JPS5930780B2 - 低温靭性のすぐれた溶接構造用アルミニウム合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、低温特性のすぐれた構造用アルミニウム合金
に関し、さらに詳しくは溶接部における低温靭性がすぐ
れたＡｌ−Ｍｇ系合金に関するものである。

近年、ＬＮＧ、ＬＰＧ、あるいは液体窒素など各種の低
温液化ガスの貯蔵用、または輸送用容器材料としてアル
ミニウム合金が使用されるようになってきた。

そしてこれらの超低温条件に適合するアルミニウム合金
としては世界的にほぼ同一で１−Ｍｇ系の５０８３合金
が主として使用されている。

しかしＬＮＧ船用タンクや、ＬＮＧ陸上貯蔵タンクのご
とく超低温用大型構造物においてはこの種の合金の機械
的強度が比較的小さいため、６０〜Ｌｏｏｍｍの超厚板
の使用が余儀なくされる現状にある。

このような超厚板の使用は一方では溶接費が著しく嵩む
欠点を伴うため、より強度のある低温用アルミニウム合
金が期待されている。

しかしながらこの種のアルミニウム合金を改良するとき
（主としてＭｇ含有量の増加）の最大の難点は強度向上
に附随する低温靭性の低下である。

特に溶接部の低温靭性が母材である板材、あるいは押出
型材などに比して格段に小さいことが改善を要する点で
あり、従来の５０８３合金以上の強度を有し、かつその
溶接部の低温靭性を低下させない低温用アルミニウム合
金の開発が強く望まれている。

本発明の目的は、従来の合金の上記欠点を解消し、低温
において高強度および高靭性を併せ有する構造用アルミ
ニウム合金を提供するにある。

上記目的を達成するため種々研究の結果、本発明者はＡ
ｌ−Ｍｇ系合金に微量のＮｉを添加含有せしめることに
より低温靭性が特に溶接部で著しく改善されることを見
出し、これに基いて本発明を完成するに至ったものであ
り、その要旨とするところは、（１）Ｍ ｇ ４．０〜
９．０係、Ｎｉ０．００５〜０．５係を必須成分として
含み、さらに必要に応じて（２）Ｍｎ ０．０５〜１．
５％ 、 Ｃｒ Ｏ，０１〜０．５％のうち１種以上を
含み、（３）Ｔ ｉ Ｏ，００５〜０．２％、またはＴ
ｉＯ，００５〜０．２％とＢｏ、００１〜０．１係のう
ち１種以上含み、そして（４）上記（１） 、 （２）
および（３）を含有し残りＡｌと不純物とからなる低温
靭性のすぐれた溶接構造用アルミニウム合金にある。

本発明の合金における成分限定理由を述べると次のとお
りである。

Ｍｇは４．０％未満では強度が不充分であり、また９、
０係を超えると溶接部の低温靭性が低下するほか、応力
腐食割れが生じ易くなりまた加工性も悪くなる。

従って４．０〜９．０’％に限定する。Ｎｉは０．００
５％未満では低温靭性が向上せず、一方０．５０１％を
超えると晶出する金属間化合物が粗大化し、低温靭性が
低下するので好ましくない。

従って０．００５〜０．５０％に限定する。

本発明は、Ｍｇ、Ｎｉを上記範囲内で含有するアルミニ
ウム合金に、さらに必要に応じてＭｎ。

Ｃｒのうち１種以上および／またはＴｉ 、Ｈのうち１
種以上を添加含有させてその性能を一層改善したもので
ある。

すなわち、Ｍｎは耐食性、耐応力腐食割れ性の改善のほ
か、強度向上に寄与するが、０．０５％未満では効果が
不充分であり、１．５係を超えると晶出金属間化合物が
粗大化し靭性は低下する。

ＣｒはＭｎと同様の作用効果を呈するが、０．０１％未
満では効果が見られず、０．５係を超えると晶出金属間
化合物が粗大化し低温靭性が低下する。

Ｔｉは凝固結晶粒微細化の効果を有し、スラブ（板側鋳
塊）鋳造時の割れあるいは溶接時の割れを防止する。

０．００５％未満では結晶粒微細化の効果が顕現せず、
また０、２％を超えると靭性を低下するので好ましくな
い。

ＢはＴｉと同時に添加することによりＴｉ単独添加の場
合よりさらに凝固結晶粒微細化の効果があり、Ｔｉ／Ｂ
重量比５〜１０が好ましいが８０．００１％未満では効
果はなく、韮た０、１％を超えると靭性を低下するので
好沫しくない。

以下本発明合金の性能について、実施例によって説明す
る。

第１表は実施例に用いた母材合金の成分であり、本発明
合金のほか、比較のため供試した従来合金（５０８３）
と規格外比較合金について呈示する。

合金は溶解し、半連続鋳造により、圧延用スラブに鋳造
したのち、４４０℃において５時間保持後さらに５３０
°Ｃにおいて８時間の均質化熱処理を行った後、５００
°Ｃにおいて熱間圧延して厚さ４５．０７１Ｌｒ／ｌの
板材に加工した。

最後にこの板材を３５０°Ｃにおいて５時間加熱し、徐
冷焼鈍して供試母材とした。

また溶加材としては、Ａｌ−Ｍｇ系合金材の溶接に広く
用いられている５１８３合金を使用した。

すなわち第２表の成分の合金を溶解して角柱状インゴッ
トに鋳造したのち、熱間圧延、冷間伸線加工を行って線
径２．４ ｍ１ｎφの電極ワイヤに成形した。

上記電極ワイヤを用いて第１表に示す本発明合金、従来
合金（５０８３）、および規格外比較合金の供試材を溶
接試験に供した。

溶接試験は、大電流ＭＩＧ溶接とＤＣ８Ｔ−ＴＩＧ溶接
の２方法によって行った。

大電流ＭＩＧ溶接においては、母材に設けた深さ１０ｍ
ｒｎ、角度９００のＶ型溝に対し、別途成形（上記電極
ワイヤの製法に準する）した線径４．Ｑｉｍφの５１８
３合金線をフィラーワイヤーとして用い、電圧３６Ｖ、
電流６８０Ａ、溶接速度２５ＣｒｆＬ／分でビードオン
した。

またＤＣ８Ｐ−ＴＩＧ溶接の場合は、母材の表面に対し
、フィラーワイヤーを用いず、電圧２１Ｖ、電流４５０
Ａ、溶接速度１２ｃｆｎ／分でビードオンした。

供試母材単独、お′よび供試母材の上記のごとき溶接部
からの採取試片について、室温における引張強さおよび
耐力を測定し、さらに超低温（液体窒素−１９６℃）に
おける引張強さおよび耐力と、破壊靭性の指標としての
シャルピー衝撃値の測定を行った。

これらの測定結果は第３表（機械的性質）および第４表
（低温破壊靭性）に示すとおりである。

上記において、大電流ＭＩＧ溶接によるすみ肉割れ試験
を行った結果、供試材４２，３，４，８ｔ９はいづれも
溶接割れを全く認め得ずＴｉ、Ｂ添加の効果が発揮され
た。

第３表の測定結果に見られるように母材（板材）の引張
強さはＭｇ濃度とともに増大すること、および同じＭｇ
濃度でも微量のＮｉを添加含有せしめることにより特に
耐力の増加が顕著であり、従来合金の到達しえない常温
強度、および超低温強度かえられることがわかる。

溶接部の引張強さは、一般の母材に比して劣る傾向のあ
るのは従来と同様であるが、Ｍｇ濃度に伴う超低温引張
強さの増大は、Ｎｉを添加含有せしめた本願合金の場合
は、特に顕著であり、従来合金の母材の溶接部に比し機
械的強度が改善されている。

第４表のシャルピー衝撃値は、液体窒素 （−１９６°Ｃ）に供試片を浸漬したのち、−１９０℃
において衝撃破壊させてえられた値で、全般的にＭｇ濃
度の増加とともにこの値は低下する傾向があるが、同じ
Ｍｇ濃度では微量のＮｉを添加含有せしめることによっ
てシャルピー衝撃値は向上し、特に溶接部におけるこの
値は従来合金の溶接部に比して著しく向上していること
が認められる。

さらに第３表および第４表の測定結果からみると、上記
したようなＭｇ 、Ｎｉの効果のほかに、Ｍｎ、Ｃｒの
１種以上および／またはＴｉ 、Ｂの添加は機械的強度
の増進に寄与していることが認められるが、これらの元
素は前記したごとく、構造用合金として不可欠の耐食性
および耐応力腐食性の改良、あるいは溶接割れの防正等
に貢献するため、それぞれ限定範囲に含有させることが
望ましい。

以上の試験結果から明らかなごとく、本発明合金は低温
構造用アルミニウム合金として従来はとんど専用されて
いる５０８３合金に比して、引張強さ、耐力共にすぐれ
、特に低温破壊靭性（とりわけ溶接部の）が改善される
ので、ＬＮＧ用タンク等の超低温用大型構造部材に用い
た場合、板厚を薄くして使用することができ、溶接費の
低減、溶接工期の短縮などのほか、母材費の低減、軽量
化など、本発明合金によってもたらされる効果は大きい
ものがある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｉ Ｍｇ４．０−９．０係、 Ｎ ｉ Ｏ，００５−
   ０，５０％と、残りＡｌおよび不純物からなる低温靭性
   のすぐれた溶接構造用アルミニウム合金。 ２ Ｍｇ４．０−９．０係、ＮｉＯ，００５−０，５
   ０係と、さらにＭｎＯ，Ｑ５−１．５％、Ｃｒ Ｏ，０
   １−０，５０％のうち１種以上と、残りＡｌおよび不純
   物からなる低温靭性のすぐれた溶接構造用アルミニウム
   合金。 ３ Ｍｇ４．０−９．０係、 Ｎ ｉ Ｏ，００５−
   ０，５０係と、さらにＴ ｉ Ｏ，００５−０，２０％
   、才たはＴｉＯ，００５−０，２０ｆＯ，Ｂｏ、００１
   −０．１０係と、残りＡｌおよび不純物からなる低温靭
   性のすぐれた溶接構造用アルミニウム合金。 ４ Ｍｇ４．０−９．０係、 Ｎ ｉ Ｏ，００５−
   ０，５０係と、さらにＭｎ ０．０５−１．５％ 、
   Ｃｒ Ｏ，０１−０，５０係のうち１種以上と、Ｔｉ０
   ．００５−０．２０係、またはＴ ｉ ０．００５−０
   ．２０係、ＢＯ，００１−０，１０係と、残りＡｌおよ
   び不純物からなる低温靭性のすぐれた溶接構造用アルミ
   ニウム合金。