JP7751695B1 - アルミニウム合金押出材 - Google Patents
アルミニウム合金押出材Info
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Abstract
【解決手段】Zn:5.70質量%以上6.80質量%以下、Mg:1.10質量%以上1.55質量%以下、Cu:0.10質量%以上0.40質量%以下、Ti:0.05質量%以下(0質量%を含まない)、およびB:0.02質量%以下(0質量%を含まない)からなる群から選択されるいずれか一種以上、Zr:0.10質量%以上0.20質量%以下、Cr:0.10質量%以下(0質量%を含む)、Fe:0.15質量%超1.05質量%以下、およびSi:0.05質量%以上0.45質量%以下、を含み、残部がAl及び不可避不純物からなり、Al-Fe系晶出物を含み、前記Al-Fe系晶出物の算術平均円相当直径は1.30μm以上1.60μm以下であり、前記Al-Fe系晶出物の個数密度は、3.0×10-3個/μm2以上1.7×10-2個/μm2以下である、アルミニウム合金押出材。
【選択図】図1
Description
特許文献1および2には、主にZnとMg(MgZn2析出物)により強度を向上させることが記載されている。
特許文献3には、Zn及びMgなどの強度を向上させる成分の添加に加えて、Al3Zr分散質を析出させて強度を向上させることが記載されている。
そして、世界的なカーボンニュートラル促進の動向から、7000系アルミニウム合金押出材においても、FeおよびSiを多く含むアルミスクラップを再活用することが検討されている。しかし、本発明者らの検討の結果、アルミスクラップの配合量を増加させると、FeおよびSiの含有量が必然的に高くなり、これに伴い、強度(引張強さ及び耐力)などが低下することがわかった。
Zn:5.70質量%以上6.80質量%以下、
Mg:1.10質量%以上1.55質量%以下、
Cu:0.10質量%以上0.40質量%以下、
Ti:0.05質量%以下(0質量%を含まない)およびB:0.02質量%以下(0質量%を含まない)からなる群から選択されるいずれか一種以上、
Zr:0.10質量%以上0.20質量%以下、
Cr:0.10質量%以下(0質量%を含む)、
Fe:0.15質量%超1.05質量%以下、および
Si:0.05質量%以上0.45質量%以下、
を含み、残部がAl及び不可避不純物からなり、
Al-Fe系晶出物を含み、
前記Al-Fe系晶出物の算術平均円相当直径は1.30μm以上1.60μm以下であり、
前記Al-Fe系晶出物の個数密度は、3.0×10-3個/μm2以上1.7×10-2個/μm2以下である、アルミニウム合金押出材である。
前記Feの含有量が0.15質量%超0.60質量%以下であり、前記Siの含有量が0.05質量%以上0.20質量%以下である、態様1に記載のアルミニウム合金押出材である。
そして、本発明者らはAl-Fe系晶出物のサイズおよび個数密度を適切に制御することによって、アルミスクラップを再活用することによりFeおよびSiの含有量が増加しても、強度低下を十分に抑制可能なアルミニウム合金押出材を実現できた。
以下に、本実施形態が規定する各要件の詳細を示す。
本実施形態に係るアルミニウム合金押出材は、
Zn:5.70質量%以上6.80質量%以下、
Mg:1.10質量%以上1.55質量%以下、
Cu:0.10質量%以上0.40質量%以下、
Ti:0.05質量%以下(0質量%を含まない)およびB:0.02質量%以下(0質量%を含まない)からなる群から選択されるいずれか一種以上、
Zr:0.10質量%以上0.20質量%以下、
Cr:0.10質量%以下(0質量%を含む)、
Fe:0.15質量%超1.05質量%以下、および
Si:0.05質量%以上0.45質量%以下
を含み、さらに、残部がAl及び不可避不純物であることが好ましい。
以下、各成分について詳述する。
Znは、Mgと共にアルミニウム合金押出材の強度を向上させる元素である。Zn含有量が5.70質量%未満だと強度を十分に向上させることができない。一方、Zn含有量が6.80質量%超だと、伸びが低下し、加工性が不十分となる。従って、Zn含有量は、5.70~6.80質量%とする。
MgはZnと共にアルミニウム合金押出材の強度を向上させる元素である。Mg含有量が1.10質量%未満だと強度を十分に向上させることができない。一方、Mg含有量が1.55質量%超だと、伸びが低下するとともに、溶着性が不十分となる。従って、Mg含有量は、1.10~1.55質量%とする。
Cuはアルミニウム合金押出材の強度を向上させる効果及び耐応力腐食割れ性を改善する効果がある。Cu含有量が0.10質量%未満だとそれらの効果が十分に得られない。一方、Cu含有量が0.40質量%超だと焼入れ感受性が高くなり、強度低下を招く。従って、Cu含有量は0.10~0.40質量%とする。より好ましくは、Cu含有量は0.10質量%以上0.35質量%以下である。
TiおよびBは、鋳塊の微細化のために添加する元素である。そのため本実施形態のアルミニウム合金押出材は、TiおよびBからなる群から選択されるいずれか一種以上を0質量%超含むものとする。Ti含有量は、好ましくは0.01質量%以上である。B含有量は、好ましくは0.002質量%以上である。一方で、Ti含有量が0.05質量%超、及び/又はB含有量が0.02質量%超だと結晶粒微細化効果が飽和するため、それ以上の添加により更なる微細化効果は得られない。従って、本実施形態のアルミニウム合金押出材は、Ti:0.05質量%以下(0質量%を含まない)、およびB:0.02質量%以下(0質量%を含まない)からなる群から選択されるいずれか一種以上を含むものとする。
Zrはアルミニウム合金押出材の再結晶を抑制して、耐応力腐食割れ性を改善する効果がある。Zr含有量が0.10質量%未満だと前記効果を十分に得られない。一方で、Zr含有量が0.20質量%超だと押出性が低下し、さらに焼入れ感受性が高くなり強度低下を招く。よって、Zr含有量は0.10~0.20質量%とする。
Crは任意の添加元素である。Crはアルミニウム合金押出材の再結晶を抑制して、耐応力腐食割れ性を改善する効果がある。そのためCrを添加する場合、その含有量は、0.02質量%以上とすることが好ましい。一方で、Cr含有量が0.10質量%超だと前記効果は飽和する。よってCrを添加する場合、その含有量は0.10質量%以下とする。
なお、本明細書において「0質量%を含む」とは、意図的に添加しない実施形態、すなわち不可避不純物レベル以下の含有量である場合を包含する(意図的に添加した場合を排除するものではない)ことを意味する。
FeはSiと共にアルミニウム合金の主要な不純物である。
本実施形態では、アルミスクラップの再活用を可能にするため、Fe含有量は0.15質量%超とする。より多くのアルミスクラップを再活用できる観点で、Fe含有量は0.50質量%超とすることが好ましく、0.60質量%以上とすることがより好ましい。
一方で、アルミニウム合金押出材の諸特性の顕著な低下を抑制するためには、Fe含有量は1.05質量%以下とする必要がある。アルミニウム合金押出材の諸特性の低下をより抑制する観点では、Fe含有量は1.00質量%以下とすることが好ましく、0.80質量%以下とすることがより好ましく、0.60質量%以下とすることが更に好ましく、0.50質量%以下とすることが一層好ましい。
SiはFeと共にアルミニウム合金の主要な不純物である。
本実施形態で、アルミスクラップの再活用を可能にするため、Si含有量は0.05質量%以上とする。より多くのアルミスクラップを再活用できる観点で、Si含有量は0.30質量%超とすることが好ましく、0.35質量%以上とすることがより好ましい。
一方で、Si含有量を増大させると、鋳造時に粗大なMg2Siが晶出し、アルミニウム合金押出材の機械的性質が顕著に低下し得る。そのためSi含有量は0.45質量%以下とする。アルミニウム合金押出材の機械的特性の低下をより抑制する観点では、Si含有量は0.20質量%以下とすることが好ましく、0.15質量%以下とすることがより好ましい。
不可避不純物として、例えば、Mn、Pb、Bi、Sn等は、それぞれ0.01質量%以下含有され得る。不可避不純物の総量としては、例えば0.10質量%以下であり得る。
本実施形態に係るアルミニウム合金押出材は、Al-Fe系晶出物(Al及びFeを含む晶出物及び/又はAl、FeおよびSiを含む晶出物)を含む。本実施形態において、Al-Fe系晶出物の算術平均円相当直径は1.30μm以上1.60μm以下であり、Al-Fe系晶出物の個数密度は、3.0×10-3個/μm2以上1.7×10-2個/μm2以下である。この範囲にすることで、Mg2Si(晶出物)の形成を効果的に抑制することができ、アルミニウム合金押出材の強度低下を抑制することができる。また、アルミニウム合金押出材の伸びの低下を抑制することも可能となる。
Al-Fe系晶出物の算術平均円相当直径が1.30μm未満及び/又はAl-Fe系晶出物の個数密度が3.0×10-3個/μm2未満だと、Mg2Si(晶出物)の形成を十分に抑制することができない。Al-Fe系晶出物の算術平均円相当直径は、好ましくは1.40μm以上である。Al-Fe系晶出物の個数密度は、好ましくは4.0×10-3個/μm2以上である。
一方で、Al-Fe系晶出物の算術平均円相当直径が1.60μm超及び/又はAl-Fe系晶出物の個数密度が1.7×10-2個/μm2超だと、Al-Fe系晶出物が過多となって機械的特性が顕著に低下し得る。Al-Fe系晶出物の算術平均円相当直径は、好ましくは1.50μm以下である。Al-Fe系晶出物の個数密度は、好ましくは1.5×10-2個/μm2以下である。
Al-Fe系晶出物の算術平均円相当直径および個数密度は、後述する実施例の方法で測定できる。
本実施形態に係るアルミニウム合金押出材の製造方法は、
(a)所定の成分組成を有するアルミニウム合金を700℃以上に加熱溶解してDC鋳造を行い、ビレットを得る工程であって、前記加熱溶解後、660℃から560℃までの平均冷却速度が2~6℃/秒であり、且つ559℃から200℃までの冷却速度が6℃/秒超である工程と、
(b)工程(a)後、前記ビレットを450~500℃に加熱して、押出比(押出後の断面積/押出前の断面積):30~70%、押出速度:1~5m/分で押出加工を行う工程と、を含む。
以下、各工程について説明する。
上述の、所定の成分組成を有するアルミニウム合金を用意する。このアルミニウム合金を700℃以上に加熱溶解してDC鋳造を行う。加熱溶解時の温度の上限は、例えば750℃以下であり得る。加熱溶解後の冷却は、660℃から560℃までは平均冷却速度2℃/秒以上6℃/秒以下の徐冷とし、559℃から200℃までは冷却速度6℃/秒より大きい急冷とする。660℃から560℃までは上記徐冷を行うことにより、Al-Fe系晶出物を十分に晶出させることができる。559℃以下(200℃まで)ではAl-Fe系晶出物およびMg2Siの晶出が同時に起こるため、Mg2Siを晶出させないよう上記急冷を行うことにより、Mgを固溶させることができる。
工程(a)後、前記ビレットを450~500℃に加熱して、押出比(押出後の断面積/押出前の断面積):30~70%、押出速度:1~5m/分で押出加工を行う。これにより、所望のサイズおよび個数密度のAl-Fe系晶出物を有するアルミニウム合金押出材が得られる。押出加工後の押出材の形状等については特に制限されない。
その後、ビレットを470℃に加熱して、縦(H)54mm×横(W)70mm、肉厚2mmの長方形中空断面を有する角パイプを得た。押出比(押出後の断面積/押出前の断面積)は41.9%であり、押出速度が4m/分であった。押出加工後、平均冷却速度200℃/分で空冷することにより焼入れを行った。
その後、時効処理として、90℃×3時間+155℃×8時間の熱処理を行い、試験No.1-1~1-5のアルミニウム合金押出材を得た。
表1において、「Tr.」は、Trace(トレース)の略で微量を意味し、意図的に添加した元素ではなく、例えば0.01質量%未満であり得る。
試験No.1-1~1-5のアルミニウム合金押出材の横方向および押出方向の中央から直方体測定サンプル(縦(H)2mm×横(W)15mm×押出方向の長さ(L)15mm)を採取した。SEM(日本電子株式会社製、JSM-IT100)を用いて、加速電圧:20.0kV、倍率:300倍として当該測定サンプルの当該測定サンプルの縦方向及び押出方向中央部の反射電子像を得た。
一例として、図1に試験No.1-2のアルミニウム合金押出材の反射電子像を示す。本実施例において、反射電子像の白色部はAl-Fe系晶出物(Al及びFeを含む晶出物及び/又はAl、Fe及びSiを含む晶出物)であった。
撮影したSEM像から、画像測定器(Winroof 2018 ver4.7.0)を用いて、反射電子像の白色部の、算術平均円相当直径および単位面積当たりの個数を算出した。なお、測定面積は1.2×105μm2とし、実際に観察された白色部の最小の円相当直径は0.67μmであった。
なお、本実施形態において、円相当直径が0.67μm未満のAl-Fe系晶出物が存在する場合であっても、そのように小さいAl-Fe系晶出物は、本実施形態の効果に寄与しないと考えられる。そのため、本実施形態に係るAl-Fe系晶出物の算術平均円相当直径および個数密度は、円相当直径が0.67μm以上のAl-Fe系晶出物を用いて算出することとする。
アルミニウム合金押出材からJIS5号の試験片を引張方向が押出方向(L方向)と平行になるように各2本切出し、JISZ2241:2022に規定する金属材料引張試験方法に準じて引張試験を行い、引張強さ、耐力および伸びを測定した。伸びは突合せ法で測定した。
結果を表2に示す。
試験No.1-1は参考例であり、Fe含有量およびSi含有量が通常の不純物レベルであり(すなわち、アルミスクラップを再活用することを意図していない)、高い引張強さおよび耐力を有している。
この試験No.1-1と比較して、試験No.1-2~1-4は、本実施形態で規定するすべての要件を満たしており、FeおよびSiの含有量が増加しているにもかかわらず、強度低下が十分に抑制されていた(すなわち、試験No.1-1と比較して引張強さおよび耐力の低下が20%以内に抑制されていた)。さらに、試験No.1-2~1-4は、伸びについても試験No.1-1と比較して20%以内の低下に抑制されていた。
一方で、試験No.1-5は、本実施形態で規定する要件(Fe含有量、Si含有量およびAl-Fe系晶出物の算術平均円相当直径)を満たしておらず、引張強さおよび耐力が大きく低下した。
表3において、「Tr.」は、Trace(トレース)の略で微量を意味し、意図的に添加した元素ではなく、例えば0.01質量%未満であり得る。
結果を表4に示す。
試験No.2-1は参考例であり、Fe含有量およびSi含有量が通常の不純物レベルであり(すなわち、アルミスクラップを再活用することを意図していない)、高い引張強さおよび耐力を有している。
この試験No.2-1と比較して、試験No.2-2~2-4は、FeおよびSiの含有量が増加しているにもかかわらず、強度低下が十分に抑制されていた(すなわち、試験No.2-1と比較して引張強さおよび耐力の低下が20%以内に抑制されていた)。さらに、試験No.2-2~2-4は、伸びについても試験No.2-1と比較して20%以内の低下に抑制されていた。
一方で、試験No.2-5は、本実施形態で規定する要件(Fe含有量、Si含有量等)を満たしておらず、引張強さおよび耐力が大きく低下した。
Claims (2)
- Zn:5.70質量%以上6.80質量%以下、
Mg:1.10質量%以上1.55質量%以下、
Cu:0.10質量%以上0.40質量%以下、
Ti:0.05質量%以下(0質量%を含まない)およびB:0.02質量%以下(0質量%を含まない)からなる群から選択されるいずれか一種以上、
Zr:0.10質量%以上0.20質量%以下、
Cr:0.10質量%以下(0質量%を含む)、
Fe:0.15質量%超1.05質量%以下、および
Si:0.05質量%以上0.45質量%以下、
を含み、残部がAl及び不可避不純物からなり、
Al-Fe系晶出物を含み、
前記Al-Fe系晶出物の算術平均円相当直径は1.30μm以上1.60μm以下であり、
前記Al-Fe系晶出物の個数密度は、3.0×10-3個/μm2以上1.7×10-2個/μm2以下である、アルミニウム合金押出材。 - 前記Feの含有量が0.15質量%超0.60質量%以下であり、前記Siの含有量が0.05質量%以上0.20質量%以下である、請求項1に記載のアルミニウム合金押出材。
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| JPH09310141A (ja) * | 1996-05-16 | 1997-12-02 | Nippon Light Metal Co Ltd | 押出し性に優れた構造材料用高強度Al−Zn−Mg系合金押出し形材及びその製造方法 |
| JP2017095754A (ja) * | 2015-11-20 | 2017-06-01 | 株式会社Uacj | アルミニウム合金材及びその製造方法 |
| JP2018513270A (ja) * | 2015-10-30 | 2018-05-24 | ノベリス・インコーポレイテッドNovelis Inc. | 高強度7xxxアルミニウム合金及びその作製方法 |
| WO2022181307A1 (ja) * | 2021-02-25 | 2022-09-01 | アイシン軽金属株式会社 | アルミニウム合金押出材の製造方法 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09310141A (ja) * | 1996-05-16 | 1997-12-02 | Nippon Light Metal Co Ltd | 押出し性に優れた構造材料用高強度Al−Zn−Mg系合金押出し形材及びその製造方法 |
| JP2018513270A (ja) * | 2015-10-30 | 2018-05-24 | ノベリス・インコーポレイテッドNovelis Inc. | 高強度7xxxアルミニウム合金及びその作製方法 |
| JP2017095754A (ja) * | 2015-11-20 | 2017-06-01 | 株式会社Uacj | アルミニウム合金材及びその製造方法 |
| WO2022181307A1 (ja) * | 2021-02-25 | 2022-09-01 | アイシン軽金属株式会社 | アルミニウム合金押出材の製造方法 |
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