JPH0941063A - 溶接構造用Al−Mg−Si系合金押出形材 - Google Patents

溶接構造用Al−Mg−Si系合金押出形材

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JPH0941063A
JPH0941063A JP21253195A JP21253195A JPH0941063A JP H0941063 A JPH0941063 A JP H0941063A JP 21253195 A JP21253195 A JP 21253195A JP 21253195 A JP21253195 A JP 21253195A JP H0941063 A JPH0941063 A JP H0941063A
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JP
Japan
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welding
alloy
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alloy extruded
microcracks
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JP21253195A
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Koichi Ohori
紘一 大堀
Masahiko Miyazaki
雅彦 宮崎
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MA Aluminum Corp
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Mitsubishi Aluminum Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 機械的性質に優れているとともに、溶接
時のミクロ割れが発生しない溶接構造用アルミニウム合
金押出形材を得る。 【解決手段】 Mg:0.65〜1.1%、Si:0.
40〜0.70%(但しMg2Siバランス組成より過
剰なSi量が0.05%以下)、Zr:0.08〜0.
25%を含有し、さらに所望によりTi:0.005〜
0.05%、B:0.0001〜0.004%を含有
し、残部がAlおよび不可避不純物からなり、不可避不
純物中のCu、MnおよびCrがそれぞれ0.05%以
下、平均結晶粒径が100μm以下である。 【効果】 溶接構造用材料として必要な機械的性質
を有し、また溶接時のミクロ割れも有効に防止されてお
り、品質信頼性の高い軽量の溶接構造用材料が得られ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鉄道車両や船舶上部構
造の構造用材や自動車のフレーム材などに使用される溶
接構造用Al−Mg−Si系合金押出形材に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】鉄道車両や船舶上部構造の構造用材や自
動車のフレーム材などには旧くから鉄材料が多く使用さ
れてきているが、最近では上記構造物や車両等の軽量化
を図るためにアルミニウム材料の使用が積極的に進めら
れている。このような用途に使用される材料としては高
強度で良好な溶接性を有することが必要とされており、
従来、上記用途にはJIS6N01アルミニウム合金や
JIS6061アルミニウム合金等のAl−Mg−Si
系合金が使用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したJI
S6061合金は焼入れ性が悪く、T5熱処理(押出し
後、人工時効処理)では充分な強度が得られず、かつ押
出し性が悪いため複雑な断面形状の形材の製造には適さ
ないという問題がある。一方、JIS6N01合金は押
出し性、焼入性に優れ、中程度の強度をもち、かつ溶接
可能な構造用材料として、近年、上記のような用途に多
く使用されている。しかしながら、この系の合金の押出
形材においては、溶接時に母材の熱影響部の結晶粒界に
存在する共晶化合物の一部が溶接時の熱によって溶融す
るとともに、その溶融した部分に溶接時の熱応力が加わ
ることによって、結晶粒界に沿ってミクロ割れが発生す
ることがあり、このようなミクロ割れは溶接構造物の安
全性等の品質を損なうという問題がある。
【0004】本発明の目的は、T5処理でJIS6N0
1合金と同等の機械的性質が得られ(引張強さ245M
Pa以上、耐力206MPa以上、伸び8%以上)、し
かも溶接時に熱影響部にミクロ割れの発生がない溶接構
造用Al−Mg−Si系合金押出形材を提供することに
ある。
【0005】
【課題を解決するための手段】ところで、溶接時に熱影
響部に発生するミクロ割れは、前述のように入熱により
結晶粒界の第2相粒子が共晶溶融して溶接熱応力によっ
て開口したものである。したがって、ミクロ割れ防止の
ためには、結晶粒界への熱応力の集中を軽減させ、併せ
て粒界析出物を微細かつ均一に分散させるべく結晶粒を
微細化し、併せて粒界の第2相の量を減らし、さらに結
晶粒界の高温強度を向上させるために必須合金元素以外
の不純物を極力減少させることが有効であると考えられ
る。本発明者達はAl−Mg−Si系合金押出形材につ
いて上記の観点から鋭意検討を重ねた結果、以下のよう
な方法によって前記目的を達成しうることを見い出し、
本発明を完成するに至った。
【0006】先ず、結晶粒の微細化のためには押出加工
の過程で再結晶を抑制するよりはむしろ積極的に再結晶
を促進させることが有効であり、そのためには適量のZ
rの添加が有効であることを見い出した。すなわち、従
来Al−Mg−Si合金へのZrの単独添加は微細なA
3Zrが形成され、再結晶が抑制されると考えられて
いるが、本願発明のように、MnおよびCrの含有量を
厳しく制限すると、ゼロコンマ数ミクロンの大きさの
(AlZr)3Si化合物が形成され、これが再結晶の
核生成位置となって再結晶を促進させることを見い出し
たのである。また、粒界の第2相の量を減らし、かつ結
晶粒界の高温強度を向上させるためには析出硬化に寄与
するMg2Siの形成に必要なSi量よりも過剰なSi
量を低く抑えるとともに不純物成分であるCu、Mnお
よびCrの含有量を通常のAl−Mg−Si系合金、例
えばJIS6063合金の通常レベルであるゼロコンマ
数%程度よりも低く抑えることが有効であることを見い
出したものである。
【0007】すなわち、本発明の溶接構造用Al−Mg
−Si系合金押出形材うち、第1の発明は、重量%で、
Mg:0.65〜1.1%、Si:0.40〜0.70
%(但しMg2Siバランス組成より過剰なSi量が
0.05%以下)、Zr:0.08〜0.25%を含有
し、残部がAlおよび不可避不純物からなるとともに、
該不可避不純物中のCu、MnおよびCrがそれぞれ
0.05%以下に規制されており、さらに平均結晶粒径
が100μm以下であることを特徴とする。第2の発明
は、上記成分に、Ti:0.005〜0.05%、B:
0.0001〜0.004%を追加含有することを特徴
とする。
【0008】
【作用】本発明の押出形材は、優れた機械的性質を有し
ており(引張強さ245MPa以上、耐力206MPa
以上、伸び8%以上)、溶接構造用材料として必要な特
性を満たしているとともに、溶接時のミクロ割れが有効
に防止され、構造物としての安全性が確保される。以下
に、本発明における合金成分の限定理由について述べ
る。
【0009】Mg:0.65〜1.1% Si:0.40〜0.70% (但しMg2Siバランス組成より過剰なSi量0.0
5%以下)これらの成分は、微細なMg2Si化合物と
してマトリックスに析出し、強度を向上させる作用があ
る。しかし、Mgが0.65%未満、あるいはSiが
0.40%未満ではMg2Siの析出量が少なく所望の
強度を確保することができない。一方、Mgが1.1%
を越えるとMg2Si粒界析出物が生成するようになり
ミクロ割れが発生する。また、Siが0.70%を越え
た場合あるいはMg2Siの形成に必要なSi量よりも
過剰なSi量が0.05%を越えた場合には結晶粒界に
粗大なSi粒子が生成するようになり、溶接時のミクロ
割れが発生する。上記の観点からMgおよびSi量を上
記範囲に限定した。
【0010】Zr:0.08〜0.25% Zrは(AlZr)3Si化合物としてマトリックスに
分散し、再結晶粒の核として働き、押出時に再結晶を促
進して微細な再結晶粒を生成させる。しかし、その含有
量が0.08%未満では上記作用が得られず、一方、そ
の含有量が0.25%を越えると巨大な晶出物が生成す
るようになり、機械的性質、特に伸びの劣化を招くた
め、Zr含有量を上記範囲に限定する。なお、同様の理
由で下限をさらに0.1%越えとするのが望ましい。
【0011】Cu:0.05%以下 Cuは結晶粒界にAl−Cu−Mg系などの化合物を形
成したり、あるいは結晶粒界に偏析してその高温強度を
低下させ、ミクロ割れの発生を助長する。したがって、
ミクロ割れの発生を防止するためCu含有量を0.05
%以下に規制する。なお、同様の理由で、さらに、0.
02%以下とするのが望ましい。
【0012】Mn:0.05%以下 Cr:0.05%以下 これらの成分には再結晶を抑制する作用があるが、再結
晶を完全に抑制し繊維状組織とするためには多量に含有
させる必要があり、そうすると焼入性を低下させ強度の
低下を招くという不具合がある。一方、少量添加した場
合には再結晶の抑制効果によって却って粗大な再結晶粒
組織の生成を招くことになる。そこで本発明では、Mn
およびCrを添加せず、これを不純物として規制するこ
とによって粗大再結晶粒の生成を防止し、溶接時のミク
ロ割れを防止する。このためにはMn、Crともに0.
05%以下に規制する必要がある。なお、同様の理由で
0.02%以下とするのが望ましく、さらに0.02%
未満とするのが一層望ましい。なお、ミクロ割れを有効
に防止するためには、Cu,Mn,Crの全ての含有量
を規制する必要がある
【0013】Ti:0.005〜0.05% B:0.0001〜0.004% TiおよびBは、鋳造組織を微細化するため、所望によ
り、Ti:0.005〜0.05%、B:0.0001
〜0.004%の範囲で含有させることができる。
【0014】平均結晶粒径100μm以下 上記組成のAl合金は常法により、溶解、鋳造されて鋳
塊に溶製され、次いで均質化処理後、熱間で押出加工さ
れ押出形材に製造される。該Al合金は成分の選定及び
不純物の規制により微細な結晶粒を有しており、さらに
高温高速の押出しによって微細な結晶粒を有する押出形
材が得られる。従来のアルミニウム合金では粗大な再結
晶粒が生成されると十分な強度が得られないため、ある
程度の結晶粒の微細化が必要とされているが、細粒化に
よる強度の向上には限度があるため、強度向上の効果が
飽和する2百μm〜百数十μmの結晶粒径が目途にされ
ている。しかし、本発明では、これをさらに細粒にする
ことによってミクロ割れの防止に有効であることを見出
したものである。そのためには、この形材の結晶粒径を
平均粒径で100μm以下にする必要がある。これは1
00μmを越えると粒界析出物が粗大化し、かつ結晶粒
界への応力集中が生じるようになり、ミクロ割れを招く
ためである。なお、同様の理由で平均結晶粒径を70μ
m以下とするのが望ましい。また、これら結晶粒径に関
しては、平均粒径でなく実質的に上記粒径を有するのが
一層望ましい。
【0015】
【実施例】以下に、本発明を実施例により説明する。表
1に示す組成の204mm径の合金ビレットを常法によ
り溶製し、550℃で4時間の均質化処理後、押出温度
500℃、押出速度10m/minの条件で、肉厚2m
m、幅100mmのフラットバーに押出した。冷却は強
制空冷で行い、その後180℃で7時間の時効処理を施
すT5処理を行い供試材とした。
【0016】次に、各供試材の結晶粒径をミクロ組織観
察により測定し、機械的性質を引張試験により測定し
た。次に、各供試材につき以下に示す条件でMIG溶接
による突き合わせ溶を行った。 (溶接条件) 溶 加 材 JIS A5356WY 溶接電流 110A 溶接電圧 19V 溶接速度 950mm/min ガス噴出 15l/min(アルゴン) 得られた各溶接試験材につき、余盛削除後、側曲げ試験
を行って溶接熱影響部のミクロ割れ発生の有無を調べ
た。具体的には、溶接方向に直角に曲げ試験片を採取
し、曲げ半径R=1.5t(t=2mm)にて180゜
曲げを行い、溶接熱影響部において肉眼で観察可能なミ
クロ割れの発生を調べた。上記した結晶粒径および測定
機械的性質の測定結果ならびにミクロ割れの観察結果
は、表2に示した。
【0017】
【表1】
【0018】
【表2】
【0019】表2から明らかなように、本発明の範囲内
の合金形材(発明材)については、溶接熱影響部のミク
ロ割れの発生は認められず、また、母材の機械的性質も
目標値を満足することが判明した。これに対し、本発明
の範囲外の合金形材(比較材)では、大多数でミクロ割
れの発生が認められており、またその他のミクロ割れの
発生がなかった比較材では母材の機械的性質が目標値を
下回っていた。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明の溶接構造用
Al−Mg−Si系合金押出形材によれば、重量%で、
Mg:0.65〜1.1%、Si:0.40〜0.70
%(但しMg2Siバランス組成より過剰なSi量が
0.05%以下)、Zr:0.08〜0.25%を含有
し、さらに所望によりTi:0.005〜0.05%、
B:0.0001〜0.004%を含有し、残部がAl
および不可避不純物からなるとともに、該不可避不純物
中のCu、MnおよびCrがそれぞれ0.05%以下に
規制されており、さらに平均結晶粒径が100μm以下
であるので、溶接構造用材料として所望の機械的性質が
得られるとともに溶接時のミクロ割れが有効に防止され
ており、品質信頼性の高い溶接構造用アルミニウム材料
が得られる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、Mg:0.65〜1.1%、
    Si:0.40〜0.70%(但しMg2Siバランス
    組成より過剰なSi量が0.05%以下)、Zr:0.
    08〜0.25%を含有し、残部がAlおよび不可避不
    純物からなるとともに、該不可避不純物中のCu、Mn
    およびCrがそれぞれ0.05%以下に規制されてお
    り、さらに平均結晶粒径が100μm以下であることを
    特徴とする溶接構造用Al−Mg−Si系合金押出形材
  2. 【請求項2】 請求項1記載の成分に加え、Ti:0.
    005〜0.05%、B:0.0001〜0.004%
    を含有することを特徴とする請求項1記載の溶接構造用
    Al−Mg−Si系合金押出形材
JP21253195A 1995-07-28 1995-07-28 溶接構造用Al−Mg−Si系合金押出形材 Pending JPH0941063A (ja)

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