JPH0693365A - 耐食性に優れた高強度Ａｌ−Ｍｇ系合金とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐食性に優れた高強度Ａl−Ｍg系合金とその
製造方法を提供する。 【構成】 この合金は、Ｍg：４.０〜６.０％、Ｍn：
０.４〜１.０％、Ｃr：０.０５〜０.２％を含み、更に
Ｔi：０.０５％以下を含み、残部がＡlと不可避的不純
物からなり、微細な亜結晶粒に粗大なβ相が均一に析出
した組織を有することを特徴としている。上記化学成分
を有するＡl−Ｍg系合金について、常法に則り均熱処
理、熱間圧延を行い、所定の製品厚さまで調整した後、
加熱時間１２０min以内、圧延開始温度２００℃以上２
７５℃未満の条件にて温間圧延を開始し、圧延率の合計
が１０％以上からなる温間圧延を行い、温間圧延後、２
００℃以上２７５℃未満にて３時間以上７２時間以下か
らなる加熱処理を施すことにより製造できる。５４５６
−Ｈ３２材程度の高い強度を有しながら、耐食性におい
てＨ３２材を上回る優れた特性を有し、船舶構造材料等
に適している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は耐食性に優れた高強度Ａ
l−Ｍg系合金に係り、更に詳しくは、船舶用構造材料等
に適する耐食性に優れた高強度Ａl−Ｍg系合金とその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
船舶用の高強度高耐食性アルミニウム合金としては、Ａ
l−Ｍg系合金である５０８３(Ａｌ−４.０〜４.９％Ｍg
−Ｍn−Ｃr系合金)や、５４５６(Ａl−４.７〜５.５％
Ｍg−Ｍn−Ｃr系合金)が使用されてきた。Ａl−Ｍg系合
金は耐食性に優れた合金であり、且つＭgの添加量が増
えるにつれ機械的強度も増大するという極めて優れた特
性を有している。

【０００３】Ａl−Ｍg系合金は非熱処理型合金であるた
め、強度を更に高めるためには冷間加工を加えるが、加
工後長時間放置するとβ相が特に粒界上に連続的に析出
し易くなる。このβ相はマトリックスに対して極めて電
位が低く、海水等の腐食環境下において優先的に溶出す
るため、応力腐食特性割れ(ＳＣＣ)、粒界腐食及び層状
腐食などが起こり易くなる。この現象は、Ｍgの添加量
が３.５％程度以上の合金において顕著に現れる。

【０００４】このため、従来より、５０８３、５４５６
では、高い強度と耐食性との特性を得るために、調質記
号Ｈ３２で表わされる冷間加工とその後の１５０℃程度
の加熱からなる処理を施し、β相を予め析出させておく
手段が採られてきた。

【０００５】しかしながら、調質Ｈ３２材といえども５
４５６のようにＭg添加量が大きいと、需要家において
冷間加工等の加工を受けると、長時間の使用によっては
腐食が進行する場合がある。これは、室温においてマト
リックス中に過飽和に固溶していたＭgが需要家におい
て受けた加工によって生じた滑り線に沿って粒界等に優
先的に析出するために生じるためであり、調質Ｈ３２で
は十分な耐食性を実現することはできない。

【０００６】また、Ａl−Ｍg系合金の耐食性の改善に
は、特公昭３９−２７６３号に示されるように、急速冷
却、冷間圧延、加熱処理からなる処理が提案されてい
る。これは、β相の固溶状態において、冷間加工を加え
た後、加熱処理を実施することによって、β相の析出形
態を改善しようとするものである。

【０００７】しかしながら、５０８３、５４５６のよう
にＭgを多く添加されたＡl−Ｍg系合金においては、冷
間加工時に発生する変形抵抗は極めて大きく、製造には
極めて困難を要する。また、船舶構造材のような厚板で
は、急速冷却によっても板厚方向に冷却速度の差が生
じ、板中心部においてはβ相を固溶状態にすることは事
実上困難であり、その後の冷間加工及び加熱処理によっ
ても、耐食性を改善することは難しい。

【０００８】本発明は、上記従来技術の欠点を解消し
て、５４５６−Ｈ３２材程度の高い強度を有しながら、
耐食性においてＨ３２材を上回る特性を有するＡl−Ｍg
系合金を提供すること、並びにその製造方法を提供する
ことを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明者は、５４５６の耐食性の改善策について種
々の試験を行った結果、温間圧延とその後の加熱処理を
組み合わせることにより、５４５６−Ｈ３２材と同等以
上の強度を有しながら耐食性においてＨ３２材を上回る
特性を有するＡl−Ｍg系合金を提供することができるこ
とを見い出した。

【００１０】すなわち、Ａl−Ｍg系合金の耐食性を良く
するためには、既に知られているように、腐食の原因と
なるβ相の特定箇所への析出を避け、出来るかぎりβ相
を特に粒内へ均一に析出させる必要がある。また、高い
強度を得るには再結晶を生じさせてはならない。これは
β相の優先的な析出箇所となる粒界を生じさせない点か
らも必要である。

【００１１】そこで、本発明者は、これらの観点から更
に研究開発を進めたところ、５４５６の成分を有するＡ
l−Ｍg系合金に、再結晶を生じさせない温度及び加熱時
間内において一定量以上の加工を加えることにより、微
細な亜結晶粒からなる組織に微細なβ相を均一に析出さ
せ、その後にβ相の固溶温度以下において加熱処理を施
すことにより、均一に分布したβ相を更に粗大化させた
ミクロ組織を得ることによって、５４５６−Ｈ３２材と
同等以上の強度を有しながら耐食性においてＨ３２材を
上回る特性を有するＡl−Ｍg系合金を提供することがで
きることを見い出した。加工を開始する段階におけるミ
クロ組織は未再結晶組織で且つＭgは出来るかぎり固溶
状態であるほうが望ましいが、再結晶を生じさせない温
度及び加熱時間内において一定量以上の加工を加えるこ
とにより、微細な亜結晶粒からなる組織に微細なβ相を
均一に析出させ、その後にβ相の固溶温度以下において
加熱処理を施すことにより、均一に分布したβ相を更に
粗大化させたミクロ組織を得ることが可能である。

【００１２】本発明は、必須成分として、Ｍg：４.０〜
６.０％、Ｍn：０.４〜１.０％、Ｃr：０.０５〜０.２
０％を含み、更にＴi：０.０５％以下を含み、残部がＡ
lと不可避的不純物からなり、微細な亜結晶粒に粗大な
β相が均一に析出した組織を有することを特徴とする耐
食性に優れた高強度Ａl−Ｍg系合金を要旨としている。

【００１３】また、その製造方法は、上記の化学成分を
有するＡl−Ｍg系合金について、常法に則り均熱処理、
熱間圧延を行い、所定の製品厚さまで調整した後、加熱
時間１２０min以内、圧延開始温度２００℃以上２７５
℃未満の条件にて温間圧延を開始し、圧延率の合計が１
０％以上からなる温間圧延を行い、温間圧延後、２００
℃以上２７５℃未満にて３時間以上７２時間以下からな
る加熱処理を施すことを特徴としている。

【００１４】以下に本発明を更に詳細に説明する。

【００１５】

【作用】

【００１６】まず、本発明においては、必須成分とし
て、Ｍg：４.０〜６.０％、Ｍn：０.４〜１.０％、Ｃ
r：０.０５〜０.２０％を含み、更にＴi：０.０５％以
下を含み、残部がＡlと不可避的不純物からなるＡl−Ｍ
g系合金を対象としている。

【００１７】ここで、Ｍgはそれ自体の固溶体強化によ
り材料に強度を付与する効果がある元素であり、４.０
％未満ではその効果が得られず、また６.０％を超える
とβ相が多く析出するため耐食性の低下が生じるので好
ましくない。

【００１８】また、Ｍn、Ｃrは、その添加量が多いと粗
大な金属間化合物が成長し、著しく成型性が低下する
が、耐食性改善のための結晶粒径制御を目的に微量添加
する必要がある。また、これらの添加により転位密度の
低下が抑制され、材料に高強度を付与する効果がある。
よって、Ｍnの添加量は０.４〜１.０％、Ｃrの添加量は
０.０５〜０.２０％とする。

【００１９】Ｔiは、一定量以上添加されると粗大な晶
出物が生成され、成形性が著しく低下し、構造材として
の特性を満たさなくなる。しかし、結晶粒径の調製には
微量添加が必要である。よって、Ｔiの添加量は０.０５
％以下とする。

【００２０】なお、ＺrはＭn及びＣrと同様の効果が得
られるので、必要に応じて添加することができる。添加
する場合は０.２０％以下とする。また、不可避的不純
物としてはＦe、Ｓi、Ｚn、Ｃu等々が挙げられるが、い
ずれも可及的に少ない量であるのが望ましい。例えば、
Ｃu≦０.１％、Ｓi≦０.４％、Ｆe≦０.４％、Ｚn≦０.
２５％である。

【００２１】上記Ａl−Ｍg系合金の製造方法は以下のと
おりである。

【００２２】まず、Ａl−Ｍg系合金について、常法に則
り均熱処理、熱間圧延を行い、所定の製品厚さまで調整
した後、温間圧延を行う。この温間圧延では、加熱時間
１２０min以内、圧延開始温度２００℃以上２７５℃未
満の条件にて温間圧延を開始し、圧延率の合計が１０％
以上からなる温間圧延を行うことによって、微細な亜結
晶粒からなる組織に微細なβ相を均一に析出させる。

【００２３】この場合、加熱時間が長すぎても、加熱温
度が高すぎても再結晶が生じてしまい、高強度で且つ耐
食性に優れたＡl−Ｍg系合金を製造することはできな
い。加熱温度は２７５℃未満であれば温度が低くても問
題はなく、極端な場合、冷間加工でも効果は得られる。
但し、この場合は加工を開始する段階におけるミクロ組
織は未再結晶組織で且つＭgは出来るかぎり固溶状態で
ある方が望ましく、また、加工時に大きな変形抵抗が生
じる。故に、加工を開始する段階における初期ミクロ組
織に左右されず、且つ加工のし易さより、加工時は２０
０℃以上２７５℃未満の温度から加工(温間圧延)を開始
する必要がある。

【００２４】また、圧延率は合計で１０％以上であるこ
とが必要である。１０％未満では十分な加工組織が得ら
れず、また加工時に生じるβ相の核の生成が少なくな
り、これによりβ相が均一に分散されにくくなり、耐食
性が低下するため、好ましくない。

【００２５】次いで、温間圧延後、β相の固溶温度以下
において、より具体的には２００℃以上２７５℃未満の
温度にて３時間以上７２時間以下からなる加熱処理を施
す。これによって、加工時に均一分布状に生じた微細β
相を更に粗大化させたミクロ組織を得ることができる。

【００２６】このミクロ組織は微細な亜結晶粒から構成
されているために高い強度を有し、且つ粗大なβ相が均
一に析出しているために、海水等の腐食環境下において
特定の箇所に腐食が集中せず、素材表面のβ相が溶出し
ただけで、それ以上の腐食は進行しないという、極めて
高い耐食性を有している。

【００２７】以上の製造工程によって得られるＡl−Ｍg
系合金は、５４５６−Ｈ３２材と同等以上の強度を有し
ながら耐食性においてＨ３２材を上回る特性を有してい
る。

【００２８】次に本発明の実施例を示す。

【００２９】

【実施例１】

【００３０】表１に示す化学成分を有するアルミニウム
合金鋳塊について表２に示す条件にて均熱及び熱間圧延
を行い、得られた２４mm厚の板材を図１中の条件にて温
間圧延後、２００℃×７２hrの加熱処理を行い、機械的
性質を調査した。更に、腐食特性は、２００℃×７２hr
の加熱処理後、３０％冷間圧延とその後の１２０℃×７
日間の加熱からなる鋭敏化処理を施した後、調査した。
なお、従来から使用されているＨ３２材を比較材とする
ため、表１に示した化学成分を有するアルミニウム合金
鋳塊から常法によりＨ３２材を製作し、機械的性質及び
鋭敏化処理後の腐食特性を調査した。引張試験、腐食特
性試験方法を表３に、また試験結果を表４に示す。

【００３１】表４に示すように、本発明範囲内での温間
圧延と加熱処理を行った例では、いずれも、Ｈ３２材と
同等以上の強度を有し、且つＨ３２材を上回る良好な腐
食特性が得られることがわかる。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】

【表３】

【００３５】

【表４】

【００３６】

【実施例２】

【００３７】表５に示す化学成分を有するアルミニウム
合金鋳塊を表２に示す条件にて均熱及び熱間圧延を行
い、得られた２４mm厚の板材を図１中の条件にて温間圧
延後、２７０℃×３hrの加熱処理を行い、機械的性質を
調査した。更に、実施例１の場合と同じように、腐食特
性を調査した。また、従来から使用されているＨ３２材
を比較材とするため、表５に示した化学成分を有する鋳
塊から常法によりＨ３２材を製作し、機械的性質及び鋭
敏化処理後の腐食特性を調査した。なお、引張試験、腐
食特性試験方法は実施例１と同じである。試験結果を表
６に示す。

【００３８】表６に示すように、表５中の使用合金１に
対して、本発明範囲内の条件で温間圧延と加熱処理を行
った例では、いずれも、Ｈ３２材と同等以上の強度を有
し、且つＨ３２材を上回る良好な腐食特性が得られてい
る。

【００３９】

【表５】

【００４０】

【表６】

【００４１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
５４５６−Ｈ３２材程度の高い強度を有しながら、耐食
性においてＨ３２材を上回る優れた特性を有するＡl−
Ｍg系合金を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例における温間圧延条件を示す図である。

【図２】層状腐食試験の結果についての評価基準(金属
組織)を示す写真である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で(以下、同じ)、必須成分とし
   て、Ｍg：４.０〜６.０％、Ｍn：０.４〜１.０％、Ｃ
   r：０.０５〜０.２０％を含み、更にＴi：０.０５％以
   下を含み、残部がＡlと不可避的不純物からなり、微細
   な亜結晶粒に粗大なβ相が均一に析出した組織を有する
   ことを特徴とする耐食性に優れた高強度Ａl−Ｍg系合
   金。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の化学成分を有するＡl
   −Ｍg系合金について、常法に則り均熱処理、熱間圧延
   を行い、所定の製品厚さまで調整した後、加熱時間１２
   ０min以内、圧延開始温度２００℃以上２７５℃未満の
   条件にて温間圧延を開始し、圧延率の合計が１０％以上
   からなる温間圧延を行い、温間圧延後、２００℃以上２
   ７５℃未満にて３時間以上７２時間以下からなる加熱処
   理を施すことを特徴とする耐食性に優れた高強度Ａl−
   Ｍg系合金の製造方法。