JPS59123734A - 電気抵抗を高めた構造用低放射化アルミニウム合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、構造用材料として有用な新規なアルミニウム
（Ａ［）合金に係り、特に電気抵抗特性を高めた、低誘
導放射化特性を有する、核融合炉等の構造用材料として
好適なＡ４合金に関するものである。

従来のＡ１合金は、電気抵抗値の小さい、即ち電気伝導
性能の良好な合金として知られ、電線材料等に使用され
てきたが、最近ではＡｇ材料の用途が広がり、むしろ電
気抵抗値の高いＡ、　ｌ材料が求められるようになって
きている。

例えば、核融合反応プラズマ実験装置、更にはその延長
線上にある核融合動力炉等における真空容器、トロイダ
ルコイル枠等は、ステンレス鋼を使用した設計であるた
め、ＤＴ核反応によって発生する中性子によって相当程
度、誘導放射化されるところから、それら装置の保守、
修理等に際しての作業者の接近が制限され、それ故かか
る核融合炉の装置構造材料として低誘導放射化材料を用
い、作業者の接近を可能なようにするのが有利なことは
、装置維持の観点からしても明らかなところである。

ところで、このような装置の放射化レヘルを犬幅に低減
させ得る元素としては、Ｃ，Ｓｉ、Ａβ。

Ｍに、Ｖ、Ｎｌ）がこれまでに挙げられているが、その
中でもＡｇが構造用材料として、また工業的な製造にお
いても、最も適したものと考えられる。

而して、このような核融合炉等の構造用材料を選択する
にあたって考慮すべき事項としては、（１）熱的特性を
考慮した機械的強度、（１１）電気的特性、（ｉｉｉ）
製作訃、加工性、（ＩＶ）中性子による誘導放射能、か
挙げられ、Ａｄ材料を用いた場合においても、その合金
成分を考慮すること（・てよって、それらの要求を１偽
足させる必要かあるのであるが、特にＡｇ材料にあって
は、誘導放射能レー、ルを低く維持しつつ、構造用Ａ’
Ａ掛として擾れた機械的強度を有し、また電気的特開に
も優れたものである必要がある。けたし、懐融合炉に用
いられている前述した如き構造用材料には、強磁場が作
用することとなるが、従来からのＡ　Ｉ合金では電気抵
抗が小さく、それ故従来のＡｄ金合金そのまま核融合炉
用の構造用材料として使用することは困難であったので
ある。

因みに、強磁場中てＡｄ材料を使用すると、誘導電流を
発生するが、この誘導電流の大きさは材料の導電率に比
例して大きくなるのである。例えば、透磁率μ、導電率
σである固定された充分長い円柱状導電体の中心軸方向
に一様に磁界Ｈを加えて、これをｄＨ／ｌｉｔの速さで
増加させるとき、該導電体の中に生ずる電流密度Ｊの方
向は、円周方向で、その大きさは次式で与えられること
か知られている。但し、ｒは、円柱の半径である。

ところで、この誘導電流は外部磁界によりフレミングの
左手の法則に従って電磁力を受けるために、材料自身に
大きな力が働くこととなる。それ故、この力を少なくす
るためには、できるだけ電気抵抗値の高いｋ１合金が必
要となってくるのである。

ここにおいて、本発明者等は、かかる事情に鑑みて種々
研究を重ねた結果、合金成分を種々下火することによっ
て、電気抵抗の大きな、特に電気抵抗値が５７μΩｃｍ
以上にもなる、また構造用材料に必要な引張強度の高い
、低誘導放射化Ａ、　ｄ合金が得られることを見い出し
、本発明に到達したのである。

すなわち、本発明の主要な目的は、電気抵抗特性を高め
た構造用低放射化Ａｅ金合金提供することにある。

また、本発明の他の目的は、電気抵抗の高い、且つ材料
強度の高い低放射化Ａｌ１合金からなるＲ’）造用拐利
、特に強磁場の作用する咳電１合炉等に好適に用いられ
得る溝の用（２料を提供することにある。

そして、かかる目的を達成するために、本発明にあって
は、まず重量で、４０〜８０％のＭシ（マグネシウム）
、０００１〜００２％の］３Ｃ（ヘリリウム）及び００
５〜０５０％のＢｉ（ビスマス）を含み、且つ０．０５
〜０２０％の１゛１（チタン）、００５〜０４０％のＯ
ｒ（クロム）、００５−０．３０％のＺｒ（ジルコニウ
ム）、００５〜０３５％の■（バナジウム）及び００５
１〜０３０％のＷ（タングステン）からなる群より選ば
れ７゜１種又は２種以上を含み、残りがＡ、　ｌ及び不
可避的不純物からなるように合金成分を調製したのであ
り、これによって誘導放射能レヘルを低減させつつ、電
気抵抗特性並びに引張強度を高め、特に電気抵抗値か５
７μΩｃｍ以上、引張強度：σＩＩが３０ｋｇ／ｍｆｆ
１以上の優れた性能を有するＡＩ合金利材料有利に得ら
れることとなったのである。

かくの如き本発明において、Ａβに配合される合金成分
たるＭ　ｇは、形成される合金の強度と電気抵抗特性を
高めるための必須の成分であって、その添加効果を充分
に発揮させるためには、少なくとも４０％（重量基準。

以下同じ）以上、望ましくは４５％以上の割合でＡ１合
金中に含有せしめられる必要がある。なお、Δ・１ｇの
含有毎が少な過ぎると強度が低下し、また目的とする電
気抵抗特性の上昇を充分に図り得なくなる。また、Δ・
１ｇの含有脹があまりにも多過ぎると、圧延、押出し等
の熱間加工が困難となる等の問題を生ずるところから、
その上限は８．０％とする必要がある。

また、Ｊ３　（、！は上記Δ（ｇの酸化を１坊ＩＪ−シ
、かかるＭ、　ｇの添加効果を最大限に発揮せしめるた
めの元素であるが、それがあまりにも多尾に添加される
と、鋳造作業時端において有四カスを発生する問題を生
しると口ろから、その添加量は０００１〜００２％の範
囲内に止める必要かあり、史にＢ　ｉは、形成される合
金の応力腐食割れを防止する一Ｌにおし）で、優れた効
果を発揮し、かかる合金から製造される構造用４Ａ料の
特性を向上せしめるに有効な元素であるか、その添加量
が多源ぎると、添加されたＡｌｇとの間にＭ、　ｇ　３
　Ｂ　＋　２を形成して結晶粒界に析出し、強度を低下
せしめるよう・、でなるので、その添加１トは０．０５
〜０．５０％の範囲内に止及びＷは、何れも電気抵抗を
高めると共に、結晶粒を微細化する元素であって、本発
明に従うＡ５合金絹組成らなる溶湯から鋳造して得られ
る鋳塊の組織を微細化せしめ、構造用イ２料としての望
ましい性質を付与するものであるが、それら元素かあま
りにも多源きると、Ａでとの間において金属間化合物を
形成してそれを晶出せしめ、靭性に悪影響を与えるとこ
ろから、Ｔｉでは００５〜０２０％、Ｃｒでは０．０５
〜０．４０％、Ｚｒては０．０５〜０３０％、■では０
．０５〜０３５％、Ｗては０．０５〜０．３０％の割合
で、それぞれ含有せしめられることとなる。なお、これ
ら５種の元素は、その単独若しくはそれらの２種以上の
組み合せにおいて用いられるものである。

そして、かくの如き合金成分並ひに組成範囲を有する本
発明に従う八で合金は、それから各種用途に用いられる
構造用材料を形成するために、先ずＡ、　１合金の溶湯
が調製された後、かかる溶湯から公知の通常の手法に従
って所定の合金鋳塊が鋳造され、次いてその得られた鋳
塊には凝固、ｆ、ｆｌ織（合金成分）を均一化せしめる
ための熱処理、所謂均質化処理（ソーキング）が施され
、更にその後常法に従って熱間圧延、冷間圧延が施され
、また必要に応して軟化処理等の後処理か施されて、目
的とする用途の構造用材料に形成されるのである。

なお、かくの如き本発明に従うへ４合金からなる鋳塊の
処理条件としては、一般に通常のＡ（Ｊ　４４判の処理
条件範囲内において適宜に選定されるものであり、例え
ば均熱処理では４００〜５５０°Ｃのｌ都度条件が抹用
され、また熱間圧延は３００〜４００°Ｃ１更に軟化処
理は３００〜４００°Ｃて実施されることとなる。

かくして得られたＡ１合金材利は、低放射［ヒ効果、特
にＩ）１゛核燃焼において生しる中′Ｉ′Ｉ：Ｆ−の、
ｌＩ＜４射によって（２料に与えられる残留放射能レヘ
ルの低減ｔヒ効果を具ｆｌｌｆすると共に、電気抵抗１
１へか従来の）＼ｅイオ別に比して著しく高められてお
り、特に本発明に従う合金成分並びにその含有量の選択
によって、電気抵抗値か５７μΩｃｍ以上のものも仔利
に得ることができ、しかもそれは強度的にも引張強度（
σ１．）が３０　ｋｇ　／　ｍｎ１以上の性能をも具備
するものであって、これにより強磁場で用いられる核融
合炉における真空容器やフィル枠等の構造用拐利として
有利に用いられ得ることとなったのである。

以下に、本発明を更に具体的に明らかにするために、本
発明の実施例をいくつか挙げるが、本発明がそれらの実
施例の記載によって何等の制約をも受けるものでないこ
とは言うまでもないところである。

実施例　１ 下記第１表に示す合金組成の各種のＡ、　１合金溶湯を
調製し、次いて連続鋳造法にて造塊することにより、各
種の矩形鋳塊を得た。その後、それら各種の鋳塊を、５
００°Ｃの温度下において均熱化処理し、更に３５０°
Ｃて熱間圧延した後、冷間圧延を施し、更に最終的に３
６０°Ｃの温度て瞠化処理した。

このようにして得られた各種合金組成のＡ、　１合金板
材について、それぞれ、その電気抵抗特性と引張強度特
性を調べ、その結果を第２表に併せ示した。なお、電気
抵抗特性はＡＳＴＭ−Ｂ−１９３に従う電気伝導度を示
すｌＡＣ３の値て求め、また引張強度はＪＴＳ−Ｚ−２
２４１の測定方法によって求め、その結果を第２表に示
したつなお、ＴＡＣ８値は、その値が小さいほど電気抵
抗が犬なることを示しており、それが３０％のとぎ５７
μΩｃｍの電気抵抗に相当するものである。また、各板
材についての応力腐食割れ特性についても調べ、その結
果を第２表に示したが、その試験は圧延方向で採取した
試験片を１２５１・（Ｌ：試験片板厚）でし１字型に曲
げ、クロム酸混合液中で３０分間煮沸することによって
、割れの発生の面前を５周べる方１人によった。

また、第２表における残留放射能評価は、■）−丁反応
後、１ケ月経過した時の残留放射能レベルによって行な
い、同表中の○印は人間が近づいても殆んど問題ないし
”ニル（（ｌ　Ｑ　　’　ｍｒｅｍ　／　ｈｒ　）を、
またΔ印は若干考１ζする必要があるレベル（ｌ　Ｑ　
　’　〜ｌ　Ｑ−２ｍｒｃｍ　／ｌ＋ｒ）を、更にＸ印
は人間がその合金からなる構造材料、例えば核融合炉の
真空容器なとに近づけないレベル（）　１．　Ｑ　　’
ｍｒＣｍ／ｈｒ）を、それぞれ示している。

下記第２表の結果から明らかな如く、本発明に従う合金
組成範囲のＡ４合金は何れもｌＡＣ３値が低く、換言す
れば電気抵抗値が大きく、また引張強度も構費用材料と
して有用な、極めて高い値を示している。

また、Ｎｏ、１７の合金組成ではＭｇの含有量が８．０
％以上となっているために、加工ｊｌｌＪれを生し、更
にＮｏ、１８の合金組成ではＢ１が添加されていないた
めに、応力腐食割れを生し、構造用材料としては望まし
くないものであった。

更に、Ｎｏ、１９．２０の如（ＭｇやＢ！の含有量が本
発明の範囲から外れることにより、ｌＡＣ３値、σ１３
の値とも何れも本発明に従う１〜１６の合金組成のもの
に比して劣っていることが認めら第　　　　１　　　　
表 ′８　、’５．７：０．３０１０．０ＩＯ，’０．１１
　−、：　　　：、　０．１０−：’　１“９１５，２
１０．２□ｌｏ、ｏ　Ｉ２．−６゜６．。＋５１−１曙
−−。

１１３１４．７・０．３１ｊ０．００９’　−Ｏ，＋５
−’　−−□　二ケ、：第　　　　２　　　　表 註、　○・・応力腐食割れなし ｅ−・応力腐食割れ有り

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）型取で、４０〜８０％のＭド、０００１〜０．０
   ２％の１３（・および０．０５〜０５０％のＢ１を含み
   、且つ０．０５〜０２０％のＴ１．０．０５〜０４０％
   のｃ　ｒ、　ｏ　０５〜ｏ、ａ　Ｏ％（７）Ｚ　ｒ。 ００５〜０，３５％の■及び００５〜０．３０％のＷか
   らなる群より選ばれた１種または２種以上を含み、残り
   がＡ５および不可避的不純物からなる、電気抵抗を高め
   た構造用低放射化アルミニウム合金。
2. （２）電気抵抗値が５７μΩｃｍ以上であり、且つ引張
   強度°σ１１が３０ｋｇ／−以上である特、＋ｆ請求の
   範囲第１項記載のアルミニウム合金。