JPH09279280A - 溶接性に優れたAl−Mg−Si系合金 - Google Patents

溶接性に優れたAl−Mg−Si系合金

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JPH09279280A
JPH09279280A JP9070696A JP9070696A JPH09279280A JP H09279280 A JPH09279280 A JP H09279280A JP 9070696 A JP9070696 A JP 9070696A JP 9070696 A JP9070696 A JP 9070696A JP H09279280 A JPH09279280 A JP H09279280A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のAl−Mg−Si系合金よりも溶接性
に優れているのみでなく、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
等の加工性にも優れるAl−Mg−Si系合金材料を開
発する。 【解決手段】 Mg0.2〜2.0重量%、Si0.1
5〜1.5重量%、Sc0.03〜3.0重量%を含有
し、必要に応じて、下記〔1群〕、〔2群〕、〔3群〕
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る溶接性に優れたAl−Mg−Si
系合金。 〔1群〕:Cu1.0重量%以下、Ag1.0重量%以
下のうち少なくとも1種 〔2群〕:Fe0.5重量%以下、Mn1.5重量%以
下、Cr0.6重量%以下、V0.5重量%以下、 N
i1.0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 〔3群〕: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

Description

【発明の詳細な説明】
【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、150
N/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%、Sc
0.03〜3.0重量%を含有し、残部アルミニウムお
よび不可避不純物からなることを特徴とする溶接性に優
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%、Sc
0.03〜3.0重量%を含有し、かつ、Cu1.0重
量%以下、Ag1.0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
ることを特徴とする溶接性に優れた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%、Sc
0.03〜3.0重量%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、Mo
0.5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
避不純物からなることを特徴とする溶接性に優れた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%、 Sc
0.03〜3.0重量%を含有し、Cu1.0重量%以
下、Ag1.0重量%以下のうち少なくとも1種を含有
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、Ni
1.0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ることを特徴と
する溶接性に優れた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%、Sc
0.03〜3.0重量%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ることを特徴とする溶接性に優れ
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%、Sc
0.03〜3.0重量%を含有し、かつ、Cu1.0重
量%以下、Ag1.0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る
ことを特徴とする溶接性に優れた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%、 Sc
0.03〜3.0重量%を含有し、Fe0.5重量%以
下、Mn1.5重量%以下、Cr0.6重量%以下、V
0.5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、B
0.08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
物からなることを特徴とする溶接性に優れた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%、 Sc
0.03〜3.0重量%を含有し、Cu1.0重量%以
下、Ag1.0重量%以下のうち少なくとも1種を含有
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、Ni
1.0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、Z
r0.3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ることを特徴と
する溶接性に優れた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、F
e:0.5重量%以下、Mn:1.5重量%以下、C
r: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、C
r:0.01重量%未満、V:0.01重量%未満、N
i: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0.0
1〜1.5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、P
r、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、0.00
01〜0.08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、Z
r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(本発明合金No.1〜1
45、比較合金No.146〜187、および従来合金
No.188〜190)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、4
00〜470℃に加熱し、それぞれ厚さ5mm、幅10
0mm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。 (1)引張試験 (a)試験片 :JIS Z 2201の5号試験片 (b)試験方法 :アムスラー万能試験機を用いて、JIS Z 2241 に基づき試験する。 (c)測定値 :引張強さを測定し、次の基準で判定する。 ◎・・引張強さ250N/mm2 以上 ○・・引張強さ150N/mm2 以上で250N/mm2 未満 ×・・引張強さ150N/mm2 未満
【0024】 (2)溶接割れ試験 (a)試験片 :図1に示す、フィッシュボーン形試験片 (b)溶接条件 :溶接方法・・・TIG 溶加材・・・・使用せず 電極棒・・・・セリウム入りW、3.2mmφ 溶接電流・・・200A アーク電圧・・20V 溶接速度・・・30cm/min アルゴンガス流量・・・10リットル/min (c)割れ評価 :割れ長さを測定し,次の基準で判定する。 ◎・・・ 割れ長さ30mm未満 ○・・・ 割れ長さ30mm以上、50mm未満 ×・・・ 割れ長さ50mm以上
【0025】 (3)ミクロ溶接割れ試験 (a)試験片 :板厚5mm×幅100mm×長さ100mm (b)溶接条件 :溶接方法・・・TIG 溶加材・・・・A5356BY、3.2mmφ 電極棒・・・・セリウム入りW、3.2mmφ 溶接電流・・・220A アーク電圧・・20V 溶接速度・・・30cm/min アルゴンガス流量・・・10リットル/min (c)割れ評価 :溶接部の3カ所の断面を研磨し、金属顕微鏡で観察し 溶接熱影響部におけるミクロ割れ発生の有無を調べる ○・・・ ミクロ割れの発生無し ×・・・ ミクロ割れ1個以上発生
【0026】 (4)腐食試験 (a)試験片 :板厚5mm×幅60mm×長さ80mm (b)試験方法 :塩水噴霧試験:JIS Z 2371に準拠 試験液 :5%NaCl 噴霧量 :1〜2ml/80cm2 /時間 噴霧温度 :35℃ 試験時間 :1000時間 (c)評価方法 :○・・・ 腐食発生せず ×・・・ 腐食発生
【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.1〜145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1
5〜17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)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Mg0.2〜2.0重量%、Si0.1
    5〜1.5重量%、Sc0.03〜3.0重量%を含有
    し、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなること
    を特徴とする溶接性に優れたAl−Mg−Si系合金。
  2. 【請求項2】 Mg0.2〜2.0重量%、Si0.1
    5〜1.5重量%、Sc0.03〜3.0重量%を含有
    し、かつ、Cu1.0重量%以下、Ag1.0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ることを特徴とする溶接性に優
    れたAl−Mg−Si系合金。
  3. 【請求項3】 Mg0.2〜2.0重量%、Si0.1
    5〜1.5重量%、Sc0.03〜3.0重量%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、 N
    i1.0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ることを特徴
    とする溶接性に優れたAl−Mg−Si系合金。
  4. 【請求項4】 Mg0.2〜2.0重量%、Si0.1
    5〜1.5重量%、Sc0.03〜3.0重量%を含有
    し、Cu1.0重量%以下、Ag1.0重量%以下のう
    ち少なくとも1種を含有し、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、M
    o0.5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
    可避不純物からなることを特徴とする溶接性に優れたA
    l−Mg−Si系合金。
  5. 【請求項5】 Mg0.2〜2.0重量%、Si0.1
    5〜1.5重量%、Sc0.03〜3.0重量%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ること
    を特徴とする溶接性に優れたAl−Mg−Si系合金。
  6. 【請求項6】 Mg0.2〜2.0重量%、Si0.1
    5〜1.5重量%、Sc0.03〜3.0重量%を含有
    し、かつ、Cu1.0重量%以下、Ag1.0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ることを特徴とする溶接性に優れ
    たAl−Mg−Si系合金。
  7. 【請求項7】 Mg0.2〜2.0重量%、Si0.1
    5〜1.5重量%、Sc0.03〜3.0重量%を含有
    し、Fe0.5重量%以下、Mn1.5重量%以下、C
    r0.6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、T
    i0.2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ることを特徴とする溶
    接性に優れたAl−Mg−Si系合金。
  8. 【請求項8】 Mg0.2〜2.0重量%、Si0.1
    5〜1.5重量%、Sc0.03〜3.0重量%を含有
    し、Cu1.0重量%以下、Ag1.0重量%以下のう
    ち少なくとも1種を含有し、かつ、Fe0.5重量%以
    下、Mn1.5重量%以下、Cr0.6重量%以下、V
    0.5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、B
    0.08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
    物からなることを特徴とする溶接性に優れたAl−Mg
    −Si系合金。
JP09070696A 1996-04-12 1996-04-12 溶接性に優れたAl−Mg−Si系合金 Expired - Fee Related JP3594270B2 (ja)

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