(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚｎ  ４〜８重量％、Ｍｇ  ０．３〜３．０重量％、Ｓｃ  ０．０３〜３．０重量％、Ａｇ  ０．０３〜１．０重量％を含有し、かつ、Ｔｉ  ０．００５〜０．２重量％、Ｂ  ０．０００１〜０．０８重量％のうち少なくとも１種を含み、且つＭｎ  ０．０１〜１．５重量％、Ｃｒ  ０．０１〜０．６重量％、Ｖ  ０．０１〜０．５重量％、Ｎｉ  ０．０５〜３．０重量％、Ｍｏ  ０．０１〜０．５重量％のうち少なくとも１種を含有し、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、限界押出速度が１ｍ／ｍｉｎ以上、引張強さ４５０Ｎ／ｍｍ2 以上、応力腐食割れ試験結果割れ発生迄の日数が３０日を越え、溶接割れ試験結果割れ長さが３０ｍｍ未満であることを特徴とする耐応力腐食割れ性、溶接性、成形性に優れた溶接用高力アルミニウム合金。
【請求項２】
Ｚｎ  ４〜８重量％、Ｍｇ  ０．３〜３．０重量％、Ｓｃ  ０．０３〜３．０重量％、Ａｇ  ０．０３〜１．０重量％を含有し、かつ、Ｔｉ  ０．００５〜０．２重量％、Ｂ  ０．０００１〜０．０８重量％のうち少なくとも１種を含み、且つＭｎ  ０．０１〜１．５重量％、Ｃｒ  ０．０１〜０．６重量％、Ｖ  ０．０１〜０．５重量％、Ｎｉ  ０．０５〜３．０重量％、Ｍｏ  ０．０１〜０．５重量％のうち少なくとも１種を含有し、更にＣｕ  ０．３〜３．５重量％、Ｚｒ  ０．０１〜０．２５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り、限界押出速度が１ｍ／ｍｉｎ以上、引張強さ４５０Ｎ／ｍｍ2 以上、応力腐食割れ試験結果割れ発生迄の日数が３０日を越え  溶接割れ試験結果割れ長さが３０ｍｍ未満であることを特徴とする耐応力腐食割れ性、溶接性、成形性に優れた溶接用高力アルミニウム合金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
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、４５０Ｎ／ｍｍ２  以上の引張強さが得られ、しかも耐応力腐食割れ性に優れた溶接用Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系高力アルミニウム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、溶接可能でしかも、引張強さが４５０Ｎ／ｍｍ２  以上得られる高力アルミニウム合金の要求が高まって来ている。従来、これらの用途に対するアルミニウム合金としては、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金やＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ合金が考えられてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種の高力アルミニウム合金は、Ｚｎ，Ｍｇ量を増加するに従って高強度になるが、それに伴って応力腐食割れ感受性や溶接割れ感受性が高くなる傾向があり、又、圧延、押出、鍛造等の熱間加工性も劣化してくる。
圧延、押出、鍛造等の成形が可能で、構造材に用いられる高力アルミニウム合金として代表的なものにＡ７０７５合金がある。該合金の引張強さは、４５０Ｎ／ｍｍ２  以上で、アルミニウム合金の中でも最高に属するが、溶接性が著しく劣り、接合はボルト締め、リベット等の機械的接合によらなければならない。又、該合金は、応力腐食割れ感受性が高いため、従来は本来最高強度が得られる熱処理であるＴ６処理では，応力腐食割れが起こる危険があるため、それよりさらに高い温度又は長い時間の焼き戻しを行い、組織を安定化させたＴ７処理で使用することが多い。
【０００４】
７０００系アルミニウム合金の中で、圧延、押出、鍛造等の成形が可能で、しかも溶接性、耐応力腐食割れ性に優れたアルミニウム合金としてはＡ７Ｎ０１が良く知られている。又、押出性の良好なＡ７００３も溶接性、耐応力腐食割れ性に優れたアルミニウム合金である。しかしながらこれらの合金では強度が４５０Ｎ／ｍｍ２  未満であり、更に強度を要する用途には適さなかった。上記のごとく従来の技術では、引張強さ４５０Ｎ／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。
【０００５】
本発明は、従来の技術では解決できなかった、引張強さ４５０Ｎ／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材料を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【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４５０Ｎ／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、本願請求項１の発明は、Ｚｎ  ４〜８重量％、Ｍｇ  ０．３〜３．０重量％、Ｓｃ  ０．０３〜３．０重量％、Ａｇ  ０．０３〜１．０重量％を含有し、かつ、Ｔｉ  ０．００５〜０．２重量％、Ｂ  ０．０００１〜０．０８重量％のうち少なくとも１種を含み、且つＭｎ  ０．０１〜１．５重量％、Ｃｒ  ０．０１〜０．６重量％、Ｖ  ０．０１〜０．５重量％、Ｎｉ  ０．０５〜３．０重量％、Ｍｏ  ０．０１〜０．５重量％のうち少なくとも１種を含有し、残部アルミニウムおよび不可避不純物からなり、限界押出速度が１ｍ／ｍｉｎ以上、引張強さ４５０Ｎ／ｍｍ2 以上、応力腐食割れ試験結果割れ発生迄の日数が３０日を越え、溶接割れ試験結果割れ長さが３０ｍｍ未満であることを特徴とする耐応力腐食割れ性、溶接性、成形性に優れた溶接用高力アルミニウム合金でいる。
【０００７】
また、本願請求項２の発明は、Ｚｎ  ４〜８重量％、Ｍｇ  ０．３〜３．０重量％、Ｓｃ  ０．０３〜３．０重量％、Ａｇ  ０．０３〜１．０重量％を含有し、かつ、Ｔｉ  ０．００５〜０．２重量％、Ｂ  ０．０００１〜０．０８重量％のうち少なくとも１種を含み、且つＭｎ  ０．０１〜１．５重量％、Ｃｒ  ０．０１〜０．６重量％、Ｖ  ０．０１〜０．５重量％、Ｎｉ  ０．０５〜３．０重量％、Ｍｏ  ０．０１〜０．５重量％のうち少なくとも１種を含有し、更にＣｕ  ０．３〜３．５重量％、Ｚｒ  ０．０１〜０．２５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り、限界押出速度が１ｍ／ｍｉｎ以上、引張強さ４５０Ｎ／ｍｍ2 以上、応力腐食割れ試験結果割れ発生迄の日数が３０日を越え  溶接割れ試験結果割れ長さが３０ｍｍ未満であることを特徴とする耐応力腐食割れ性、溶接性、成形性に優れた溶接用高力アルミニウム合金できる。
【０００８】
【作用】
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。
Ｚｎは、本合金の強度向上に寄与し、４５０Ｎ／ｍｍ２  以上の引張強さを得るためには不可欠の元素である。Ｚｎが４重量％未満では十分な強度が得られず、８重量％を越えると耐応力腐食割れ性、溶接性、加工性が劣化する。従って、Ｚｎは４〜８重量％とするが、最も好ましい範囲は、５〜７．５重量％である。
【０００９】
Ｍｇは、Ｚｎと同様に本合金の強度向上に寄与し、４５０Ｎ／ｍｍ２  以上の引張強さを得るためには不可欠な元素である。Ｍｇが０．３重量％未満では十分な強度が得られず、３．０重量％を越えると耐応力腐食割れ性、溶接性、加工性が劣化する。従って、Ｍｇは０．３〜３．０重量％とするが、最も好ましい範囲は１．０〜２．８重量％である。
Ｓｃは、耐溶接割れ性や耐応力腐食割れ性を改善する効果があり、また、本合金の強度向上に寄与し、４５０Ｎ／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危険がある。従って、Ｓｃは０．０３〜３．０とするが、最も好ましい範囲は、０．１〜２．５重量％である。
【００１０】
Ｔｉ、及び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、加工性が劣化する危険性がある。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危険がある。従って、Ｂは、０．０００１〜０．０８重量％とする。
【００１１】
Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｏは、それぞれ耐応力腐食割れ性を向上させるとともに強度の改善をはかる効果があり、１種または２種以上添加する。含有量が  Ｍｎ：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％未満では上記効果が無い。また、それぞれＭｎ：１．５重量％、Ｃｒ：０．６重量％、Ｖ：０．５重量％、Ｎｉ：３．０重量％、Ｍｏ：０．５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等の危険がある。従って、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％とするが、最も好ましい範囲は、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％である。
【００１２】
Ａｇは、耐応力腐食割れ性および強度を向上させる効果がある。Ａｇが０．０３重量％未満ではその効果が少なく、１．０重量％を越えると加工性、溶接性が劣化する。従って、Ａｇは０．０３〜１．０重量％とするが、最も好ましい範囲は、０．０５〜０．７重量％である。
Ｃｕは、耐応力腐食割れ性および強度を向上させる効果がある。Ｃｕが０．３重量％未満ではその効果が少なく、３．５重量％を越えると加工性、溶接性が劣化する。従って、Ｃｕは０．３〜３．５重量％とするが、最も好ましい範囲は、０．５〜３．０重量％である。
【００１３】
Ｚｒは、溶接性および強度を向上させる効果があり、Ｓｃ、と一緒に添加することによって強度は更に増大する。Ｚｒが０．０３重量％未満ではその効果が少なく、０．２５重量％を越えると強度、加工性が劣化する。従って、Ｚｒは０．０３〜０．２５重量％とするが、最も好ましい範囲は、０．０５〜０．２重量％である。
【００１４】
希土類元素は溶接性および強度を向上させる効果があり、Ｓｃ、Ｚｒと一緒に添加することによって硬化は更に増大する。希土類元素が０．０３重量％未満ではその効果が少なく、５．０重量％を越えると強度、加工性が劣化する。従って、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、０．０５〜３．０重量％である。
【００１５】
尚、希土類元素としては、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、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、或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。
【００１６】
【実施例】
次に本発明の一実施例について説明する。表１〜４に示す組成の合金（参考例Ｎｏ．１〜３２、本発明合金Ｎｏ．３３〜３５、参考例Ｎｏ．３６〜４７、比較合金Ｎｏ．４８〜７６、および従来合金Ｎｏ．７７〜７９）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℃で１２時間均質化処理した後、４３０℃に加熱し、それぞれ厚さ５ｍｍ、幅１００ｍｍ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３段階で評価し、その結果を表５〜８に示した。評価基準は下記の通りである。
◎・・押出速度がＡ７００３の限界押出速度（１８ｍ／ｍｉｎ）を越える。
○・・押出速度がＡ７０７５の限界押出速度（１ｍ／ｍｉｎ）以上で、Ａ７００３の限界押出速度以下。
×・・押出速度がＡ７０７５の限界押出速度未満。
【００１７】
各々の材料は押出後、４６０℃で１時間の溶体化処理後焼入し、１２０℃で２４時間の焼戻し処理を行った。
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５〜８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    ：ＪＩＳ  Ｚ  ２２０１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、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１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５００Ｎ／ｍｍ２  以上
○・・引張強さ４５０Ｎ／ｍｍ２  以上で５００Ｎ／ｍｍ２  未満
×・・引張強さ４５０Ｎ／ｍｍ２  未満
【００１８】
（２）応力腐食割れ試験
（ａ）試験片    ：ＪＩＳ  Ｈ  ８７１１の１号試験片
（ｂ）試験方法  ：ＪＩＳ  Ｈ  ８７１１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）３０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日を越え６０日以内に割れ発生。
◎・・・６０日を越えても割れ発生せず。
【００１９】
（３）溶接割れ試験
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【００２０】
【表１】
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【００２１】
【表２】
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【００２２】
【表３】
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【００２３】
【表４】
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【００２４】
【表５】
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【００２５】
【表６】
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【００２６】
【表７】
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【００２７】
【表８】
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【００２８】
表５〜６から明らかな様に、本発明合金Ｎｏ．３２〜３５はいずれも、押出加工性、強度、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７〜８から明らかな様に、比較合金Ｎｏ．４８〜７６、および従来合金Ｎｏ．７７〜７９は、上記特性の内のいずれかにおいて劣っている。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明の溶接用高力アルミニウム合金は、高強度で、耐応力腐食割れ性に優れており、しかも溶接性、熱間加工性にも優れており、溶接構造材の薄肉軽量化の要請に好適に対応し得る等、工業上顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】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
【図１】
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