JP2018135579A - Structural aluminium alloy material - Google Patents

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Tadashi Minoda
正 箕田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aluminium alloy material have high strength and excellent toughness, and method for manufacturing the same.SOLUTION: The structural aluminium alloy material contains Zn:9.1-14.0 mass%, Mg:2.0-3.0 mass%, Cu:1.0-2.0 mass% and Zr:0.080-0.20 mass%, one or more kinds of Mn:0.20-1.00 mass% and Cr:0.10-0.30 mass% and the remainder having a chemical component consisting of Al and inevitable impurities. The total amount of a Mn containing compound existing in crystal grains and having a major axis of 20-500 nm and a Cr containing compound having a major axis of 20-500 nm is 5 pieces/μmor more, and a fracture toughness value is 18.7 MPa m.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、構造用アルミニウム合金材に関する。   The present invention relates to a structural aluminum alloy material.

航空機、宇宙機あるいは車両等に使用される構造用材料は、運動性能の向上や燃費の向上の観点から、軽量かつ高強度であることが求められる。7000系アルミニウム合金材は、金属材料の中でも比較的高い比強度を有しているため、上述した分野において、構造用材料として多用されている。   Structural materials used for aircraft, spacecrafts, vehicles, and the like are required to be lightweight and high-strength from the viewpoints of improving motion performance and improving fuel efficiency. Since the 7000 series aluminum alloy material has a relatively high specific strength among metal materials, it is frequently used as a structural material in the above-described fields.

近年では、従来の7000系アルミニウム合金材よりも更に強度の高いアルミニウム合金材が要求されている。この種のアルミニウム合金材として、例えば、特許文献1には、Zn及びMgの含有量を所定の範囲内とし、更に、Cu:1.0〜2.5質量%及びZr:0.08〜0.20質量%を含有するAl−Zn−Mg−Cu(アルミニウム−亜鉛−マグネシウム−銅)系アルミニウム合金材が記載されている。   In recent years, aluminum alloy materials having higher strength than conventional 7000 series aluminum alloy materials have been required. As this type of aluminum alloy material, for example, Patent Document 1 discloses that the contents of Zn and Mg are within a predetermined range, and Cu: 1.0 to 2.5 mass% and Zr: 0.08 to 0. An Al—Zn—Mg—Cu (aluminum-zinc-magnesium-copper) -based aluminum alloy material containing 20 mass% is described.

特許第5343333号Japanese Patent No. 5343333

しかし、一般的に、材料の強度を高くすると、靭性が低下する傾向がある。従来の7000系アルミニウム合金材よりも高い強度を有するアルミニウム合金材は、靭性に劣るため、構造用材料へ適用することが難しいのが現状である。   However, generally, when the strength of the material is increased, the toughness tends to decrease. An aluminum alloy material having a strength higher than that of a conventional 7000 series aluminum alloy material is inferior in toughness, and is currently difficult to apply to a structural material.

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、高い強度を有し、靭性に優れた構造用アルミニウム合金材及びその製造方法を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such a background, and intends to provide a structural aluminum alloy material having high strength and excellent toughness and a method for producing the structural aluminum alloy material.

本発明の一態様は、Zn(亜鉛):9.1〜14.0質量%、Mg(マグネシウム):2.0〜3.0質量%、Cu(銅):1.0〜2.0質量%、Zr(ジルコニウム):0.080〜0.20質量%を含有するとともに、Mn(マンガン):0.20〜1.00質量%及びCr(クロム):0.10〜0.30質量%のうち1種以上を含有し、残部がAl(アルミニウム)及び不可避不純物からなる化学成分を有し、
結晶粒内に存在する長径20〜500nmのMn含有化合物と、長径20〜500nmのCr含有化合物との合計が5個/μm2以上であり、
破壊靭性値が18.7MPa・m1/2以上である、構造用アルミニウム合金材にある。
One embodiment of the present invention is as follows: Zn (zinc): 9.1 to 14.0 mass%, Mg (magnesium): 2.0 to 3.0 mass%, Cu (copper): 1.0 to 2.0 mass% %, Zr (zirconium): 0.080 to 0.20 mass%, Mn (manganese): 0.20 to 1.00 mass% and Cr (chromium): 0.10 to 0.30 mass% Containing one or more of the above, the remainder having a chemical component consisting of Al (aluminum) and inevitable impurities,
The total of the Mn-containing compound having a major axis of 20 to 500 nm and the Cr-containing compound having a major axis of 20 to 500 nm present in the crystal grains is 5 pieces / μm 2 or more,
The structural aluminum alloy material has a fracture toughness value of 18.7 MPa · m 1/2 or more.

本発明の他の態様は、Zn:9.1〜14.0質量%、Mg:2.0〜3.0質量%、Cu:1.0〜2.0質量%、Zr:0.080〜0.20質量%を含有するとともに、Mn:0.20〜1.00質量%及びCr:0.10〜0.30質量%のうち1種以上を含有し、残部がAl及び不可避不純物からなる化学成分を有する鋳塊を作製し、
300℃に到達してから400℃に到達するまでの所要時間を2時間以上とし、かつ、450〜490℃の温度を5〜20時間保持する条件で上記鋳塊を加熱して均質化処理を行い、
終了時の温度が300℃以上となる条件で上記鋳塊に熱間加工を施して展伸材を作製し、
上記展伸材に溶体化処理、焼入れ及び人工時効処理を行う、構造用アルミニウム合金材の製造方法にある。
Other aspects of the present invention include Zn: 9.1 to 14.0% by mass, Mg: 2.0 to 3.0% by mass, Cu: 1.0 to 2.0% by mass, Zr: 0.080 to In addition to containing 0.20% by mass, one or more of Mn: 0.20 to 1.00% by mass and Cr: 0.10 to 0.30% by mass are contained, and the balance is made of Al and inevitable impurities. Making ingots with chemical components,
The time required to reach 400 ° C. after reaching 300 ° C. is 2 hours or more, and the ingot is heated and homogenized under the condition that the temperature of 450 to 490 ° C. is maintained for 5 to 20 hours. Done
A wrought material is produced by subjecting the ingot to hot working under the condition that the temperature at the end is 300 ° C. or higher,
It exists in the manufacturing method of the structural aluminum alloy material which performs a solution treatment, hardening, and artificial aging treatment to the said extending | stretching material.

上記構造用アルミニウム合金材(以下、単に「アルミニウム材」という。)は、上記特定の範囲の化学成分を有しているため、従来の7000系アルミニウム合金材よりも高い強度を実現することができる。   The structural aluminum alloy material (hereinafter simply referred to as “aluminum material”) has a chemical component in the specific range, and thus can achieve higher strength than the conventional 7000 series aluminum alloy material. .

また、上記アルミニウム材における、結晶粒内に存在する長径20〜500nmのMn含有化合物と、長径20〜500nmのCr含有化合物との合計は5個/μm2以上である。上記特定の大きさのMn含有化合物及びCr含有化合物は、上記アルミニウム材に亀裂が生じた際に、亀裂の進展を妨げる作用を有する。上記アルミニウム材中の上記Mn含有化合物と上記Cr含有化合物との合計を5個/μm2以上とすることにより、従来の7000系アルミニウム合金材よりも高い強度を実現し、かつ、靭性を向上させることができる。 Further, the total of the Mn-containing compound having a major axis of 20 to 500 nm and the Cr-containing compound having a major axis of 20 to 500 nm in the aluminum material is 5 / μm 2 or more. The Mn-containing compound and the Cr-containing compound having the specific sizes have an effect of preventing the progress of cracks when cracks occur in the aluminum material. By making the total of the Mn-containing compound and the Cr-containing compound in the aluminum material 5 pieces / μm 2 or more, higher strength than conventional 7000 series aluminum alloy materials is achieved and toughness is improved. be able to.

そして、上記アルミニウム材は、少なくとも、化学成分を上記特定の範囲とした上で、更に結晶粒中のMn含有化合物及びCr含有化合物の数との合計を上記特定の範囲とすることにより、18.7MPa・m1/2以上の破壊靭性値を容易に実現することができる。その結果、強度が高く、靭性に優れたアルミニウム材を容易に得ることができる。 The aluminum material has at least the chemical component in the specific range, and further sets the total of the Mn-containing compound and the Cr-containing compound in the crystal grains to the specific range. A fracture toughness value of 7 MPa · m 1/2 or more can be easily realized. As a result, an aluminum material having high strength and excellent toughness can be easily obtained.

また、上記の態様のアルミニウム材の製造方法によれば、強度が高く、靭性に優れた上記アルミニウム材を容易に作製することができる。   Moreover, according to the manufacturing method of the aluminum material of said aspect, the said aluminum material with high intensity | strength and excellent in toughness can be produced easily.

上記アルミニウム材における化学成分等の限定理由について、以下に説明する。   The reasons for limiting the chemical components and the like in the aluminum material will be described below.

・Zn(亜鉛):9.1〜14.0質量%
Znは、MgやCuと結合してGPゾーン等の相や微細な金属間化合物を形成し、アルミニウム材の強度を向上させる作用を有している。Znの含有量を9.1質量%以上とすることにより、700MPa以上の引張強さを容易に実現することができる。Znの含有量が9.1質量%未満の場合には、Znが不足するため、アルミニウム材の強度の低下を招くおそれがある。
Zn (zinc): 9.1 to 14.0% by mass
Zn combines with Mg and Cu to form a phase such as a GP zone and a fine intermetallic compound, and has an effect of improving the strength of the aluminum material. By setting the Zn content to 9.1% by mass or more, a tensile strength of 700 MPa or more can be easily realized. When the Zn content is less than 9.1% by mass, Zn is insufficient, which may cause a decrease in strength of the aluminum material.

一方、Znの含有量が14.0質量%を超えると、Mg及びCuの固溶限が低下するため、粗大な金属間化合物が生成する。その結果、GPゾーン等の相や微細な金属間化合物の量が少なくなり、かえってアルミニウム材の強度の低下を招くおそれがある。かかる問題を回避する観点から、Znの含有量は14.0質量%以下とする。同様の観点から、Znの含有量を12.0質量%以下とすることが好ましく、11.0質量%以下とすることがより好ましい。
・Mg(マグネシウム):2.0〜3.0質量%
Mgは、ZnやCuと結合してGPゾーンや微細な金属間化合物を形成し、アルミニウム材の強度を向上させる作用を有している。Mgの含有量を2.0質量%以上とすることにより、700MPa以上の引張強さを容易に実現することができる。Mgの含有量が2.0質量%未満の場合には、Mgが不足するため、アルミニウム材の強度の低下を招くおそれがある。アルミニウム材の強度をより向上させる観点からは、Mgの含有量を2.3質量%以上とすることが好ましい。
On the other hand, when the Zn content exceeds 14.0% by mass, the solid solubility limit of Mg and Cu is lowered, so that a coarse intermetallic compound is generated. As a result, the amount of the phase such as the GP zone and the fine intermetallic compound may be reduced, and the strength of the aluminum material may be reduced. From the viewpoint of avoiding such a problem, the Zn content is 14.0% by mass or less. From the same viewpoint, the Zn content is preferably 12.0% by mass or less, and more preferably 11.0% by mass or less.
Mg (magnesium): 2.0 to 3.0% by mass
Mg combines with Zn and Cu to form a GP zone and a fine intermetallic compound, and has the effect of improving the strength of the aluminum material. By setting the Mg content to 2.0 mass% or more, a tensile strength of 700 MPa or more can be easily realized. When the Mg content is less than 2.0% by mass, Mg is insufficient, which may cause a decrease in strength of the aluminum material. From the viewpoint of further improving the strength of the aluminum material, the Mg content is preferably 2.3% by mass or more.

一方、Mgの含有量が3.0質量%を超えると、アルミニウム材の耐応力腐食割れ性(以下、「耐SCC性」という。)の低下を招くおそれがある。かかる問題を回避する観点から、Mgの含有量は3.0質量%以下とする。同様の観点から、Mgの含有量を2.7質量%以下とすることが好ましい。   On the other hand, if the Mg content exceeds 3.0 mass%, the stress corrosion cracking resistance (hereinafter referred to as “SCC resistance”) of the aluminum material may be lowered. From the viewpoint of avoiding such a problem, the Mg content is 3.0 mass% or less. From the same viewpoint, the Mg content is preferably 2.7% by mass or less.

・Cu(銅):1.0〜2.0質量%
Cuは、ZnやMgと結合してGPゾーンや微細な金属間化合物を形成し、アルミニウム材の強度を向上させる作用を有している。Cuの含有量を1.0質量%以上とすることにより、700MPa以上の引張強さを容易に実現することができる。Cuの含有量が1.0質量%未満の場合には、Cuが不足するため、アルミニウム材の強度の低下を招くおそれがある。アルミニウム材の強度をより向上させる観点からは、Cuの含有量を1.3質量%以上とすることが好ましい。
Cu (copper): 1.0 to 2.0% by mass
Cu combines with Zn and Mg to form a GP zone and a fine intermetallic compound, and has the effect of improving the strength of the aluminum material. By setting the Cu content to 1.0 mass% or more, a tensile strength of 700 MPa or more can be easily realized. When the Cu content is less than 1.0% by mass, Cu is insufficient, which may cause a decrease in strength of the aluminum material. From the viewpoint of further improving the strength of the aluminum material, the Cu content is preferably 1.3% by mass or more.

一方、Cuの含有量が2.0質量%を超えると、アルミニウム材の耐SCC性の低下を招くおそれがある。かかる問題を回避する観点から、Cuの含有量は2.0質量%以下とする。同様の観点から、Cuの含有量を1.7質量%以下とすることが好ましい。   On the other hand, if the Cu content exceeds 2.0% by mass, the SCC resistance of the aluminum material may be lowered. From the viewpoint of avoiding such a problem, the Cu content is set to 2.0 mass% or less. From the same viewpoint, the Cu content is preferably 1.7% by mass or less.

・Zr(ジルコニウム):0.080〜0.20質量%
Zrは、熱間加工中の再結晶を抑制し、アルミニウム材の組織を亜結晶組織にする作用を有する。Zrの含有量を0.080質量%以上とすることにより、アルミニウム材の組織を亜結晶組織にし、アルミニウム材の強度及び耐SCCを向上させることができる。
Zr (zirconium): 0.080 to 0.20 mass%
Zr has the effect of suppressing recrystallization during hot working and making the structure of the aluminum material a subcrystalline structure. By setting the content of Zr to 0.080% by mass or more, the structure of the aluminum material can be changed to a subcrystalline structure, and the strength and SCC resistance of the aluminum material can be improved.

Zrの含有量が0.080質量%未満の場合には、熱間加工中に再結晶が起こりやすくなる。そして、再結晶が起きると、アルミニウム材の強度及び耐SCC性の低下を招くおそれがある。従って、熱間加工中の再結晶を抑制する観点から、Zrの含有量は0.080質量%以上とする。熱間加工中の再結晶をより効果的に抑制する観点からは、Zrの含有量を0.090質量%以上とすることが好ましい。   When the content of Zr is less than 0.080% by mass, recrystallization easily occurs during hot working. And when recrystallization occurs, there exists a possibility of causing the fall of the intensity | strength of an aluminum material, and SCC resistance. Therefore, from the viewpoint of suppressing recrystallization during hot working, the Zr content is set to 0.080% by mass or more. From the viewpoint of more effectively suppressing recrystallization during hot working, the Zr content is preferably 0.090% by mass or more.

Zrの含有量が0.20質量%を超える場合には、アルミニウム材を鋳造する際に、粗大な晶出物が形成されやすい。そして、鋳塊中に粗大な晶出物が存在すると、靭性の低下を招く。それ故、破壊靭性を高くする観点から、Zrの含有量は0.20質量%以下とする。同様の観点から、Zrの含有量は0.16質量%以下とすることが好ましい。   When the content of Zr exceeds 0.20% by mass, coarse crystallized products are easily formed when the aluminum material is cast. And when a coarse crystallization thing exists in an ingot, the fall of toughness will be caused. Therefore, from the viewpoint of increasing fracture toughness, the Zr content is set to 0.20 mass% or less. From the same viewpoint, the Zr content is preferably 0.16% by mass or less.

・Mn(マンガン):0.20〜1.0質量%、Cr(クロム):0.10〜0.30質量%
上記アルミニウム材は、Mn及びCrのうち1種以上を含有している。Mnの含有量を上記特定の範囲とすることにより、アルミニウム材の結晶粒の内部に長径20〜500nmのMn含有化合物を析出させることができる。同様に、Crの含有量を上記特定の範囲とすることにより、アルミニウム材の結晶粒の内部に長径20〜500nmのCr含有化合物を析出させることができる。その結果、アルミニウム材の靭性を高めることができる。
Mn (manganese): 0.20 to 1.0 mass%, Cr (chromium): 0.10 to 0.30 mass%
The aluminum material contains one or more of Mn and Cr. By setting the Mn content within the above specific range, a Mn-containing compound having a major axis of 20 to 500 nm can be precipitated inside the crystal grains of the aluminum material. Similarly, by setting the Cr content within the above specific range, a Cr-containing compound having a major axis of 20 to 500 nm can be precipitated inside the crystal grains of the aluminum material. As a result, the toughness of the aluminum material can be increased.

Mnの含有量及びCrの含有量の両方が上記特定の範囲よりも少ない場合には、アルミニウム材の結晶粒の内部に析出するMn含有化合物及びCr含有化合物の数が少なくなり、破壊靭性の低下を招くおそれがある。一方、Mnの含有量及びCrの含有量のうち少なくとも一方が上記特定の範囲よりも多い場合には、アルミニウム材の鋳造時に、鋳塊中に粗大な晶出物が形成され、靭性の低下を招くおそれがある。   When both the content of Mn and the content of Cr are less than the above specific range, the number of Mn-containing compounds and Cr-containing compounds precipitated inside the crystal grains of the aluminum material is reduced, and the fracture toughness is reduced. May be incurred. On the other hand, when at least one of the content of Mn and the content of Cr is larger than the above specific range, a coarse crystallized product is formed in the ingot during the casting of the aluminum material, and the toughness is reduced. There is a risk of inviting.

上記アルミニウム材には、上述したZn、Mg、Cu、Zr、Mn、Cr以外に、Ti(チタン)、B(ホウ素)、Fe(鉄)、Si(シリコン)等の元素が含まれることがある。   The aluminum material may contain elements such as Ti (titanium), B (boron), Fe (iron), and Si (silicon) in addition to the above-described Zn, Mg, Cu, Zr, Mn, and Cr. .

・Ti(チタン):0質量%超え0.15質量%以下、B(ホウ素):0質量ppm超え50質量ppm以下
Ti及びBは、鋳造時における鋳塊組織を微細化する作用を有する。Tiの含有量を上記特定の範囲とすることにより、鋳塊組織を微細化し、鋳造割れをより効果的に抑制することができる。同様に、Bの含有量を上記特定の範囲とすることにより、鋳塊組織を微細化し、鋳造割れをより効果的に抑制することができる。
Ti (titanium): 0 mass% to 0.15 mass% or less, B (boron): 0 mass ppm to 50 mass ppm or less Ti and B have the effect of refining the ingot structure during casting. By setting the Ti content within the above specific range, the ingot structure can be refined and the casting cracks can be more effectively suppressed. Similarly, by setting the B content in the above specific range, the ingot structure can be refined and the casting crack can be more effectively suppressed.

Tiの含有量及びBの含有量のうち少なくとも一方が上記特定の範囲を超える場合には、アルミニウム材中に粗大な金属間化合物が形成され、靭性の低下を招くおそれがある。粗大な金属間化合物の形成をより確実に抑制する観点からは、Tiの含有量を0.10質量%以下、Bの含有を20質量ppm以下とすることが好ましい。   When at least one of the Ti content and the B content exceeds the specific range, a coarse intermetallic compound is formed in the aluminum material, which may cause a decrease in toughness. From the viewpoint of more reliably suppressing the formation of coarse intermetallic compounds, it is preferable that the Ti content is 0.10 mass% or less and the B content is 20 mass ppm or less.

・Fe(鉄):0.40質量%以下、Si(シリコン):0.30質量%以下
Fe及びSiは、純度の低い地金やリサイクル材を原料として使用する場合に、アルミニウム材中に含まれ得る。これらの元素の含有量が過度に多い場合には、鋳造時にAl−Fe−Si系の晶出物が形成されるため、アルミニウム材の靭性の低下を招くおそれがある。しかし、これらの元素の含有量を低減しようとすると、高純度の地金を原料として使用する必要があり、原料コストの増大を招くおそれがある。従って、原料コストの増大を抑制しつつ高い靭性を得る観点から、Feの含有量は0.40質量%以下、Siの含有量は0.30質量%以下とすることが好ましい。
-Fe (iron): 0.40 mass% or less, Si (silicon): 0.30 mass% or less Fe and Si are contained in aluminum materials when low-purity metal or recycled materials are used as raw materials. Can be. When the content of these elements is excessively large, an Al-Fe-Si-based crystallized product is formed at the time of casting, which may cause a decrease in toughness of the aluminum material. However, if the content of these elements is to be reduced, it is necessary to use high-purity bare metal as a raw material, which may increase the raw material cost. Therefore, from the viewpoint of obtaining high toughness while suppressing an increase in raw material cost, the Fe content is preferably 0.40% by mass or less, and the Si content is preferably 0.30% by mass or less.

・長径20〜500nmのMn含有化合物と、長径20〜500nmのCr含有化合物との合計:5個/μm2以以上
上記アルミニウム材における、結晶粒の内部に存在する長径20〜500nmのMn含有化合物と、長径20〜500nmのCr含有化合物との合計は5個/μm2以上である。上記特定の大きさのMn含有化合物及びCr含有化合物は、亀裂の進展を妨げる作用を有している。これらの化合物の合計を5個/μm2以上とすることにより、18.7MPa・m1/2以上の破壊靭性値を容易に実現し、靭性に優れたアルミニウム材を得ることができる。
Total of Mn-containing compound with major axis 20-500 nm and Cr-containing compound with major axis 20-500 nm: 5 / μm 2 or more Mn-containing compound with major axis 20-500 nm present inside crystal grains in the aluminum material And the total of the Cr-containing compound having a major axis of 20 to 500 nm is 5 pieces / μm 2 or more. The Mn-containing compound and the Cr-containing compound having the specific sizes have an action of preventing the progress of cracks. By setting the total of these compounds to 5 / μm 2 or more, a fracture toughness value of 18.7 MPa · m 1/2 or more can be easily realized, and an aluminum material excellent in toughness can be obtained.

これらの化合物の合計が5個/μm2未満の場合には、亀裂の進展を妨げる効果が低くなり、靭性の低下を招くおそれがある。アルミニウム材の靭性を向上させる観点からはこれらの化合物の合計数が多いほど好ましいが、上記特定の化学成分及び製造条件の範囲では、通常、これらの化合物の合計の上限は50個/μm2である。 When the total of these compounds is less than 5 / μm 2 , the effect of preventing the progress of cracks is lowered, and the toughness may be lowered. From the viewpoint of improving the toughness of the aluminum material, it is preferable that the total number of these compounds is large. However, in the range of the above specific chemical components and production conditions, the upper limit of the total of these compounds is usually 50 / μm 2 . is there.

・破壊靭性値:18.7MPa・m1/2以上
上記アルミニウム材は、上記特定の化学成分を有するとともに、結晶粒の内部に、長径20〜500nmのMn含有化合物と、長径20〜500nmのCr含有化合物とを合計で5個/μm2以上有することにより、18.7MPa・m1/2以上の破壊靭性値を容易に実現することができる。
Fracture toughness value: 18.7 MPa · m 1/2 or more The above aluminum material has the above-mentioned specific chemical components, and has a Mn-containing compound having a major axis of 20 to 500 nm and a Cr having a major axis of 20 to 500 nm inside the crystal grains. By having a total of 5 or more contained compounds / μm 2 , a fracture toughness value of 18.7 MPa · m 1/2 or more can be easily realized.

・引張強さ:700MPa以上
上記アルミニウム材の引張強さは、700MPa以上であることが好ましい。この場合には、強度と靭性との両方に優れたアルミニウム材を得ることができる。上記特定の範囲の引張強さを有するアルミニウム材は、例えば、調質をT6やT77とすることにより、容易に得ることができる。
-Tensile strength: 700 MPa or more The aluminum material preferably has a tensile strength of 700 MPa or more. In this case, an aluminum material excellent in both strength and toughness can be obtained. The aluminum material having the tensile strength in the specific range can be easily obtained by setting the tempering to T6 or T77, for example.

・円相当直径10μm以上のポロシティ:0.5体積%以下
上記アルミニウム材中には、熱処理における局部溶解や水素原子の移動及び集積等の原因により、ポロシティが形成されることがある。円相当直径10μm以上のポロシティの体積率が過度に多くなると、ポロシティが亀裂の伝播経路となり、靭性の低下を招くおそれがある。かかる問題を回避する観点から、円相当直径10μm以上のポロシティの体積率を0.5体積%以下とすることが好ましい。
-Porosity with equivalent circle diameter of 10 μm or more: 0.5 vol% or less In the aluminum material, porosity may be formed due to local dissolution in heat treatment, migration and accumulation of hydrogen atoms, and the like. When the volume ratio of the porosity having an equivalent circle diameter of 10 μm or more is excessively large, the porosity becomes a propagation path of cracks, which may cause a decrease in toughness. From the viewpoint of avoiding such a problem, it is preferable to set the volume ratio of porosity having a circle equivalent diameter of 10 μm or more to 0.5% by volume or less.

上記アルミニウム材の作成方法としては、上記特定の化学成分を有する鋳塊を作製した後、この鋳塊に、均質化処理、熱間加工、溶体化処理、焼入れ、人工時効処理を順次行う方法を採用することができる。   As a method for producing the aluminum material, after producing an ingot having the specific chemical component, a method of sequentially performing homogenization treatment, hot working, solution treatment, quenching, and artificial aging treatment on the ingot. Can be adopted.

鋳塊の作製には、連続鋳造法、半連続鋳造法等の公知の鋳造法を採用することができる。鋳塊を作製する際、アルミニウム合金の溶湯中に溶存しているガスの量を、アルミニウム100gあたり0.15mL以下にすることが好ましい。このように、溶湯中のガスを十分に低減することにより、上記アルミニウム材中のポロシティの体積率を低減することができる。   For the production of the ingot, a known casting method such as a continuous casting method or a semi-continuous casting method can be employed. When producing the ingot, the amount of gas dissolved in the molten aluminum alloy is preferably 0.15 mL or less per 100 g of aluminum. Thus, the volume ratio of the porosity in the said aluminum material can be reduced by fully reducing the gas in a molten metal.

次に、得られた鋳塊を加熱して均質化処理を行う。均質化処理においては、300℃に到達してから400℃に到達するまでの所要時間を2時間以上とし、かつ、450〜490℃の温度を5〜20時間保持する条件で鋳塊の加熱を行う。鋳塊の加熱を開始し、温度が300℃に到達すると、結晶粒の内部に、Mn含有化合物やCr含有化合物の析出核が形成される。鋳塊の温度が400℃を超えると、析出核の数の増加が止まり、析出核への析出物の成長が開始される。   Next, the obtained ingot is heated and homogenized. In the homogenization treatment, the ingot is heated under the condition that the time required to reach 400 ° C. after reaching 300 ° C. is 2 hours or more and the temperature of 450 to 490 ° C. is maintained for 5 to 20 hours. Do. When heating of the ingot is started and the temperature reaches 300 ° C., precipitation nuclei of Mn-containing compounds and Cr-containing compounds are formed inside the crystal grains. When the temperature of the ingot exceeds 400 ° C., the increase in the number of precipitation nuclei stops and the growth of precipitates on the precipitation nuclei starts.

鋳塊の温度が300℃に到達してから400℃に到達するまでの所要時間が2時間以上である場合には、Mn含有化合物やCr含有化合物の析出核を微細かつ高密度に形成することができる。それ故、この場合には、多数の析出核を結晶粒中に均一に分散させることができる。その結果、上記アルミニウム材の結晶粒中に、長径50〜200nmのMn含有化合物と長径50〜200nmのCr含有化合物とを合計5個/μm2以上析出させ、靭性に優れたアルミニウム材を得ることができる。 When the time required for the temperature of the ingot to reach 400 ° C. after reaching the temperature of 300 ° C. is 2 hours or more, the precipitation nuclei of the Mn-containing compound and the Cr-containing compound should be formed finely and with high density. Can do. Therefore, in this case, a large number of precipitation nuclei can be uniformly dispersed in the crystal grains. As a result, a total of 5 / μm 2 or more of a Mn-containing compound having a major axis of 50 to 200 nm and a Cr-containing compound having a major axis of 50 to 200 nm are precipitated in the crystal grains of the aluminum material to obtain an aluminum material having excellent toughness. Can do.

上記所要時間が2時間未満の場合には、上述した析出核が比較的粗大になるとともに、結晶粒中の析出核の位置に偏りが生じやすくなる。その結果、上記アルミニウム材の結晶粒中に上記Mn含有化合物と上記Cr含有化合物とを合計5個/μm2以上析出させることが難しくなり、靭性の低下を招くおそれがある。なお、上記所要時間の上限は特に限定されないが、生産性の観点からは、7時間以下とすることが好ましい。 When the required time is less than 2 hours, the above-described precipitation nuclei become relatively coarse and the position of the precipitation nuclei in the crystal grains tends to be biased. As a result, it becomes difficult to precipitate a total of 5 M / μm 2 or more of the Mn-containing compound and the Cr-containing compound in the crystal grains of the aluminum material, which may cause a decrease in toughness. In addition, although the upper limit of the said required time is not specifically limited, From a viewpoint of productivity, it is preferable to set it as 7 hours or less.

また、鋳塊の温度を450〜490℃で5〜20時間保持することにより、上述した析出核への金属間化合物の成長を十分に行うことができる。その結果、上記アルミニウム材の結晶粒中に上記Mn含有化合物と上記Cr含有化合物とを合計5個/μm2以上析出させ、優れた靭性を有するアルミニウム材を得ることができる。 Moreover, by maintaining the temperature of the ingot at 450 to 490 ° C. for 5 to 20 hours, it is possible to sufficiently grow the intermetallic compound on the precipitation nuclei described above. As a result, a total of 5 M / μm 2 or more of the Mn-containing compound and the Cr-containing compound are precipitated in the crystal grains of the aluminum material, and an aluminum material having excellent toughness can be obtained.

保持温度が450℃未満、または、保持時間が5時間未満の場合には、析出核への金属間化合物の生成及び成長が不十分となり、上記Mn含有化合物と上記Cr含有化合物とを合計5個/μm2以上析出させることが難しくなるおそれがある。また、この場合には、鋳造時の化学成分の偏析が十分に除去できず、均質化が不十分となるおそれもある。それ故、保持温度が450℃未満、または、保持時間が5時間未満の場合には、アルミニウム材の靭性が低下するおそれがある。 When the holding temperature is less than 450 ° C. or the holding time is less than 5 hours, the formation and growth of intermetallic compounds on the precipitation nuclei becomes insufficient, and a total of five Mn-containing compounds and Cr-containing compounds are included. / Μm 2 or more may be difficult to deposit. In this case, segregation of chemical components during casting cannot be sufficiently removed, and homogenization may be insufficient. Therefore, when the holding temperature is less than 450 ° C. or the holding time is less than 5 hours, the toughness of the aluminum material may be reduced.

保持温度が490℃を超える場合には、鋳塊の局部溶解により、アルミニウム材中に形成されるポロシティの体積率が増大するおそれがある。その結果、アルミニウム材の靭性の低下を招くおそれがある。また、保持時間が20時間を超える場合には、アルミニウム材中に存在するZr系化合物が凝集し、微細なZr系化合物の量が減少するおそれがある。その結果、Zrによる再結晶の抑制効果が低下し、アルミニウム材の強度及び耐SCC性の低下を招くおそれがある。   When holding temperature exceeds 490 degreeC, there exists a possibility that the volume ratio of the porosity formed in an aluminum material may increase by local melt | dissolution of an ingot. As a result, the toughness of the aluminum material may be reduced. Moreover, when holding time exceeds 20 hours, the Zr type compound which exists in an aluminum material aggregates, and there exists a possibility that the quantity of a fine Zr type compound may reduce. As a result, the effect of suppressing recrystallization by Zr is lowered, and the strength of the aluminum material and the SCC resistance may be lowered.

均質化処理を行った後、加工後の温度が300℃以上となる条件で上記鋳塊に熱間加工を行い、展伸材を作製する。熱間加工としては、例えば、熱間圧延、熱間押出または熱間鍛造等の公知の加工法を採用することができる。加工後の温度が300℃未満の場合には、後に行う溶体化処理において再結晶が起こるおそれがあり、強度や耐SCC性の低下を招くおそれがある。なお、上述した「加工後の温度」とは、展伸材の表面温度をいう。展伸材の内部の温度は、通常、展伸材表面の温度よりも高い。   After performing the homogenization treatment, the ingot is hot-worked under the condition that the post-processing temperature is 300 ° C. or higher to produce a wrought material. As the hot working, for example, a known working method such as hot rolling, hot extrusion or hot forging can be employed. When the temperature after processing is less than 300 ° C., recrystallization may occur in the solution treatment to be performed later, and the strength and the SCC resistance may be lowered. The above-mentioned “temperature after processing” refers to the surface temperature of the wrought material. The temperature inside the wrought material is usually higher than the temperature on the surface of the wrought material.

熱間加工後の展伸材に溶体化処理、焼入れ、人工時効処理を順次行うことにより、上記アルミニウム材を得ることができる。ここで、熱間加工の後、溶体化処理を行う前に、必要に応じて脱ガス処理を行ってもよい。脱ガス処理としては、例えば、上記展伸材を真空加熱炉内で400〜490℃の温度で加熱する条件を採用することができる。展伸材に脱ガス処理を行うことにより、展伸材中に含まれる水素量をより低減し、ポロシティの形成をより効果的に抑制することができる。   The aluminum material can be obtained by sequentially performing solution treatment, quenching, and artificial aging treatment on the wrought material after hot working. Here, after hot working, before performing solution treatment, degassing treatment may be performed as necessary. As the degassing treatment, for example, conditions for heating the wrought material at a temperature of 400 to 490 ° C. in a vacuum heating furnace can be employed. By performing degassing treatment on the wrought material, the amount of hydrogen contained in the wrought material can be further reduced, and the formation of porosity can be more effectively suppressed.

溶体化処理、焼入れ及び人工時効処理の条件は、公知の条件から適宜選択することができる。溶体化処理においては、展伸材中のZn、Mg、Cuを固溶させることができる条件で展伸材を加熱することが好ましい。具体的には、溶体化処理における加熱温度は、400〜490℃であることが好ましい。また、焼入れ媒体としては、水、温水、油、グリコール系ポリマーの水溶液等を採用することができる。   Conditions for solution treatment, quenching, and artificial aging treatment can be appropriately selected from known conditions. In the solution treatment, it is preferable to heat the wrought material under conditions that allow Zn, Mg, and Cu in the wrought material to be dissolved. Specifically, the heating temperature in the solution treatment is preferably 400 to 490 ° C. As the quenching medium, water, warm water, oil, an aqueous solution of a glycol polymer, or the like can be used.

人工時効処理における処理条件は、公知の条件範囲から所望の質別に応じて適宜選択することができる。耐SCC性に優れたアルミニウム材を得ようとする場合には、人工時効処理において、過時効処理や復元再時効(RRA)処理を施すことが好ましい。   The treatment conditions in the artificial aging treatment can be appropriately selected from a known condition range according to the desired quality. In order to obtain an aluminum material excellent in SCC resistance, it is preferable to perform an overaging treatment or a restoration reaging (RRA) treatment in the artificial aging treatment.

上記アルミニウム材及びその製造方法の実施例を説明する。なお、本発明に係るアルミニウム材及びその製造方法の具体的な態様は以下の実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲において適宜構成を変更することができる。   Examples of the aluminum material and the manufacturing method thereof will be described. In addition, the specific aspect of the aluminum material which concerns on this invention, and its manufacturing method is not limited to a following example, A structure can be changed suitably in the range which does not impair the meaning of this invention.

(実施例1)
本例は、化学成分を種々変更して作製したアルミニウム板の例である。本例においては、表1に示す化学成分を有するアルミニウム合金(合金記号A〜V)の溶湯にアルゴンガスによる脱水素ガス処理を行った後、DC鋳造により厚さ150mm、幅500mm、長さ500mmの鋳塊を作製した。なお、表1中における「Bal.」は、残余成分(Balance)であることを示す。
Example 1
This example is an example of an aluminum plate produced by changing various chemical components. In this example, a dehydrogenation gas treatment with argon gas was performed on a molten aluminum alloy (alloy symbols A to V) having the chemical components shown in Table 1, and then a thickness of 150 mm, a width of 500 mm, and a length of 500 mm by DC casting. An ingot was prepared. In Table 1, “Bal.” Indicates a residual component (Balance).

次に、大気炉を用いて鋳塊を加熱し、均質化処理を行った。均質化処理における加熱開始時の温度は300℃以下、昇温速度は40℃/時間、昇温完了時の温度は465℃とした。また、昇温が完了した後、465℃の温度を10時間保持した。即ち、本例においては、300℃に到達してから400℃に到達するまでの所要時間が2.5時間となり、かつ、450〜490℃の温度で10.4時間保持する加熱条件で均質化処理を実施した。   Next, the ingot was heated using an atmospheric furnace and homogenized. The temperature at the start of heating in the homogenization treatment was 300 ° C. or less, the temperature raising rate was 40 ° C./hour, and the temperature at the completion of temperature raising was 465 ° C. Further, after the temperature increase was completed, a temperature of 465 ° C. was maintained for 10 hours. That is, in this example, the time required to reach 400 ° C. after reaching 300 ° C. is 2.5 hours, and homogenization is performed under a heating condition in which the temperature is maintained at 450 to 490 ° C. for 10.4 hours. Processing was carried out.

10時間の保持が完了した後、鋳塊を大気炉外に静置して室温まで冷却した。その後、厚み方向における鋳塊の両面を15mmずつ面削した。   After holding for 10 hours, the ingot was left outside the atmospheric furnace and cooled to room temperature. Thereafter, both sides of the ingot in the thickness direction were chamfered by 15 mm.

次に、大気炉を用いて鋳塊を420℃まで加熱した。この鋳塊に熱間圧延を行い、厚み15mmの展伸材を得た。熱間圧延には電熱ヒータが内蔵された圧延ロールを有する熱間圧延機を使用し、圧延ロールの表面温度が330〜370℃の範囲内となるようにして熱間圧延を実施した。これにより、熱間圧延中の鋳塊の表面温度は300℃以上となった。また、熱間圧延後の表面の温度は300℃以上であった。   Next, the ingot was heated to 420 ° C. using an atmospheric furnace. This ingot was hot-rolled to obtain a wrought material having a thickness of 15 mm. For hot rolling, a hot rolling mill having a rolling roll with a built-in electric heater was used, and hot rolling was performed such that the surface temperature of the rolling roll was in the range of 330 to 370 ° C. Thereby, the surface temperature of the ingot during hot rolling became 300 ° C. or higher. Moreover, the temperature of the surface after hot rolling was 300 degreeC or more.

大気炉を用いて得られた展伸材を加熱し、溶体化処理を行った。溶体化処理の加熱条件は、加熱温度470℃、保持時間1時間とした。溶体化処理の後、展伸材を水焼入れした。   The wrought material obtained using an atmospheric furnace was heated and subjected to a solution treatment. The heating conditions for the solution treatment were a heating temperature of 470 ° C. and a holding time of 1 hour. After the solution treatment, the wrought material was water quenched.

その後、大気炉を用いて展伸材を加熱し、人工時効処理を行った。本例においては、人工時効処理として、RRA処理を採用した。具体的には、展伸材を120℃の温度で24時間加熱する第1ステップと、180℃の温度で90分加熱する第2ステップと、120℃の温度で24時間加熱する第3ステップとを順次実施した。以上により、調質がT77であるアルミニウム合金材(表2、試験材1〜21)を得た。   Thereafter, the wrought material was heated using an atmospheric furnace and subjected to artificial aging treatment. In this example, RRA treatment is adopted as the artificial aging treatment. Specifically, a first step of heating the wrought material at a temperature of 120 ° C. for 24 hours, a second step of heating the wrought material at a temperature of 180 ° C. for 90 minutes, and a third step of heating the wrought material at a temperature of 120 ° C. for 24 hours; Were carried out sequentially. Thus, an aluminum alloy material (Table 2, test materials 1 to 21) having a tempering of T77 was obtained.

以上により得られた試験材1〜21について、以下の各項目の評価を実施した。   About the test materials 1-21 obtained by the above, evaluation of the following each item was implemented.

・Mn含有化合物及びCr含有化合物の個数
試験材の圧延方向に垂直な面(LT−ST面)における中央部から、厚さ0.5〜1.0mm、幅10mm、長さ10mmの小片を採取した。耐水研磨紙を用いて厚さが0.2mm以下となるまでこの小片を研磨した後、ツインジェット電解研磨法により電解研磨を行い、TEM(透過型電子顕微鏡)観察用の試料を作製した。TEMを用いて倍率2万倍でこの試料の組織を観察し、視野内に存在する長径20〜500nmのMn含有化合物及びCr含有化合物の数を計数した。各試験材における、長径20〜500nmのMn含有化合物の数と長径20〜500nmのCr含有化合物の数との合計(個/μm2)は表2に示した通りであった。
-Number of Mn-containing compound and Cr-containing compound A small piece having a thickness of 0.5 to 1.0 mm, a width of 10 mm, and a length of 10 mm is sampled from the center of the plane (LT-ST plane) perpendicular to the rolling direction of the test material. did. The small piece was polished with a water-resistant abrasive paper until the thickness became 0.2 mm or less, and then electropolished by a twin jet electropolishing method to prepare a sample for TEM (transmission electron microscope) observation. The structure of this sample was observed using a TEM at a magnification of 20,000 times, and the number of Mn-containing compounds and Cr-containing compounds having a major axis of 20 to 500 nm existing in the visual field was counted. The total number (number / μm 2 ) of the number of Mn-containing compounds having a major axis of 20 to 500 nm and the number of Cr-containing compounds having a major axis of 20 to 500 nm was as shown in Table 2.

・ポロシティの体積率
試験材の圧延方向に垂直な面(LT−ST面)における中央部から厚さ0.3mm、幅0.3mm、長さ15mmの小片を採取し、X線マイクロCTを用いてこの小片を走査した。そして、得られた3次元イメージに基づいて、小片内部に存在する長径10μm以上のポロシティの体積率を算出した。各試験材における円相当直径10μm以上のポロシティの体積率(体積%)は、表2に示した通りであった。なお、本例において使用したX線マイクロCTでは円相当直径10μm未満のポロシティを検出することができなかった。
-Porosity volume fraction A small piece having a thickness of 0.3 mm, a width of 0.3 mm, and a length of 15 mm is collected from the center of a plane (LT-ST plane) perpendicular to the rolling direction of the test material, and X-ray micro CT is used. A small piece of leverage was scanned. Then, based on the obtained three-dimensional image, the volume ratio of the porosity having a major axis of 10 μm or more existing inside the small piece was calculated. Table 2 shows the volume ratio (volume%) of the porosity having an equivalent circle diameter of 10 μm or more in each test material. Note that the X-ray micro CT used in this example could not detect a porosity with an equivalent circle diameter of less than 10 μm.

・引張強さ、耐力、伸び
JIS Z2241の規定に準じた方法により、各試験材について引張試験を実施した。具体的には、試験材の圧延方向に垂直な面(LT−ST面)における中央部から、長手方向が圧延方向と平行になるように14A号試験片を採取した。試験片の平行部の直径は6mmとし、標点距離は30mmとした。そして、室温下において、この試験片を用いて引張試験を実施した。引張試験の結果に基づいて算出した引張強さ、耐力及び伸びの値は、表2に示した通りであった。
-Tensile strength, proof stress, elongation Each test material was subjected to a tensile test by a method in accordance with JIS Z2241. Specifically, a 14A test piece was sampled from the center of a plane (LT-ST plane) perpendicular to the rolling direction of the test material so that the longitudinal direction was parallel to the rolling direction. The diameter of the parallel part of the test piece was 6 mm, and the gauge distance was 30 mm. And the tensile test was implemented using this test piece under room temperature. Table 2 shows the values of tensile strength, yield strength and elongation calculated based on the results of the tensile test.

本例における試験材の調質はT77であるため、均質化処理、溶体化処理及び人工時効処理等を適切な処理条件で行うことにより、700MPa以上の引張強さを有する試験材を得ることができる。従って、引張強さの評価においては、引張強さが700MPa以上の場合に高い強度を有しているため合格と判定し、引張強さが700MPa未満の場合に強度が低いため不合格と判定した。   Since the tempering of the test material in this example is T77, a test material having a tensile strength of 700 MPa or more can be obtained by performing homogenization treatment, solution treatment, artificial aging treatment, and the like under appropriate treatment conditions. it can. Therefore, in the evaluation of the tensile strength, when the tensile strength is 700 MPa or more, it is judged as acceptable because it has high strength, and when the tensile strength is less than 700 MPa, it is judged as unacceptable because the strength is low. .

・破壊靭性値
ASTM E399−12e2の規定に準じた方法により、各試験材について破壊靭性試験を実施した。具体的には、試験材の圧延方向に垂直な面(LT−ST面)における中央部から、応力負荷方向が試験材の板幅方向(LT方向)となり、かつ、亀裂進展方向が板材の圧延方向(L方向)と平行になるようにしてCT試験片を採取した。CT試験片の厚さは12.7mm、幅は30.5mm、長さは31.75mmとした。そして、室温下において、CT試験片を用いて破壊靭性試験を実施した。破壊靭性試験の結果に基づいて算出した破壊靭性値は、表2に示した通りであった。
-Fracture toughness value The fracture toughness test was implemented about each test material by the method according to the prescription | regulation of ASTM E399-12e2. Specifically, from the center of the plane perpendicular to the rolling direction of the test material (LT-ST plane), the stress load direction is the plate width direction (LT direction) of the test material, and the crack propagation direction is rolling of the plate material. CT specimens were collected in parallel with the direction (L direction). The CT specimen had a thickness of 12.7 mm, a width of 30.5 mm, and a length of 31.75 mm. And the fracture toughness test was implemented using the CT test piece at room temperature. The fracture toughness values calculated based on the results of the fracture toughness test were as shown in Table 2.

・耐SCC性
JIS H8711:2000の規定に準じた方法により、各試験材について応力腐食割れ試験を実施した。具体的には、試験材の圧延方向に垂直な面(LT−ST面)における中央部から、応力負荷方向が試験材の板幅方向(LT方向)と平行になるようにして、丸棒形状の引張試験片を採取した。試験片の平行部の直径は2.9mmとし、長さは11mmとした。
-SCC resistance The stress corrosion cracking test was implemented about each test material by the method according to the prescription | regulation of JISH8711: 2000. Specifically, a round bar shape is formed so that the stress load direction is parallel to the plate width direction (LT direction) of the test material from the center of the surface perpendicular to the rolling direction of the test material (LT-ST surface). Tensile test pieces were collected. The diameter of the parallel part of the test piece was 2.9 mm and the length was 11 mm.

この試験片に対して耐力の70%の引張応力を負荷し、試験片が破断するか、または破断せずに720時間経過するまで応力腐食割れ試験を継続した。試験片が破断することなく720時間経過した場合には、表2の「耐SCC性」の欄に記号「A」を記載し、720時間経過する前に試験体が破断した場合には、同欄に記号「B」を記載した。なお、試験液としては3.5%の塩化ナトリウム水溶液を使用した。また、試験液への試験片の浸漬方法としては、試験液中に10分間浸漬した後、試験片を試験液から引き上げて50分間乾燥させるサイクルを繰り返す交互浸漬法を採用した。   A tensile stress of 70% of the proof stress was applied to the test piece, and the stress corrosion cracking test was continued until the test piece was broken or 720 hours passed without breaking. When 720 hours have passed without breaking the test piece, the symbol “A” is entered in the “SCC resistance” column of Table 2, and when the specimen breaks before 720 hours have passed, the same The symbol “B” is described in the column. Note that a 3.5% sodium chloride aqueous solution was used as a test solution. Further, as a method for immersing the test piece in the test solution, an alternate dipping method was adopted in which the test piece was dipped in the test solution for 10 minutes, and then the test piece was pulled up from the test solution and dried for 50 minutes.

Figure 2018135579
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Figure 2018135579
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表1に示したように、試験材1〜11は、化学成分が上記特定の範囲内である合金A〜Kより構成されている。また、試験材1〜11は、結晶粒中に存在する長径20〜500nmのMn含有化合物とCr含有化合物との合計が5個/μm2以上であった。そのため、これらの試験材は、引張強さが700MPa以上かつ破壊靭性値が18.7MPa・m1/2以上となった。 As shown in Table 1, the test materials 1 to 11 are composed of alloys A to K whose chemical components are within the specific range. In addition, in the test materials 1 to 11, the total of the Mn-containing compound having a major axis of 20 to 500 nm and the Cr-containing compound present in the crystal grains was 5 pieces / μm 2 or more. Therefore, these test materials had a tensile strength of 700 MPa or more and a fracture toughness value of 18.7 MPa · m 1/2 or more.

一方、試験材12を構成する合金Lは、Znの含有量が上記特定の範囲よりも少なかった。また、試験材13を構成する合金Mは、Znの含有量が上記特定の範囲よりも多かった。そのため、これらの試験材の引張強さは700MPa未満となった。
試験材14を構成する合金Nは、Mgの含有量が上記特定の範囲よりも少なかった。そのため、試験材14の引張強さは700MPa未満となった。
試験材15を構成する合金Oは、Mgの含有量が上記特定の範囲よりも多かった。そのため、試験材15の応力腐食割れ試験において、720時間を経過する前に試験片が破断した。
On the other hand, the alloy L constituting the test material 12 had a Zn content less than the specific range. Moreover, the alloy M which comprises the test material 13 had more Zn content than the said specific range. Therefore, the tensile strength of these test materials was less than 700 MPa.
The alloy N constituting the test material 14 had a Mg content less than the specific range. Therefore, the tensile strength of the test material 14 was less than 700 MPa.
The alloy O constituting the test material 15 had a Mg content higher than the specific range. Therefore, in the stress corrosion cracking test of the test material 15, the test piece broke before 720 hours passed.

試験材16を構成する合金Pは、Cuの含有量が上記特定の範囲よりも少なかった。そのため、試験材16の引張強さは700MPa未満となった。
試験材17を構成する合金Qは、Cuの含有量が上記特定の範囲よりも多かった。そのため、試験材17の応力腐食割れ試験において、720時間を経過する前に試験片が破断した。
The alloy P constituting the test material 16 had a Cu content less than the specific range. Therefore, the tensile strength of the test material 16 was less than 700 MPa.
The alloy Q constituting the test material 17 had a Cu content larger than the specific range. Therefore, in the stress corrosion cracking test of the test material 17, the test piece broke before 720 hours passed.

試験材18を構成する合金Rは、Mn及びCrのいずれも含有していなかったため、結晶粒中にMn含有化合物及びCr含有化合物が析出しなかった。その結果、試験材18の破壊靭性値は18.7MPa・m1/2未満となった。
試験材19を構成する合金Sは、Zrの含有量が上記特定の範囲よりも少なかった。そのため、試験材19の引張強さは700MPa未満となった。また、試験材19の応力腐食割れ試験において、720時間を経過する前に試験片が破断した。
Since the alloy R constituting the test material 18 contained neither Mn nor Cr, the Mn-containing compound and the Cr-containing compound did not precipitate in the crystal grains. As a result, the fracture toughness value of the test material 18 was less than 18.7 MPa · m 1/2 .
The alloy S constituting the test material 19 had a Zr content less than the specific range. Therefore, the tensile strength of the test material 19 was less than 700 MPa. Moreover, in the stress corrosion cracking test of the test material 19, the test piece broke before 720 hours passed.

試験材20を構成する合金T、試験材21を構成する合金U、試験材22を構成する合金Vは、Zr、Fe、Si、Ti及びBのうち1種以上の含有量が上記特定の範囲よりも多かった。そのため、これらの試験材の破壊靭性値は18.7MPa・m1/2未満となった。 The alloy T constituting the test material 20, the alloy U constituting the test material 21, and the alloy V constituting the test material 22 have a content of one or more of Zr, Fe, Si, Ti, and B in the specific range described above. It was more than. Therefore, the fracture toughness values of these test materials were less than 18.7 MPa · m 1/2 .

このように、化学成分を上記特定の範囲内とし、かつ、上記Mn含有化合物と上記Cr含有化合物との合計を合計が5個/μm2以上とすることにより、700MPa以上の引張強さ及び18.7MPa・m1/2以上の破壊靭性値を備えたアルミニウム材を得ることができる。そして、上記アルミニウム材は、従来の7000系アルミニウム合金材よりも高い強度と優れた靭性とを両立させることができる。 In this way, by setting the chemical component within the above specific range and the total of the Mn-containing compound and the Cr-containing compound being 5 pieces / μm 2 or more, the tensile strength of 700 MPa or more and 18 An aluminum material having a fracture toughness value of 0.7 MPa · m 1/2 or more can be obtained. And the said aluminum material can make high intensity | strength and the outstanding toughness compatible with the conventional 7000 series aluminum alloy material.

また、試験材1〜11は、応力腐食割れ試験において720時間経過後に試験片が破断せず、優れた耐SCC性を示した。それ故、上記アルミニウム材は、高い強度と優れた靭性とを両立させただけではなく、耐SCC性にも優れており、構造材として好適であることが理解できる。   In addition, in the test materials 1 to 11, the test piece did not break after 720 hours in the stress corrosion cracking test, and exhibited excellent SCC resistance. Therefore, it can be understood that the aluminum material not only has both high strength and excellent toughness, but also has excellent SCC resistance and is suitable as a structural material.

(実施例2)
本例は、上記アルミニウム材の製造条件を種々変更した例である。本例においては、合金B(表1参照)を用い、均質化処理における昇温速度、保持温度、保持時間及び熱間圧延終了時の展伸材の表面温度を表3に示すように変更した以外は、実施例1と同様の手順によりアルミニウム材(表3〜表4、試験材23〜35)を作製した。なお、表3中の「所要時間」の欄には、各条件における、鋳塊の温度が300℃に到達してから400℃に到達するまでの時間を記載した。
(Example 2)
In this example, the production conditions of the aluminum material are variously changed. In this example, alloy B (see Table 1) was used, and the heating rate, holding temperature, holding time, and surface temperature of the wrought material at the end of hot rolling in the homogenization treatment were changed as shown in Table 3. Except for the above, aluminum materials (Tables 3 to 4, Test materials 23 to 35) were prepared in the same manner as in Example 1. In the column of “Required time” in Table 3, the time from when the ingot temperature reaches 300 ° C. until it reaches 400 ° C. under each condition is described.

得られた試験材23〜35について、実施例1と同様の評価を行った。評価結果は表4に示した通りであった。   The obtained test materials 23 to 35 were evaluated in the same manner as in Example 1. The evaluation results were as shown in Table 4.

Figure 2018135579
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Figure 2018135579
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表3及び表4に示したように、試験材23〜28は、均質化処理における加熱条件が上記特定の範囲内であったため、結晶粒中に、長径20〜500nmのMn含有化合物とCr含有化合物とを合計5個/μm2以上析出させることができた。また、これらの試験材は、引張強さが700MPa以上かつ破壊靭性値が18.7MPa・m1/2以上となった。 As shown in Table 3 and Table 4, since the test materials 23 to 28 were within the specific range in the heating conditions in the homogenization treatment, the Mn-containing compound having a major axis of 20 to 500 nm and the Cr content were contained in the crystal grains. A total of 5 compounds / μm 2 or more could be precipitated. Further, these test materials had a tensile strength of 700 MPa or more and a fracture toughness value of 18.7 MPa · m 1/2 or more.

一方、試験材29は、300℃に到達してから400℃に到達する前の所要時間が2時間未満となったため、結晶粒中に、上記Mn含有化合物と上記Cr含有化合物とを合計5個/μm2以上析出させることができなかった。それ故、試験材29の破壊靭性値は18.7MPa・m1/2未満となった。 On the other hand, since the time required for the test material 29 to reach 400 ° C. after reaching 300 ° C. was less than 2 hours, a total of five Mn-containing compounds and Cr-containing compounds were included in the crystal grains. / Μm 2 or more could not be deposited. Therefore, the fracture toughness value of the test material 29 was less than 18.7 MPa · m 1/2 .

試験材30は、均質化処理における保持温度が450℃未満であったため、結晶粒中に、上記Mn含有化合物と上記Cr含有化合物とを合計5個/μm2以上析出させることができなかった。それ故、試験材30の破壊靭性値は18.7MPa・m1/2未満となった。
試験材31は、試験材30よりも保持温度が高かったため、結晶粒中に上記Mn含有化合物と上記Cr含有化合物とを合計5個/μm2以上析出させることができた。しかし、試験材31の均質化処理における保持温度は450℃未満であったため、均質化が不十分となった。それ故、試験材31の破壊靭性値は18.7MPa・m1/2未満となった。
Since the test material 30 had a holding temperature of less than 450 ° C. in the homogenization treatment, the Mn-containing compound and the Cr-containing compound could not be precipitated in a total of 5 particles / μm 2 or more in the crystal grains. Therefore, the fracture toughness value of the test material 30 was less than 18.7 MPa · m 1/2 .
Since the test material 31 had a higher holding temperature than the test material 30, it was possible to deposit a total of 5 M / μm 2 or more of the Mn-containing compound and the Cr-containing compound in the crystal grains. However, since the holding temperature in the homogenization treatment of the test material 31 was less than 450 ° C., the homogenization became insufficient. Therefore, the fracture toughness value of the test material 31 was less than 18.7 MPa · m 1/2 .

試験材32は、均質化処理における保持温度が490℃を超えたため、鋳塊の局部溶解が発生し、ポロシティの体積率が増大した。これにより、試験材32の破壊靭性値は18.7MPa・m1/2未満となった。 Since the holding temperature in the homogenization process exceeded 490 degreeC, the test material 32 generate | occur | produced local melting | dissolution of an ingot, and the volume ratio of the porosity increased. Thereby, the fracture toughness value of the test material 32 was less than 18.7 MPa · m 1/2 .

試験材33は、均質化処理における保持時間が5時間未満であったため、結晶粒中に、上記Mn含有化合物と上記Cr含有化合物とを合計5個/μm2以上析出させることができなかった。それ故、試験材33の破壊靭性値は18.7MPa・m1/2未満となった。
試験材34は、均質化処理における保持時間が20時間を超えたため、溶体化処理において再結晶が起こった。これにより、試験材34の引張強さは700MPa未満となった。また、試験材34の応力腐食割れ試験において、720時間を経過する前に試験片が破断した。
Since the test material 33 had a retention time of less than 5 hours in the homogenization treatment, a total of 5 or more μm 2 of the Mn-containing compound and the Cr-containing compound could not be precipitated in the crystal grains. Therefore, the fracture toughness value of the test material 33 was less than 18.7 MPa · m 1/2 .
Since the holding time in the homogenization treatment exceeded 20 hours, the test material 34 was recrystallized in the solution treatment. Thereby, the tensile strength of the test material 34 became less than 700 MPa. In the stress corrosion cracking test of the test material 34, the test piece broke before 720 hours passed.

試験材35は、熱間圧延終了時の展伸材の表面温度が300℃未満であったため、溶体化処理において再結晶が起こった。これにより、試験材35の引張強さは700MPa未満となった。また、試験材35の応力腐食割れ試験において、720時間を経過する前に試験片が破断した。   In the test material 35, since the surface temperature of the expanded material at the end of hot rolling was less than 300 ° C., recrystallization occurred in the solution treatment. Thereby, the tensile strength of the test material 35 became less than 700 MPa. In the stress corrosion cracking test of the test material 35, the test piece broke before 720 hours passed.

(実施例3)
本例は、熱間押出によりアルミニウム材を作製する方法の例である。本例においては、合金B(表1参照)の溶湯にアルゴンガスによる脱水素ガス処理を行った後、DC鋳造により直径254mm、長さ650mmの円柱状の鋳塊を作製した。大気炉を用いて鋳塊を加熱し、均質化処理を行った。均質化処理における加熱開始時の温度は300℃以下、昇温速度は40℃/時間、昇温完了時の温度は465℃とした。また、昇温が完了した後、465℃の温度を10時間保持した。10時間の保持が完了した後、鋳塊を大気炉外に静置して室温まで冷却した。
(Example 3)
This example is an example of a method for producing an aluminum material by hot extrusion. In this example, the molten alloy B (see Table 1) was dehydrogenated with argon gas, and then a cylindrical ingot having a diameter of 254 mm and a length of 650 mm was produced by DC casting. The ingot was heated using an atmospheric furnace and homogenized. The temperature at the start of heating in the homogenization treatment was 300 ° C. or less, the temperature raising rate was 40 ° C./hour, and the temperature at the completion of temperature raising was 465 ° C. Further, after the temperature increase was completed, a temperature of 465 ° C. was maintained for 10 hours. After holding for 10 hours, the ingot was left outside the atmospheric furnace and cooled to room temperature.

次に、誘導加熱炉を用いて鋳塊を5分間かけて450℃まで加熱した。直接押出機を用い、押出側の押出速度が0.5m/分となる条件で熱間押出を行い、厚み15mm、幅100mmの平板状の展伸材を得た。熱間押出後の展伸材の表面温度は425〜443℃の範囲であった。   Next, the ingot was heated to 450 ° C. over 5 minutes using an induction heating furnace. Using a direct extruder, hot extrusion was performed under the condition that the extrusion speed on the extrusion side was 0.5 m / min, to obtain a flat plate-shaped stretched material having a thickness of 15 mm and a width of 100 mm. The surface temperature of the wrought material after hot extrusion was in the range of 425 to 443 ° C.

その後、実施例1と同様の手順で溶体化処理、水焼入れ及び人工時効処理を順次行い、アルミニウム材(表5、試験材36)を得た。得られた試験材36について、実施例1と同様の評価を行った。評価結果は表5に示した通りであった。   Thereafter, solution treatment, water quenching and artificial aging treatment were sequentially performed in the same procedure as in Example 1 to obtain an aluminum material (Table 5, test material 36). About the obtained test material 36, evaluation similar to Example 1 was performed. The evaluation results were as shown in Table 5.

Figure 2018135579
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本例に示したように、均質化処理及び熱間加工の処理条件が上記特定の範囲内であれば、熱間加工として、熱間圧延、熱間押出及び熱間鍛造等の公知の方法を採用することができる。   As shown in this example, if the processing conditions of the homogenization treatment and hot working are within the specific range, known methods such as hot rolling, hot extrusion and hot forging are used as hot working. Can be adopted.

Claims (4)

Zn:9.1〜14.0質量%、Mg:2.0〜3.0質量%、Cu:1.0〜2.0質量%、Zr:0.080〜0.20質量%を含有するとともに、Mn:0.20〜1.00質量%及びCr:0.10〜0.30質量%のうち1種以上を含有し、残部がAl及び不可避不純物からなる化学成分を有し、
結晶粒内に存在する長径20〜500nmのMn含有化合物と、長径20〜500nmのCr含有化合物との合計が5個/μm2以上であり、
破壊靭性値が18.7MPa・m1/2以上である、構造用アルミニウム合金材。
Zn: 9.1-14.0 mass%, Mg: 2.0-3.0 mass%, Cu: 1.0-2.0 mass%, Zr: 0.080-0.20 mass% is contained. Along with Mn: 0.20-1.00% by mass and Cr: 0.10-0.30% by mass, containing the chemical component consisting of Al and inevitable impurities,
The total of the Mn-containing compound having a major axis of 20 to 500 nm and the Cr-containing compound having a major axis of 20 to 500 nm present in the crystal grains is 5 pieces / μm 2 or more,
A structural aluminum alloy material having a fracture toughness value of 18.7 MPa · m 1/2 or more.
円相当直径10μm以上のポロシティの体積率が0.5体積%以下である、請求項1に記載の構造用アルミニウム合金材。   The structural aluminum alloy material according to claim 1, wherein a volume ratio of porosity having an equivalent circle diameter of 10 μm or more is 0.5% by volume or less. Zn:9.1〜14.0質量%、Mg:2.0〜3.0質量%、Cu:1.0〜2.0質量%、Zr:0.080〜0.20質量%を含有するとともに、Mn:0.20〜1.00質量%及びCr:0.10〜0.30質量%のうち1種以上を含有し、残部がAl及び不可避不純物からなる化学成分を有する鋳塊を作製し、
300℃に到達してから400℃に到達するまでの所要時間を2時間以上とし、かつ、450〜490℃の温度を5〜20時間保持する条件で上記鋳塊を加熱して均質化処理を行い、
終了時の温度が300℃以上となる条件で上記鋳塊に熱間加工を施して展伸材を作製し、
上記展伸材に溶体化処理、焼入れ及び人工時効処理を行う、構造用アルミニウム合金材の製造方法。
Zn: 9.1-14.0 mass%, Mg: 2.0-3.0 mass%, Cu: 1.0-2.0 mass%, Zr: 0.080-0.20 mass% is contained. In addition, an ingot containing one or more of Mn: 0.20 to 1.00% by mass and Cr: 0.10 to 0.30% by mass, the balance being a chemical component composed of Al and inevitable impurities is produced. And
The time required to reach 400 ° C. after reaching 300 ° C. is 2 hours or more, and the ingot is heated and homogenized under the condition that the temperature of 450 to 490 ° C. is maintained for 5 to 20 hours. Done
A wrought material is produced by subjecting the ingot to hot working under the condition that the temperature at the end is 300 ° C. or higher,
A method for producing a structural aluminum alloy material, wherein the wrought material is subjected to solution treatment, quenching, and artificial aging treatment.
上記溶体化処理において、上記展伸材を400〜490℃の温度まで加熱する、請求項3に記載の構造用アルミニウム合金材の製造方法。   The manufacturing method of the structural aluminum alloy material of Claim 3 which heats the said wrought material to the temperature of 400-490 degreeC in the said solution treatment.
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