JP2018178193A - アルミニウム合金製加工品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高強度および十分な伸びを備えたアルミニウム合金製加工品を提供する。【解決手段】本発明のアルミニウム合金製加工品Ｐは、Ｓｉが０．１０ｗｔ％以下、Ｆｅが０．２０ｗｔ％以下、Ｃｕが１．２ｗｔ％〜２．０ｗｔ％、Ｍｎが０．０４ｗｔ％以下、Ｍｇが１．６ｗｔ％〜２．４ｗｔ％、Ｃｒが０．０４ｗｔ％以下、Ｚｎが７．１５ｗｔ％〜７．７５ｗｔ％、Ｚｒが０．１０ｗｔ％〜０．２０ｗｔ％、Ｖが０．０４ｗｔ％以下、Ｔｉが０．０１ｗｔ％〜０．２０ｗｔ％含有され、残部がアルミニウムおよび不可避不純物からなり、Ｚｎ／Ｍｇが３．０〜４．８、Ｍｇ／Ｃｕが０．５〜２．０に調整された組成のアルミニウム合金によって構成されている。【選択図】図１Ａ

Description

この発明は、７０００系アルミニウム合金を用いて製造され、高い強度および十分な伸びを備えたアルミニウム合金（Ａｌ合金）製加工品およびその製造方法に関する。

アルミニウム合金の中でも高い強度をもつＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系アルミニウム合金は、軽量化が求められるアウトドア用テントの骨組みやスキーのストック等のパイプ製品に多く用いられている。このようなパイプ製品は、外径がφ６ｍｍ〜２０ｍｍ、肉厚は０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度の細径のパイプ状加工品が用いられている。

従来、高い強度で細径のパイプ状加工品を製造する場合、アルミニウム合金を太径サイズのビレットに鋳造した後、押出加工により細径の押出棒に加工し、続いてその押出棒をパイプ状に押出加工して引抜加工するようにしたパイプ状加工品の製造方法が一般に広く用いられている。

特許第５３４３３３３号

ところで上記従来のアルミニウム合金製のパイプ状加工品の製造方法においては、太径サイズのビレットを鋳造するにあたって、鋳造時の冷却による凝固収縮の際に、凝固時の冷却が鋳塊の中心部まで追い付かない場合、鋳造時に割れが発生し易いという課題がある。そのため、鋳造速度を低下させて冷却速度を遅くすることで対応するが、生産性の低下が懸念されるところである。

また、上記のビレットのように太径の連続鋳造棒に鋳造した場合、細径のパイプ形状に至るまでの減面率が高く、押出による熱間塑性加工や引抜による冷間塑性加工で導入されるひずみ量が多くなり、Ｔ６処理工程後に粗大な再結晶組織が発生しやすくなる。このような粗大な再結晶組織が発生すると、結晶粒微細化、およびメタルフローによる繊維状組織による強度向上の効果が低下し、また結晶粒界に応力集中して破壊の起点となり易くなる。そのため、強度の低下が懸念されるところである。また再結晶を抑制するために、一般的にはＭｎ、Ｃｒ、Ｚｒを添加するが、添加量が多いと粗大な金属間化合物を発生させて伸び特性、靱性に多大な影響を与えてしまう。そのため、少量のみの添加とすることが多くなるが、高強度の材料の場合は加工時のひずみ量が多くなるため、再結晶組織が発生し易くなり、強度は低下する。また、ＣｒとＺｒを同時に添加すると、Ｚｒによる結晶粒微細化効果が薄れ、再結晶組織の発生に繋がり、強度の低下を来してしまう。またＳｃを添加し、再結晶抑制および結晶粒の微細化を狙うことも可能であるが、レアアースであるＳｃは高価であり材料費が高騰するため、Ｓｃを未添加とするのが望ましい。

加えて、高い引張特性を得るためにはＣｕやＭｎ、Ｚｎのような時効硬化成分元素を多く添加することは有効ではあるが、その場合、高強度が得られるものの、伸びが低下してしまう。そのため、引張強度が７００ＭＰａ以上の高強度と、伸びが１０%以上の良好な伸び特性を両立させるのは困難であるという課題があった。

この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、高強度および十分な伸びを備えたアルミニウム合金製加工品およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、以下の手段を備えるものである。

［１］Ｓｉが０．１０ｗｔ％以下、Ｆｅが０．２０ｗｔ％以下、Ｃｕが１．２ｗｔ％〜２．０ｗｔ％、Ｍｎが０．０４ｗｔ％以下、Ｍｇが１．６ｗｔ％〜２．４ｗｔ％、Ｃｒが０．０４ｗｔ％以下、Ｚｎが７．１５ｗｔ％〜７．７５ｗｔ％、Ｚｒが０．１０ｗｔ％〜０．２０ｗｔ％、Ｖが０．０４ｗｔ％以下、Ｔｉが０．０１ｗｔ％〜０．２０ｗｔ％含有され、残部がアルミニウムおよび不可避不純物からなり、Ｚｎ／Ｍｇが３．０〜４．８、Ｍｇ／Ｃｕが０．５〜２．０に調整された組成のアルミニウム合金によって構成されていることを特徴とするアルミニウム合金製加工品。

［２］前記アルミニウム合金にはＢが任意添加元素として０．００１ｗｔ％〜０．０１ｗｔ％含有されている前項１に記載のアルミニウム合金製加工品。

［３］パイプ状に形成されている前項１または２に記載のアルミニウム合金製加工品。

［４］パイプ周壁の内周面および外周面に再結晶組織層が形成され、その再結晶組織層の厚さは前記パイプ周壁の厚さに対して１／２０〜１／２であり、
外周面側の再結晶組織層の厚さは内周面側の再結晶組織層の厚さに対して３倍以上である前項３に記載のアルミニウム合金製加工品。

［５］パイプ周壁を構成する内部組織のうち、前記内周面側および外周面側の再結晶組織層を含まない部分は繊維状組織層となり、その繊維状組織層の厚さは前記パイプ周壁の厚さに対して０．７倍以上である前項４に記載のアルミニウム合金製加工品。

［６］引張強度が７００ＭＰａ以上、伸びが１０％以上である前項１〜５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製加工品。

［７］Ｓｉが０．１０ｗｔ％以下、Ｆｅが０．２０ｗｔ％以下、Ｃｕが１．２ｗｔ％〜２．０ｗｔ％、Ｍｎが０．０４ｗｔ％以下、Ｍｇが１．６ｗｔ％〜２．４ｗｔ％、Ｃｒが０．０４ｗｔ％以下、Ｚｎが７．１５ｗｔ％〜７．７５ｗｔ％、Ｚｒが０．１０ｗｔ％〜０．２０ｗｔ％、Ｖが０．０４ｗｔ％以下、Ｔｉが０．０１ｗｔ％〜０．２０ｗｔ％含有され、残部がアルミニウムおよび不可避不純物からなり、Ｚｎ／Ｍｇが３．０〜４．８、Ｍｇ／Ｃｕが０．５〜２．０に調整された組成のアルミニウム合金の連続鋳造により連続鋳造棒を作製し、
その連続鋳造棒を用いて、アルミニウム合金製加工品を製造するようにしたことを特徴とするアルミニウム合金製加工品の製造方法。

［８］パイプ状のアルミニウム合金製加工品を製造するようにした前項７に記載のアルミニウム合金製加工品の製造方法。

［９］前記連続鋳造棒に対し、均質化処理、ピーリング処理、熱間塑性加工処理、焼鈍し処理、冷間塑性加工処理およびＴ６処理を行って、アルミニウム合金製加工品を製造するようにした前項７または８に記載のアルミニウム合金製加工品の製造方法。

［１０］連続鋳造時における冷却速度を３０℃／ｓｅｃ〜１２０℃／ｓｅｃに設定するようにした前項７〜９のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製加工品の製造方法。

発明［１］のアルミニウム合金製加工品によれば、特有の組成のアルミニウム合金によって構成されているため、高い強度および十分な伸びを兼ね備え、良好な引張特性を得ることができる。

発明［２］〜［６］のアルミニウム合金製加工品によれば、上記の効果をより一層確実に得ることができる。

発明［７］のアルミニウム合金製加工品の製造方法によれば、良好な引張特性を備えた加工品を製造することができる。

発明［８］〜［１０］のアルミニウム合金製加工品の製造方法によれば、上記の効果をより一層確実に得ることができる。

図１Ａはこの発明の実施形態であるアルミニウム合金製パイプ状加工品を示す断面図である。 図１Ｂは図１ＡのＢ−Ｂ線断面図である。 図２Ａは実施形態のアルミニウム合金製パイプ状加工品を製造するための生産ラインを示す概略図であって、図（ａ）は溶解炉を示す概略図、図（ｂ）は連続鋳造装置を示す概略図、図（ｃ）は均質化処理炉を示す概略図である。 図２Ｂは実施形態の生産ラインを示す概略図であって、図（ａ−１）は曲がり矯正装置を示す概略図、図（ｂ−１）は小径連続鋳造棒用のピーリング装置を示す概略図、図（ｃ−１）は自動検査装置を示す概略図、（ａ−２）は太径連続鋳造棒用のピーリング装置を示す概略図、図（ｂ−２）はヒーター装置を示す概略図、図（ｃ−２）は細径丸棒押出用の押出装置を示す概略図、図（ｄ）はパイプ押出用素材を示す概略図である。 図２Ｃは実施形態の生産ラインを示す概略図であって、図（ａ）はパイプ押出用の押出装置を示す概略図、図（ｂ）は焼鈍し炉を示す概略図、図（ｃ）は引抜装置を示す概略図、図（ｄ）は竪型熱処理炉を示す概略図である。 図３Ａは実施例１〜４および比較例５，６のパイプ製品における内部組織を示す写真である。 図３Ｂは比較例７，８，１２〜１４，１６のパイプ製品における内部組織を示す写真である。 図３Ｃは比較例１７，２４〜２８のパイプ製品における内部組織を示す写真である。

本実施形態のアルミニウム合金製パイプ状加工品は、Ｓｉが０．１０ｗｔ％以下、Ｆｅが０．２０ｗｔ％以下、Ｃｕが１．２ｗｔ％〜２．０ｗｔ％、Ｍｎが０．０４ｗｔ％以下、Ｍｇが１．６ｗｔ％〜２．４ｗｔ％、Ｃｒが０．０４ｗｔ％以下、Ｚｎが７．１５ｗｔ％〜７．７５ｗｔ％、Ｚｒが０．１０ｗｔ％〜０．２０ｗｔ％、Ｖが０．０４ｗｔ％以下、Ｔｉが０．０１ｗｔ％〜０．２０ｗｔ％含有され、残部がアルミニウムおよび不可避不純物からなり、Ｚｎ／Ｍｇが３．０〜４．８、Ｍｇ／Ｃｕが０．５〜２．０に調整された組成のアルミニウム合金によって構成されている。また上記アルミニウム合金には、Ｂが任意添加元素として０．００１ｗｔ％〜０．０１ｗｔ％含有されている。

本実施形態においては、上記の組成の合金を用いて、連続鋳造、均質化処理、熱間塑性加工、焼鈍し処理、冷間塑性加工、Ｔ６処理工程を実施し、アルミニウム合金製パイプ状加工品を製造するものである。こうして得られた本実施形態のパイプ状加工品は、引張強度が７００ＭＰａ以上、伸びが１０％以上となり、強度および伸びの双方のバランスがとれた良好な引張特性を備え、さらに軽量化も図ることができ、最終製品の運搬や使用においても有利となる。また本実施形態のパイプ状加工品は、十分な伸びを備えるため、多種の形状に曲げることができるとともに、曲げた状態での耐久性も向上する。

本実施形態において、後述するように細径の連続鋳造棒を得るため、鋳造方法として、ホットトップ連続鋳造法を用いるのが好ましい。

また連続鋳造時における冷却速度は３０℃／ｓｅｃ〜１２０℃／ｓｅｃに設定するのが好ましい。なお冷却速度は速い方が機械的性質は良くなるものの、上記の良好な引張特性を得るためには、鋳造径に関わらず１２０℃／ｓｅｃを上限とするのが好ましい。

連続鋳造によって得られた連続鋳造棒は、４７０℃（±１０℃）で７時間以上保持して均質化処理される。この均質化処理において４６０℃未満では十分な均質化処理の効果が得られず、４８０℃を超えると共晶融解が起こる可能性があり、好ましくない。

均質化処理後の連続鋳造棒は、押出加工（熱間塑性加工）を経てパイプ形状の押出形材（押出パイプ）が成形される。さらにその押出形材に対し、焼鈍し処理と引抜工程（冷間塑性加工）とを繰り返し行ってパイプ製品（パイプ状加工品）形状の引抜形材が成形される。

その後、引抜形材に対しＴ６処理が行われる。Ｔ６処理では、溶体化温度は４７０℃（−１０、＋５℃）で２〜１０時間保持した後に８０℃以下で焼き入れし、１２０℃（±１０℃）で２４時間時効することで、上記の良好な引張特性を得ることができる。Ｔ６処理において溶体化温度が４６０℃未満では十分な均質化処理の効果が得られず、必要な強度を得ることが困難になるおそれがある。また４８０℃を超えると共晶融解を起こし、良好な引張特性を得ることができない可能性がある。

以上の工程を経て本実施形態のアルミニウム合金製パイプ状加工品が製作される。

図１Ａは本実施形態のアルミニウム合金製パイプ状加工品を示す断面図、図１Ｂは図１ＡのＢ−Ｂ線断面図である。両図に示すように本実施形態のパイプ状加工品Ｐにおいて、パイプ周壁１０の外周面側および内周面側の表層が、引抜加工時の冷間塑性加工の影響によって再結晶組織層１１，１２に形成される。その再結晶組織層１１，１２の厚さｔ１１，ｔ１２は、パイプ周壁１０の厚さ（肉厚）ｔ１０の１／２０〜１／２であり、外周面側の再結晶組織層１１の厚さｔ１１は内周面側の再結晶組織層１２の厚さｔ１２に対して３倍以上の厚さである。このように外周面側に粗大化した結晶粒が存在することで、亀裂伝播過程で吸収されるエネルギーが大きくなるため、シャルピー衝撃値が向上する効果がある。

パイプ周壁１０を構成するパイプ内部組織については、表面の再結晶組織層１１，１２を含まない部分（中間層）は繊維状組織となる。この中間層である繊維状組織層１５の厚さｔ１５はパイプ周壁厚さｔ１０に対し０．７倍以上である。０．７倍未満の場合、結晶粒微細化や繊維状組織による特性向上が認められず、引張特性が低下するおそれがある。

後に詳述するが、細径のアルミニウム合金製パイプ状加工品Ｐを製造する場合一般的には、連続鋳造によって太径の連続鋳造棒（ビレット）を製造し、その太径連続鋳造棒を細径丸棒状に押出加工して押出棒を成形した後、その細径の押出棒をパイプ状に押出加工してパイプ材（押出パイプ）を成形するのが通例である。

これに対し本実施形態においては上記の一般的な方法の他に、押出による熱間塑性加工前（押出加工前）における連続鋳造時の鋳造径を細くすることにより、後述するように押出加工によって細径丸棒状の押出棒を成形する工程を省略することができる。つまり連続鋳造で製造した細径の連続鋳造棒を直接パイプ状に押出加工してパイプ材を成形することができる。これにより、押出加工時に導入されるひずみ量を減少させ、Ｔ６処理での再結晶の発生を抑制して繊維状組織のままとし、高強度を維持することができる。この場合、再結晶の発生を抑制できるため、再結晶抑制元素であるＭｎ、ＣｒおよびＳｃを未添加とすることも可能である。

細径の連続鋳造棒を鋳造するためには、既述したように気体加圧ホットトップ鋳造法が有効である。この鋳造法は、モールド上部にヘッダー（耐火材）を載せ、溶湯を直接鋳型に送る方法であり、モールドへの溶湯の供給が樋の下部に取り付けられたスパウトで行われるフロート鋳造と異なり、細径での鋳造が可能であり、冷却速度も速く、微細かつ均一な内部組織を得ることができる。

図２Ａ〜図２Ｃは実施形態のアルミニウム合金製パイプ状加工品を製造するための生産ラインの一例としての鋳造・素材加工システムを示す概略図である。

なお本実施形態においては既述した通り、連続鋳造工程において太径の連続鋳造棒（ビレット）を得て、その太径の連続鋳造棒を押出加工して細径丸棒状の押出棒を成形した後、押出棒をパイプ状に押出加工してパイプ材を成形する方法と、連続鋳造工程において細径の連続鋳造棒を得て、その細径の連続鋳造棒に対し、細径丸棒状に押出加工する工程を省略して、パイプ状に押出加工してパイプ材を成形する方法との２つの方法が採用可能である。ここでは先に連続鋳造工程において細径の連続鋳造棒を得る場合を説明し、後に連続鋳造工程において太径の連続鋳造棒を得る場合について説明する。

まず溶製工程において図２Ａ（ａ）に示す溶解炉によって、所定の金属組成のアルミニウム合金溶湯を溶製する。なお鋳塊の金属組成（組成比）は例えば、ＪＩＳ Ｈ １３０５に記載されているような光電測光式発光分光分析装置（装置例：島津製作所製ＰＤＡ−５５００）による方法により確認することができる。

次に連続鋳造工程においてアルミニウム合金溶湯を同図（ｂ）に示す連続鋳造装置を用いて鋳造して細径の連続鋳造棒Ｗ１を得る。なお本実施形態において鋳造方法としては、ホットトップ連続鋳造法を用いるのが好ましいが、他の鋳造方法例えば、縦型連続鋳造法、ＤＣ鋳造法も用いることができる。また鋳造凝固時の冷却速度は、熱電対を溶湯に差し込み、鋳造を行いながら測温して算出することができる。

鋳造された連続鋳造棒Ｗ１に対しては、均質化処理工程において同図（ｃ）に示す均質化処理炉を用いて熱処理による均質化処理を行う。

均質化処理された連続鋳造棒Ｗ１は、矯正工程において図２Ｂ（ａ−１）に示す矯正装置によって曲がりが矯正される。

曲がりが矯正された連続鋳造棒Ｗ１は、ピーリング工程において同図（ｂ−１）に示すピーリング装置によって外周面が切削除去される。

ピーリング加工された連続鋳造棒Ｗ１は、同図（ｃ−１）に示す自動検査装置によって内部の品質が検査される。こうして同図（ｄ）に示すようにパイプ押出用素材Ｗ２が作製される。

続いてパイプ押出用素材Ｗ２は、パイプ押出工程において図２Ｃ（ａ）に示す押出装置によってパイプ形状に押出加工して細径のパイプ材Ｗ３を作製する。

その後、同図（ｂ）に示す焼鈍し炉を用いてパイプ材Ｗ３を軟化させる焼鈍し工程と、同図（ｃ）に示す引抜装置を用いてパイプ材Ｗ３を冷間塑性加工（引抜加工）する引抜工程とを繰り返し行って、所定のサイズまで縮径されたパイプ材Ｗ３を得る。

こうして得られたパイプ材Ｗ３は、Ｔ６処理工程において同図（ｄ）に示す竪型熱処理炉によってＴ６処理が行われて所定の強度が得られて、本実施形態のアルミニウム合金製パイプ状加工品Ｐが製造されるものである。

次に連続鋳造工程において太径連続鋳造棒としてのビレットを鋳造する場合のパイプ状加工品の製造方法について説明する。

溶製工程（図２Ａ（ａ）参照）によって溶製されたアルミニウム合金溶湯を、同図（ｂ）に示す連続鋳造装置を用いて大径の連続鋳造棒（ビレット）Ｗ１を製作して、均質化処理工程（同図（ｃ）参照）においてその連続鋳造棒Ｗ１に対し均質化処理を行う。

均質化処理された太径の連続鋳造棒Ｗ１に対しピーリング工程において図２Ｂ（ａ−２）に示すピーリング装置によって外周部分を切削除去する。続いて外周部が除去された大径の連続鋳造棒Ｗ１を加熱工程において同図（ｂ−２）に示すヒーター装置によって加熱した後、その加熱した大径の連続鋳造棒Ｗ１を細径丸棒押出工程において同図（ｃ−２）に示す押出装置を用いて細径丸棒状に熱間塑性加工（押出加工）して、同図（ｄ）に示すように細径押出棒であるパイプ押出用素材Ｗ２を得る。

こうして得られたパイプ押出用素材Ｗ２を、上記と同様にパイプ押出工程（図２Ｃ（ａ）参照）においてパイプ状に押出加工して細径のパイプ材Ｗ３を作製する。

その後、パイプ材Ｗ３に対し上記と同様に、焼鈍し処理（同図（ｂ）参照）、引抜加工（同図（ｃ）参照）、Ｔ６処理（同図（ｄ）参照）を行って、本実施形態のアルミニウム合金製パイプ状加工品Ｐを製造するものである。

このように連続鋳造工程において太径連続鋳造棒（ビレット）を作製する一般的な方法では、細径丸棒状に押出加工する丸棒押出工程（図２Ｂ（ｃ−２）参照）と、パイプ状に押出加工するパイプ押出工程（図２Ｃ（ａ）参照）との２回の押出加工（熱間塑性加工）が必要である。

これに対し連続鋳造工程において細径連続鋳造棒を製作する方法では、丸棒押出工程（図２Ｂ（ｃ−２）参照）を省略でき、パイプ押出工程（図２Ｃ（ａ）参照）の１回の押出加工のみでパイプ状加工品Ｐを製造することができる。このため既述した通り、押出加工時に導入されるひずみ量を減少させることができ、Ｔ６処理での再結晶の発生を抑制して繊維状組織のままとし、高強度を維持することができる。

次に本実施形態におけるアルミニウム合金製パイプ状加工品Ｐの各組成成分（添加元素）の添加量（含有量）とその効果について詳細に説明する。

本実施形態においてアルミニウム合金製パイプ状加工品Ｐの組成を構成するアルミニウム合金のＳｉの添加量は０．１０ｗｔ％以下である。Ｓｉは不可避的不純物としてアルミニウム合金に含まれることが多いが、押出加工や引抜加工時の展性、延性に影響を与え、加工時の千切れ等のトラブルの起因となるため、上記の通りに規制する。

Ｆｅの添加量は０．２０ｗｔ％以下である。ＦｅもＳｉと同様に、不可避的不純物としてアルミニウム合金に含まれることが多いが、押出加工や引抜加工時の展性、延性に影響を与え、加工時の千切れ等のトラブルの起因となるため、上記の通りに規制する。

Ｃｕの添加量は１．２ｗｔ％〜２．０ｗｔ％である。Ｃｕは、Ｔ６処理工程にてＡｌ_２Ｃｕとして析出し、強度を向上させる効果がある。このＣｕの添加量が上記の範囲を外れた場合、Ｔ６処理工程の溶体化温度範囲でＣｕが母相に固溶したとしても、１．２ｗｔ％未満では固溶量が少なく強度が不足する。また２．０ｗｔ％を超えると強度が向上し過ぎて伸びが低下し、さらに融点が低下し過ぎて十分な均質化処理および溶体化処理が行えないおそれがある。

Ｍｇの添加量は１．６ｗｔ％〜２．４ｗｔ％である。ＭｇはＴ６処理にて強度を向上させる効果がある。１．６ｗｔ％未満では十分な強度が得られず、２．４ｗｔ％を超える場合、伸び特性が低下するおそれがある。

Ｚｎの添加量は７．１５ｗｔ％〜７．７５ｗｔ％である。ＺｎはＭｇと同様に、Ｔ６処理にて強度を向上させる効果がある。７．１５ｗｔ％未満では十分な強度が得られず、７．７５ｗｔ％を超える場合、伸び特性が低下するおそれがある。

Ｍｎの添加量は０．０４ｗｔ％以下である。Ｍｎは一般的には再結晶抑制のために添加されるが、再結晶抑制効果が小さく、また、靱性にも悪影響を及ぼすおそれがあるため、上記の通りに規制する。

Ｃｒの添加量は０．０４ｗｔ％以下である。ＣｒもＭｎと同様、再結晶抑制のために添加されるが、Ｚｒと同時添加すると再結晶抑制効果がＺｒのみを添加した場合よりも低下するため、上記の通りに規制する。

Ｚｒの添加量は０．１０ｗｔ％〜０．２０ｗｔ％である。ＺｒはＡｌ−Ｚｒ系化合物を形成し、再結晶を抑制する効果がある。０．１０ｗｔ％未満では、パイプ製品寸法まで押出／引抜加工を行うに当たり十分な再結晶抑制効果が得られず、０．２０ｗｔ％を超えると再結晶抑制効果自体が飽和し、また粗大な化合物を形成して靱性に悪影響を与える可能性がある。

Ｔｉの添加量は０．０１ｗｔ％〜０．２０ｗｔ％である。Ｔｉはアルミニウム固溶体の凝固組織の微細化に有効に働く。０．０１ｗｔ％未満では、Ｔｉによる効果が薄くなり、０．２０ｗｔ％を超えると粗大な化合物を形成して靱性に悪影響を与える可能性がある。

任意添加元素としてのＢを添加する場合、Ｂの添加量は０．０００１ｗｔ％〜０．００１ｗｔ％である。ＢはＴｉと同様に、アルミニウム固溶体の凝固組織の微細化に有効に働く。０．０００１ｗｔ％未満では、Ｔｉによる効果が薄くなる可能性があり、０．００１ｗｔ％を超えると粗大な化合物を形成して靱性に悪影響を与える可能性がある。

また組成比率（ｗｔ％／ｗｔ％）に関して、Ｚｎ／Ｍｇは３．０〜４．８（３．０≦Ｚｎ／Ｍｇ≦４．８）とし、Ｍｇ／Ｃｕは０．５〜２．０（０．５≦Ｍｇ／Ｃｕ≦２．０）とする。これにより製造されるアルミニウム合金パイプにおいて、引張強度と伸びを両立させた良好な引張特性、具体的には引張強度が７００ＭＰａ以上、延びが１０%以上の良好な引張特性を得ることができる。

なお上記実施形態においては、本発明のアルミニウム合金製加工品として、真円断面のパイプ状のものを例に挙げて説明しているが、それだけに限られず、本発明の加工品としては、真円以外の断面のパイプ状、例えば多角断面形状、楕円断面形状、中空異形断面形状のパイプ状に形成するようにしても良い。さらに本発明の加工品は、中空構造に限られず、中実構造のものであっても良い。

表１Ａは実施例および比較例で採用したアルミニウム合金の組成を示し、表２Ｂは実施例および比較例で製造されたアルミニウム合金製パイプ状加工品における引張特性および内部組織の評価結果を示し、表２は実施例および比較例の製造条件を示す。なお表１Ａにおいてグレイの背景色が付与されているセル（マス目）は本発明の要旨（本発明の範囲）を逸脱している部分である。

表１Ａに示す組成を有する実施例および比較例のアルミニウム合金の溶湯をそれぞれ溶製し、各溶湯を用いてホットトップ連続鋳造法により連続鋳造棒を鋳造した。この鋳造において表２に示すように実施例１〜４および比較例１７〜２８では、直径（φ）５７ｍｍの細径連続鋳造棒を鋳造し、比較例１〜１６では、φ２１０の太径連続鋳造棒（押出用ビレット）に鋳造した。このとき鋳造径φ５７ｍｍの場合（実施例１〜４および比較例１７〜２８）では、凝固時の冷却速度を３０℃／ｓｅｃ以上で鋳造を行い、鋳造径φ２１０ｍｍの場合では、凝固時の冷却速度を３０℃／ｓｅｃ未満で鋳造を行った。

こうして得られた実施例および比較例の連続鋳造棒を４７０℃×７時間保持し、徐冷させて均質化処理を施した。

均質化処理した連続鋳造棒のうち、実施例１〜４および比較例１７〜２８のφ５７ｍｍの細径連続鋳造棒に対しては、曲がり矯正した後、外周部分を除去するピーリング工程を行い、φ５１の丸棒状に加工した。続いてピーリング加工した連続鋳造棒をパイプ状に押出加工してパイプ材を成形した。

こうして得られたパイプ材を焼鈍し処理にて軟化させた後に引抜加工を行い、パイプ製品（パイプ状加工品）形状に形成した。その後、パイプ材を竪型の熱処理炉にて、溶体化温度４７０℃×３時間保持し、温水６０℃に焼き入れた後、時効温度１２０℃で２４時間保持した。これにより実施例１〜４および比較例１７〜２８のパイプ製品（パイプ状加工品）を得た。

一方、均質化処理した連続鋳造棒のうち、比較例１〜１６のφ２１０ｍｍの太径連続鋳造棒（ビレット）に対しては、外周部をピーリングしてφ２０３ｍｍに形成した後、押出工程にて熱間塑性加工させてφ５１ｍｍの丸棒状に加工した。

この押出棒を上記実施例と同様に、パイプ状に押出加工した後、焼鈍し処理、引抜加工、溶体化処理および時効処理を行ってパイプ製品を得た。なお実施例１〜４および比較例１〜２８の全パイプ製品において引抜工程の減面率は同様とした。

こうして得られた実施例および比較例のパイプ製品に対し、任意の場所からサンプルを切り出し、パイプ実体引張試験およびパイプ断面組織観察を行った。組織観察においては、引抜方向（メタルフロー）に対し平行な面と垂直な面とを研磨し、腐食液でエッチングした後、顕微鏡で結晶組織を観察した。図３Ａ〜図３Ｃに主なサンプルの内部組織の写真を示し、表１Ｂに引張試験の結果および内部組織観察を基に判断した内部組織（結晶組織）の評価結果を示す。

これらの図および表から明らかなように、組成成分値が本発明の範囲内であり、さらに所定成分の成分比、つまり４．８≧Ｚｎ／Ｍｇ≧３．０、２．０≧Ｍｇ／Ｃｕ≧０．５が発明の範囲内を満たしている実施例１〜４のパイプ製品では、パイプ内部組織は、表面の再結晶組織層を含まない部分は繊維状組織で、繊維組織の厚さはパイプ周壁の厚さの０．７倍以上となっており、パイプ実体引張試験で引張強度７００ＭＰａ以上、伸び１０％以上の結果が得られた。このように本発明に関連した実施例１〜４のパイプ製品は、高い引張強度および十分な伸びを兼ね備えた良好な引張特性を得ることができた。

これに対し、成分比としての４．８≧Ｚｎ／Ｍｇ≧３．０を満たさない比較例のパイプ製品では、７００ＭＰａ以上の高い引張強度と、１０％以上の十分な伸びとを両立させることができず、いずれかの性質が不十分となってしまい、良好な引張特性を得ることができなかった。

また連続鋳造において凝固時の冷却速度を３０℃／ｓｅｃ未満として鋳造径φ２１０ｍｍのビレットを鋳造して最終的に押出加工を２回行った比較例１〜１６のパイプ製品においては、連続鋳造において凝固時の冷却速度を３０℃／ｓｅｃ以上として鋳造径φ５７ｍｍのビレットを鋳造して最終的に押出加工を１回だけ行った比較例１７〜２８のパイプ製品に対して概略的に、引張特性に劣っていると考えられる。これは、比較例１７〜２８のパイプ製品では、鋳造径をφ５７に細径にすることで、細径丸棒に押出加工する押出工程が省略されるため、パイプ製品内部の繊維状組織が維持され、高強度が得られているからと考えられる。これに対し比較例１〜１６のパイプ製品では、鋳造径φを２１０に太径にして押出加工を２回行っているため、熱間塑性加工（押出加工）により与えられるひずみ量が多くなり、結果として内部組織の再結晶組織層が厚くなり、内部の繊維状組織の割合が減少しているからと考えられる。

このように比較例１７〜２８のパイプ製品は、特有の製造工程を採用することによってある程度、引張特性を向上させることができるが、組成成分特に、４．８≧Ｚｎ／Ｍｇ≧３．０の条件を満たしていないため、実施例１〜４のパイプ製品のように十分な引張特性を確実に得ることはできなかった。

以上のようにこの実施例においては、本発明の組成成分を有するパイプ製品においては、良好な引張特性を得ることができ、さらに押出加工を１回だけにした特有の製造工程で製造する場合にはより一層引張特性を向上できることが判明した。

この発明のアルミニウム合金製加工品は、高強度および伸びに優れた良好な引張特性が必要なパイプ製品として好適に用いることができる。

１０：パイプ周壁
１１：外周側再結晶組織層
１２：内周側再結晶組織層
１５：繊維状組織層
ｔ１０：パイプ周壁の厚さ
ｔ１１：外周側再結晶組織層の厚さ
ｔ１２：外周側再結晶組織層の厚さ
ｔ１５：繊維状組織層の厚さ
Ｐ：パイプ状加工品（パイプ製品）
Ｗ１：連続鋳造棒

Claims (10)

1. Ｓｉが０．１０ｗｔ％以下、Ｆｅが０．２０ｗｔ％以下、Ｃｕが１．２ｗｔ％〜２．０ｗｔ％、Ｍｎが０．０４ｗｔ％以下、Ｍｇが１．６ｗｔ％〜２．４ｗｔ％、Ｃｒが０．０４ｗｔ％以下、Ｚｎが７．１５ｗｔ％〜７．７５ｗｔ％、Ｚｒが０．１０ｗｔ％〜０．２０ｗｔ％、Ｖが０．０４ｗｔ％以下、Ｔｉが０．０１ｗｔ％〜０．２０ｗｔ％含有され、残部がアルミニウムおよび不可避不純物からなり、Ｚｎ／Ｍｇが３．０〜４．８、Ｍｇ／Ｃｕが０．５〜２．０に調整された組成のアルミニウム合金によって構成されていることを特徴とするアルミニウム合金製加工品。
2. 前記アルミニウム合金にはＢが任意添加元素として０．００１ｗｔ％〜０．０１ｗｔ％含有されている請求項１に記載のアルミニウム合金製加工品。
3. パイプ状に形成されている請求項１または２に記載のアルミニウム合金製加工品。
4. パイプ周壁の内周面および外周面に再結晶組織層が形成され、その再結晶組織層の厚さは前記パイプ周壁の厚さに対して１／２０〜１／２であり、
   外周面側の再結晶組織層の厚さは内周面側の再結晶組織層の厚さに対して３倍以上である請求項３に記載のアルミニウム合金製加工品。
5. パイプ周壁を構成する内部組織のうち、前記内周面側および外周面側の再結晶組織層を含まない部分は繊維状組織層となり、その繊維状組織層の厚さは前記パイプ周壁の厚さに対して０．７倍以上である請求項４に記載のアルミニウム合金製加工品。
6. 引張強度が７００ＭＰａ以上、伸びが１０％以上である請求項１〜５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製加工品。
7. Ｓｉが０．１０ｗｔ％以下、Ｆｅが０．２０ｗｔ％以下、Ｃｕが１．２ｗｔ％〜２．０ｗｔ％、Ｍｎが０．０４ｗｔ％以下、Ｍｇが１．６ｗｔ％〜２．４ｗｔ％、Ｃｒが０．０４ｗｔ％以下、Ｚｎが７．１５ｗｔ％〜７．７５ｗｔ％、Ｚｒが０．１０ｗｔ％〜０．２０ｗｔ％、Ｖが０．０４ｗｔ％以下、Ｔｉが０．０１ｗｔ％〜０．２０ｗｔ％含有され、残部がアルミニウムおよび不可避不純物からなり、Ｚｎ／Ｍｇが３．０〜４．８、Ｍｇ／Ｃｕが０．５〜２．０に調整された組成のアルミニウム合金の連続鋳造により連続鋳造棒を作製し、
   その連続鋳造棒を用いて、アルミニウム合金製加工品を製造するようにしたことを特徴とするアルミニウム合金製加工品の製造方法。
8. パイプ状のアルミニウム合金製加工品を製造するようにした請求項７に記載のアルミニウム合金製加工品の製造方法。
9. 前記連続鋳造棒に対し、均質化処理、ピーリング処理、熱間塑性加工処理、焼鈍し処理、冷間塑性加工処理およびＴ６処理を行って、アルミニウム合金製加工品を製造するようにした請求項７または８に記載のアルミニウム合金製加工品の製造方法。
10. 連続鋳造時における冷却速度を３０℃／ｓｅｃ〜１２０℃／ｓｅｃに設定するようにした請求項７〜９のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製加工品の製造方法。