥を発生させ
易い。押出形材の変形を防止し且つ十分な焼きを入れる
ためには、それぞれの状態に応じて熱処理条件をきめ細
かく管理することが必要になる。しかし、押出形材の形
状，合金成分・組成，押出速度を始めとする押出条件，
設備的な制約等は多岐にわたり、それに応じた多様の熱
処理条件を個々の製品についてトライアンドエラーで実
施している現状である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような問
題を解消すべく案出されたものであり、押出直後の焼き
入れ温度から形材温度が２００℃までの温度域における
冷却条件を適正化することにより、断面形状が安定化
し、しかも良好な機械的性質をもつ押出形材を提供する
ことを目的とする。本発明の製造方法は、その目的を達
成するため、析出硬化型アルミニウム合金の略中空材を
押し出した直後、押し出された略中空材の焼入れ温度か
ら形材温度が２００℃までの温度域において２７５×ｔ
×Ｒ≦α≦０．１×λ／ｔ［ただし、α：熱伝達係数
（Ｗ／ｍ²・℃），ｔ：中空部の最大肉厚ｔ（ｍ），
Ｒ：冷却速度（℃／分），λ：熱伝導率（Ｗ／ｍ・
℃）］が満足される条件下で略中空材を冷却し、その後
に時効処理を施すことを特徴とする。析出硬化型アルミ
ニウム合金としては、２０００系，６０００系又は７０
００系アルミニウム合金が使用される。

【０００５】６０００系アルミニウム合金の一例として
は、表１のＮｏ．３に示すようなＳｉ：０．６〜０．９
質量％，Ｍｇ：０．８〜１．２質量％，Ｃｕ：０．１〜
０．４質量％，Ｃｒ：０．０４〜０．２質量％，Ｆｅ：
０．１〜０．３質量％，Ｍｎ：０．１質量％以下，Ｚ
ｒ：０．１質量％以下，Ｔｉ：０．００５〜０．１質量
％，Ｂ：０．０００１〜０．０１質量％，Ｚｎ：０．０
５質量％以下，残部が実質的にＡｌの組成をもつ６００
０系アルミニウム合金が使用され、５００℃以上の焼入
れ温度からダイス端焼入れされる。この場合、冷却速度
２００℃／分以上で且つ５５０００×ｔ≦α≦１６／ｔ
［ただし、α：熱伝達係数（Ｗ／ｍ²・℃），ｔ：中空
部の最大肉厚（ｍ）］が満足される冷却条件を採用し、
焼入れ後の略中空材を１７０〜２１０℃×１〜１２時間
で時効処理すると、Ｍｇ₂Ｓｉ，Ａｌ₂Ｃｕ等の析出によ
り３１０ＭＰａ以上の強度が付与される。製造された略
中空材は、高欄の手摺材，パワーブリッジの桁材，構造
用大型角パイプ材等として使用される。なお、請求項２
では、６０００系のアルミニウム合金について表１のＮ
ｏ．３の合金例を示したが、合金Ｎｏ．１〜Ｎｏ．８が
それぞれ請求項の合金組成に適用できることは言うまで
もない。

【０００６】７０００系アルミニウム合金の一例として
は、表１のＮｏ．１に示すようなＺｎ：５．５〜６．５
質量％，Ｍｇ：０．６〜１．０質量％，Ｃｕ：０．０５
〜０．２質量％，Ｆｅ：０．１〜０．４質量％，Ｓｉ：
０．０５〜０．２質量％，Ｚｒ：０．１〜０．２質量
％，Ｍｎ：０〜０．３質量％，Ｃｒ：０〜０．２質量
％，Ｔｉ：０．０１〜０．１質量％，Ｂ：０．００１〜
０．０１質量％，残部が実質的にＡｌの組成をもつアル
ミニウム合金が使用される。この場合、略中空材に押し
出した直後、４３０℃以上の焼入れ温度から形材温度が
２００℃までの温度域を冷却速度５０℃／分以上で且つ
１３７５０×ｔ≦α≦１５／ｔ［ただし、α：熱伝達係
数（Ｗ／ｍ²・℃），ｔ：中空部の最大肉厚（ｍ）］が
満足される条件下で略中空材を冷却し、その後に１１０
〜１３０℃×１２〜３６時間又は８０〜１１０℃×３〜
１２時間＋１４０〜１７０℃×５〜１６時間で時効処理
を施す。製造された略中空材は、鉄道車両用構造材を始
めとして強度及び軽量性が要求される各種構造体として
使用される。なお、請求項５では、７０００系のアルミ
ニウム合金について表１のＮｏ．１の合金例を示した
が、合金Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３がそれぞれ請求項の合金組
成に適用できることは言うまでもない。

【０００７】

【作用】押出後の冷却過程で押出形材に発生する形状変
形歪みは、冷媒が直接作用する形材表面と熱伝導により
冷却される裏面，内部等との間に生じる温度差が原因で
ある。具体的には、図１に示すように押出形材Ｍの押出
方向に垂直な断面において表面Ｓに冷媒Ｃを吹き付ける
と、冷却初期は冷却面側が収縮する。このとき、非冷却
面側に拘束されて冷却面側が自由に収縮できない。その
結果、冷却面近傍に引張り応力が作用する。引張り応力
のレベルが耐力を超えると、冷却面は降伏して伸びきっ
た状態になる。その後の冷却過程における温度差の減少
に伴って歪み分布は小さくなるものの、冷却面側に生じ
た塑性変形は面外変形量ｈとして残存する。断面内の温
度差が大きいほど、面外変形が発生し易く、面外変形量
ｈが増加する傾向にある。そこで、押出直後の冷却過程
で、押出形材Ｍの表面Ｓと中空部内部の裏面Ｂとの温度
差を可能な限り小さくして冷却することが歪み防止に重
要な要因となる。

【０００８】他方、押出形材に機械的強度を付与するた
めには、焼入れ時にＭｇ，Ｓｉ，Ｃｕ等を多量に固溶さ
せ、後工程の時効処理で強度向上に有効な析出物量を確
保することが必要である。Ｍｇ，Ｓｉ，Ｃｕ等の固溶量
を大きくし、且つ固溶状態を維持するためには、高温状
態の押出形材を速い冷却速度で焼き入れることが要求さ
れる。機械的強度向上のためには焼き入れ直後から強力
に冷却することが要求されるが、強力な冷却は、押出形
材Ｍの表面Ｓと裏面Ｂとの間の温度差を大きくして形状
変形歪みを大きくする方向に作用する。本発明は、断面
形状精度と機械的強度の向上との間で相矛盾する冷却条
件を適正化することにより、断面形状が安定化し、しか
も良好な機械的性質をもつ押出形材の製造を可能にし
た。

【０００９】本発明が対象とする析出硬化型アルミニウ
ム合金には、２０００系，６０００系，７０００系等の
アルミニウム合金がある。これらのアルミニウム合金
は、組成によって焼きが入る冷却速度が異なるため、本
発明者等による実験結果から表１に示すように命名した
合金種別の組成群に分類した。各組成群のアルミニウム
合金は、表２に示す飽和冷却速度及び熱伝導率を示し、
それぞれに適した条件下で人工時効処理される。なお、
飽和冷却速度は、所定の冷却速度で焼入れした後、各時
効条件で焼き戻したとき、材料のもつ最大引張強さの９
０〜９５％を示したときの冷却速度で表した。

【００１０】

【００１１】

【００１２】製造される押出形材としては、形材の表面
と裏面との間に温度差が生じ易い形状、具体的には形材
表面は冷媒で直接冷却されるが裏面や内部が冷却され難
い中空材やセミ中空材を対象としている。中空材には、
目の字型や日の字型の断面形状をもつもの，部分的にリ
ブが外面又は内面から突出したもの等がある。セミ中空
材には、断面が完全にクローズされていないが内部に冷
媒が入りづらく、表面と裏面との冷却条件が異なる断面
構造をもつものがある。本件明細書では、これらを総称
して「略中空材」という。押出形材のサイズとしては、
図１に示す押出方向に垂直な断面の幅Ｗが５０〜６００
ｍｍに範囲にあるものを対象として冷却条件と幅Ｗとの
関係を調査した。肉厚に関しては、制限を設けなかっ
た。

【００１３】本発明者等は、組成及び形状が種々異なる
押出形材の機械的強度及び発生した歪みに関して得られ
た多量の実験データ及び解析結果から、次の経験則を導
き出した。 （１）歪み発生の防止 ２０００系，６０００系又は７０００系材料をダイス端
焼入れする際に発生する歪みは、組成に応じて定まる熱
伝導率及び押出形材の断面において温度差の大きな部
分、換言すれば肉厚の如何に依存していることが判っ
た。図１で押出形材Ｍの幅Ｗに対する面外変形量ｈの
比、すなわちｈ／Ｗとして表わされる平らさｈ／Ｗが
０．１％以下を一つの目安とした場合、奪熱量に関係す
る押出形材Ｍと冷媒Ｃとの界面の熱伝達係数α_sを熱伝
導率λ及び最大肉厚ｔとの関数ｆ（ｔ）として表示する
とき、次式（１）を満足する値のとき平らさｈ／Ｗが
０．１％以下の製品が得られることが判った。 α_s≦ｆ（ｔ，λ） ・・・・（１）

【００１４】（２）焼きが入る条件 焼きが入る条件は、押出形材Ｍの組成ｃ，焼きが入りに
くい厚肉部の最大肉厚ｔ及び奪熱時の冷却速度Ｒに依存
していることが判った。そして、本発明者等の調査・研
究によるとき、奪熱量に関する熱伝達係数α_qが次式
（２）を満足しているとき、押出形材Ｍに焼きが入るこ
とが判った。 α_q≧ｆ（ｃ，ｔ，Ｒ） ・・・・（２） 前掲した式（１）及び（２）は、何れも押出形材Ｍの温
度が焼入れ温度〜２００℃の温度域にあるときに成立し
ていることが条件となる。図２は、式（１）及び（２）
の関係を定性的に示したグラフである。

【００１５】図２は、焼入れ温度〜２００℃の温度域で
押出形材を冷却するとき、押出形材Ｍの最大肉厚ｔとの
関係で定まる領域Ａに熱伝達係数αがあれば、歪み発生
がなく焼きの入った材料が得られることを意味する。す
なわち、α_s＝ｆ（ｔ，λ）とα_q＝ｆ（ｃ，ｔ，Ｒ）と
の交点ｔ_eよりも最大肉厚ｔが薄いとき、略中空材を外
表面からのみ熱伝達係数に合うように冷却すると、歪み
発生が抑えられ且つ焼きが入ることを意味する。しか
し、略中空材の最大肉厚ｔが交点ｔ_eを超えると、歪み
を発生させない条件で外表面だけの冷却では焼きが入ら
ず、要求特性を満足する製品を得るためには略中空材の
内部からも冷媒を用いた冷却が必要になる。歪みに関し
ては肉厚ｔに依存した曲線α_s＝ｆ（ｔ，λ）が定まる
が、焼入れに関しては組成ｃ，冷却速度Ｒ及び肉厚ｔに
依存しているため曲線α_q＝ｆ（ｃ，ｔ，Ｒ）が変数に
連動して変動する。

【００１６】（３）曲線α_s＝ｆ（ｔ，λ）の確定 押出形材を焼入れ温度から形材温度が２００℃まで冷却
するに当たり、製品としての平らさｈ／Ｗを０．１％以
下に設定すると、その限界の式は、多数の実験データを
用いてα_s＝ｆ（ｔ，λ）を定量化した結果、式（１）
は式（３）に書き換えられる。ただし、α_sは熱伝達係
数（Ｗ／ｍ²・℃）、λは熱伝導率（Ｗ／ｍ・℃）、ｔ
は温度勾配が大きな部分の肉厚，すなわち最大肉厚
（ｍ）を示す。 α_s≦０．１×λ／ｔ ・・・・（３） したがって、冷却時の歪み発生は熱伝達係数α_s，熱伝
導率λ及び最大肉厚ｔで定まることになり、式（３）が
満足される条件下では冷媒を用いた冷却により平らさｈ
／Ｗが０．１％を超える歪みが発生せず、製品の平らさ
ｈ／Ｗが０．１％以下になる。

【００１７】（４）曲線α_q＝ｆ（ｃ，ｔ，Ｒ）の確定 押出形材に焼きが入る冷却速度を成分・組成との関係で
調査したところ、焼入れ温度（２０００系では４５０℃
以上，６０００系では５００℃以上，７０００系では４
３０℃以上）から２００℃までを冷却するときの飽和冷
却速度Ｒ_Sは、表１に示すように６０００系，２０００
系，７０００系合金の組成ｃによって異なる。なお、飽
和冷却速度Ｒ_Sは、ある組成のアルミニウム合金をある
冷却速度で焼き入れた後、表２に示す各条件下で時効処
理する、いわゆるＴ５処理により、当該材料のもつ最大
引張強さの９０〜９５％を示すときの冷却速度と定義し
た。

【００１８】本発明者等による実験結果の一例として、
表１に示した６０００系のＮｏ．３合金を５４０℃から
焼き入れたときの冷却速度（℃／分）とＴ５処理（１８
０℃×６時間の時効処理）後の引張強さ（ＭＰａ）との
関係を図３に示す。多数の６０００系合金を用いた実験
データから式（２）を定量化すると、α_q≧２７５×ｔ
×Ｒが導き出される。表１に示した６０００系のＮｏ．
３合金において、図３に示すように引張強さが飽和して
くる飽和冷却速度Ｒ＝２００℃／分をＲに代入すると、
式（２）は式（４）に書き換えられる。 α_q≧５５０００×ｔ ・・・・（４） ただし、α_q：熱伝達係数（Ｗ／ｍ²・℃） ｔ：押出形材の最大肉厚（ｍ）

【００１９】同様に表１に示した７０００系のＮｏ．１
合金を４７０℃から焼き入れたときの冷却速度（℃／
分）とＴ５処理（１８０℃×６時間の時効処理）後の引
張強さ（ＭＰａ）との関係を図４に示す。多数の７００
０系合金を用いた実験データから式（２）を定量化する
と、α_q≧２７５×ｔ×Ｒが導き出される。表１に示し
た７０００系のＮｏ．１合金において、図４に示すよう
に引張強さが飽和してくる飽和冷却速度Ｒ＝５０℃／分
をＲに代入すると、式（２）は式（５）に書き換えられ
る。 α_q≧１３７５０×ｔ ・・・・（５）

【００２０】冷却速度を２００℃／分にして式（４）を
満足する限り、表１に示した６０００系のＮｏ．３合金
ではＴ５処理後の引張強さが３１０ＭＰａ以上になる。
すなわち、最も焼きが入りにくい最大肉厚ｔの関数を基
準とし、最大肉厚ｔの値で定まる熱伝達係数α_q以上が
得られる冷却方法を採用するとき、最大肉厚部において
も焼きが入ることになる。なお、図３から判るように当
該合金種において要求される引張強さに応じて冷却速度
Ｒを変えることができるので、式（４）は要求引張強さ
に応じて変動する。図５は、６０００系のＮｏ．３合金
の略中空材を冷却速度２００℃／分で冷却した場合を例
にとって式（３）及び（４）を具体化したグラフであ
る。図５において、α_s＝１６／ｔとα_q＝５５０００×
ｔの交点ｔ_eは約２０ｍｍである。したがって、６００
０系のＮｏ．３合金の略中空材については、肉厚が２０
ｍｍ以上になる領域Ｂでは、中空部内側も冷媒を用いて
冷却する必要があることが判る。他方、肉厚が２０ｍｍ
以下になると、外部からだけの冷却で良い。そして、そ
のときの奪熱量がＡ領域に入るような熱伝達係数で冷却
すると、変形歪みが小さく平らさｈ／Ｗが０．１％以下
になって焼きも入るため、Ｔ５処理だけで要求特性をも
つ製品が得られる。

【００２１】他方、７０００系のＮｏ．１合金の略中空
材を冷却速度５０℃／分で冷却した場合、式（３）及び
（４）は図６にグラフ化される。図６において、α_s＝
１５／ｔとα_q＝１３７５０×ｔの交点ｔ_eは約３２ｍｍ
である。したがって、７０００系のＮｏ．１合金の略中
空材については、肉厚が３２ｍｍ以上になる領域Ｂで
は、中空部内側も冷媒を用いて冷却する必要があること
が判る。他方、肉厚が３２ｍｍ以下になると、外部から
だけの冷却で良い。そして、そのときの奪熱量がＡ領域
に入るような熱伝達係数で冷却すると、変形歪みが小さ
く平らさｈ／Ｗが０．１％以下になって焼きも入るた
め、Ｔ５処理だけで要求特性をもつ製品が得られる。

【００２２】式（３）は肉厚ｔを変数とする関数である
ため合金組成ｃや冷却条件の影響を受けないが、式
（４）は合金組成ｃ及び冷却速度Ｒで変化する。たとえ
ば、同じ６０００系のＮｏ．３合金であっても要求特性
が引張強さ３００ＭＰａであると、図３にみられるよう
に１００℃／分の冷却速度で良い。そのとき、式（４）
はα_q＝２７５００×ｔになり、図５の場合よりも下方
に移動し、交点ｔ_eに当たる肉厚ｔの値が２０ｍｍより
大きい方向にずれ、熱伝達係数α_qの許容範囲も広が
る。このように、式（４）及び（５）は、押出形材に要
求される機械的性質によって定まる冷却速度（本発明に
おける冷却速度を計算するに当たっての形材温度の測定
方法は、先端が尖った熱電対を形材表面に押し当て、表
面から約１ｍｍ深さの温度を測定する）の数値に依存し
て変化する。Ｂ領域の冷却方法は、略中空材の冷却では
設備的に複雑になる。すなわち、略中空材外部表面の冷
却はＡ領域と同様に実施されるが、中空材内部の冷却
は、中空材内部に冷媒を供給し、且つ冷却後に冷媒を除
去する工夫が必要になる。また、中空材内部が均一に冷
却されるように冷媒を中空材内部に撒布する必要があ
る。

【００２３】次いで、本発明が対象の一つとする６００
０系のＮｏ．３合金に含まれる合金成分，含有量等を説
明する。 Ｓｉ：０．６〜０．９質量％，Ｍｇ：０．８〜１．２質
量％ ダイス端焼入れでＳｉ，Ｍｇをマトリックスに固溶さ
せ、後工程の時効処理でＭｇ₂Ｓｉを析出させることに
より強度向上に働く合金成分である。必要強度を得るた
めに、本発明ではＳｉ含有量を０．６〜０．９質量％，
Ｍｇ含有量を０．８〜１．２質量％の範囲に設定した。
０．６質量％未満のＳｉや０．８質量％未満のＭｇで
は、必要とする強度が時効処理後に得られない。逆に、
０．９質量％を超えるＳｉや１．２質量％を超えるＭｇ
では、押出性が低下し、生産性が悪くなる。 Ｃｕ：０．１〜０．４質量％ マトリックスを固溶強化すると共に、ダイス端焼入れで
固溶したＣｕが後工程の時効処理でＡｌ₂Ｃｕとなって
析出し、強度を付与する合金成分である。Ｃｕの作用は
０．１質量％以上で顕著になるが、０．４質量％を超え
るＣｕ含有量では全面腐食が発生し易くなり、耐食性が
低下する。

【００２４】Ｃｒ：０．０４〜０．２質量％ 再結晶粒の生成・成長を抑制する作用を呈し、押出直後
の押出材表面に生じがちな再結晶粒層を抑制し、耐食性
を向上させる。このような作用は０．０４質量％以上の
Ｃｒ添加で顕著になるが、０．２質量％を超える過剰量
のＣｒでは押出性が劣化し、腐食の起点になる粗大な金
属間化合物が発生し易くなる。 Ｆｅ：０．１〜０．３質量％ Ｃｒと同様に押出直後の押出形材表面における再結晶粒
の生成・成長を抑制するが、多量に含まれると腐食の起
点になる粗大な金属間化合物が生じ易くなる。本発明の
合金系ではＦｅを添加成分としている。しかし、過度に
Ｆｅ含有量を少なくすることは原料配合のコストが高く
なるので、本発明においてはＦｅ含有量の下限を０．１
質量％に設定した。

【００２５】Ｍｎ：０．１質量％以下， Ｚｒ：０．
１質量％以下 何れも必要に応じて添加される合金成分であり、Ｃｒと
同様に再結晶粒の生成・成長を抑制する作用を呈する。
しかし、表１に示した６０００系のＮｏ．３合金におい
ては、分類上不純物扱いとしたが、Ｎｏ．４，Ｎｏ．５
等ではＭｎを添加元素とした。 Ｔｉ：０．００５〜０．１質量％， Ｂ：０．０００
１〜０．０１質量％ 鋳造結晶粒を微細化し、材質の均質化に有効な合金成分
である。このような作用は、０．００５質量％以上のＴ
ｉ及び０．０００１質量％以上のＢで顕著になる。しか
し、０．１質量％を超えるＴｉや０．０１質量％を超え
るＢでは、粗大なＴｉ−Ｂ系金属間化合物が発生し易く
なり、耐食性が劣化する。 Ｚｎ：０．０５質量％以下 全面腐食を発生させる成分であり、押出形材の外観を悪
化させることになるので、本発明においては６０００系
合金の全てに対しＺｎ含有量を０．０５質量％以下に規
制した。

【００２６】押出直後の冷却条件：６０００系のアルミ
ニウム合金では、押出直後の略中空材を焼入れ温度から
形材温度が２００℃までの温度域において２７５×ｔ×
Ｒ≦α≦０．１×λ／ｔ［ただし、α：熱伝達係数（Ｗ
／ｍ²・℃），ｔ：中空部の最大肉厚（ｍ），Ｒ：冷却
速度（℃／分），λ：熱伝導度（Ｗ／ｍ・℃）］が満足
される条件下で冷却する。この冷却により、Ｍｇ，Ｓ
ｉ，Ｃｕがマトリックスに十分固溶し、後工程の時効処
理で必要な強度付与に有効な析出量が確保される。ま
た、断面形状の変形量も、平らさｈ／Ｗが０．１％以下
に抑えられる。６０００系のＮｏ．３合金の押出形材を
２００℃／分の冷却速度で冷却する場合、熱伝達係数α
（Ｗ／ｍ²・℃）と中空材の最大肉厚ｔ（ｍ）との間に
５５０００×ｔ≦α≦１６／ｔの関係が満足される熱伝
達係数αが得られるように冷却条件を設定する。このよ
うに冷却条件を設定するとき、外面部の平らさｈ／Ｗが
０．１％以下に抑えられた良好な断面形状をもつ中空材
となり、しかも時効処理後に３１０ＭＰａ以上の引張強
さが得られる。これに対し、α＞１６／ｔでは平らさｈ
／Ｗが０．１％を超え、α＜５５０００×ｔでは時効処
理後に３１０ＭＰａ以上の引張強さが得られないことが
ある。要求される時効処理後の強度と肉厚が決まれば、
６０００系のＮｏ．３合金では、図３に基づいて冷却速
度を参酌して熱伝達係数αの範囲が計算で定まるので、
その熱伝達係数αが得られるように冷却水量等の条件を
設定する。

【００２７】時効処理：ダイス端焼入れされた６０００
系のＮｏ．３合金の略中空材を１７０〜２１０℃×１〜
１２時間で時効処理すると、Ｍｇ₂Ｓｉ，Ａｌ₂Ｃｕ等が
析出し、所定の機械的強度が付与される。強度付与に有
効な析出を行わせるためには、１７０℃以上，１時間以
上の時効処理が必要である。しかし、２１０℃を超える
温度や１２時間をこえる長時間加熱では、高温・長時間
に見合った強度向上効果が得られず、却ってエネルギ損
失や生産性低下の傾向がみられる。そして、図３のよう
なＴ５処理後の引張強さと冷却速度との関係は、表１の
合金種種別ごとに別途求められているので、合金組成，
最大肉厚及び要求強度が決まれば冷却速度が定まり、そ
れに基づいて熱伝達係数αの範囲が計算できる。計算さ
れた熱伝達係数αを満足するような冷却方法を選定する
と、歪みが少なく且つ時効処理後に要求強度を満足する
略中空材が製造できる。

【００２８】７０００系のアルミニウム合金では，次の
ように合金成分，含有量，熱処理条件等を規定する。 Ｚｎ：５．５〜６．５質量％，Ｍｇ：０．６〜１．０質
量％ ダイス端焼入れでＺｎ，Ｍｇをマトリックスに固溶さ
せ、後工程の時効処理でＭｇ−Ｚｎ系化合物を析出させ
ることにより強度向上に働く合金成分である。必要強度
を得るために、７０００系合金ではＺｎ含有量を５．５
〜６．５質量％，Ｍｇ含有量を０．６〜１．０質量％の
範囲に設定した。５．５質量％未満のＺｎや０．６質量
％未満のＭｇでは、必要とする強度が時効処理後に得ら
れない。逆に、６．５質量％を超えるＺｎや１．０質量
％を超えるＭｇでは、押出性が低下し、生産性が悪くな
る。 Ｃｕ：０．０５〜０．２質量％ マトリックスを固溶強化すると共に、ダイス端焼入れで
固溶したＣｕが後工程の時効処理でＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系
化合物となって析出し、強度を付与する合金成分であ
る。Ｃｕの作用は０．０５質量％以上で顕著になるが、
０．２質量％を超えるＣｕ含有量では押出性が低下す
る。

【００２９】Ｆｅ：０．１〜０．４質量％，Ｓｉ：０．
００５〜０．２質量％ 鋳造中にＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系化合物となって晶出し，押
出加工で分散されることにより，押出材の再結晶粒の生
成・成長を抑制する作用を呈し、耐応力腐食割れ性や機
械的特性の向上に有効な合金成分である。再結晶粒の生
成・成長抑制効果は、０．１質量％以上のＦｅ及び０．
００５質量％以上のＳｉで顕著になる。また、Ｆｅ含有
量を０．１質量％未満，Ｓｉ含有量を０．００５質量％
未満に規制することは，原料配合のコストを上げること
からも好ましくない。逆に、０．４質量％を超えるＦｅ
や０．２質量％を超えるＳｉでは、粗大な晶出物が生成
し、押出性が低下しやすくなる。 Ｚｒ：０．１〜０．２質量％ 鋳造時にマトリックスに固溶し，均質化処理でＡｌ−Ｚ
ｒ系化合物となって析出することにより押出材の再結晶
粒の生成・成長を抑制する作用を呈し，耐応力腐食割れ
性や機械的性質の向上に有効な合金成分である。再結晶
粒の生成・成長抑制効果は、０．１質量％以上のＺｒで
顕著になる。しかし、０．２質量％を超える過剰量のＺ
ｒが含まれると、鋳造中に粗大な晶出物が生成し，押出
材が低下する傾向がみられる。

【００３０】Ｍｎ：０．３質量％以下，Ｃｒ：０．２質
量％以下 何れも必要に応じて添加される合金成分であり、均質化
処理でＡｌ−Ｍｎ系，Ａｌ−Ｃｒ系等の化合物となって
析出し、押出材の再結晶粒の生成・成長を抑制し、耐応
力腐食割れ性や機械的性質を向上させる。表１に掲げた
７０００系のＮｏ．１合金ではＭｎ，Ｃｒを不純物扱い
としたが、Ｎｏ．２合金ではＭｎを、Ｎｏ．３合金では
Ｃｒを必須成分とした。 Ｔｉ：０．０１〜０．１質量％，Ｂ：０．００１〜０．
０１質量％ 鋳造結晶粒を微細化し、鋳造われを防止すると共に，後
工程で均質化処理の効果を高める作用を呈する合金成分
である。このような作用は、０．０１質量％以上のＴｉ
及び０．００１質量％以上のＢで顕著になる。しかし、
０．１質量％を超えるＴｉや０．０１質量％を超えるＢ
では、粗大なＴｉ−Ｂ系金属間化合物が発生し易くな
り、耐食性が劣化する。

【００３１】押出直後の冷却条件：７０００系のアルミ
ニウム合金では、押出直後の略中空材を焼入れ温度から
形材温度が２００℃までの温度域において２７５×ｔ×
Ｒ≦α≦０．１×λ／ｔ［ただし、α：熱伝達係数（Ｗ
／ｍ²・℃），ｔ：中空部の最大肉厚（ｍ），Ｒ：冷却
速度（℃／分），λ：熱伝導度（Ｗ／ｍ・℃）］が満足
される条件下で冷却する。この冷却により、Ｚｎ，Ｍ
ｇ，Ｃｕがマトリックスに十分固溶し、後工程の時効処
理で必要な強度付与に有効な析出量が確保される。ま
た、断面形状の変形量も、平らさｈ／Ｗが０．１％以下
に抑えられる。７０００系のＮｏ．１合金の押出形材を
５０℃／分の冷却速度で冷却する場合、熱伝達係数α
（Ｗ／ｍ²・℃）と中空材の最大肉厚ｔ（ｍ）との間に
１３７５０×ｔ≦α≦１５／ｔの関係が満足される熱伝
達係数αが得られるように冷却条件を設定する。このよ
うに冷却条件を設定するとき、外面部の平らさｈ／Ｗが
０．１％以下に抑えられた良好な断面形状をもつ中空材
となり、しかも時効処理後に４００ＭＰａ以上の引張強
さが得られる。これに対し、α＞１５／ｔでは平らさｈ
／Ｗが０．１％を超え、α＜１３７５０×ｔでは時効処
理後に４００ＭＰａ以上の引張強さが得られないことが
ある。要求される時効処理後の強度と肉厚が決まれば、
７０００系のＮｏ．１合金では、図４に基づいて冷却速
度を参酌して熱伝達係数αの範囲が計算で定まるので、
その熱伝達係数αが得られるように冷却水量等の条件を
設定する。

【００３２】時効処理：ダイス端で急冷された７０００
系のＮｏ．１合金の略中空材を１１５〜１２５℃×１２
〜３６時間又は８０〜１１０℃×３〜１２時間＋１４０
〜１６０℃×５〜１６時間で時効処理すると、Ｍｇ−Ｚ
ｎ系化合物，Ａｌ−Ｍｇ−Ｚｎ系化合物等が析出し、所
定の機械的強度が付与される。設定範囲を下回る温度や
時間の時効処理条件では、所定の機械的強度が得られな
い。逆に温度や時間が設定範囲を上回る時効処理条件で
は、温度上昇や長時間化に見合った強度向上効果がみら
れず、却ってエネルギ損失や生産性低下の原因になる。

【００３３】

【実施例１】本実施例は、高欄の手摺材を製造した例で
ある。表１に示した６０００系のＮｏ．３合金を所定組
成に溶製したアルミニウム合金溶湯に脱ガス処理，微細
化処理，脱滓処理を施した後、ＤＣ鋳造で直径３５５ｍ
ｍの鋳塊に鋳込んだ。得られた鋳塊の分析結果は、次の
通りであった。 Ｓｉ：０．６７質量％，Ｆｅ：０．１８質量％，Ｃｕ：
０．３５質量％，Ｍｎ：０．０３質量％，Ｚｒ：０．０
１質量％，Ｍｇ：１．００質量％，Ｃｒ：０．０８質量
％，Ｚｎ：０．０２質量％，Ｔｉ：０．０１質量％，
Ｂ：０．００２質量％ マトリックスにＣｒを細かく分散させるため昇温速度５
０℃／時で鋳塊を昇温し、５６０℃×２時間の均質化処
理でＭｇ，Ｓｉ，Ｃｕをマトリックスに固溶させると共
にＡｌ−Ｃｒ系化合物を細かく分散させた。次いで、Ｍ
ｇ₂Ｓｉ，Ａｌ₂Ｃｕがマトリックスに析出しないように
冷却速度２５０℃／時で常温までファンを用いて強制空
冷した。冷却後の鋳塊を押出用ビレットに切断した後、
４８０℃に加熱し、上面幅２００ｍｍ，高さ１５０ｍ
ｍ，肉厚４ｍｍで図７に示す断面形状をもつ中空状の高
欄用手摺材を押し出した。

【００３４】このとき使用した押出装置は、図８に概略
を示すように、ダイス１に接するエンドプラテン２の出
側に第１〜５冷却リング３₁〜３₅を配置している。第１
冷却リング３₁はエンドプラテン２の出側から１．５ｍ
離し、各冷却リング３₁〜３₅の間に０．４５ｍの間隔を
おいた。各冷却リング３₁〜３₅は、何れも押出方向に垂
直な面内で同じ八角形状（図９）をもち、押出ラインの
中心から八角形の各辺Ｌ₁〜Ｌ₈までの距離を４５ｃｍと
した。辺Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ₈にはそれぞれ等間隔で２個、辺
Ｌ₃〜Ｌ₇にはそれぞれ等間隔で３個、合計で２１個の噴
霧ノズル４を各冷却リング３₁〜３₅に取り付けた。噴霧
ノズル４の個数及び取付け位置は、押出形材Ｍの断面形
状（図７）に対応した冷却効率を考慮し、押出形材Ｍに
対する冷却水噴霧量が上面：一側側面：下面＝４：５．
５：６となるように設定した。

【００３５】各噴霧ノズル４は、押出形材Ｍに対する冷
却水の噴霧角度θが３０度となるように押出方向下流側
に傾斜させた。噴霧角度θで冷却水を吹き付けるとき、
押出形材Ｍの表面で跳ね返った冷却水が押出方向下流側
に送られ、上流側のダイス１側への飛散が防止される。
そのため、飛散した冷却水による局部的な冷却がなく、
押出形材Ｍが均一に冷却され、機械的性質が均一になる
と共に、アルマイト処理される用途ではアルマイト処理
後の色調が均一になる。各冷却リング３₁〜３₅から、流
量５５リットル／分・リングで１８℃の工業用水を噴霧
しながら押出速度７ｍ／分で押出形材Ｍを押し出した。
押出中に押出形材Ｍの温度を測定したところ、第１冷却
リング３₁の入口位置Ｐ₁で５２０℃であり、押出方向下
流側に第１冷却リング３₁から約２０ｃｍ離れた位置の
押出形材Ｍ表面に冷却水が吹き付けられていた。また、
押出方向下流側に第５冷却リング３₅から４０ｃｍ離れ
た位置Ｐ₂では押出形材Ｍが１９５℃に降温しており、
この位置で冷却が完了していた。なお、押出形材Ｍの温
度は、押出形材Ｍの表面に約１ｍｍの深さまで尖った熱
電対の先端を打ち込んで測定した。

【００３６】入口位置Ｐ₁から冷却完了位置Ｐ₂までの距
離Ｌは２．２ｍであり、押出速度が７ｍ／分であるか
ら、押出形材Ｍが冷却されている時間は１９秒となる。
この間に押出形材Ｍが５２０℃から１９５℃に降温して
いるので、冷却速度は（５２０℃−１９５℃）×６０／
１９＝１０２６℃／分と計算される。この値は、焼きが
入る冷却速度条件を十分に満足している。冷却に使用さ
れた当初１８℃の工業用水は、オーバフローする位置で
温度を測定したところ２８℃であった。冷却装置全体か
らの奪熱量の測定結果から熱伝達係数を計算すると約５
００Ｗ／ｍ²・℃となっていた。これらの結果を図５に
当てはめてみると、ｔ＝４ｍｍにおける領域Ａに入って
おり、外面変形量が平らさｈ／Ｗが０．１％以下の範囲
にあることが判る。

【００３７】得られた押出形材に長さ方向に０．２％の
引張り応力をかけて整直した後、平らさｈ／Ｗを測定し
た。この場合、押出形材は、図７に断面形状を示すよう
に上側及び側面が湾曲しているので、底面で平らさｈ／
Ｗを測定した。平らさｈ／Ｗは０．０５％であった。押
出形材に１８０℃×４時間の時効処理を施した後で機械
的性質を測定したところ、引張強さ３２２ＭＰａ，０．
２％耐力２８９ＭＰａ，伸び１４．５％であり、高欄の
手摺材に要求される特性を十分に満足していた。

【００３８】

【比較例１】実施例１と同じビレットを４９０℃に加熱
した後、実施例１と同じ断面形状の高欄用手摺材を押出
速度３ｍ／分で押し出した。冷却装置としては実施例１
と同じ２１個の噴霧ノズル４を取り付けた第１〜４冷却
リング３₁〜３₄を使用し、第１冷却リング３₁を同様に
エンドプラテン２から押出方向下流側に１．５ｍ離れた
位置に配置したが、各第１〜４冷却リング３₁〜３₄の間
隔をそれぞれ８０ｃｍに広げた。押出形材に噴霧する冷
却水の水量を、実施例１よりも少ない４０リットル／分
・リングに設定した。押出形材に熱電対を打ち込み、形
材温度を連続的に測定した結果を図１０に示す。押出形
材Ｍの温度は、第１冷却リング３₁の入口位置Ｐ₁で５１
０℃，第４冷却リング３₄から押出方向下流側に４０ｃ
ｍ離れた位置Ｐ₂で２００℃と測定された。入口位置Ｐ₁
から下流側の位置Ｐ₂までの距離Ｌが２．８ｍ，押出速
度が３ｍ／分であることから、冷却されている時間が５
６秒，冷却速度が（５１０℃−２００℃）×６０／５６
＝３３２℃／分と計算される。

【００３９】押出形材Ｍは、第４冷却リング３₄から下
流方向に４０ｃｍ離れた位置Ｐ₂において２００℃まで
冷却された後で、図１０に示すように再び２５０℃まで
昇温した。すなわち、比較例１では、第１〜４冷却リン
グ３₁〜３₄からの冷却水噴霧で押出形材Ｍが一旦冷却さ
れて降温するものの、第１〜４冷却リング３₁〜３₄の間
隔が広すぎたこと，冷却水量が少ないこと，押出速度が
遅いこと等が原因し、押出形材Ｍが各冷却リング３₁〜
３₄を通過した後で復熱し、４回も温度が上昇してい
る。このような冷却方法では、押出形材Ｍに十分な焼き
が入らず、歪みに関しても悪影響の虞れがある。実際、
０．２％の引張り張力をかけて整直した後、底面の平ら
さｈ／Ｗを測定したところ０．１５％であり、０．１％
を超えていた。また、押出形材に１８０℃×４時間の時
効処理を施した後の機械的性質は、引張強さ３０８ＭＰ
ａ，０．２％耐力２７７ＭＰａ，伸び１２％であり、強
度が若干低下していた。そのため、高欄材の手摺材とし
ては好ましい製品でなかった。すなわち、計算上は焼き
が入っても、３５０℃以上に復熱するような冷却方法は
その度合いによって不適であることが判る。

【００４０】

【実施例２】本実施例は、パワーブリッジの桁材を製造
した例である。実施例１と同じビレットを使用し、実施
例１と同じ押出・冷却装置を用い、幅２７５ｍｍ，高さ
１８０ｍｍ，肉厚５〜８ｍｍで、コーナーにリブを付け
た断面形状（図１１）をもつパワーブリッジの桁材を押
し出した。押出に際しては、ビレットを５００℃に加熱
し、押出速度を４ｍ／分に設定した。第１〜５冷却リン
グ３₁〜３₅から流量８３リットル／分・リングで１８℃
の工業用水を押出形材に噴霧した。押出形材の温度は、
第１冷却リング３₁の入口位置Ｐ₁で５０５℃，第５冷却
リング３₅から押出方向下流側に４０ｃｍ離れた位置Ｐ₂
で１０７℃と測定された。入口位置Ｐ₁から下流側の位
置Ｐ₂までの距離Ｌが２．２ｍ，押出速度が４ｍ／分で
あることから、冷却されている時間が３３秒，冷却速度
が（５０５℃−１０７℃）×６０／３３＝７２４℃／分
と計算される。この値は、焼きが入る冷却速度条件を十
分に満足している。

【００４１】冷却に使用された当初１８℃の工業用水
は、オーバフローする位置で温度を測定したところ３８
℃であった。冷却装置全体からの奪熱量の測定結果から
熱伝達係数を計算すると約７５０Ｗ／ｍ²・℃となって
いた。これらの結果を図５に当てはめてみると、ｔ＝８
ｍｍにおける領域Ａに入っており、外面歪みが合格範囲
にあることが判る。得られた押出形材に長さ方向に０．
２％の引張り応力をかけて整直した後、平らさｈ／Ｗを
測定した。肉厚８ｍｍの短辺側（図１１）で若干外側に
凸であったが、平らさｈ／Ｗは０．０７％であった。押
出形材に１８０℃×４時間の時効処理を施した後で機械
的性質を測定したところ、引張強さ３２０ＭＰａ，０．
２％耐力２８６ＭＰａ，伸び１１．０％であり、パワー
ブリッジの桁材に要求される特性を十分に満足してい
た。

【００４２】

【実施例３】本実施例は、構造用大型角パイプ材を製造
した例である。実施例１と同じビレットを使用し、実施
例１と同じ押出・冷却装置を用い、幅２８０ｍｍ，高さ
２００ｍｍ，肉厚１０ｍｍで、図１２に示す断面形状を
もつ構造用大型角パイプ材を押し出した。押出に際して
は、ビレットを５００℃に加熱し、押出速度を３ｍ／分
に設定した。第１〜５冷却リング３₁〜３₅から流量１１
０リットル／分・リングで１８℃の工業用水を押出形材
に噴霧した。押出形材の温度は、第１冷却リング３₁の
入口位置Ｐ₁で５１０℃，第５冷却リング３₅から押出方
向下流側に４０ｃｍ離れた位置Ｐ₂で９５℃と測定され
た。入口位置Ｐ₁から下流側の位置Ｐ₂までの距離Ｌが
２．２ｍ，押出速度が３ｍ／分であることから、冷却さ
れている時間が４４秒，冷却速度が（５１０℃−９５
℃）×６０／４４＝５６５℃／分と計算される。この値
は、焼きが入る冷却速度条件を十分に満足している。

【００４３】冷却に使用された当初１８℃の工業用水
は、オーバフローする位置で温度を測定したところ３３
℃であった。冷却装置全体からの奪熱量の測定結果から
熱伝達係数を計算すると約１１００Ｗ／ｍ²・℃となっ
ていた。これらの結果を図５に当てはめてみると、ｔ＝
１０ｍｍにおける領域Ａに入っており、平らさｈ／Ｗが
０．１％以下の範囲にあることが判る。得られた押出形
材に長さ方向に０．２％の引張り応力をかけて整直した
後、平らさｈ／Ｗを測定した。肉厚１０ｍｍの長辺側
（図１２）で若干内側に凹んでいたが、平らさｈ／Ｗは
０．０１％であり、製品形状は良好であった。押出形材
に１８０℃×４時間の時効処理を施した後で機械的性質
を測定したところ、引張強さ３２４ＭＰａ，０．２％耐
力２９０ＭＰａ，伸び１１．３％であり、構造用大型角
パイプ材に要求される特性を十分に満足していた。

【００４４】

【比較例２】冷却条件以外は、実施例３と同じ条件下で
構造用大型角パイプ材を製造した。第１〜５冷却リング
３₁〜３₅として１リング当りのノズル数を実施例３の２
１個から倍の４２個に増やした冷却リングを使用し、各
冷却リング３₁〜３₅から流量３３０リットル／分・リン
グで温度１８℃の工業用水を押出形材に噴霧した。押出
形材の温度は、第１冷却リング３₁の入口位置Ｐ₁で５１
０℃，第５冷却リング３₅から押出方向下流側に４０ｃ
ｍ離れた位置Ｐ₂で２２℃と測定された。入口位置Ｐ₁か
ら下流側の位置Ｐ₂までの距離Ｌが２．２ｍ，押出速度
が３ｍ／分であることから、冷却されている時間が４４
秒，冷却速度が（５１０℃−２２℃）×６０／４４＝６
６５℃／分と計算される。この値は、焼きが入る冷却速
度条件を十分に満足している。

【００４５】冷却に使用された当初１８℃の工業用水
は、オーバフローする位置で温度を測定したところ２０
℃であった。冷却装置全体からの奪熱量の測定結果から
熱伝達係数を計算すると約３０００Ｗ／ｍ²・℃となっ
ていた。これらの結果を図５に当てはめてみると、ｔ＝
１０ｍｍにおける熱伝達係数が領域Ａから外れ、曲線α
_s＝２０／ｔの上側に位置する。すなわち、過度に冷却
されたことを意味し、得られた押出形材にも外面変形が
発生していた。得られた押出形材に長さ方向に０．２％
の引張り応力をかけて整直した後、平らさｈ／Ｗを測定
した。肉厚１０ｍｍの長辺側（図１２）で若干内側に凹
んでおり、凹み量は長辺中央部で約２ｍｍであった。こ
の値から平らさｈ／Ｗは０．７％と計算され、製品とし
ては好ましくない。図５において１０ｍｍの位置で熱伝
達係数が３０００Ｗ／ｍ²・℃の点は領域Ａから外れて
おり、外面変形が発生することが判る。

【００４６】

【実施例４】本実施例は、鉄道車両用の構造材を製造し
た例である。表１に示した７０００系のＮｏ．３合金を
所定組成に溶製したアルミニウム合金溶湯に脱ガス処
理，微細化処理，脱滓処理を施した後、ＤＣ鋳造で直径
２７３ｍｍの鋳塊に鋳込んだ。得られた鋳塊の分析結果
は、次の通りであった。 Ｓｉ：０．１２質量％，Ｆｅ：０．１８質量％，Ｃｕ：
０．１７質量％，Ｍｎ：０．００２質量％，Ｚｒ：０．
１５質量％，Ｍｇ：１．００質量％，Ｃｒ：０．００２
質量％，Ｚｎ：５．９０質量％，Ｔｉ：０．０３質量
％，Ｂ：０．００１質量％

【００４７】マトリックスにＺｒを細かく分散させるた
め昇温速度８０℃／時で鋳塊を昇温し、４７０℃×６時
間の均質化処理でＭｇ，Ｚｎ，Ｃｕをマトリックスに固
溶させると共にＡｌ−Ｚｒ系化合物を細かく分散させ
た。次いで、Ｍｇ−Ｚｎ系化合物，Ａｌ−Ｍｇ−Ｚｎ系
化合物がマトリックスに粗大に析出しないように冷却速
度２００℃／時で常温までファンを用いて強制空冷し
た。冷却後の鋳塊を押出用ビレットに切断した後、４８
０℃に加熱し、全幅２３０ｍｍ，高さ１００ｍｍ，肉厚
６ｍｍで図１３に示す断面形状をもつ中空状の鉄道車両
用構造材を押し出した。

【００４８】このとき使用した押出装置は、ダイスに接
するエンドプラテンの出口から２ｍ離れた位置を基準と
して、１．３ｍ間隔で合計７台の上部ファンをエンドプ
ラテンの出側上部に設け、隣接する上部ファンの中間点
に合計６台の下部ファンを配置した。上下で合計１３台
のファンを稼動し、形材表面部での風速が２０ｍ／秒で
冷気が形材全周にほぼ均等に当たるように冷却した。冷
却帯の入口から出口までの距離が９．１ｍ，押出速度が
７ｍ／分であることから、押出形材が冷却されている時
間は７８秒となる。この間に押出形材が４８０℃から２
１０℃に降温しているので、冷却速度は２０８℃／分と
計算される。この値は、焼きが入る冷却速度条件を十分
に満足している。このときの熱伝達係数は、約１８０Ｗ
／ｍ²・℃であった。

【００４９】得られた押出形材に長さ方向に０．２％の
引張り応力をかけて整直した後、平らさｈ／Ｗを測定し
たところ、平らさｈ／Ｗは０．０２％であり、製品形状
は良好であった。押出形材に９０℃×８時間＋１５０℃
×８時間の時効処理を施した後で機械的性質を測定した
ところ、引張強さ４４１ＭＰａ，０．２％耐力３９７Ｍ
Ｐａ，伸び１６．４％であり、鉄道車両用構造材に要求
される特性を十分に満足していた。

【００５０】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明は、押出
直後に２０００系，６０００系，７０００系等の析出硬
化型アルミニウム合金をダイス端焼入れする際、焼入れ
温度から形材温度が２００℃までの温度域における冷却
条件のうち冷却速度及び熱伝達係数を制御することによ
り、急冷による変形を抑え、しかもＭｇ，Ｓｉ，Ｃｕ，
Ｚｎ等を十分にマトリックスに固溶させている。そのた
め、得られた押出形材を時効処理するときＭｇ₂Ｓｉ，
Ａｌ₂Ｃｕ等の析出により必要強度が付与され、断面形
状が安定した中空材やセミ中空材が得られる。しかも、
溶体化処理が必要なＴ６処理を施さなくても、同等な強
度が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ダイス端焼入れで押出形材の押出方向に垂直
な断面に発生しがちな変形を説明する図

【図２】 熱伝達係数に及ぼす肉厚の影響を表わしたグ
ラフ

【図３】 Ｔ５処理（ダイス端焼入れ後時効処理）され
た表１に示した６０００系のＮｏ．３合金の機械的性質
に及ぼすダイス端焼入れ時の冷却速度の影響を表わした
グラフ

【図４】 Ｔ５処理（ダイス端焼入れ後時効処理）され
た表１に示した７０００系のＮｏ．１合金の機械的性質
に及ぼすダイス端焼入れ時の冷却速度の影響を表わした
グラフ

【図５】 熱伝達係数と肉厚との関係を６０００系のＮ
ｏ．３合金中空材で定量的に表わしたグラフ

【図６】 熱伝達係数と肉厚との関係を７０００系のＮ
ｏ．１合金中空材で定量的に表わしたグラフ

【図７】 実施例１で製造した高欄用手摺材の断面図

【図８】 実施例で使用した冷却リングを備えた押出装
置の概略図

【図９】 冷却リングに取り付けたノズルの位置関係を
示す図

【図１０】 比較例における押出直後の押出形材の温度
変化を示すグラフ

【図１１】 実施例２で製造したパワーブリッジ用桁材
の断面図

【図１２】 実施例３で製造した構造用大型角パイプ材
の断面図

【図１３】 ７０００系のアルミニウム合金を用いて実
施例４で製造した鉄道車両用の構造材の断面図

【符号の説明】

１：ダイス ２：エンドプラテン ３₁〜３₅：第１
〜５冷却リング ４：ノズル Ｍ：押出形材 Ｃ：冷媒 Ｐ₁：第１冷却リングの
入口位置 Ｐ₂：冷却完了位置 Ｌ：入口位置Ｐ₁か
ら冷却完了位置Ｐ₂までの距離（冷却帯の長さ）

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｅ０４Ｃ 3/04 Ｅ０４Ｃ 3/04 Ｅ０４Ｆ 11/18 Ｅ０４Ｆ 11/18 // Ｃ２２Ｃ 21/02 Ｃ２２Ｃ 21/02 21/06 21/06 21/10 21/10 21/12 21/12 Ｃ２２Ｆ 1/00 ６１２ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６１２ ６２６ ６２６ ６３０ ６３０Ｚ ６９１ ６９１Ｂ ６９１Ｃ ６９２ ６９２Ａ Ｅ０１Ｄ 1/00 Ｅ０１Ｄ 19/10 19/10 9/08 (72)発明者 谷津倉 政仁 静岡県庵原郡蒲原町蒲原１丁目34番１号 日本軽金属株式会社グループ技術センター 内 Ｆターム(参考） 2D059 AA05 AA23 GG01 2E101 KK01 PP00 2E163 FA12 FB09 4E029 AA06 HD01 HD04 MB02 SA02 SA10

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 析出硬化型アルミニウム合金の略中空材
   を押し出した直後、押し出された略中空材の焼入れ温度
   から形材温度が２００℃までの温度域において２７５×
   ｔ×Ｒ≦α≦０．１×λ／ｔ［ただし、α：熱伝達係数
   （Ｗ／ｍ²・℃），ｔ：中空部の最大肉厚（ｍ），Ｒ：
   冷却速度（℃／分），λ：熱伝導率（Ｗ／ｍ・℃）］が
   満足される条件下で略中空材を冷却し、その後に時効処
   理を施すことを特徴とする断面形状が安定し機械的性質
   が良好なアルミニウムの略中空材の製造方法。
2. 【請求項２】 析出硬化型アルミニウム合金として２０
   ００系，６０００系又は７０００系アルミニウム合金を
   使用する請求項１記載の製造方法。
3. 【請求項３】 Ｓｉ：０．６〜０．９質量％，Ｍｇ：
   ０．８〜１．２質量％，Ｃｕ：０．１〜０．４質量％，
   Ｃｒ：０．０４〜０．２質量％，Ｆｅ：０．１〜０．３
   質量％，Ｍｎ：０．１質量％以下，Ｚｒ：０．１質量％
   以下，Ｔｉ：０．００５〜０．１質量％，Ｂ：０．００
   ０１〜０．０１質量％，Ｚｎ：０．０５質量％以下，残
   部が実質的にＡｌの組成をもつアルミニウム合金を略中
   空材に押し出した直後、５００℃以上の焼入れ温度から
   形材温度２００℃までの温度域を冷却速度２００℃／分
   以上で且つ５５０００×ｔ≦α≦１６／ｔ［ただし、
   α：熱伝達係数（Ｗ／ｍ²・℃），ｔ：中空部の最大肉
   厚（ｍ）］が満足される条件下で略中空材を冷却し、そ
   の後に１７０〜２１０℃×１〜１２時間で時効処理を施
   すことを特徴とする断面形状が安定し機械的性質が良好
   なアルミニウムの略中空材の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項３の方法で製造された高欄の手摺
   材，パワーブリッジの桁材又は構造用大型角パイプ材。
5. 【請求項５】 Ｚｎ：５．５〜６．５質量％，Ｍｇ：
   ０．６〜１．０質量％，Ｃｕ：０．０５〜０．２質量
   ％，Ｆｅ：０．１〜０．４質量％，Ｓｉ：０．０５〜
   ０．２質量％，Ｚｒ：０．１〜０．２質量％，Ｍｎ：０
   〜０．３質量％，Ｃｒ：０〜０．２質量％，Ｔｉ：０．
   ０１〜０．１質量％，Ｂ：０．００１〜０．０１質量
   ％，残部が実質的にＡｌの組成をもつアルミニウム合金
   を略中空材に押し出した直後、４３０℃以上の焼入れ温
   度から形材温度２００℃までの温度域を冷却速度５０℃
   ／分以上で且つ１３７５０×ｔ≦α≦１５／ｔ［ただ
   し、α：熱伝達係数（Ｗ／ｍ²・℃），ｔ：中空部の最
   大肉厚（ｍ）］が満足される条件下で略中空材を冷却
   し、その後に１１０〜１３０℃×１２〜３６時間又は８
   ０〜１１０℃×３〜１２時間＋１４０〜１７０℃×５〜
   １６時間で時効処理を施すことを特徴とする断面形状が
   安定し機械的性質が良好なアルミニウムの略中空材の製
   造方法。
6. 【請求項６】 請求項５の方法で製造された鉄道車両用
   構造材。