JPH10237577A

JPH10237577A - 溶接用高力アルミニウム合金

Info

Publication number: JPH10237577A
Application number: JP4207997A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Shiroshita; 秀則城下; Kazuo Matsubara; 和男松原; Yasuto Nakai; 康人中井
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1997-02-26
Filing date: 1997-02-26
Publication date: 1998-09-08

Abstract

(57)【要約】【課題】母材と溶接継手の強度が高く、耐応力腐食割
れ性と耐溶接割れ性に優れ、薄肉化が可能な非熱処理型
の溶接用高力アルミニウム合金を提供する。【解決手段】Ｍｇ４．０〜７．０wt％、Ｓｃ０．１〜
０．３wt％、Ｔｉ０．００５〜０．２wt％、Ｂ０．００
０１〜０．０８wt％を含有し、Ｍｎ０．０１〜１．５wt
％、Ｃｒ０．０１〜０．６wt％、Ｖ０．０１〜０．５wt
％、Ｎｉ０．０５〜３．０wt％、Ｍｏ０．０１〜０．５
wt％のうちの少なくとも１元素を含有し、残部がアルミ
ニウムおよび不可避不純物からなる溶接用高力アルミニ
ウム合金。

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、
鍛造材などとして溶接構造材に用いられる、母材と溶接
継手の強度が高く、耐応力腐食割れ性と耐溶接割れ性に
優れ、薄肉化が可能なＡｌ−Ｍｇ系の溶接用高力アルミ
ニウム合金に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム合金は、熱伝導性が良い、
熱膨張係数が大きい、表面に酸化皮膜が生成し易いなど
の性質のため、鉄鋼材料に較べて溶接施工管理が難し
く、その溶接構造材としての用途は限られていた。しか
し、アルミニウム合金は、合金組成の改良、溶接機器や
溶接施工法の目覚ましい進歩により、鉄道車両、船舶、
化学・食品工業用装置、航空・宇宙機器などの溶接構造
材として広範に用いられるようになってきた。ところ
で、アルミニウム合金の中では、６０００系や７０００
系に代表される熱処理型合金は高強度であっても、高
い溶接強度を得るには溶接後に熱処理が必要、溶接割
れが生じ易い、溶接熱の影響部は強度（特に耐力）が
低下するなどの難点がある。一方、Ｍｇ含有量の多いＪ
ＩＳ−Ａ５０８３やＪＩＳ−Ａ５４５６合金などの非熱
処理型合金は溶接後の熱処理が不要であり、耐食性にも
優れるが、溶接継手が溶接時の入熱により完全焼鈍さ
れ、加工硬化による強度が失われるため、溶接継手の引
張強さは２８０〜３５０Ｎ／ｍｍ²の水準に留まってい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで、これまでにＡ
ｌ−Ｍｇ系合金の溶接継手の強度向上が、Ｍｇ含有量の
増加と、その他合金元素による結晶組織の改良により種
々検討されてきた。しかし、Ｍｇ含有量の増加は、製造
加工性を悪化させ、またβ相を析出させて耐応力腐食割
れ性を低下させる弊害を伴う。この耐応力腐食割れ性の
低下は、Ｍｇ含有量または冷間加工量の増大に伴い顕著
になる。このためＡｌ−Ｍｇ系合金は、Ｍｇ含有量を低
く抑えた上、冷間加工を軽く施すＨ３２により加工され
ているが、この加工法では強度が十分向上せず、溶接構
造材の薄肉化に対応できない状況にある。本発明は、母
材と溶接継手の強度が高く、耐応力腐食割れ性と耐溶接
割れ性に優れ、薄肉化が可能な非熱処理型の溶接用高力
アルミニウム合金の提供を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
Ｍｇ４．０〜７．０wt％、Ｓｃ０．１〜０．３wt％、Ｔ
ｉ０．００５〜０．２wt％、Ｂ０．０００１〜０．０８
wt％を含有し、Ｍｎ０．０１〜１．５wt％、Ｃｒ０．０
１〜０．６wt％、Ｖ０．０１〜０．５wt％、Ｎｉ０．０
５〜３．０wt％、Ｍｏ０．０１〜０．５wt％のうちの少
なくとも１元素を含有し、残部が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用高力アルミ
ニウム合金である。

【０００５】請求項２記載の発明は、Ｍｇ４．０〜７．
０wt％、Ｓｃ０．１〜０．３wt％、Ｔｉ０．００５〜
０．２wt％、Ｂ０．０００１〜０．０８wt％を含有し、
Ｍｎ０．０１〜１．５wt％、Ｃｒ０．０１〜０．６wt
％、Ｖ０．０１〜０．５wt％、Ｎｉ０．０５〜３．０wt
％、Ｍｏ０．０１〜０．５wt％のうちの少なくとも１元
素を含有し、さらにＡｇ０．０３〜１．０wt％、Ｃｕ
０．０５〜０．１wt％、Ｚｒ０．０１〜０．２５wt％の
うちの少なくとも１元素を含有し、残部がアルミニウム
および不可避不純物からなることを特徴とする溶接用高
力アルミニウム合金である。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下に本発明における合金元素の
役割とその限定理由について説明する。Ｍｇは母材、特
に溶接継手の強度向上および耐溶接割れ性の改善に寄与
する。その含有量を４．０〜７．０wt％に規定する理由
は、４．０wt％未満では強度が十分に向上せず、７．０
wt％を超えると製造加工性（展延性）が低下するととも
に、常温以上の温度に保持しておくと経時的にβ相が析
出してきて、粒界腐食や応力腐食割れが起き易くなるた
めである。Ｍｇの特に望ましい含有量は５．０〜６．３
wt％である。

【０００７】Ｓｃは母材と溶接継手の強度を大幅に向上
させ、本発明にとって不可欠な元素である。またＳｃは
耐応力腐食割れ性や耐溶接割れ性を低下させることがな
い。その含有量を０．１〜０．３wt％に規定した理由
は、０．１wt％未満ではその効果が十分に得られず、
０．３wt％を超えるとその効果が飽和して不経済な上、
加工性が低下するためである。Ｓｃの特に望ましい含有
量は０．１〜０．２５wt％である。

【０００８】ＴｉおよびＢは、母材中の添加元素を均一
に分散させ、また結晶粒を微細化して溶接性を向上させ
る。さらにＳｃの強度向上効果を促進する。Ｔｉの含有
量を０．００５〜０．２wt％に規定する理由は、０．０
０５wt％未満ではその効果が十分に得られず、０．２wt
％を超えると巨大化合物が生成して靱性や加工性が低下
するためである。Ｔｉの特に望ましい含有量は０．００
８〜０．１wt％である。Ｂの含有量を０．０００１〜
０．０８wt％に規定する理由は、０．０００１wt％未満
では結晶粒が十分微細化されず、０．０８wt％を超える
と靱性や加工性が低下するためである。Ｂの特に望まし
い含有量は０．００１〜０．０６wt％である。

【０００９】Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｏの各元素は耐
応力腐食割れ性および強度を向上させる。前記各元素の
含有量を、Ｍｎ０．０１〜１．５wt％、Ｃｒ０．０１〜
０．６wt％、Ｖ０．０１〜０．５wt％、Ｎｉ０．０５〜
３．０wt％、Ｍｏ０．０１〜０．５wt％にそれぞれ規定
する理由は、前記規定値未満ではいずれの元素もその効
果が十分に発現されず、前記規定値を超えるといずれの
元素も巨大晶出物となって析出し、靱性や加工性などが
低下するためである。これら元素の特に望ましい含有量
はＭｎ０．１〜１．０wt％、Ｃｒ０．０５〜０．４wt
％、Ｖ０．０５〜０．３wt％、Ｎｉ０．１〜２．０wt
％、Ｍｏ０．０３〜０．３wt％である。

【００１０】Ａｇは耐応力腐食割れ性および強度を向上
させる。その含有量を０．０３〜１．０wt％に規定する
理由は、０．０３wt％未満ではその効果が十分に得られ
ず、１．０wt％を超えると加工性や溶接性が低下するた
めである。Ａｇの特に望ましい含有量は０．０５〜０．
７wt％である。

【００１１】Ｃｕは耐応力腐食割れ性および強度を向上
させる。その含有量を０．０５〜０．１wt％に規定する
理由は、０．０５wt％未満ではその効果が十分に得られ
ず、０．１wt％を超えると加工性および溶接性が低下す
るためである。

【００１２】Ｚｒは溶接性および強度を向上させる。Ｓ
ｃと共存すると相乗効果により強度が著しく向上する。
その含有量を０．０３〜０．２５wt％に規定する理由
は、０．０３wt％未満ではその効果が十分に得られず、
０．２５wt％を超えると強度または加工性が低下するた
めである。Ｚｒの最も望ましい含有量は０．０５〜０．
２wt％である。

【００１３】

【実施例】以下に、本発明を実施例により詳細に説明す
る。表１に示す組成の本発明例合金（No.1〜6)、比較例
合金 (No.7〜10) 、および従来合金(No.11, ＪＩＳ−Ａ
５０８３合金）を半連続水冷鋳造装置を用いて厚さ５０
０〜６００ｍｍの鋳塊に鋳造した。次にこの鋳塊を５４
０℃で１０時間加熱して均質化処理したのち、圧延開始
温度５００℃にて厚さ５０ｍｍの厚板に熱間圧延し、次
いで３７０℃で２時間焼鈍した。

【００１４】焼鈍後の厚板について、引張強さ、耐力、
応力腐食割れ性、溶接割れ性を試験した。また、熱間
圧延上がりの厚板を焼鈍せずに厚さ３ｍｍの薄板に冷間
圧延し、次いでこれを３７０℃で２時間焼鈍した。この
焼鈍後の薄板について、前記厚板と同じ試験を行った。
引張強さと耐力は母材と溶接継手について試験した。結
果を表２に示す。

【００１５】以下に各試験条件を示す。〔引張試験〕試験片：ＪＩＳ−Ｚ２２０１の５号試験片。試験方法：アムスラー万能試験機を用いＪＩＳ−Ｚ２２
４１に基づく方法。溶接継手試験片の溶接条件（厚板）電極に３．２mmφのＣｅ入りＷ棒を電極に用い
たＴＩＧ溶接、溶接電流３００Ａ、アーク電圧１６Ｖ、
溶接速度１５ｃｍ／分、アルゴンガス流量１０リットル
／分。（薄板）電極に１．３mmφのＣｅ入りＷ棒を電極に用い
たＴＩＧ溶接、溶接電流１２０Ａ、アーク電圧１６Ｖ、
溶接速度３０ｃｍ／分、アルゴンガス流量１０リットル
／分。〔耐応力腐食割れ性〕試験片：ＪＩＳ−Ｚ２２０１のＣ型リング試験片。試験方法：１００℃のクロム酸促進液に浸漬した状態で
耐力の７５％を負荷。測定値：割れ発生までの時間。〔耐溶接割れ性〕試験片：切込み長さを段階的に変化させたフィシュボー
ン型溶接割れ試験片。溶接条件：引張試験における溶接継手試験片の溶接条件
と同じ。測定値：割れが入った切込み最大長さ（長さが長い程耐
溶接割れ性が悪い）。

【００１６】

【表１】（注）No.1〜5, 7〜9 は厚板、 No.6,10は薄板。☆従来材（厚板）。

【００１７】

【表２】（注）No.1〜5, 7〜9 は厚板、 No.6,10は薄板。☆従来材（厚板）。

【００１８】表２より明らかなように、本発明例のNo.1
〜6 はいずれも、従来材に較べて、母材と溶接継手の強
度（引張強さと耐力）が高く、また耐応力腐食割れ性と
耐溶接割れ性に優れた。これに対し、比較例のNo.7〜10
は必須元素(Mg,Sc,Ti,B)、選択元素Ａ(Mn,Cr,V,Ni,Mo)
、または選択元素Ｂ(Ag,Cu,Zr)のいずれかが本発明の
規定値外のため母材と溶接継手の強度（引張強さと耐
力）が低下し、また耐応力腐食割れ性と耐溶接割れ性に
も劣った。

【００１９】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明の溶接用高
力アルミニウム合金は、母材と溶接継手の強度が高く、
耐応力腐食割れ性と耐溶接割れ性に優れ、特に溶接構造
材の薄肉化に十分対応し得るものであり、工業上顕著な
効果を奏する。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｍｇ４．０〜７．０wt％、Ｓｃ０．１〜
０．３wt％、Ｔｉ０．００５〜０．２wt％、Ｂ０．００
０１〜０．０８wt％を含有し、Ｍｎ０．０１〜１．５wt
％、Ｃｒ０．０１〜０．６wt％、Ｖ０．０１〜０．５wt
％、Ｎｉ０．０５〜３．０wt％、Ｍｏ０．０１〜０．５
wt％のうちの少なくとも１元素を含有し、残部がアルミ
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
接用高力アルミニウム合金。
【請求項２】Ｍｇ４．０〜７．０wt％、Ｓｃ０．１〜
０．３wt％、Ｔｉ０．００５〜０．２wt％、Ｂ０．００
０１〜０．０８wt％を含有し、Ｍｎ０．０１〜１．５wt
％、Ｃｒ０．０１〜０．６wt％、Ｖ０．０１〜０．５wt
％、Ｎｉ０．０５〜３．０wt％、Ｍｏ０．０１〜０．５
wt％のうちの少なくとも１元素を含有し、さらにＡｇ
０．０３〜１．０wt％、Ｃｕ０．０５〜０．１wt％、Ｚ
ｒ０．０１〜０．２５wt％のうちの少なくとも１元素を
含有し、残部が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用高力アルミニウム合金。