JP3594270B2 - 溶接性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、圧延材、押出材、鍛造材として溶接構造材に用いられる１５０Ｎ／ｍｍ２ 以上の引張強さを有する中強度Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、建築、車両、船舶、航空機等においては、益々薄肉軽量化が進み、成形しやすく、耐食性、応力腐食割れの心配がなく、しかも溶接性の優れた中強度アルミニウム合金の要求が高まって来ている。従来、これらの用途に対するアルミニウム合金としては、ＪＩＳのＡ６０６１、Ａ６０６３、Ａ６Ｎ０１等のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金が考えられてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、Ａ６０６１、Ａ６０６３、Ａ６Ｎ０１等のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金は、溶接するとビード部や境界部に溶接割れが発生しやすく、また、溶接熱影響部にミクロ割れが起こりやすい等の問題があった。そのため、溶接材料、溶接方法の改善、およびそれらの組み合わせによって、上記問題を解決する方法が採られてきた。例えば、材料の結晶粒を微細にしたり、繊維状組織にすると溶接割れやミクロ割れが改善できることから、材料の製造工程の改善（加工と熱処理の組み合わせ）によって解決しようとしたり、溶接施工方法や溶接条件で解決しようとする試みがなされてきている。しかしながら、このような方法は、特別な製造工程をとる為、材料製造コストが上昇し、又、溶接施工や溶接管理が煩雑になる等の問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上記の点に鑑み種々検討の結果、従来のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材料における、溶接割れやミクロ割れの問題を解決するのみでなく、１５０Ｎ／ｍｍ２ 以上の引張強さを有し、しかも耐食性、並びに、押出、圧延、鍛造等の加工性に優れるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材料を開発したものである。
【０００５】
即ち、本願請求項１の発明は、Ｍｇ０．２〜２．０重量％、Ｓｉ０．１５〜１．５重量％、Ｓｃ０．０３〜３．０重量％、Ａｇ１．０重量％以下を含有し、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、限界押出速度が１８ｍ／ｍｉｎ以上、引張強さ１５０Ｎ／ｍｍ2 以上、溶接割れ試験結果割れ長さが５０ｍｍ未満、ミクロ溶接割れ試験結果ミクロ割れの発生が無く、腐食試験結果腐食発生しないものであることを特徴とする溶接性、耐食性、加工性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金である。
【０００６】
また、本願請求項２の発明は、Ｍｇ０．２〜２．０重量％、Ｓｉ０．１５〜１．５重量％、Ｓｃ０．０３〜３．０重量％、Ａｇ１．０重量％以下を含有し、かつＣｕ１．０重量％以下を含有し、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、限界押出速度が１８ｍ／ｍｉｎ以上、引張強さ１５０Ｎ／ｍｍ2 以上、溶接割れ試験結果割れ長さが５０ｍｍ未満、ミクロ溶接割れ試験結果ミクロ割れの発生が無く、腐食試験結果腐食発生しないものであることを特徴とする溶接性、耐食性、加工性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金である。
【０００７】
また、本願請求項３の発明は、Ｍｇ０．２〜２．０重量％、Ｓｉ０．１５〜１．５重量％、Ｓｃ０．０３〜３．０重量％、Ａｇ１．０重量％以下を含有し、かつ、Ｆｅ０．５重量％以下、Ｍｎ１．５重量％以下、Ｃｒ０．６重量％以下、Ｖ０．５重量％以下、Ｎｉ１．０重量％以下、Ｍｏ０．５重量％以下、希土類元素２．０重量％以下のうち少なくとも１種を含有し、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、限界押出速度が１８ｍ／ｍｉｎ以上、引張強さ１５０Ｎ／ｍｍ2 以上、溶接割れ試験結果割れ長さが５０ｍｍ未満、ミクロ溶接割れ試験結果ミクロ割れの発生が無く、腐食試験結果腐食発生しないものであることを特徴とする溶接性、耐食性、加工性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金である。
【０００８】
また、本願請求項４の発明は、Ｍｇ０．２〜２．０重量％、Ｓｉ０．１５〜１．５重量％、Ｓｃ０．０３〜３．０重量％、Ａｇ１．０重量％以下、Ｃｕ１．０重量％以下を含有し、かつ、Ｆｅ０．５重量％以下、Ｍｎ１．５重量％以下、Ｃｒ０．６重量％以下、Ｖ０．５重量％以下、Ｎｉ１．０重量％以下、Ｍｏ０．５重量％以下、希土類元素２．０重量％以下のうち少なくとも１種を含有し、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、限界押出速度が１８ｍ／ｍｉｎ以上、引張強さ１５０Ｎ／ｍｍ2 以上、溶接割れ試験結果割れ長さが５０ｍｍ未満、ミクロ溶接割れ試験結果ミクロ割れの発生が無く、腐食試験結果腐食発生しないものであることを特徴とする溶接性、耐食性、加工性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金である。
【０００９】
また、本願請求項５の発明は、Ｍｇ０．２〜２．０重量％、Ｓｉ０．１５〜１．５重量％、Ｓｃ０．０３〜３．０重量％、Ａｇ１．０重量％以下を含有し、かつ、Ｔｉ０．２重量％以下、Ｂ０．０８重量％以下、Ｚｒ０．３重量％以下のうち少なくとも１種を含み、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、限界押出速度が１８ｍ／ｍｉｎ以上、引張強さ１５０Ｎ／ｍｍ2 以上、溶接割れ試験結果割れ長さが５０ｍｍ未満、ミクロ溶接割れ試験結果ミクロ割れの発生が無く、腐食試験結果腐食発生しないものであることを特徴とする溶接性、耐食性、加工性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金である。
【００１０】
また、本願請求項６の発明は、Ｍｇ０．２〜２．０重量％、Ｓｉ０．１５〜１．５重量％、Ｓｃ０．０３〜３．０重量％、Ａｇ１．０重量％以下、Ｃｕ１．０重量％以下を含有し、かつ、Ｔｉ０．２重量％以下、Ｂ０．０８重量％以下、Ｚｒ０．３重量％以下のうち少なくとも１種を含み、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、限界押出速度が１８ｍ／ｍｉｎ以上、引張強さ１５０Ｎ／ｍｍ2 以上、溶接割れ試験結果割れ長さが５０ｍｍ未満、ミクロ溶接割れ試験結果ミクロ割れの発生が無く、腐食試験結果腐食発生しないものであることを特徴とする溶接性、耐食性、加工性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金である。
【００１１】
また、本願請求項７の発明は、Ｍｇ０．２〜２．０重量％、Ｓｉ０．１５〜１．５重量％、Ｓｃ０．０３〜３．０重量％、Ａｇ１．０重量％以下を含有し、かつ、Ｆｅ０．５重量％以下、Ｍｎ１．５重量％以下、Ｃｒ０．６重量％以下、Ｖ０．５重量％以下、Ｎｉ１．０重量％以下、Ｍｏ０．５重量％以下、希土類元素２．０重量％以下のうち少なくとも１種を含有し、かつ、Ｔｉ０．２重量％以下、Ｂ０．０８重量％以下、Ｚｒ０．３重量％以下のうち少なくとも１種を含み、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、限界押出速度が１８ｍ／ｍｉｎ以上、引張強さ１５０Ｎ／ｍｍ2 以上、溶接割れ試験結果割れ長さが５０ｍｍ未満、ミクロ溶接割れ試験結果ミクロ割れの発生が無く、腐食試験結果腐食発生しないものであることを特徴とする溶接性、耐食性、加工性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金である。
【００１２】
また、本願請求項８の発明は、Ｍｇ０．２〜２．０重量％、Ｓｉ０．１５〜１．５重量％、Ｓｃ０．０３〜３．０重量％、Ａｇ１．０重量％以下、Ｃｕ１．０重量％以下をを含有し、かつ、Ｆｅ０．５重量％以下、Ｍｎ１．５重量％以下、Ｃｒ０．６重量％以下、Ｖ０．５重量％以下、Ｎｉ１．０重量％以下、Ｍｏ０．５重量％以下、希土類元素２．０重量％以下のうち少なくとも１種を含有し、かつ、Ｔｉ０．２重量％以下、Ｂ０．０８重量％以下、Ｚｒ０．３重量％以下のうち少なくとも１種を含み、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、限界押出速度が１８ｍ／ｍｉｎ以上、引張強さ１５０Ｎ／ｍｍ2 以上、溶接割れ試験結果割れ長さが５０ｍｍ未満、ミクロ溶接割れ試験結果ミクロ割れの発生が無く、腐食試験結果腐食発生しないものであることを特徴とする溶接性、耐食性、加工性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金である。
【００１３】
【作用】
以下、本願発明の溶接性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金について、添加元素の役割とその含有量の限定理由を説明する。
【００１４】
ＭｇはＳｉの存在でＭｇ２ Ｓｉを形成し、時効硬化性を保有する。故にＭｇは本合金の強度向上に寄与し、１５０Ｎ／ｍｍ２ 以上の引張強さを得るためには不可欠な元素である。Ｍｇが０．２重量％未満では十分な強度が得られず、２．０重量％を越えると溶接性、加工性、耐食性が劣化する。従って、Ｍｇは０．２〜２．０重量％とするが、最も好ましい範囲は０．４〜１．６重量％である。
Ｓｉは、ＭｇとＭｇ２ Ｓｉを形成し、時効硬化性を保有する。故にＳｉは本合金の強度向上に寄与し、１５０Ｎ／ｍｍ２ 以上の引張強さを得るためには不可欠な元素である。Ｓｉが０．１５重量％未満では十分な強度が得られず、１．５重量％を越えると溶接性、耐食性が劣化する。従って、Ｓｉは０．１５〜１．５重量％とするが、最も好ましい範囲は０．２〜１．３重量％である。
Ｓｃは、本合金の耐溶接割れ性を改善するためには不可欠な元素である。また、Ｓｃは強度向上にも寄与する。Ｓｃが０．０３重量％未満ではその効果が少なく、３．０重量％を越えて含有させると強度、加工性を劣化させる危険がある。従って、Ｓｃは０．０３〜３．０とするが、最も好ましい範囲は、０．１〜２．５重量％である。
【００１５】
Ｃｕは強度を向上させる効果があるが１．０重量％を越えると耐食性、溶接性が劣化する。従って、Ｃｕは１．０重量％以下とする。Ｃｕは０．１重量％未満ではその効果が少ない。Ｃｕの最も好ましい範囲は、０．１０〜０．７重量％である。
【００１６】
Ａｇは溶接性及び強度を向上させる効果があるが１．０重量％を越えると加工性、溶接性が劣化する。従って、Ａｇは１．０重量％以下とする。Ａｇは０．０３重量％未満ではその効果が少ない。Ａｇの最も好ましい範囲は、０．０５〜０．７重量％である。
【００１７】
Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｏ及び希土類元素は、それぞれ溶接性や強度の改善をはかる効果があり、１種または２種以上添加する。しかし、Ｆｅ：０．５重量％、Ｍｎ：１．５重量％、Ｃｒ：０．６重量％、Ｖ：０．５重量％、Ｎｉ：１．０重量％、Ｍｏ：０．５重量％、希土類元素：２．０重量％を越えて含有されると巨大晶出物が発生し、成形性、靱性、加工性、溶接性、耐食性等を劣化させる危険がある。従って、Ｆｅ：０．５重量％以下、Ｍｎ：１．５重量％以下、Ｃｒ：０．６重量％以下、Ｖ：０．５重量％以下、Ｎｉ：１．０重量％以下、Ｍｏ：０．５重量％以下、希土類元素：２．０重量％以下とする。但し、含有量が Ｆｅ：０．０１重量％未満、Ｍｎ：０．０１重量％未満、Ｃｒ：０．０１重量％未満、Ｖ：０．０１重量％未満、Ｎｉ：０．０３重量％未満、Ｍｏ：０．０１重量％未満、希土類元素：０．０３重量％未満では上記効果が無い。従って、Ｆｅは０．０１〜０．５重量％、Ｍｎは０．０１〜１．５重量％、Ｃｒは０．０１〜０．６重量％、Ｖは０．０１〜０．５重量％、Ｎｉは０．０３〜１．０重量％、Ｍｏは０．０１〜０．５重量％、希土類元素０．０３〜２．０重量％が望ましいが、最も好ましい範囲は、Ｆｅ：０．１〜０．４８重量％、Ｍｎ：０．１〜１．０重量％、Ｃｒ：０．０５〜０．４重量％、Ｖ：０．０５〜０．３重量％、Ｎｉ：０．１〜０．８重量％、Ｍｏ：０．０３〜０．３重量％、希土類元素：０．０５〜１．５重量％である。
【００１８】
尚、希土類元素としては、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ等のうち１種または２種以上を用いることができ、これらのうちのいずれか１種の量、あるいは２種以上の合計量が０．０３〜２．０重量％の範囲内であればよい。これらのうち２種類以上を含む合金としては、例えばＣｅ、Ｌａを主成分とするミッシュメタル（通常Ｃｅ４５〜５０重量％、Ｌａ２０〜４０重量％、残部その他の希土類元素（Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ等）からなる）を用いることができる。上記希土類元素のうちのいずれか１種、あるいはミッシュメタルは、いずれも同等の効果を示すが、希土類元素単体では高価であり、ミッシュメタルとして添加する方が経済的に有利である。
【００１９】
Ｔｉ、及びＢは、組織を微細化し、溶接性を向上させる元素である。しかし、Ｔｉは、０．２重量％を越えると巨大化合物が発生し、靱性、加工性、耐食性が劣化する危険性がある。また、Ｔｉは０．００５重量％未満ではその効果が少ない。従って、Ｔｉは、０．００５〜０．２重量％が望ましいが、最も好ましい範囲は、０．００８〜０．１重量％である。
Ｂは、０．０８重量％を越えて含有されると、靱性、加工性を劣化させる危険がある。また、Ｂは０．０００１重量％未満では結晶粒微細化の効果が少ない。従って、Ｂは、０．０００１〜０．０８重量％が望ましいが、最も好ましい範囲は０．０００５〜０．０１重量％である。
【００２０】
Ｚｒは、Ｔｉ，Ｂと同様に溶接性を向上させる元素である。更に、ＺｒはＳｃと一緒に添加することによって強度を向上させる効果も有する。しかし、Ｚｒが０．３重量％を越えると強度、加工性、耐食性が劣化する。従って、Ｚｒは０．３重量％以下とする。また、Ｚｒは、０．０３重量％未満ではその効果が少ないので、０．０３〜０．３重量％添加するのが望ましいが、最も好ましい範囲は、０．０５〜０．２５重量％である。
【００２１】
本発明合金の、押出材、圧延材、鍛造材は、従来のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材の製造工程、製造条件で製造できる。また、本発明合金の用途としては、建築（柱、梁、サッシ等）、土木（仮設材、矢板、はらおこし、高欄、橋梁等）、車両（鉄道車輌用板・押出形材、自動車用板・形材等）、容器・配管（一般容器配管、真空機器容器配管等）、船舶（上部構造、パイセクション等）、航空機（構造部品、その他）等が考えられる。尚、本発明合金の溶接方法としては、従来からアルミニウム合金の溶接に用いられている、ティグ溶接、ミグ溶接、レーザー溶接、電子ビーム溶接、抵抗スポット溶接、シーム溶接、スタッド溶接、高周波溶接、超音波溶接等の融接、及び圧接方法が適している。
【００２２】
【実施例】
次に本発明の一実施例について説明する。表１〜表１０に示す組成の合金（Ｎｏ．１〜３０参考例、Ｎｏ．３１〜３６本発明合金、Ｎｏ．３７〜６０参考例、Ｎｏ．６１〜６５本発明合金、Ｎｏ．６６〜６８参考例、Ｎｏ．６９〜７３本発明合金、Ｎｏ．７４〜７６参考例、Ｎｏ．７７〜８１本発明合金、Ｎｏ．８２〜８４参考例、Ｎｏ．８５本発明合金、Ｎｏ．８６〜９７参考例、Ｎｏ．９８〜１０３本発明合金、Ｎｏ．１０４〜１２７参考例、Ｎｏ．１２８〜１３３本発明合金、Ｎｏ．１３４〜１３６参考例、Ｎｏ．１３７〜１４５本発明合金、Ｎｏ．１４６〜１８７比較合金、Ｎｏ．１８８〜１９０従来合金）を半連続水冷鋳造装置を用いて、押出用鋳塊（９インチ径）に鋳造した。この鋳塊を５２０〜５４０℃で８〜１２時間均質化処理した後、４００〜４７０℃に加熱し、それぞれ厚さ５ｍｍ、幅１００ｍｍの平角材に押出した。押出加工するに際して、前記平角材が表面欠陥や割れ発生が無く押出し得る最高押出速度（限界押出速度）をもって、各合金の押出性の良否を◎、○、×の３段階で評価し、その結果を表１１〜表１７に示した。評価基準は下記の通りである。
◎・・押出速度がＡ６０６３の限界押出速度（２８ｍ／ｍｉｎ）を越える。
○・・押出速度がＡ６０６１の限界押出速度（１８ｍ／ｍｉｎ）以上で、Ａ６０６３の限界押出速度以下。
×・・押出速度がＡ６０６１の限界押出速度未満。
【００２３】
各々の材料は押出後、５２５℃で１時間の溶体化処理後焼入し、２００℃で８時間の焼戻し処理を行った。
このようにして製造した材料について、引張試験、溶接割れ試験、及びミクロ割れ試験、腐食試験を行い、その結果を表１１〜表１７に併記した。なお，試験方法は下記に示す通りである。
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【表１】
【００２８】
【表２】
【００２９】
【表３】
【００３０】
【表４】
【００３１】
【表５】
【００３２】
【表６】
【００３３】
【表７】
【００３４】
【表８】
【００３５】
【表９】
【００３６】
【表１０】
【００３７】
【表１１】
【００３８】
【表１２】
【００３９】
【表１３】
【００４０】
【表１４】
【００４１】
【表１５】
【００４２】
【表１６】
【００４３】
【表１７】
【００４４】
表１１〜１５から明らかなように、本発明合金Ｎｏ．３１〜３６、Ｎｏ．６１〜６５、Ｎｏ．６９〜７３、Ｎｏ．７７〜８１、Ｎｏ．８５、Ｎｏ．９８〜１０３、Ｎｏ．１２８〜１３３、Ｎｏ．１３７〜１４５はいずれも、押出加工性、強度、溶接性、耐食性の全てにおいて優れている。一方、表１５〜１７から明らかなように、比較合金Ｎｏ．１４６〜１８７、および従来合金Ｎｏ．１８８〜１９０は、上記特性の内のいずれかにおいて劣っている。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の溶接構造用アルミニウム合金は、従来のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金よりも溶接性に優れており、しかも、加工性、強度、耐食性等も、従来のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金と同等、又はそれ以上であって、工業上顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】フィッシュボーン形割れ試験片の形状（溶接後）を示す平面説明図。
１・・・・フィッシュボーン形割れ試験片
１ａ・・・溶接ビード
１ｂ・・・溶接割れ
１ｃ・・・割れ長さ
１ｄ・・・溶接方向
２・・・・切り込み
【産業上の利用分野】
本発明は、圧延材、押出材、鍛造材として溶接構造材に用いられる１５０Ｎ／ｍｍ２ 以上の引張強さを有する中強度Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、建築、車両、船舶、航空機等においては、益々薄肉軽量化が進み、成形しやすく、耐食性、応力腐食割れの心配がなく、しかも溶接性の優れた中強度アルミニウム合金の要求が高まって来ている。従来、これらの用途に対するアルミニウム合金としては、ＪＩＳのＡ６０６１、Ａ６０６３、Ａ６Ｎ０１等のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金が考えられてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、Ａ６０６１、Ａ６０６３、Ａ６Ｎ０１等のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金は、溶接するとビード部や境界部に溶接割れが発生しやすく、また、溶接熱影響部にミクロ割れが起こりやすい等の問題があった。そのため、溶接材料、溶接方法の改善、およびそれらの組み合わせによって、上記問題を解決する方法が採られてきた。例えば、材料の結晶粒を微細にしたり、繊維状組織にすると溶接割れやミクロ割れが改善できることから、材料の製造工程の改善（加工と熱処理の組み合わせ）によって解決しようとしたり、溶接施工方法や溶接条件で解決しようとする試みがなされてきている。しかしながら、このような方法は、特別な製造工程をとる為、材料製造コストが上昇し、又、溶接施工や溶接管理が煩雑になる等の問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上記の点に鑑み種々検討の結果、従来のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材料における、溶接割れやミクロ割れの問題を解決するのみでなく、１５０Ｎ／ｍｍ２ 以上の引張強さを有し、しかも耐食性、並びに、押出、圧延、鍛造等の加工性に優れるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材料を開発したものである。
【０００５】
即ち、本願請求項１の発明は、Ｍｇ０．２〜２．０重量％、Ｓｉ０．１５〜１．５重量％、Ｓｃ０．０３〜３．０重量％、Ａｇ１．０重量％以下を含有し、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、限界押出速度が１８ｍ／ｍｉｎ以上、引張強さ１５０Ｎ／ｍｍ2 以上、溶接割れ試験結果割れ長さが５０ｍｍ未満、ミクロ溶接割れ試験結果ミクロ割れの発生が無く、腐食試験結果腐食発生しないものであることを特徴とする溶接性、耐食性、加工性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金である。
【０００６】
また、本願請求項２の発明は、Ｍｇ０．２〜２．０重量％、Ｓｉ０．１５〜１．５重量％、Ｓｃ０．０３〜３．０重量％、Ａｇ１．０重量％以下を含有し、かつＣｕ１．０重量％以下を含有し、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、限界押出速度が１８ｍ／ｍｉｎ以上、引張強さ１５０Ｎ／ｍｍ2 以上、溶接割れ試験結果割れ長さが５０ｍｍ未満、ミクロ溶接割れ試験結果ミクロ割れの発生が無く、腐食試験結果腐食発生しないものであることを特徴とする溶接性、耐食性、加工性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金である。
【０００７】
また、本願請求項３の発明は、Ｍｇ０．２〜２．０重量％、Ｓｉ０．１５〜１．５重量％、Ｓｃ０．０３〜３．０重量％、Ａｇ１．０重量％以下を含有し、かつ、Ｆｅ０．５重量％以下、Ｍｎ１．５重量％以下、Ｃｒ０．６重量％以下、Ｖ０．５重量％以下、Ｎｉ１．０重量％以下、Ｍｏ０．５重量％以下、希土類元素２．０重量％以下のうち少なくとも１種を含有し、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、限界押出速度が１８ｍ／ｍｉｎ以上、引張強さ１５０Ｎ／ｍｍ2 以上、溶接割れ試験結果割れ長さが５０ｍｍ未満、ミクロ溶接割れ試験結果ミクロ割れの発生が無く、腐食試験結果腐食発生しないものであることを特徴とする溶接性、耐食性、加工性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金である。
【０００８】
また、本願請求項４の発明は、Ｍｇ０．２〜２．０重量％、Ｓｉ０．１５〜１．５重量％、Ｓｃ０．０３〜３．０重量％、Ａｇ１．０重量％以下、Ｃｕ１．０重量％以下を含有し、かつ、Ｆｅ０．５重量％以下、Ｍｎ１．５重量％以下、Ｃｒ０．６重量％以下、Ｖ０．５重量％以下、Ｎｉ１．０重量％以下、Ｍｏ０．５重量％以下、希土類元素２．０重量％以下のうち少なくとも１種を含有し、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、限界押出速度が１８ｍ／ｍｉｎ以上、引張強さ１５０Ｎ／ｍｍ2 以上、溶接割れ試験結果割れ長さが５０ｍｍ未満、ミクロ溶接割れ試験結果ミクロ割れの発生が無く、腐食試験結果腐食発生しないものであることを特徴とする溶接性、耐食性、加工性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金である。
【０００９】
また、本願請求項５の発明は、Ｍｇ０．２〜２．０重量％、Ｓｉ０．１５〜１．５重量％、Ｓｃ０．０３〜３．０重量％、Ａｇ１．０重量％以下を含有し、かつ、Ｔｉ０．２重量％以下、Ｂ０．０８重量％以下、Ｚｒ０．３重量％以下のうち少なくとも１種を含み、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、限界押出速度が１８ｍ／ｍｉｎ以上、引張強さ１５０Ｎ／ｍｍ2 以上、溶接割れ試験結果割れ長さが５０ｍｍ未満、ミクロ溶接割れ試験結果ミクロ割れの発生が無く、腐食試験結果腐食発生しないものであることを特徴とする溶接性、耐食性、加工性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金である。
【００１０】
また、本願請求項６の発明は、Ｍｇ０．２〜２．０重量％、Ｓｉ０．１５〜１．５重量％、Ｓｃ０．０３〜３．０重量％、Ａｇ１．０重量％以下、Ｃｕ１．０重量％以下を含有し、かつ、Ｔｉ０．２重量％以下、Ｂ０．０８重量％以下、Ｚｒ０．３重量％以下のうち少なくとも１種を含み、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、限界押出速度が１８ｍ／ｍｉｎ以上、引張強さ１５０Ｎ／ｍｍ2 以上、溶接割れ試験結果割れ長さが５０ｍｍ未満、ミクロ溶接割れ試験結果ミクロ割れの発生が無く、腐食試験結果腐食発生しないものであることを特徴とする溶接性、耐食性、加工性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金である。
【００１１】
また、本願請求項７の発明は、Ｍｇ０．２〜２．０重量％、Ｓｉ０．１５〜１．５重量％、Ｓｃ０．０３〜３．０重量％、Ａｇ１．０重量％以下を含有し、かつ、Ｆｅ０．５重量％以下、Ｍｎ１．５重量％以下、Ｃｒ０．６重量％以下、Ｖ０．５重量％以下、Ｎｉ１．０重量％以下、Ｍｏ０．５重量％以下、希土類元素２．０重量％以下のうち少なくとも１種を含有し、かつ、Ｔｉ０．２重量％以下、Ｂ０．０８重量％以下、Ｚｒ０．３重量％以下のうち少なくとも１種を含み、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、限界押出速度が１８ｍ／ｍｉｎ以上、引張強さ１５０Ｎ／ｍｍ2 以上、溶接割れ試験結果割れ長さが５０ｍｍ未満、ミクロ溶接割れ試験結果ミクロ割れの発生が無く、腐食試験結果腐食発生しないものであることを特徴とする溶接性、耐食性、加工性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金である。
【００１２】
また、本願請求項８の発明は、Ｍｇ０．２〜２．０重量％、Ｓｉ０．１５〜１．５重量％、Ｓｃ０．０３〜３．０重量％、Ａｇ１．０重量％以下、Ｃｕ１．０重量％以下をを含有し、かつ、Ｆｅ０．５重量％以下、Ｍｎ１．５重量％以下、Ｃｒ０．６重量％以下、Ｖ０．５重量％以下、Ｎｉ１．０重量％以下、Ｍｏ０．５重量％以下、希土類元素２．０重量％以下のうち少なくとも１種を含有し、かつ、Ｔｉ０．２重量％以下、Ｂ０．０８重量％以下、Ｚｒ０．３重量％以下のうち少なくとも１種を含み、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、限界押出速度が１８ｍ／ｍｉｎ以上、引張強さ１５０Ｎ／ｍｍ2 以上、溶接割れ試験結果割れ長さが５０ｍｍ未満、ミクロ溶接割れ試験結果ミクロ割れの発生が無く、腐食試験結果腐食発生しないものであることを特徴とする溶接性、耐食性、加工性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金である。
【００１３】
【作用】
以下、本願発明の溶接性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金について、添加元素の役割とその含有量の限定理由を説明する。
【００１４】
ＭｇはＳｉの存在でＭｇ２ Ｓｉを形成し、時効硬化性を保有する。故にＭｇは本合金の強度向上に寄与し、１５０Ｎ／ｍｍ２ 以上の引張強さを得るためには不可欠な元素である。Ｍｇが０．２重量％未満では十分な強度が得られず、２．０重量％を越えると溶接性、加工性、耐食性が劣化する。従って、Ｍｇは０．２〜２．０重量％とするが、最も好ましい範囲は０．４〜１．６重量％である。
Ｓｉは、ＭｇとＭｇ２ Ｓｉを形成し、時効硬化性を保有する。故にＳｉは本合金の強度向上に寄与し、１５０Ｎ／ｍｍ２ 以上の引張強さを得るためには不可欠な元素である。Ｓｉが０．１５重量％未満では十分な強度が得られず、１．５重量％を越えると溶接性、耐食性が劣化する。従って、Ｓｉは０．１５〜１．５重量％とするが、最も好ましい範囲は０．２〜１．３重量％である。
Ｓｃは、本合金の耐溶接割れ性を改善するためには不可欠な元素である。また、Ｓｃは強度向上にも寄与する。Ｓｃが０．０３重量％未満ではその効果が少なく、３．０重量％を越えて含有させると強度、加工性を劣化させる危険がある。従って、Ｓｃは０．０３〜３．０とするが、最も好ましい範囲は、０．１〜２．５重量％である。
【００１５】
Ｃｕは強度を向上させる効果があるが１．０重量％を越えると耐食性、溶接性が劣化する。従って、Ｃｕは１．０重量％以下とする。Ｃｕは０．１重量％未満ではその効果が少ない。Ｃｕの最も好ましい範囲は、０．１０〜０．７重量％である。
【００１６】
Ａｇは溶接性及び強度を向上させる効果があるが１．０重量％を越えると加工性、溶接性が劣化する。従って、Ａｇは１．０重量％以下とする。Ａｇは０．０３重量％未満ではその効果が少ない。Ａｇの最も好ましい範囲は、０．０５〜０．７重量％である。
【００１７】
Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｏ及び希土類元素は、それぞれ溶接性や強度の改善をはかる効果があり、１種または２種以上添加する。しかし、Ｆｅ：０．５重量％、Ｍｎ：１．５重量％、Ｃｒ：０．６重量％、Ｖ：０．５重量％、Ｎｉ：１．０重量％、Ｍｏ：０．５重量％、希土類元素：２．０重量％を越えて含有されると巨大晶出物が発生し、成形性、靱性、加工性、溶接性、耐食性等を劣化させる危険がある。従って、Ｆｅ：０．５重量％以下、Ｍｎ：１．５重量％以下、Ｃｒ：０．６重量％以下、Ｖ：０．５重量％以下、Ｎｉ：１．０重量％以下、Ｍｏ：０．５重量％以下、希土類元素：２．０重量％以下とする。但し、含有量が Ｆｅ：０．０１重量％未満、Ｍｎ：０．０１重量％未満、Ｃｒ：０．０１重量％未満、Ｖ：０．０１重量％未満、Ｎｉ：０．０３重量％未満、Ｍｏ：０．０１重量％未満、希土類元素：０．０３重量％未満では上記効果が無い。従って、Ｆｅは０．０１〜０．５重量％、Ｍｎは０．０１〜１．５重量％、Ｃｒは０．０１〜０．６重量％、Ｖは０．０１〜０．５重量％、Ｎｉは０．０３〜１．０重量％、Ｍｏは０．０１〜０．５重量％、希土類元素０．０３〜２．０重量％が望ましいが、最も好ましい範囲は、Ｆｅ：０．１〜０．４８重量％、Ｍｎ：０．１〜１．０重量％、Ｃｒ：０．０５〜０．４重量％、Ｖ：０．０５〜０．３重量％、Ｎｉ：０．１〜０．８重量％、Ｍｏ：０．０３〜０．３重量％、希土類元素：０．０５〜１．５重量％である。
【００１８】
尚、希土類元素としては、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ等のうち１種または２種以上を用いることができ、これらのうちのいずれか１種の量、あるいは２種以上の合計量が０．０３〜２．０重量％の範囲内であればよい。これらのうち２種類以上を含む合金としては、例えばＣｅ、Ｌａを主成分とするミッシュメタル（通常Ｃｅ４５〜５０重量％、Ｌａ２０〜４０重量％、残部その他の希土類元素（Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ等）からなる）を用いることができる。上記希土類元素のうちのいずれか１種、あるいはミッシュメタルは、いずれも同等の効果を示すが、希土類元素単体では高価であり、ミッシュメタルとして添加する方が経済的に有利である。
【００１９】
Ｔｉ、及びＢは、組織を微細化し、溶接性を向上させる元素である。しかし、Ｔｉは、０．２重量％を越えると巨大化合物が発生し、靱性、加工性、耐食性が劣化する危険性がある。また、Ｔｉは０．００５重量％未満ではその効果が少ない。従って、Ｔｉは、０．００５〜０．２重量％が望ましいが、最も好ましい範囲は、０．００８〜０．１重量％である。
Ｂは、０．０８重量％を越えて含有されると、靱性、加工性を劣化させる危険がある。また、Ｂは０．０００１重量％未満では結晶粒微細化の効果が少ない。従って、Ｂは、０．０００１〜０．０８重量％が望ましいが、最も好ましい範囲は０．０００５〜０．０１重量％である。
【００２０】
Ｚｒは、Ｔｉ，Ｂと同様に溶接性を向上させる元素である。更に、ＺｒはＳｃと一緒に添加することによって強度を向上させる効果も有する。しかし、Ｚｒが０．３重量％を越えると強度、加工性、耐食性が劣化する。従って、Ｚｒは０．３重量％以下とする。また、Ｚｒは、０．０３重量％未満ではその効果が少ないので、０．０３〜０．３重量％添加するのが望ましいが、最も好ましい範囲は、０．０５〜０．２５重量％である。
【００２１】
本発明合金の、押出材、圧延材、鍛造材は、従来のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金材の製造工程、製造条件で製造できる。また、本発明合金の用途としては、建築（柱、梁、サッシ等）、土木（仮設材、矢板、はらおこし、高欄、橋梁等）、車両（鉄道車輌用板・押出形材、自動車用板・形材等）、容器・配管（一般容器配管、真空機器容器配管等）、船舶（上部構造、パイセクション等）、航空機（構造部品、その他）等が考えられる。尚、本発明合金の溶接方法としては、従来からアルミニウム合金の溶接に用いられている、ティグ溶接、ミグ溶接、レーザー溶接、電子ビーム溶接、抵抗スポット溶接、シーム溶接、スタッド溶接、高周波溶接、超音波溶接等の融接、及び圧接方法が適している。
【００２２】
【実施例】
次に本発明の一実施例について説明する。表１〜表１０に示す組成の合金（Ｎｏ．１〜３０参考例、Ｎｏ．３１〜３６本発明合金、Ｎｏ．３７〜６０参考例、Ｎｏ．６１〜６５本発明合金、Ｎｏ．６６〜６８参考例、Ｎｏ．６９〜７３本発明合金、Ｎｏ．７４〜７６参考例、Ｎｏ．７７〜８１本発明合金、Ｎｏ．８２〜８４参考例、Ｎｏ．８５本発明合金、Ｎｏ．８６〜９７参考例、Ｎｏ．９８〜１０３本発明合金、Ｎｏ．１０４〜１２７参考例、Ｎｏ．１２８〜１３３本発明合金、Ｎｏ．１３４〜１３６参考例、Ｎｏ．１３７〜１４５本発明合金、Ｎｏ．１４６〜１８７比較合金、Ｎｏ．１８８〜１９０従来合金）を半連続水冷鋳造装置を用いて、押出用鋳塊（９インチ径）に鋳造した。この鋳塊を５２０〜５４０℃で８〜１２時間均質化処理した後、４００〜４７０℃に加熱し、それぞれ厚さ５ｍｍ、幅１００ｍｍの平角材に押出した。押出加工するに際して、前記平角材が表面欠陥や割れ発生が無く押出し得る最高押出速度（限界押出速度）をもって、各合金の押出性の良否を◎、○、×の３段階で評価し、その結果を表１１〜表１７に示した。評価基準は下記の通りである。
◎・・押出速度がＡ６０６３の限界押出速度（２８ｍ／ｍｉｎ）を越える。
○・・押出速度がＡ６０６１の限界押出速度（１８ｍ／ｍｉｎ）以上で、Ａ６０６３の限界押出速度以下。
×・・押出速度がＡ６０６１の限界押出速度未満。
【００２３】
各々の材料は押出後、５２５℃で１時間の溶体化処理後焼入し、２００℃で８時間の焼戻し処理を行った。
このようにして製造した材料について、引張試験、溶接割れ試験、及びミクロ割れ試験、腐食試験を行い、その結果を表１１〜表１７に併記した。なお，試験方法は下記に示す通りである。
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
【表７】
【表８】
【表９】
【表１０】
【表１１】
【表１２】
【表１３】
【表１４】
【表１５】
【表１６】
【表１７】
表１１〜１５から明らかなように、本発明合金Ｎｏ．３１〜３６、Ｎｏ．６１〜６５、Ｎｏ．６９〜７３、Ｎｏ．７７〜８１、Ｎｏ．８５、Ｎｏ．９８〜１０３、Ｎｏ．１２８〜１３３、Ｎｏ．１３７〜１４５はいずれも、押出加工性、強度、溶接性、耐食性の全てにおいて優れている。一方、表１５〜１７から明らかなように、比較合金Ｎｏ．１４６〜１８７、および従来合金Ｎｏ．１８８〜１９０は、上記特性の内のいずれかにおいて劣っている。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の溶接構造用アルミニウム合金は、従来のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金よりも溶接性に優れており、しかも、加工性、強度、耐食性等も、従来のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金と同等、又はそれ以上であって、工業上顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】フィッシュボーン形割れ試験片の形状（溶接後）を示す平面説明図。
１・・・・フィッシュボーン形割れ試験片
１ａ・・・溶接ビード
１ｂ・・・溶接割れ
１ｃ・・・割れ長さ
１ｄ・・・溶接方向
２・・・・切り込み
Claims (8)
- Ｍｇ０．２〜２．０重量％、Ｓｉ０．１５〜１．５重量％、Ｓｃ０．０３〜３．０重量％、Ａｇ１．０重量％以下を含有し、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、限界押出速度が１８ｍ／ｍｉｎ以上、引張強さ１５０Ｎ／ｍｍ2 以上、溶接割れ試験結果割れ長さが５０ｍｍ未満、ミクロ溶接割れ試験結果ミクロ割れの発生が無く、腐食試験結果腐食発生しないものであることを特徴とする溶接性、耐食性、加工性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金。
- Ｍｇ０．２〜２．０重量％、Ｓｉ０．１５〜１．５重量％、Ｓｃ０．０３〜３．０重量％、Ａｇ１．０重量％以下を含有し、かつＣｕ１．０重量％以下を含有し、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、限界押出速度が１８ｍ／ｍｉｎ以上、引張強さ１５０Ｎ／ｍｍ2 以上、溶接割れ試験結果割れ長さが５０ｍｍ未満、ミクロ溶接割れ試験結果ミクロ割れの発生が無く、腐食試験結果腐食発生しないものであることを特徴とする溶接性、耐食性、加工性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金。
- Ｍｇ０．２〜２．０重量％、Ｓｉ０．１５〜１．５重量％、Ｓｃ０．０３〜３．０重量％、Ａｇ１．０重量％以下を含有し、かつ、Ｆｅ０．５重量％以下、Ｍｎ１．５重量％以下、Ｃｒ０．６重量％以下、Ｖ０．５重量％以下、Ｎｉ１．０重量％以下、Ｍｏ０．５重量％以下、希土類元素２．０重量％以下のうち少なくとも１種を含有し、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、限界押出速度が１８ｍ／ｍｉｎ以上、引張強さ１５０Ｎ／ｍｍ2 以上、溶接割れ試験結果割れ長さが５０ｍｍ未満、ミクロ溶接割れ試験結果ミクロ割れの発生が無く、腐食試験結果腐食発生しないものであることを特徴とする溶接性、耐食性、加工性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金。
- Ｍｇ０．２〜２．０重量％、Ｓｉ０．１５〜１．５重量％、Ｓｃ０．０３〜３．０重量％、Ａｇ１．０重量％以下、Ｃｕ１．０重量％以下を含有し、かつ、Ｆｅ０．５重量％以下、Ｍｎ１．５重量％以下、Ｃｒ０．６重量％以下、Ｖ０．５重量％以下、Ｎｉ１．０重量％以下、Ｍｏ０．５重量％以下、希土類元素２．０重量％以下のうち少なくとも１種を含有し、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、限界押出速度が１８ｍ／ｍｉｎ以上、引張強さ１５０Ｎ／ｍｍ2 以上、溶接割れ試験結果割れ長さが５０ｍｍ未満、ミクロ溶接割れ試験結果ミクロ割れの発生が無く、腐食試験結果腐食発生しないものであることを特徴とする溶接性、耐食性、加工性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金。
- Ｍｇ０．２〜２．０重量％、Ｓｉ０．１５〜１．５重量％、Ｓｃ０．０３〜３．０重量％、Ａｇ１．０重量％以下を含有し、かつ、Ｔｉ０．２重量％以下、Ｂ０．０８重量％以下、Ｚｒ０．３重量％以下のうち少なくとも１種を含み、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、限界押出速度が１８ｍ／ｍｉｎ以上、引張強さ１５０Ｎ／ｍｍ2 以上、溶接割れ試験結果割れ長さが５０ｍｍ未満、ミクロ溶接割れ試験結果ミクロ割れの発生が無く、腐食試験結果腐食発生しないものであることを特徴とする溶接性、耐食性、加工性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金。
- Ｍｇ０．２〜２．０重量％、Ｓｉ０．１５〜１．５重量％、Ｓｃ０．０３〜３．０重量％、Ａｇ１．０重量％以下、Ｃｕ１．０重量％以下を含有し、かつ、Ｔｉ０．２重量％以下、Ｂ０．０８重量％以下、Ｚｒ０．３重量％以下のうち少なくとも１種を含み、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、限界押出速度が１８ｍ／ｍｉｎ以上、引張強さ１５０Ｎ／ｍｍ2 以上、溶接割れ試験結果割れ長さが５０ｍｍ未満、ミクロ溶接割れ試験結果ミクロ割れの発生が無く、腐食試験結果腐食発生しないものであることを特徴とする溶接性、耐食性、加工性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金。
- Ｍｇ０．２〜２．０重量％、Ｓｉ０．１５〜１．５重量％、Ｓｃ０．０３〜３．０重量％、Ａｇ１．０重量％以下を含有し、かつ、Ｆｅ０．５重量％以下、Ｍｎ１．５重量％以下、Ｃｒ０．６重量％以下、Ｖ０．５重量％以下、Ｎｉ１．０重量％以下、Ｍｏ０．５重量％以下、希土類元素２．０重量％以下のうち少なくとも１種を含有し、かつ、Ｔｉ０．２重量％以下、Ｂ０．０８重量％以下、Ｚｒ０．３重量％以下のうち少なくとも１種を含み、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、限界押出速度が１８ｍ／ｍｉｎ以上、引張強さ１５０Ｎ／ｍｍ2 以上、溶接割れ試験結果割れ長さが５０ｍｍ未満、ミクロ溶接割れ試験結果ミクロ割れの発生が無く、腐食試験結果腐食発生しないものであることを特徴とする溶接性、耐食性、加工性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金。
- Ｍｇ０．２〜２．０重量％、Ｓｉ０．１５〜１．５重量％、Ｓｃ０．０３〜３．０重量％、Ａｇ１．０重量％以下、Ｃｕ１．０重量％以下をを含有し、かつ、Ｆｅ０．５重量％以下、Ｍｎ１．５重量％以下、Ｃｒ０．６重量％以下、Ｖ０．５重量％以下、Ｎｉ１．０重量％以下、Ｍｏ０．５重量％以下、希土類元素２．０重量％以下のうち少なくとも１種を含有し、かつ、Ｔｉ０．２重量％以下、Ｂ０．０８重量％以下、Ｚｒ０．３重量％以下のうち少なくとも１種を含み、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、限界押出速度が１８ｍ／ｍｉｎ以上、引張強さ１５０Ｎ／ｍｍ2 以上、溶接割れ試験結果割れ長さが５０ｍｍ未満、ミクロ溶接割れ試験結果ミクロ割れの発生が無く、腐食試験結果腐食発生しないものであることを特徴とする溶接性、耐食性、加工性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金。
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