JPS6122022B2 - - Google Patents
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- JPS6122022B2 JPS6122022B2 JP23415182A JP23415182A JPS6122022B2 JP S6122022 B2 JPS6122022 B2 JP S6122022B2 JP 23415182 A JP23415182 A JP 23415182A JP 23415182 A JP23415182 A JP 23415182A JP S6122022 B2 JPS6122022 B2 JP S6122022B2
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- Japan
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- alloy
- electrical resistance
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- materials
- tensile strength
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- Conductive Materials (AREA)
Description
本発明は、構造用材料として有用な新規なアル
ミニウム(Al)合金に係り、特に電気抵抗特性
を高めた、低誘導放射化特性を有する、核融合炉
等の構造用材料として好適なAl合金に関するも
のである。 従来のAl合金は、電気抵抗値の小さい、即ち
電気伝導性能の良好な合金として知られ、電線材
料等に使用されてきたが、最近ではAl材料の用
途が広がり、むしろ電気抵抗値の高いAl材料が
求められるようになつてきている。 例えば、核融合反応プラズマ実験装置、更には
その延長線上にある核融合動力炉等における真空
容器、トロイダルコイル枠等はステンレス鋼を使
用した設計であるため、DT核反応によつて発生
する中性子によつて相当程度、誘導放射化される
ところから、それら装置の保守、修理等に際して
の作業者の接近が制限され、それ故かかる核融合
炉の装置構造材料として低誘導放射化材料を用
い、作業者の接近を可能なようにするのが有利な
ことは、装置維持の観点からしても明らかであ
る。 ところでこのような装置の放射化レベルを大幅
に低減させ得る元素としては、C,Si,Al,
Mg,V,Nbがこれまでに挙げられているが、そ
の中でもAlが構造用材料として、また工業的な
製造においても、最も適したものと考えられる。 而して、このような核融合炉の構造用材料を選
択するにあたつて考慮すべき事項としては、(i)熱
的特性を考慮した機械的強度、(ii)電気的特性、(iii)
製作性、加工性、(iv)中性子による誘導放射能、が
挙げられ、Al材料を用いた場合においても、そ
の合金成分を考慮することによつて、これらの要
求を満足させる必要があるのであるが、特にAl
材料にあつては、誘導放射能レベルを低く維持し
つつ、構造用材料として優れた機械的強度を有
し、また電気的特性にも優れたものである必要が
ある。けだし、核融合炉に用いられている前述し
た如き構造用材料には強磁場が作用することとな
るが、従来からのAl合金では電気抵抗値が小さ
く、それ故従来のAl合金をそのまま核融合炉用
の構造用材料として使用することは困難であつた
のである。 因みに、強磁場中でAl材料を使用すると、誘
導電流を発生するが、この誘導電流の大きさは材
料の導電率に比例して大きくなるのである。例え
ば、透磁率μ、導電率σである固定された充分長
い円柱状導電体の中心軸方向に一様に磁界Hを加
えて、これをdH/dtの速さで増加させるとき、
該導電体の中に生ずる電流密度Jの方向は円周方
向で、その大きさは次式で与えられることが知ら
れている。但し、rは、円柱の半径である。 J=−μrσ/2・dH/dt ところで、この誘導電流は外部磁界によりフレ
ミングの左手の法則に従つて電磁力を受けるため
に、材料自身に大きな力が働くこととなる。それ
故、この力を少なくするためには、できるだけ電
気抵抗値の高いAl合金が必要となつてくるので
ある。 ここにおいて、本発明者等は、かかる事情に鑑
みて種々研究を重ねた結果、合金成分を種々工夫
することによつて、電気抵抗の大きな、特に電気
抵抗値が4.6μΩcm以上となる、また構造用材料
に必要な引張強度の高い、低誘導放射化Al合金
が得られることを見い出し、本発明に到達したの
である。 すなわち、本発明の主要な目的は、電気抵抗特
性を高めた構造用低放射化Al合金を提供するこ
とにある。 また、本発明の他の目的は、電気抵抗の高い、
且つ材料強度の高い低方射化Al合金からなる構
造用材料、特に強磁場の作用する核融合炉等に好
適に用いられ得る構造用材料を提供することにあ
る。 そして、これらの目的を達成するために、本発
明にあつては、先ず重量で、4.0〜7.0%のCu
(銅)と0.05%以上、5.0%未満のAg(銀)とを含
み、且つ0.05〜0.20%のTi(チタン)、0.05〜0.30
%のZr(ジルコニウム)、0.05〜0.40%のCr(ク
ロム)、0.05〜0.35%のV(バナジウム)及び0.05
〜0.30%のW(タングステン)からなる群より選
ばれた1種又は2種以上を含み、残りがAl及び
不可避的不純物からなるように合金成分を調製し
たのである。これによつて、誘導放射能レベルを
低減させつつ、電気抵抗特性並びに引張強度を著
しく高め、特に電気抵抗値が4.6μΩcm以上、引
張強度:σBが35Kg/mm2以上の優れた性能を有す
るAl合金材料が有利に得られることとなつたの
である。 かくの如き本発明において、Alに配合される
合金成分たるCuとAgは、それらの共存下におい
て、形成される合金の強度と電気抵抗特性を効果
的に高め得る必須の成分であつて、それらの添加
効果を相乗的に、且つ充分に発揮させるために
は、Cuにあつては少なくとも4.0%以上、望まし
くは4.5%以上、Agにあつては0.05%以上、望ま
しくは1.0%以上の割合でAl合金中に含有せしめ
る必要がある。なお、Cu,Agの含有量が少な過
ぎると強度が低下し、また目的とする電気抵抗特
性の上昇をも充分に図り得なくなる。一方、Cu
の含有量があまりにも多過ぎると圧延、押出し等
の熱間加工が困難となる等の問題を生ずるところ
から、その上限は7.0%とする必要がある。 また、他の合金成分であるTi,Cr,Zr,V及
びWは、何れも、目的とするAl合金の電気抵抗
を高めると共に、結晶粒を微細化する元素であつ
て、本発明に従うAl合金組成からなる溶湯から
鋳造して得られる鋳塊の組織を微細化せしめ、構
造用材料としての望ましい性質を付与せしめるも
のであるが、これらの元素があまりにも多過ぎる
と、Alとの間において金属間化合物を形成し
て、それを晶出せしめ、靭性に悪影響を与えると
ころから、Tiでは0.05〜0.20%の範囲で添加する
必要が有り、またZrでは0.05〜0.30%、Crでは
0.05〜0.40%、Vでは0.05〜0.35%、Wでは0.05
〜0.30%の割合でそれぞれ含有せしめられること
となる。なお、これら5種の元素は、その単独若
しくはそれらの2種以上の組み合せにおいて、用
いられることとなる。 そして、かくの如き合金成分並びに組成範囲を
有する本発明に従うAl合金は、それから各種用
途に用いられる構造用材料を形成するため、先ず
Al合金の溶湯が調製された後、かかる溶湯から
公知の通常の手法に従つて所定の合金鋳塊が鋳造
され、次いでその得られた鋳塊には、凝固組織
(合金成分)を均一化せしめるための熱処理、所
謂均質化処理(ソーキング)が施され、更にその
後常法に従つて熱間圧延、冷間圧延が施され、ま
た必要に応じて溶体化処理、時効処理等の後処理
が施されて、目的とする用途の構造用材料に形成
されるのである。なお、かくの如き本発明に従う
Al合金からなる鋳塊の処理条件としては、一般
に採用されている通常のAl材料の処理条件範囲
内において、適宜に選定されるものであり、例え
ば均熱処理では400〜550℃の温度条件が採用さ
れ、また熱間圧延は300〜400℃、更に溶体化処理
は450〜550℃、そして時効処理は100〜250℃で実
施されることとなる。 かくして得られたAl合金材料は低放射化効
果、特にDT核燃焼において生じる中性子の照射
によつて、材料に与えられる残留放射能レベルの
低減化効果を具備すると共に、電気抵抗値が従来
のAl材料に比して著しく高められており、特に
本発明に従う合金成分並びにその含有量の選択に
よつて電気抵抗値が4.6μΩcm以上のものを有利
に得ることができ、しかもそれは強度的にも引張
強度(σB)が35Kg/mm2以上の性能をも具備する
ものであつて、これにより強磁場で用いられる核
融合炉における真空容器やコイル枠等の構造用材
料として有利に用いられることとなつたのであ
る。 以下に、本発明を更に具体的に明らかにするた
めに、本発明の実施例をいくつか挙げるが、本発
明がそれらの実施例の記載によつて何等の制約を
も受けるものではないことは言うまでもないとこ
ろである。 実施例 1 下記第1表に示す合金組成の各種のAl合金溶
湯を調製し、次いでそれらの合金溶湯から連続鋳
造法にて造塊し、各種の矩形鋳塊を得た。その
後、それら各種の鋳塊を500℃の温度下において
均熱化処理し、更に350℃で熱間圧延した後、冷
間圧延を施した。 かくして得られた冷間圧延板より、電気抵抗・
引張試験用サンプルを切り出し、それに約500℃
の溶体化処理を施した後、更に100〜250℃の高温
時効処理を行なつた。 このようにして得られた各種合金組成のサンプ
ルについて、それぞれの電気抵抗特性と引張強度
特性を調べ、その結果を第2表に併せ示した。な
お、電気抵抗特性はASTM−B−193に従う電気
伝導度を示すIACSの値で求め、また引張強度
は、、JIS−Z−2241の測定方法によつて求めた。
また、IACS値は、その値が小さいほど電気抵抗
が大なることを示しており、それが35%のときに
4.9μΩcmの電気抵抗に相当するものである。 また、第2表における残留放射能評価は、D−
T反応後、1ケ月経過した時の残留放射能レベル
によつて行ない、同表中の○印は人間が近づいて
も殆んど問題ないレベル(<10-2mrem/hr)
を、また△印は若干考慮する必要があるレベル
(10-1〜10-2mrem/hr)を、更に×印は人間がそ
の合金からなる構造材料、例えば核融合炉の真空
容器などに近づけないレベル(>10-1mrem/
hr)を、それぞれ示している。 下記第2表の結果から明らかな如く、本発明に
従う合金組成範囲のAl合金は、何れもIACS値が
低く、換言すれば電気抵抗値が大きく、また引張
強度も構造用材料として有用な、極めて高い値を
示し、特に電気抵抗値が4.9μΩcm以上であり、
且つ引張強度(σB)が35Kg/mm2以上であるAl合
金を有利に得ることができた。
ミニウム(Al)合金に係り、特に電気抵抗特性
を高めた、低誘導放射化特性を有する、核融合炉
等の構造用材料として好適なAl合金に関するも
のである。 従来のAl合金は、電気抵抗値の小さい、即ち
電気伝導性能の良好な合金として知られ、電線材
料等に使用されてきたが、最近ではAl材料の用
途が広がり、むしろ電気抵抗値の高いAl材料が
求められるようになつてきている。 例えば、核融合反応プラズマ実験装置、更には
その延長線上にある核融合動力炉等における真空
容器、トロイダルコイル枠等はステンレス鋼を使
用した設計であるため、DT核反応によつて発生
する中性子によつて相当程度、誘導放射化される
ところから、それら装置の保守、修理等に際して
の作業者の接近が制限され、それ故かかる核融合
炉の装置構造材料として低誘導放射化材料を用
い、作業者の接近を可能なようにするのが有利な
ことは、装置維持の観点からしても明らかであ
る。 ところでこのような装置の放射化レベルを大幅
に低減させ得る元素としては、C,Si,Al,
Mg,V,Nbがこれまでに挙げられているが、そ
の中でもAlが構造用材料として、また工業的な
製造においても、最も適したものと考えられる。 而して、このような核融合炉の構造用材料を選
択するにあたつて考慮すべき事項としては、(i)熱
的特性を考慮した機械的強度、(ii)電気的特性、(iii)
製作性、加工性、(iv)中性子による誘導放射能、が
挙げられ、Al材料を用いた場合においても、そ
の合金成分を考慮することによつて、これらの要
求を満足させる必要があるのであるが、特にAl
材料にあつては、誘導放射能レベルを低く維持し
つつ、構造用材料として優れた機械的強度を有
し、また電気的特性にも優れたものである必要が
ある。けだし、核融合炉に用いられている前述し
た如き構造用材料には強磁場が作用することとな
るが、従来からのAl合金では電気抵抗値が小さ
く、それ故従来のAl合金をそのまま核融合炉用
の構造用材料として使用することは困難であつた
のである。 因みに、強磁場中でAl材料を使用すると、誘
導電流を発生するが、この誘導電流の大きさは材
料の導電率に比例して大きくなるのである。例え
ば、透磁率μ、導電率σである固定された充分長
い円柱状導電体の中心軸方向に一様に磁界Hを加
えて、これをdH/dtの速さで増加させるとき、
該導電体の中に生ずる電流密度Jの方向は円周方
向で、その大きさは次式で与えられることが知ら
れている。但し、rは、円柱の半径である。 J=−μrσ/2・dH/dt ところで、この誘導電流は外部磁界によりフレ
ミングの左手の法則に従つて電磁力を受けるため
に、材料自身に大きな力が働くこととなる。それ
故、この力を少なくするためには、できるだけ電
気抵抗値の高いAl合金が必要となつてくるので
ある。 ここにおいて、本発明者等は、かかる事情に鑑
みて種々研究を重ねた結果、合金成分を種々工夫
することによつて、電気抵抗の大きな、特に電気
抵抗値が4.6μΩcm以上となる、また構造用材料
に必要な引張強度の高い、低誘導放射化Al合金
が得られることを見い出し、本発明に到達したの
である。 すなわち、本発明の主要な目的は、電気抵抗特
性を高めた構造用低放射化Al合金を提供するこ
とにある。 また、本発明の他の目的は、電気抵抗の高い、
且つ材料強度の高い低方射化Al合金からなる構
造用材料、特に強磁場の作用する核融合炉等に好
適に用いられ得る構造用材料を提供することにあ
る。 そして、これらの目的を達成するために、本発
明にあつては、先ず重量で、4.0〜7.0%のCu
(銅)と0.05%以上、5.0%未満のAg(銀)とを含
み、且つ0.05〜0.20%のTi(チタン)、0.05〜0.30
%のZr(ジルコニウム)、0.05〜0.40%のCr(ク
ロム)、0.05〜0.35%のV(バナジウム)及び0.05
〜0.30%のW(タングステン)からなる群より選
ばれた1種又は2種以上を含み、残りがAl及び
不可避的不純物からなるように合金成分を調製し
たのである。これによつて、誘導放射能レベルを
低減させつつ、電気抵抗特性並びに引張強度を著
しく高め、特に電気抵抗値が4.6μΩcm以上、引
張強度:σBが35Kg/mm2以上の優れた性能を有す
るAl合金材料が有利に得られることとなつたの
である。 かくの如き本発明において、Alに配合される
合金成分たるCuとAgは、それらの共存下におい
て、形成される合金の強度と電気抵抗特性を効果
的に高め得る必須の成分であつて、それらの添加
効果を相乗的に、且つ充分に発揮させるために
は、Cuにあつては少なくとも4.0%以上、望まし
くは4.5%以上、Agにあつては0.05%以上、望ま
しくは1.0%以上の割合でAl合金中に含有せしめ
る必要がある。なお、Cu,Agの含有量が少な過
ぎると強度が低下し、また目的とする電気抵抗特
性の上昇をも充分に図り得なくなる。一方、Cu
の含有量があまりにも多過ぎると圧延、押出し等
の熱間加工が困難となる等の問題を生ずるところ
から、その上限は7.0%とする必要がある。 また、他の合金成分であるTi,Cr,Zr,V及
びWは、何れも、目的とするAl合金の電気抵抗
を高めると共に、結晶粒を微細化する元素であつ
て、本発明に従うAl合金組成からなる溶湯から
鋳造して得られる鋳塊の組織を微細化せしめ、構
造用材料としての望ましい性質を付与せしめるも
のであるが、これらの元素があまりにも多過ぎる
と、Alとの間において金属間化合物を形成し
て、それを晶出せしめ、靭性に悪影響を与えると
ころから、Tiでは0.05〜0.20%の範囲で添加する
必要が有り、またZrでは0.05〜0.30%、Crでは
0.05〜0.40%、Vでは0.05〜0.35%、Wでは0.05
〜0.30%の割合でそれぞれ含有せしめられること
となる。なお、これら5種の元素は、その単独若
しくはそれらの2種以上の組み合せにおいて、用
いられることとなる。 そして、かくの如き合金成分並びに組成範囲を
有する本発明に従うAl合金は、それから各種用
途に用いられる構造用材料を形成するため、先ず
Al合金の溶湯が調製された後、かかる溶湯から
公知の通常の手法に従つて所定の合金鋳塊が鋳造
され、次いでその得られた鋳塊には、凝固組織
(合金成分)を均一化せしめるための熱処理、所
謂均質化処理(ソーキング)が施され、更にその
後常法に従つて熱間圧延、冷間圧延が施され、ま
た必要に応じて溶体化処理、時効処理等の後処理
が施されて、目的とする用途の構造用材料に形成
されるのである。なお、かくの如き本発明に従う
Al合金からなる鋳塊の処理条件としては、一般
に採用されている通常のAl材料の処理条件範囲
内において、適宜に選定されるものであり、例え
ば均熱処理では400〜550℃の温度条件が採用さ
れ、また熱間圧延は300〜400℃、更に溶体化処理
は450〜550℃、そして時効処理は100〜250℃で実
施されることとなる。 かくして得られたAl合金材料は低放射化効
果、特にDT核燃焼において生じる中性子の照射
によつて、材料に与えられる残留放射能レベルの
低減化効果を具備すると共に、電気抵抗値が従来
のAl材料に比して著しく高められており、特に
本発明に従う合金成分並びにその含有量の選択に
よつて電気抵抗値が4.6μΩcm以上のものを有利
に得ることができ、しかもそれは強度的にも引張
強度(σB)が35Kg/mm2以上の性能をも具備する
ものであつて、これにより強磁場で用いられる核
融合炉における真空容器やコイル枠等の構造用材
料として有利に用いられることとなつたのであ
る。 以下に、本発明を更に具体的に明らかにするた
めに、本発明の実施例をいくつか挙げるが、本発
明がそれらの実施例の記載によつて何等の制約を
も受けるものではないことは言うまでもないとこ
ろである。 実施例 1 下記第1表に示す合金組成の各種のAl合金溶
湯を調製し、次いでそれらの合金溶湯から連続鋳
造法にて造塊し、各種の矩形鋳塊を得た。その
後、それら各種の鋳塊を500℃の温度下において
均熱化処理し、更に350℃で熱間圧延した後、冷
間圧延を施した。 かくして得られた冷間圧延板より、電気抵抗・
引張試験用サンプルを切り出し、それに約500℃
の溶体化処理を施した後、更に100〜250℃の高温
時効処理を行なつた。 このようにして得られた各種合金組成のサンプ
ルについて、それぞれの電気抵抗特性と引張強度
特性を調べ、その結果を第2表に併せ示した。な
お、電気抵抗特性はASTM−B−193に従う電気
伝導度を示すIACSの値で求め、また引張強度
は、、JIS−Z−2241の測定方法によつて求めた。
また、IACS値は、その値が小さいほど電気抵抗
が大なることを示しており、それが35%のときに
4.9μΩcmの電気抵抗に相当するものである。 また、第2表における残留放射能評価は、D−
T反応後、1ケ月経過した時の残留放射能レベル
によつて行ない、同表中の○印は人間が近づいて
も殆んど問題ないレベル(<10-2mrem/hr)
を、また△印は若干考慮する必要があるレベル
(10-1〜10-2mrem/hr)を、更に×印は人間がそ
の合金からなる構造材料、例えば核融合炉の真空
容器などに近づけないレベル(>10-1mrem/
hr)を、それぞれ示している。 下記第2表の結果から明らかな如く、本発明に
従う合金組成範囲のAl合金は、何れもIACS値が
低く、換言すれば電気抵抗値が大きく、また引張
強度も構造用材料として有用な、極めて高い値を
示し、特に電気抵抗値が4.9μΩcm以上であり、
且つ引張強度(σB)が35Kg/mm2以上であるAl合
金を有利に得ることができた。
【表】
【表】
【表】
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 重量で、4.0〜7.0%のCuと、0.05%以上、
5.0%未満のAgとを含み、且つ0.05〜0.20%の
Ti、0.05〜0.30%のZr、0.05〜0.40%のCr、0.05
〜0.35%のV及び0.05〜0.30%のWからなる群よ
り選ばれた1種または2種以上を含む、残りが
Alおよび不可避的不純物からなる、電気抵抗を
高めた構造用低放射化アルミニウム合金。 2 電気抵抗値が4.9μΩcm以上であり、且つ引
張強度:σBが35Kg/mm2以上である特許請求の範
囲第1項記載のアルミニウム合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23415182A JPS59123735A (ja) | 1982-12-30 | 1982-12-30 | 電気抵抗を高めた構造用低放射化アルミニウム合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23415182A JPS59123735A (ja) | 1982-12-30 | 1982-12-30 | 電気抵抗を高めた構造用低放射化アルミニウム合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59123735A JPS59123735A (ja) | 1984-07-17 |
| JPS6122022B2 true JPS6122022B2 (ja) | 1986-05-29 |
Family
ID=16966443
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23415182A Granted JPS59123735A (ja) | 1982-12-30 | 1982-12-30 | 電気抵抗を高めた構造用低放射化アルミニウム合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59123735A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH668269A5 (de) * | 1985-10-31 | 1988-12-15 | Bbc Brown Boveri & Cie | Aluminium-knetlegierung des typs al/cu/mg mit hoher festigkeit im temperaturbereich zwischen 0 und 250 c. |
| US5376192A (en) * | 1992-08-28 | 1994-12-27 | Reynolds Metals Company | High strength, high toughness aluminum-copper-magnesium-type aluminum alloy |
| US5630889A (en) * | 1995-03-22 | 1997-05-20 | Aluminum Company Of America | Vanadium-free aluminum alloy suitable for extruded aerospace products |
| US6579386B1 (en) * | 1999-03-15 | 2003-06-17 | Lockheed Martin Corporation | Filler wire for aluminum alloys and method of welding |
-
1982
- 1982-12-30 JP JP23415182A patent/JPS59123735A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59123735A (ja) | 1984-07-17 |
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