JPH0368098B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 この発明は熱間圧延のままで各種大型溶接構造
材などに使用されるAl−Mg合金熱延上り板、特
に高強度化のためにMg量を5.7％以上と高Mg化
したAl−Mg合金熱延上り板に関するものであ
る。 なお本明細書において熱延上り板とは、熱間圧
延機仕上げで冷間圧延機を通板しない板を意味す
る。 従来技術 従来の代表的Al−Mg合金である5083合金は、
非熱処理型高強度材であることから、近年の溶接
技術の進歩に伴なつてLNG（液化天然ガス）の陸
上貯蔵タンクや、タンカー用タンクなどの大型溶
接構造物、あるいはタンクローリーなどの大型成
形溶接構造物などに広く用いられるようになつて
いるが、材料使用量低減によるコストダウンを目
的として、この種の合金の強度をさらに向上させ
て薄肉化を図ることが強く望まれている。さらに
この種のAl−Mg合金には、実験用核融合炉の真
空チヤンバー材およびその他の付帯設備用として
導電率の低い高強度の構造用材への適用も期待さ
れており、そのためには一層の高強度化が望まれ
る。また一方、プラスチツク成形用の金型として
は従来は一般に熱処理合金が使用されていたが、
熱処理合金は一般に内部応力が高く、切削加工後
の寸法精度の面で問題となることが多かつた。そ
こで内部応力の低い非熱処理型合金であるAl−
Mg合金の高強度化を図ることにより、この種の
プラスチツク成形用金型の用途に対するAl−Mg
基合金の需要も期待される。 ところで5083合金は、JIS規格によればMg4.0
〜4.9％、Mn0.30〜1.0％、Cr0.05〜0.25％を含有
し、残部がAlおよび不可避的不純物よりなるも
のであつて、その他不純物成分としてCu0.10％以
下、Si0.40％以下、Fe0.40％以下、Zn0.25％以
下、Ti0.15％以下が許容されている。 このような5083合金を強度に寄与している合金
元素は主としてMg、Mn、Crであり、これらの
うちでも特にMgの含有量が多いことから、Mg
の強度に対する寄与が最も高い。そこでAl−Mg
合金の強度を従来の5083合金よりも高めるために
は、Mg添加量を5083合金の場合よりも増量して
５％以上とすることが考えられ、実際Mgの増量
により高強度化が図れることが確認されている
が、その反面Mgを増量すれば次に詳細に述べる
ように熱間圧延性が著しく損われる問題が生じ
る。したがつて従来はAl−Mg基合金における
Mg量は5083合金で規定されているように4.9％以
下が通常であつた。 発明が解決すべき問題点 前述にようにAl−Mg合金においてMgを増量
することは強度向上に有効であるが、その反面、
Mgを増量すればMgの固溶体硬化機構によつて
熱間変形抵抗が高くなり、熱間圧延性が著しく損
われる。またMgの含有量が６％前後を越えて高
くなれば、β相（Al₃Mg）のような低融点共晶
が結晶粒界に介在して熱間変形での粒界割れを助
長し、熱延圧延に際してエツジ割れ（端部亀裂）
やアリゲーター割れ（ワニ口亀裂）が生じ易くな
る。特にこの系の合金では、NaやCaが微量でも
存在すれば、熱間圧延中の脆性割れ感受性が著し
く高められる。 このようにAl−Mg合金のMg量を、従来の代
表的な5083合金のMg量（4.0〜4.9％）よりも増
量することは、強度向上には有効であるが、熱間
圧延性を著しく劣化させることから、５％以上の
Mgを含有するAl−Mg基合金板を製造すること
は、実験室的規模ではともかく、工業的規模では
困難とされていたのが実情である。 Al−Mg合金の熱間圧延性を改善するための方
法としては、前述のCa、Naなどの微量有害不純
物を最低限に抑えること、および粒界への合金成
分の偏析や低融点共晶の介在を、充分な均熱処理
により除去することが必要と考えられるが、前者
の方法ではそれだけでは多量のMgを含有するAl
−Mg合金の熱間圧延性を著しく改善することは
困難であり、一方後者の方法においても実生産規
模で低融点共晶の介在を充分に除去するまで均熱
することは困難であつて特にMgを５〜６％以上
の高濃度に含有する系では均熱処理のみによつて
熱間圧延性を改善することは困難であつた。 この発明は以上の事情を背景としてなされたも
のであつて、強度を向上させるべく5.7％以上の
Mgを添加した高Mg系のAl−Mg合金において熱
間圧延性を充分に改善したAl−Mg基合金の熱延
上り板を提供することを目的とするものである。 問題点を解決するための手段 本発明者等は、高Mg系Al−Mg合金における
熱間圧延性の向上策として、次のような手段を検
討した。すなわち熱間変形における破壊は主とし
て粒界破壊であることから、粒界への変形ひずみ
の集中を緩和することを検討した。このように
Al−Mg合金の熱間変形において粒界への変形ひ
ずみの集中を緩和するための具体的方策を見出す
べく研究を重ねた結果、Feを積極的に添加する
ことにより第二相化合物としてのAl−Fe共晶化
合物を分散させ、さらにはその共晶化合物をMn
の共存下において高温で安定なAl−Fe−Mn系化
合物として、それらの分散化合物相に変形のひず
みを分担させ、同時にTiもしくはTiおよびＢを
添加して結晶粒を微細化させることによつて、粒
界への変形ひずみの集中を実際に緩和させ、高
Mg系のAl−Mg合金でも熱間圧延性を著しく向
上させ得ることを見出し、この発明をなすに至つ
たのである。 具体的には、第１発明のAl−Mg合金熱延上り
板は、Mg5.7〜９％、Mn0.05〜1.0％、Cr0.05〜
0.3％、Ti0.005〜0.2％、Fe0.25〜1.00％を含有
し、残部がAlおよび不可避的不純物よりなるこ
とを特徴とするものである。 また第２発明のAl−Mg合金熱延上り板は、上
記各成分のほか、さらにCuを0.05〜0.3％含有す
るものである。 作 用 Mg量を5.7〜９％とした高Mg系のAl−Mg合
金において、Feを添加することにより第二相化
合物としてAl−Fe系共晶化合物が分散晶出され
る。この共晶化合物は、凝固過程で粒界近傍に分
散晶出されるため、熱間での変形のひずみが粒界
からこれらの分散晶出化合物にも分担されること
になる。そしてまた凝固過程で一旦晶出したAl
−Fe系共晶化合物は、Mnの共存によつて鋳造以
降の各種熱履歴過程で高温で安定なAl−Fe−Mn
系化合物となり、そのAl−Fe−Mn系化合物は熱
間圧延工程でさらに均一に破壊・分散化され、そ
の結果熱間での変形ひずみを均一に分散させて、
熱間圧延性を向上させる役割を果たす。 またTiを添加（必要に応じてTiおよびＢの複
合添加）することによつて結晶粒が微細化され
る。このように結晶粒が微細化されることによつ
て、粒界へ偏析した合金元素が均熱処理により拡
散均一化され易くなるとともに前述のβ相の如き
低融点共晶の微細化、分散化が達成され、かつま
た個々の粒界へのひずみ変形の集中の度合も減じ
られ、これらが総合的に作用して熱間圧延性を向
上させることができる。 このようにして、Feの添加による第二相化合
物の晶出と、Tiの添加（必要に応じてTi＋Ｂの
複合添加）による結晶粒微細化とが相俟つて、高
Mg系のAl−Mg合金でも熱間圧延性を充分に向
上させることが可能となる。 成分限定理由 次にこの発明における各成分の限定理由につい
て説明する。 Mg： Mgは非熱処理型Al合金において高強度化のた
めに有効な元素であるが、5.7％未満の量ではこ
の発明で目的とする程度の高強度が達成されず、
また5.7％未満のMg量では熱間圧延性もさほど問
題とはならない。一方９％を越えてMgを増量し
ても強度向上への寄与は少なくなり、経済的でな
くならから、5.7〜９％の範囲に限定した。なお
この範囲内でも特に高強度を得るためには、Mg
を６％以上、さらには７％以上とすることが望ま
しい。 Mn，Cr： これらの元素は強度、特に耐力の確保のおよび
耐応力腐食割れの低減に有効であるが、それぞれ
0.05％未満ではこれらの効果が得られない。一方
Mnが1.0％、Crが0.3％を越えれば金属間化合物
が多くなり、時には巨大金属間化合物が晶出して
健全な鋳塊が得られず、圧延材の品質の均一性を
損うおそれがあるから、Mnは0.05〜1.0％、Crは
0.05〜0.3％の範囲内に限定した。 Ti： Tiは結晶粒の微細化に効果がある元素であり、
その結晶粒微細化を通じて熱間圧延性を向上させ
る役割を果すが、0.005％未満では結晶粒微細化
の効果が認められず、一方0.2％を越えれば靭性
を劣化させるから、Tiの添加量は0.005〜0.2％の
範囲内に限定した。なおTiはＢと複合添加する
ことによりTi単独添加の場合よりも一層顕著な
結晶粒微細化効果を発揮するから、必要に応じて
Tiに併せてＢを添加しても良い。但しＢが0.001
％未満ではその効果が少なく、一方0.1％を越え
れば靭性が劣化するから、ＢをTiと複合添加す
る場合のＢ量は0.001〜0.1％の範囲内とすること
が好ましい。 Fe： Feは前述のように鋳造段階でAl−Fe系共晶化
合物を晶出させる。このAl−Fe系共晶化合物は
さらにMnの共存により鋳造以降の各種熱履歴過
程において高温で安定なAl−Fe−Mn系化合物と
なり、熱間圧延工程で均一に破壊、分散化され、、
熱間変形での変形ひずみの分散化を促進して熱間
圧延性を向上させる役割を果たす。Feが0.25％未
満ではMgを5.7％以上の高濃度に含有するAl−
Mg合金の熱間圧延性を充分に向上させることは
困難であり、一方Feが1.00％を越えれば化合物の
分布数が多過ぎて合金素材の延性、靭性を劣化さ
せるおそれがある。したがつてFeは0.25〜1.00％
の範囲内とした。 以上の各成分元素のほか、本願の第２発明では
Cuを0.05〜0.30％を含有することとする。すなわ
ち、Cuは耐応力腐食割れ性の改善に効果がある
が、0.05％未満ではその効果が認められず、一方
0.30％を越えれば、Mgを高濃度に含有するAl−
Mg合金では熱間圧延性を損うおそれがあるか
ら、第２発明におけるCu含有量は0.05〜0.30％と
した。 さらにこの発明の合金においては、不可避的不
純物としてSiが、またその他の不純物としてZn
が含まれることがあり、これらは次のような範囲
内で許容される。 すなわち、Znは0.50％まで許容される。Znが
0.50％を越えれば特に溶接熱影響部の耐食性に問
題が生じる。さらにSiは0.40％まで許容される。
Siが0.40％を越えれば、Al−Mg−Si系の共晶化
合物が増加し、これらは大入熱の溶接において溶
融して熱影響部の粒界のミクロ割れを招き易い。 なおこの発明の合金は易酸化性のMgを高濃度
に含む合金であるから、合金の溶製・鋳造時にお
ける溶湯の酸化を防止するため、Beを0.0001〜
0.002％程度添加することが好ましい。 実施例 第１表のNo.１〜No.12に示される組成の合金を、
Be1〜2ppmを添加して溶製し、金型により厚さ
40mm、幅110mm、高さ150mmのインゴツトに鋳造し
た。次いでそのインゴツトに対し460℃、30時間
以上の均熱処理を施した後、厚さおよび幅方向の
両面を１mmずつ面削して厚さ38mm、幅108mm、高
さ150mmとした。その面削後のインゴツトを460℃
にて１時間加熱後、実験用圧延機にて１パスの圧
下量を２mmとして圧延460℃炉中再装填を繰返し
て38mm厚から５mm厚まで熱間圧延した。そして熱
間圧延中のワニ口割れの有無の観察および５mm厚
圧延上りの状態でのエツジ部の割れ発生状況のラ
ンク付けによつて熱間圧延性を評価した。また熱
間圧延機の各板に対し350℃×50時間の仕上焼鈍
を行つて０材とした後、引張試験を行つて機械的
特性を調べた。それらの結果を第２表に示す。な
お第２表において熱間圧延性の評価についてのエ
ツジ割れ発生状況のランクＡ、Ｂ、Ｃは次のよう
に区分した。すなわちＡはエツジ割れの発生が従
来の5083合金なみの微小割れにとどまつた場合、
Ｂはエツジ割れが従来の5083合金なみの程度を越
えて10mm以下の場合、Ｃは10mm以上のエツジ割れ
が発生した場合を示す。 第２表から明らかなようにこの発明の組成範囲
内の合金（No.１〜No.５）いずれも従来の5083合金
と同等の良好な熱間圧延性を示し、また強度面も
特にMg含有量を７％以上としたNo.１、３〜５の
合金では引張強さが37Kg／mm³以上、耐力が17Kg／
mm³以上と高強度、高耐力を示すことが確認され
た。これに対しFe含有量が本願発明範囲よりも
少ない比較合金No.９、10、12とTi無添加の比較
合金No.11においてはいずれも熱間圧延性が劣つて
おり、またCrもしくはMnの含有量が本発明範囲
より少ない比較合金No.７、８においては耐力が劣
ることが判明した。

【表】

【表】 発明の効果 以上の説明で明らかなようにこの発明のAl−
Mg合金熱延上り板においては、強度を向上させ
るべく従来の5083合金よりもMg量を増量したも
のであるにもかかわらず、熱間圧延性は従来の
5083合金と同等以上に優れており、熱間圧延に支
障を来たすことなく安定して割れ等のない板材と
することができる。したがつて非熱処理型高強度
Al合金熱延上り板として、従来よりも一層強度
を高めたAl−Mg合金材を実生産的規模で製造す
ることが可能となり、Al−Mg合金を用いた大型
溶接構造物の薄肉化を通じてそれらの構造物のコ
スト低減を達成することができるとともに従来熱
処理型合金を用いていた分野への適用によつて熱
処理コストの低減を図り得る等各種の利益をもた
らすことができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Mg5.7〜９％、Mn0.05〜1.0％、Cr0.05〜0.3
   ％、Ti0.005〜0.2％、Fe0.25〜1.00％を含有し、
   残部がAlおよび不可避的不純物よりなることを
   特徴とする熱間圧延性の優れた高耐力アルミニウ
   ム−マグネシウム合金熱延上り板。 ２ Mg5.7〜９％、Mn0.05〜1.0％、Cr0.05〜0.3
   ％、Ti0.005〜0.2％、Fe0.25〜1.00％、Cu0.05〜
   0.3％を含有し、残部がAlおよび不可避的不純物
   よりなることを特徴とする熱間圧延性の優れた高
   耐力アルミニウム−マグネシウム合金熱延上り
   板。