JPH09104940A

JPH09104940A - 溶接性に優れた高力ＡｌーＣｕ系合金

Info

Publication number: JPH09104940A
Application number: JP7261350A
Authority: JP
Inventors: Tomiharu Okita; 富晴沖田
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1995-10-09
Filing date: 1995-10-09
Publication date: 1997-04-22

Abstract

(57)【要約】【課題】高強度で、溶接性、耐応力腐食割れ性に優れ
ており、しかも加工性にも優れている、溶接構造用Ａｌ
合金を提供する。【解決手段】Ｃｕ２〜８重量％、Ｓｃ０．０３〜３．
０重量％を含有し、且つ、Ｔｉ０．００５〜０．２重量
％、Ｂ０．０００１〜０．０８重量％のうち少なくとも
１種を含み、更にＳｉ０．０７〜１．５重量％、Ｆｅ
０．１〜１．５重量％、Ｍｇ０．２〜２．０重量％、Ｍ
ｎ０．０１〜１．５重量％、Ｃｒ０．０１〜０．６重量
％、Ｖ０．０１〜０．５重量％、Ｎｉ０．０５〜３．０
重量％、Ｍｏ０．０１〜０．５重量％、Ａｇ０．０３〜
１．０重量％、Ｚｒ０．０１〜０．２５重量％、希土類
元素（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍのうち１種または
２種以上）０．０３〜５．０重量％、のうち１種または
２種以上を含有し、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高力Ａｌ−
Ｃｕ系合金。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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高力アルミニウム
合金に関し、さらに詳しくは、４００Ｎ／ｍｍ²以上の
引張強さが得られ、しかも溶接性、耐応力腐食割れ性に
優れた高力Ａｌ−Ｃｕ系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、溶接可能で、引張強さ
が４００Ｎ／ｍｍ²以上得られ、しかも耐応力腐食割れ
性に優れた高力アルミニウム合金の要求が高まって来て
いる。ＪＩＳの１０００系（純アルミニウム）、３００
０系合金（Ａｌ−Ｍｎ系合金）、５０００系合金（Ａｌ
−Ｍｇ系合金）は、溶接性は優れているが強度が低く、
引張強さが４００Ｎ／ｍｍ²以上は得られない。６００
０系合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金）は、溶接時の熱影
響部にミクロ割れが発生し易く、引張強さも４００Ｎ／
ｍｍ²以上は得られない。７０００系合金の内、Ａｌ−
Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ合金（Ａ７０７５等）は引張強さ４０
０Ｎ／ｍｍ²以上得られるが、溶接性に劣る。７０００
系合金の内、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金（Ａ７Ｎ０１、Ａ
７００３等Ｃｕを含まない合金）は引張強さが４００Ｎ
／ｍｍ²以上で溶接が可能な合金であるが、熱処理方
法、熱処理条件によっては応力腐食割れが発生する場合
があり、応力腐食割れを防止する為には、Ｔ６処理（２
段時効）やＴ７処理を施す必要がある。２０００系合金
（Ａｌ−Ｃｕ系合金）は、強度は４００Ｎ／ｍｍ²以上
得られ、耐応力腐食割れ性にも優れるが溶接性に劣る。
Ａｌ−Ｃｕ系合金で唯一溶接が可能なＡ２２１９合金で
さえも溶接性は完全とは言いがたい。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ＪＩＳで規定している
２０００系合金（Ａｌ−Ｃｕ系合金）の中には、Ａ２０
１４、Ａ２０１７、Ａ２０２４、Ａ２２１９等があり、
それらのＴ６材の引張強さはいずれも４００Ｎ／ｍｍ²
以上であり、応力腐食割れも発生しない。しかし、Ａ２
２１９を除いた他の材料は溶接割れが発生し易いため溶
接構造材料としてはほとんど用いられていない。Ａｌ−
Ｃｕ系合金のＣｕ量と溶接割れ長さの関係は図１のごと
くであり、Ｃｕが１〜３ｗｔ％の時、最も割れ易い（同
図において、ｃｍはｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｍ
ｅｔａｌの略である）。Ａ２２１９はこの割れのピーク
値以上Ｃｕが添加されているため割れが比較的起こりに
くいのであるが、他の合金は、このピーク値の近傍のＣ
ｕ量であるため溶接割れが発生し易い。しかし、このＡ
２２１９でさえも割れに関して全く問題がないかと言う
と、実際にはＡ５０８３等の５０００系合金と比べると
割れやすい方に属する。

【０００４】上記のごとく従来の技術では、引張強さ４
００Ｎ／ｍｍ²以上で、耐応力腐食割れ性、溶接性の全
ての面で満足が得られ、しかも押出、圧延、鍛造等の成
形性にも優れたアルミニウム合金を得ることは甚だ困難
であった。本発明は、従来の技術では解決できなかっ
た、引張強さ４００Ｎ／ｍｍ²以上で、耐応力腐食割れ
性、溶接性の全ての面で満足が得られ、しかも、押出、
圧延、鍛造等の成形性にも優れたＡｌ−Ｃｕ系合金材料
を提供することを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の点に鑑み
種々検討の結果、引張強さ４００Ｎ／ｍｍ²以上で、耐
応力腐食割れ性、溶接性の全ての面で満足が得られ、し
かも、押出、圧延、鍛造等の成形性にも優れた溶接用高
力アルミニウム合金を開発したものである。即ち、本願
発明は、Ｃｕ２〜８重量％、Ｓｃ０．０３〜３．０重量
％を含有し、且つ、Ｔｉ０．００５〜０．２重量％、Ｂ
０．０００１〜０．０８重量％のうち少なくとも１種を
含み、更にＳｉ０．０７〜１．５重量％、Ｆｅ０．１〜
１．５重量％、Ｍｇ０．２〜２．０重量％、Ｍｎ０．０
１〜１．５重量％、Ｃｒ０．０１〜０．６重量％、Ｖ
０．０１〜０．５重量％、Ｎｉ０．０５〜３．０重量
％、Ｍｏ０．０１〜０．５重量％、Ａｇ０．０３〜１．
０重量％、Ｚｒ０．０１〜０．２５重量％、希土類元素
（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍのうち１種または２種
以上）０．０３〜５．０重量％、のうち１種または２種
以上を含有し、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高力Ａｌ−Ｃｕ
系合金である。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の溶接用高力アル
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。Ｃｕは、本合金の強度向上に寄与
し、４００Ｎ／ｍｍ²以上の引張強さを得るためには不
可欠の元素である。Ｃｕが２重量％未満では十分な強度
が得られず、８重量％を越えると溶接性、加工性が劣化
する。従って、Ｃｕは２〜８重量％とするが、最も好ま
しい範囲は、２．５〜７．５重量％である。Ｓｃは、耐
溶接割れ性を改善する効果が顕著であり、溶接性に優れ
たＡｌ−Ｃｕ系合金を得るために最も重要な元素であ
り、しかも耐応力腐食割れ性を改善する効果もあり、ま
た、本合金の強度向上に寄与し、４００Ｎ／ｍｍ²以上
の引張強さを得るためには不可欠な元素である。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可能
性がある。従って、Ｓｃは０．０３〜３．０とするが、
最も好ましい範囲は、０．１〜１．０重量％である。

【０００７】Ｔｉ、およびＢは、組織を微細化し、溶接
性を向上させる元素である。Ｔｉは、０．００５重量％
未満ではその効果が少なく、０．２重量％を越えると巨
大化合物が発生し、靱性、加工性が劣化する可能性があ
る。従って、Ｔｉは、０．００５〜０．２重量％とする
が、最も好ましい範囲は、０．００８〜０．１重量％で
ある。Ｂは、０．０００１重量％未満では結晶粒微細化
の効果が少なく、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可能性がある。従って、
Ｂは、０．０００１〜０．０８重量％とする。

【０００８】Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎ
ｉ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｚｒ、希土類元素はそれぞれ強度改善
効果、溶接性改善効果、耐応力腐食割れ性を向上させる
効果があり、１種または２種以上添加する。特にＭｇ、
Ｍｎ、Ａｇは強度改善効果が大きく、ＺｒはＳｃと一緒
に添加することによって更に強度、溶接性の改善効果が
顕著になる。含有量がＳｉ：０．０７重量％未満、Ｆ
ｅ：０．１重量％未満、Ｍｇ：０．２重量％未満、Ｍ
ｎ：０．０１重量％未満、Ｃｒ：０．０１重量％未満、
Ｖ：０．０１重量％未満、Ｎｉ：０．０５重量％未満、
Ｍｏ：０．０１重量％未満、Ａｇ：０．０３重量％未
満、Ｚｒ：０．０１重量％未満、希土類元素（ミッシュ
メタル）：０．０３重量％未満では上記効果が無い。

【０００９】また、それぞれＳｉ：１．５重量％、Ｆ
ｅ：１．５重量％、Ｍｇ：２．０重量％、Ｍｎ：１．５
重量％、Ｃｒ：０．６重量％、Ｖ：０．５重量％、Ｎ
ｉ：３．０重量％、Ｍｏ：０．５重量％、Ａｇ：１．０
重量％、Ｚｒ：０．２５重量％、希土類元素（ミッシュ
メタル）：５．０重量％を越えて含有されると巨大晶出
物が発生し、靱性、加工性を劣化させる可能性がある。
従って、Ｓｉは０．０７〜１．５重量％、Ｆｅは０．１
〜１．５重量％、Ｍｇは０．２〜２．０重量％、Ｍｎは
０．０１〜１．５重量％、Ｃｒは０．０１〜０．６重量
％、Ｖは０．０１〜０．５重量％、Ｎｉは０．０５〜
３．０重量％、Ｍｏは０．０１〜０．５重量％、Ａｇは
０．０３〜１．０重量％、Ｚｒは０．０３〜０．２５
重量％、希土類元素は０．０３〜５．０重量％とする
が、最も好ましい範囲は、Ｓｉ：０．０８〜１．２重量
％、Ｆｅ：０．１２〜１．２重量％、Ｍｇ：０．３〜
１．８重量％、Ｍｎ：０．１〜１．０重量％、Ｃｒ：
０．０５〜０．４重量％、Ｖ：０．０５〜０．３重量
％、Ｎｉ：０．１〜２．０重量％、Ｍｏ：０．０３〜
０．３重量％、Ａｇ：０．０５〜０．７重量％、Ｚｒ：
０．０５〜０．２重量％、希土類元素：０．０５〜３．
０重量％である。

【００１０】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０．０３〜５．０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。

【００１１】

【実施例】次に本発明の実施例について説明する。表１
〜６に示す組成の合金（本発明合金Ｎｏ．１〜１１０、
比較合金Ｎｏ．１１１〜１４７、および従来合金Ｎｏ．
１４８〜１５６）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４７０〜
４９０℃で１２時間均質化処理した後、４２０〜４７０
℃に加熱し、それぞれ厚さ１０ｍｍ、幅１５０ｍｍ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２段階で評価し、その結果を表７〜１０に示した。評
価基準は下記の通りである。 ○・・押出速度がＡ２２１９の限界押出速度（０．０７
ｍ／ｍｉｎ）以上。 ×・・押出速度がＡ２２１９の限界押出速度（０．０７
ｍ／ｍｉｎ）未満。

【００１２】各々の材料は押出後、Ａｌ−Ｃｕ系合金は
４９０〜５３０℃で１時間の溶体化処理後水焼入し、Ａ
ｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金
は４６０〜４７０℃で１時間の溶体化処理後水焼入し
た。その後、Ａｌ−Ｃｕ系合金は１６０〜１９５℃で２
０時間の人工時効処理を、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金、Ａ
ｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金は１２０〜１３０℃で２４
時間の人工時効処理を行った。Ａ５０８３は、押出後、
３６０℃で１時間焼鈍して下記試験に供した。

【００１３】このようにして製造した材料について、引
張試験、応力腐食割れ試験、および溶接割れ試験を行
い、その結果を表７〜１０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：ＪＩＳＺ２２０１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、ＪＩＳＺ２２４１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４００Ｎ／ｍｍ²以上 ×・・引張強さ４００Ｎ／ｍｍ²未満

【００１４】（２）応力腐食割れ試験（ａ）試験片：ＪＩＳＨ８７１１の１号試験片板厚３ｍｍに加工。（ｂ）試験方法：ＪＩＳＨ８７１１基づく。応力負荷：１号試験片用ジグを用いて耐力の７５％を負荷試験液、浸漬：３．５％ＮａＣｌ液、交互浸漬（周期：１０分浸漬、５０分乾燥）１００日間。（ｃ）評価：応力腐食割れ発生の有無観察。 ×・・・３０日以内に割れ発生。 ○・・・３０日をこえても割れ発生せず。

【００１５】（３）溶接割れ試験（ａ）試験片：図２に示す、フィッシュボーン形試験片板厚３ｍｍに切削加工。（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・・・１１０Ａアーク電圧・・１９Ｖ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５０ｍｍ未満 ×・・・割れ長さ５０ｍｍ以上

【００１６】

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】

【表３】

【００１９】

【表４】

【００２０】

【表５】

【００２１】

【表６】

【００２２】

【表７】

【００２３】

【表８】

【００２４】

【表９】

【００２５】

【表１０】

【００２６】表７〜９から明らかなように、本発明合金
Ｎｏ．１〜１１０はいずれも、引張強さは４００Ｎ／ｍ
ｍ²以上であり、強度、押出加工性、耐応力腐食割れ
性、溶接性の全てにおいて優れている。一方、表９〜１
０から明らかなように、比較合金Ｎｏ．１１１〜１４
７、および従来合金Ｎｏ．１４８〜１５６は、上記特性
の内のいずれかにおいて劣っている。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、本発明の高力Ａｌ−Ｃｕ
系合金は、引張強さ４００Ｎ／ｍｍ²以上の高強度を有
し、かつ従来から溶接構造用材料としては不適と考えら
れていたＡｌ−Ｃｕ系合金であるにもかかわらず溶接性
が良好であり、しかも耐応力腐食割れ性や加工性（押出
加工、圧延加工、鍛造加工等）にも優れており、工業上
顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｃｕ含有量と溶接割れ長さの関係を示す説明
図。

【図２】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

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃｕ２〜８重量％、Ｓｃ０．０３〜３．
０重量％を含有し、且つ、Ｔｉ０．００５〜０．２重量
％、Ｂ０．０００１〜０．０８重量％のうち少なくとも
１種を含み、更にＳｉ０．０７〜１．５重量％、Ｆｅ
０．１〜１．５重量％、Ｍｇ０．２〜２．０重量％、Ｍ
ｎ０．０１〜１．５重量％、Ｃｒ０．０１〜０．６重量
％、Ｖ０．０１〜０．５重量％、Ｎｉ０．０５〜３．０
重量％、Ｍｏ０．０１〜０．５重量％、Ａｇ０．０３〜
１．０重量％、Ｚｒ０．０１〜０．２５重量％、希土類
元素（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍのうち１種または
２種以上）０．０３〜５．０重量％、のうち１種または
２種以上を含有し、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高力Ａｌ−
Ｃｕ系合金。