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技術 溶接構造用のAl−Mg合金製品

出願人 コンステリウムイソワール
発明者 ディフ,ロナンエノン,クリスティヌギィユムネ,ジェロームリブ,エルヴェピレ,ジョルジュ
出願日 2003年3月19日 (17年9ヶ月経過) 出願番号 2003-578608
公開日 2005年9月15日 (15年3ヶ月経過) 公開番号 2005-527702
状態 特許登録済
技術分野
  • -
主要キーワード 最低含有率 推奨実施態様 金属円盤 平滑電流 断面収縮 応力速度 Mg合金製 指定区域内
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課題・解決手段

本発明の対象は(質量パーセントで)Mg4.85〜5.35%、Mn0.20〜0.50%、Zn0.20〜0.45%、Si<0.20%、Fe<0.30%、Cu<0.25%、Cr<0.15%、Ti<0.15%、Zr<0.15%を含有し、残りがアルミニウムとそれらに不可避不純物である、Al−Mg合金製熱間鍛造製品であることを特徴とするAl−Zn−Mg−Cu合金圧延製品である。この製品は好ましくは少なくとも24%の破断伸びA(TL)と、少なくとも8500のパラメータRm(TL)×A(TL)を示す。優れた耐応力腐食性および粒状体耐食性を示す。タンク自動車車体および産業用車両をはじめとする、溶接構造物に使用できる。

概要

背景

軽量化を図りながら溶接構造物機械的強度を増すために、現在使用されている合金5083、5086、5182、5186あるいは5383が、とくに組織Oおよび組織H111のような殆ど加工されていない組織において、溶接性耐腐食性又は成形性などのようなその他の使用特性を少しも損なうことなく、改善された機械的特性を備えることは有益である。これらの合金の命名は、The Aluminium Association(アルミニウム協会)の規則に従ったものであり、また冶金組織の命名は欧州規格EN515に定義されたものである。

構造の諸元決定について、使用者の選択を支配するパラメータは、主として次の静的機械諸特性である。すなわち、破断強度Rm、弾性限界Rp0.2および破断伸びAである。考慮される他のパラメータとして、対象とする用途分野の特定の要求に応じて、溶接接合部強度、金属板と溶接接合部の耐腐食性、金属板と溶接接合部の疲労耐性、耐亀裂拡耐性靱性折曲性、溶接性、所定の金属板の製造および使用条件における残留応力形成傾向、およびできるだけ低い製造コストでの一定品質の金属板の容易な製造などが挙げられる。

現状技術は、Al−Mg合金機械特性を向上させるためにいくつかの手段を提供している。

欧州特許出願公開第769564A1号明細書(Pechiney Rhenalu)は(質量パーセントで):
Mg4.2〜4.8 Mn<0.5 Zn<0.4 Fe<0.45 Si<0.30
またMn+Zn<0.7およびFe>0.5Mnの、
殆ど加工されていない状態で、Rmの値>275MPa、Aの値>17.5%、Rm×A>6500を示す金属板の製作を可能にする他のいくつかの元素を含有することも可能な組成合金を開示している;より管理された組成であれば、このRm×A積が7000を、さらには7500を超える値にすることが可能である。

このタイプの合金は、5186という名称溶接された道路輸送タンクの製造に用いられている。この用途のために、Rm×A積は、大きな弾性変形下にある構造、例えば損傷がある場合に、振る舞いを推定するパラメータとして用いられる。当業者は、二つのパラメータRmとAの一方を犠牲にして、その他方を既知のAl−Mg合金の一つにおいてどのように増加させるかを知っている;前記特許出願はこれら二つのパラメータの間のもっとも良い折衷を備えた金属板は、金属板がきわめて特殊な微小構造を示すときに得られることを示している。5186合金製の金属板は高いRm×A積だけでなく、高いAの値をも特徴とし、それが前記金属板の折曲性に有利に働き、それらを機械的構造に使用するのが容易になる。

特開昭62−207859号公報(スカイアルミニウム)によって別の方法が提案され、(質量パーセントで):
Mg2〜6% Mn0.05〜1.0% Cr0.03〜0.3% Zn0.03〜0.3% V0.03〜0.3%で
さらにCu0.05〜2.0%および/又はZn0.1〜2.0%を含有することができる組成の合金において、連続鋳造によって製錬され、金属間粒子の大きさが5μm以下である合金を開示している。これらの合金は車体用の金属板の製造に適したものである可能性があるものであり、なぜならきわめて特有な熱的な機械的処理の範囲を用いることにより、リューダース線を呈しない厚さ1mmの金属板の製錬が可能になるためである。

別の方法を提案している欧州特許第0892858B1号明細書(Hoogovens Aluminium Walzprodukte GmbH)は:
Mg5〜6% Mn0.6〜1.2% Zn0.4〜1.5% Zr0.05〜0.25%の
とくに亜鉛含有率がおよそ0.8%のきわめて固い合金の製造を可能にする、他の元素も含有することができる組成合金を開示している。これらの製品が示す破断伸びは、H321組織でおよそ10%、O組織でおよそ20%の値を超えるものではない。

欧州特許第823489B1号明細書(Pechiney Rhenalu)は:
3.0%<Mg<6.5% 0.2%<Mn<1.0% Fe<0.8% 0.05%<Si<0.6% Zn<1.3%の
他のいくつかの元素を含有することも可能な、きわめて特殊な微小構造を特徴とする組成製品を開示している;これらの製品はタンクの製造に使用するために設計されたものではなく、海水と接触する、あるいは海洋環境で使用される溶接構造物のために設計されたものである。
欧州特許出願公開第769564A1号明細書
特開昭62−207859号公報(スカイアルミニウム)
欧州特許第0892858B1号明細書
欧州特許第823489B1号明細書

概要

本発明の対象は(質量パーセントで)Mg4.85〜5.35%、Mn0.20〜0.50%、Zn0.20〜0.45%、Si<0.20%、Fe<0.30%、Cu<0.25%、Cr<0.15%、Ti<0.15%、Zr<0.15%を含有し、残りがアルミニウムとそれらに不可避不純物である、Al−Mg合金製熱間鍛造製品であることを特徴とするAl−Zn−Mg−Cu合金圧延製品である。この製品は好ましくは少なくとも24%の破断伸びA(TL)と、少なくとも8500のパラメータRm(TL)×A(TL)を示す。優れた耐応力腐食性および粒状体耐食性を示す。タンク、自動車車体および産業用車両をはじめとする、溶接構造物に使用できる。

目的

効果

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請求項1

Al−Mg合金製熱間鍛造製品において、(質量パーセントで):Mg4.85〜5.35%Mn0.20〜0.50%Zn0.20〜0.45%Si<0.20%Fe<0.30%Cu<0.25%Cr<0.15%Ti<0.15%Zr<0.15%を含有し、残りがアルミニウムとそれらに不可避不純物であることを特徴とする、Al−Mg合金製の熱間鍛造製品。

請求項2

Mg4.90〜5.35%であることを特徴とする、請求項1に記載のAl−Mg合金製の熱間鍛造製品。

請求項3

Mn0.20〜0.40%、また好適には0.25〜0.30%であることを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載のAl−Mg合金製の熱間鍛造製品。

請求項4

Zn0.25〜0.40%であることを特徴とする、請求項1〜3に記載のAl−Mg合金製の熱間鍛造製品。

請求項5

Cu<0.20%、好適には<0.15%またさらに好適には<0.10%であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一つに記載のAl−Mg合金製の熱間鍛造製品。

請求項6

少なくとも0.10%の鉄を含有することを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一つに記載のAl−Mg合金製の熱間鍛造製品。

請求項7

少なくとも0.05%のシリコンを含有することを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一つに記載のAl−Mg合金製の熱間鍛造製品。

請求項8

少なくとも4.95%のマグネシウムを含有することを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一つに記載のAl−Mg合金製の熱間鍛造製品。

請求項9

少なくとも5.0%のマグネシウムを含有することを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一つに記載のAl−Mg合金製の熱間鍛造製品。

請求項10

その破断伸びA(TL)が、少なくとも24%、好適には少なくとも27%であることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一つに記載のAl−Mg合金製の熱間鍛造製品。

請求項11

その弾性限界Rp0.2(TL)が、少なくとも145MPa、その破断強度Rm(TL)が少なくとも290MPa、またその破断伸びA(TL)が少なくとも24%であることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一つに記載のAl−Mg合金製の熱間鍛造製品。

請求項12

その弾性限界Rp0.2(TL)が、少なくとも150MPa、好適には少なくとも170MPaであることを特徴とする、請求項11に記載のAl−Mg合金製の熱間鍛造製品。

請求項13

その破断伸びA(TL)が、少なくとも27%であることを特徴とする、請求項11又は請求項12に記載のAl−Mg合金製の熱間鍛造製品。

請求項14

その破断強度Rm(TL)が、少なくとも300MPaであることを特徴とする、請求項10〜13のいずれか一つに記載のAl−Mg合金製の熱間鍛造製品。

請求項15

Rm(TL)がMPaでA(TL)が質量パーセントで表される、Rm(TL)×A(TL)積が、8200、好適には8500、さらに好適には9000を超えることを特徴とする、請求項1〜14のいずれか一つに記載のAl−Mg合金製の熱間鍛造製品。

請求項16

100℃で7日のエイジング処理後の粒状体腐食試験後質量損失が、20mg/cm2未満であることを特徴とする、請求項1〜15のいずれか一つに記載のAl−Mg合金製の熱間鍛造製品。

請求項17

100℃で20日のエイジング処理後の粒状体間腐食試験後の質量損失が、50mg/cm2未満、好適には30mg/cm2未満であることを特徴とする、請求項1〜15のいずれか一つに記載のAl−Mg合金製の熱間鍛造製品。

請求項18

120℃で20日のエイジング処理後の粒状体間腐食試験後の質量損失が、95mg/cm2未満、好適には80mg/cm2未満、さらに好適には60mg/cm2未満であることを特徴とする、請求項1〜15のいずれか一つに記載のAl−Mg合金製の熱間鍛造製品。

請求項19

圧延金属板に関するものであることを特徴とする、請求項1〜18のいずれか一つに記載のAl−Mg合金製の熱間鍛造製品。

請求項20

厚みが、3mmと12mmの間に含まれることを特徴とする、請求項19に記載の金属板

請求項21

厚みが、4.5mmと10mmの間に含まれることを特徴とする、請求項20に記載の金属板。

請求項22

半連続鋳造で得られた素材から熱間圧延製錬されたものであることを特徴とする、請求項19〜21のいずれか一つに記載の金属板。

請求項23

熱間圧延機出口温度が260℃と330℃の間、好適には290℃と330℃の間に含まれる、請求項22に記載の金属板。

請求項24

溶接構造物のための、請求項1〜23のいずれか一つに記載の金属板の使用。

請求項25

道路輸送用又は鉄道輸送タンク製造のための、請求項1〜23のいずれか一つに記載の金属板の使用。

請求項26

産業用車両の製造のための、請求項1〜23のいずれか一つに記載の金属板の使用。

請求項27

自動車車体製造のための、請求項1〜23のいずれか一つに記載の金属板の使用。

請求項28

組成が(質量パーセントで):Mg4.95〜5.35%Mn0.20〜0.50%Zn0.25〜0.45%Si0.05〜0.20%Fe0.10〜0.30%Cu<0.25%Cr<0.15%Ti<0.15%Zr<0.10%であり、残りがアルミニウムとそれらに不可避の不純物である金属板であって、前記金属板が、少なくとも8500、好適には、少なくとも9000のRm(TL)×A(TL)積を有する、少なくとも部分的に実現された道路輸送用又は鉄道輸送用タンク。

請求項29

前記金属板が、100℃で20日のエイジング処理の後に、粒状体間腐食試験の際の質量損失が50mg/cm2未満であり、好適には30mg/cm2未満であることを特徴づけられる、耐食性を示すことを特徴とする請求項28に記載の道路輸送用又は鉄道輸送用タンク。

請求項30

前記金属板が、100℃で20日のエイジング処理の後に、50%未満のCSC指数によって特徴づけられる耐応力腐食性を示すことを特徴とする、請求項28又は請求項29に記載の道路輸送用又は鉄道輸送用タンク。

請求項31

請求項1〜23のいずれか一つに記載の金属板によって少なくとも部分的に実現される溶接構造物。

請求項32

5183合金溶接棒を用いて、MIG溶接によってV字形(角度45度)で面取りしてトラバース長手方向につきあわせて溶接することによって得られた溶接接合部が、溶接接合部を横断する長手方向に採取された試験片で測定され、そして溶接ビード対称平坦化後に、前記溶接接合部が試験片の長さの中央にくるように配置された、少なくとも275MPaのRmの値を示していることを特徴とする、請求項31に記載の溶接構造物。

技術分野

0001

本発明は、高機械強度のAl−Mg合金型に関するものであり、より詳細には、自動車車体産業用車両、固定又は移動式タンクなどの溶接構造物向けの合金に関するものである。

背景技術

0002

軽量化を図りながら溶接構造物の機械的強度を増すために、現在使用されている合金5083、5086、5182、5186あるいは5383が、とくに組織Oおよび組織H111のような殆ど加工されていない組織において、溶接性耐腐食性又は成形性などのようなその他の使用特性を少しも損なうことなく、改善された機械的特性を備えることは有益である。これらの合金の命名は、The Aluminium Association(アルミニウム協会)の規則に従ったものであり、また冶金組織の命名は欧州規格EN515に定義されたものである。

0003

構造の諸元決定について、使用者の選択を支配するパラメータは、主として次の静的機械諸特性である。すなわち、破断強度Rm、弾性限界Rp0.2および破断伸びAである。考慮される他のパラメータとして、対象とする用途分野の特定の要求に応じて、溶接接合部強度、金属板と溶接接合部の耐腐食性、金属板と溶接接合部の疲労耐性、耐亀裂拡耐性靱性折曲性、溶接性、所定の金属板の製造および使用条件における残留応力形成傾向、およびできるだけ低い製造コストでの一定品質の金属板の容易な製造などが挙げられる。

0004

現状技術は、Al−Mg合金の機械特性を向上させるためにいくつかの手段を提供している。

0005

欧州特許出願公開第769564A1号明細書(Pechiney Rhenalu)は(質量パーセントで):
Mg4.2〜4.8 Mn<0.5 Zn<0.4 Fe<0.45 Si<0.30
またMn+Zn<0.7およびFe>0.5Mnの、
殆ど加工されていない状態で、Rmの値>275MPa、Aの値>17.5%、Rm×A>6500を示す金属板の製作を可能にする他のいくつかの元素を含有することも可能な組成合金を開示している;より管理された組成であれば、このRm×A積が7000を、さらには7500を超える値にすることが可能である。

0006

このタイプの合金は、5186という名称溶接された道路輸送タンクの製造に用いられている。この用途のために、Rm×A積は、大きな弾性変形下にある構造、例えば損傷がある場合に、振る舞いを推定するパラメータとして用いられる。当業者は、二つのパラメータRmとAの一方を犠牲にして、その他方を既知のAl−Mg合金の一つにおいてどのように増加させるかを知っている;前記特許出願はこれら二つのパラメータの間のもっとも良い折衷を備えた金属板は、金属板がきわめて特殊な微小構造を示すときに得られることを示している。5186合金製の金属板は高いRm×A積だけでなく、高いAの値をも特徴とし、それが前記金属板の折曲性に有利に働き、それらを機械的構造に使用するのが容易になる。

0007

特開昭62−207859号公報(スカイアルミニウム)によって別の方法が提案され、(質量パーセントで):
Mg2〜6% Mn0.05〜1.0% Cr0.03〜0.3% Zn0.03〜0.3% V0.03〜0.3%で
さらにCu0.05〜2.0%および/又はZn0.1〜2.0%を含有することができる組成の合金において、連続鋳造によって製錬され、金属間粒子の大きさが5μm以下である合金を開示している。これらの合金は車体用の金属板の製造に適したものである可能性があるものであり、なぜならきわめて特有な熱的な機械的処理の範囲を用いることにより、リューダース線を呈しない厚さ1mmの金属板の製錬が可能になるためである。

0008

別の方法を提案している欧州特許第0892858B1号明細書(Hoogovens Aluminium Walzprodukte GmbH)は:
Mg5〜6% Mn0.6〜1.2% Zn0.4〜1.5% Zr0.05〜0.25%の
とくに亜鉛含有率がおよそ0.8%のきわめて固い合金の製造を可能にする、他の元素も含有することができる組成合金を開示している。これらの製品が示す破断伸びは、H321組織でおよそ10%、O組織でおよそ20%の値を超えるものではない。

0009

欧州特許第823489B1号明細書(Pechiney Rhenalu)は:
3.0%<Mg<6.5% 0.2%<Mn<1.0% Fe<0.8% 0.05%<Si<0.6% Zn<1.3%の
他のいくつかの元素を含有することも可能な、きわめて特殊な微小構造を特徴とする組成製品を開示している;これらの製品はタンクの製造に使用するために設計されたものではなく、海水と接触する、あるいは海洋環境で使用される溶接構造物のために設計されたものである。
欧州特許出願公開第769564A1号明細書
特開昭62−207859号公報(スカイアルミニウム)
欧州特許第0892858B1号明細書
欧州特許第823489B1号明細書

発明が解決しようとする課題

0010

本発明が解決すべき課題は、材料のその他の特性値を既存の材料のレベルに少なくとも比較可能なレベルに維持しながら、危険物質の道路輸送又は鉄道輸送のためのタンク等、とりわけ溶接構造物の実現のためのそれらの使用を目的として、Al−Mg製品の機械特性値を向上させることである。

課題を解決するための手段

0011

本発明の対象は、(質量パーセントで):
Mg4.85〜5.35% Mn0.20〜0.50% Zn0.20〜0.45%
Si<0.20% Fe<0.30% Cu<0.25% Cr<0.15%
Ti<0.15% Zr<0.15%
を含有し、残りがアルミニウムとそれらに不可避不純物であることを特徴とする、Al−Mg合金製熱間鍛造製品である。

0012

本発明のもう一つの対象は、組成が(質量パーセントで):
Mg4.90〜5.35% Mn0.20〜0.50% Zn0.25〜0.45%
Si0.05〜0.20% Fe0.10〜0.30% Cu<0.25% Cr<0.15%
Ti<0.15% Zr<0.10%
であり、残りがアルミニウムとそれらに不可避の不純物である金属板であって、前記金属板が、少なくとも8500、好適には、少なくとも9000のRm(TL)×A(TL)積を有する、少なくとも部分的に実現された、道路輸送用又は鉄道輸送用タンクである。

発明を実施するための最良の形態

0013

合金の命名はThe Aluminium Association(アルミニウム協会)の規則に従う。特記事項なき限り、化学組成は質量パーセントで表示される。冶金組織は欧州規格EN515に定義されている。特記事項なき限り、静的機械的特性、すなわち破断強度Rm、弾性限界Rp0.2および破断伸びAは、TL(長手貫通)方向に採取された比例する試験片において、規格EN10002−1に従って引張試験が実施されることにより決定される(さらに、基準L0=5.65√S0の間の初期長さによって特徴づけられ、ここに、S0は初期断面の面積を表す。)。

0014

本出願人は、意外なことに、課題を解決するために5186合金の領域とは明らかに異なるきわめて狭義のAl−Mg−Mn−Znの組成領域を選択する必要があることを発見した。さらに、マグネシウム含有率を上げ、少量の亜鉛を添加し、最低レベルを超える様に維持しながら、少量添加元素Fe、Si、Mnの含有率下げる必要がある。

0015

事実、マグネシウム特定種アルミニウム合金の機械的特性(R0.2とRm)を向上させることが周知であるためである。したがって、本出願人は少なくとも4.85%、好適には4.90%を超え、さらに好適には4.95%あるいは5.00%を超えるマグネシウム含有率により、要求される機械的特性レベルが得られることを確認した。しかしながら、マグネシウムが5.35%を超えると耐食性が低下しはじめる。したがって、5.30%の最大値が好ましい。

0016

十分な量の亜鉛の添加(最低0.20%、好適には少なくとも0.25%またさらに好適には少なくとも0.30%)により金属板の機械的特性、また溶接接合部部位の弾性限界に良い効果があることが発見された。他方で、耐食性も向上させるものである。本発明の枠内では、0.45%の含有率を超えないことが好ましい。0.25%と0.40%の間に含まれる含有率であることが好ましい。

0017

本出願人により、粒状構造を制御するためにはマンガン最低含有率を0.20%に維持しなくてはならないが、粗大な金属間相の形成を防止し、最小組織での再結晶化を促進するためには、0.50%未満、好適には0.40%未満にとどまらなければならないことが確認された。好適領域は、0.25〜0.35%である。十分な量のマンガンが存在することは機械的特性の獲得にも貢献する。

0018

5xxx合金において、銅は全体的耐食性を低下させることが知られている。本出願人により、銅の含有率を0.25%未満に維持することが好ましいことが発見された。したがって、0.20%未満、0.15%未満、さらには0.10%未満の含有率が好ましい。

0019

鉄とシリコンは、アルミニウムの通常の不純物である。本発明の枠内においては、鉄の含有率は0.30%を超えてはならず、またシリコンの含有率は0.20%を超えてはならない。しかしながら、本出願人は意外なことに、ある量の鉄とシリコンの存在が本発明の目的達成に貢献することを確認した。したがって、例えば、少なくとも0.05%のシリコン含有率は細かく再結晶化した粒状微小構造を助長する。鉄については、少なくとも0.10%の含有率が好ましい。

0020

本発明による製品は、少量のクロムチタンジルコニウムを含有することができる。これらの元素のそれぞれの含有率は、0.15%を超えてはならなず、より好適には0.10%を超えるものであってはならず、なぜならこれらの元素において高い含有率は、再結晶化の妨害をし、値Aの低下に至らせるためである。

0021

本発明による製品は、半連続鋳造と、ついで所望の製品形状に対応する加工過程によって常に製錬される。すなわち、引き抜かれた又は延伸製品(棒、管、形材ワイヤ)については押し出し加工で。圧延製品薄板帯材厚板)については圧延で。圧延製品の場合、半連続鋳造によって製錬された圧延板熱間圧延され、ついで必要ならば冷間圧延される。帯材は次に平らにされ、金属板に切り出される。この製造工程において、製品の機械的特性に影響する熱間圧延機出口温度巻き取り温度、ならびに冷間加工率を入念に調節しなければならない。好適な最終厚みは、3〜12mmである。本発明の好適な実施態様において、熱間圧延によって最終厚みの金属板が直接得られる。この場合、260℃と330℃の間に含まれ、さらに好適には290℃と330℃の間に含まれる熱間圧延機出口温度が有利に選択される。260℃未満では、得られた微小構造が対象とされる用途の分野に適合せず、330℃を超えると粒子の肥大が観察されることがあり、それによって所望の機械的特性が低下する。本発明のこの特定の実施態様、すなわち熱間圧延によって最終的な厚みの金属板が直接得られることは、例えば、3000mmを超える、好適には3300mmを超える、さらに好適には3500mmを超えるきわめて長尺の金属板製造も容易にする。

0022

好ましい実施態様において、本発明による製品は少なくとも24%の、好適には少なくとも27%の破断伸びAによって特徴づけられる。この特徴は製品の使用を容易にしている。例えば、圧延金属板に、折り曲げおよび成形に対して優れた適性を付与する。

0023

もう一つの推奨実施態様において、三つのパラメータRp0.2(TL)、Rm(TL)およびA(TL)の最適化が求められる。指数“TL”は、これらの機械的特性が金属板のTravers−Long(長手貫通)方向(圧延方向に垂直)に採取された引張試験の試験片で測定されたことを示している。指定区域内に化学組成を適切に調節することによって、少なくとも145MPaの、好適には少なくとも150MPaの、さらに好適には少なくとも170MPaの弾性限界Rp0.2(TL)、少なくとも290MPaの、好適には少なくとも300MPaの破断強度Rm(TL)、そして少なくとも24%の、好適には少なくとも27%の破断伸びA(TL)を呈する製品が得られる。

0024

例えば、Mn0.20〜0.40%、Zn>0.25%そして好適には>0.30%、少なくとも0.10%の鉄含有率、および少なくとも0.10%のシリコン含有率を有利には選択することができる。

0025

別の推奨実施態様においては、主にRm(TL)×A(TL)積の最適化をはかる。指定区域内で化学組成を適切に調節して、Rp0.2(TL)の十分なレベルを維持しながら、TL方向に採取した試験片で測定した、Rm(TL)がMPaでA(TL)が質量パーセントで表される積を示すRm(TL)×A(TL)積が8200を超え、好適には8500を超え、より好適には9000を超える製品が得られる。この製品は、とくに金属板の形状において、とりわけ危険物質の道路輸送用又は鉄道輸送用の、タンクの製造にとくに適している。

0026

本発明による製品は、比較される既知のAl−Mg合金製製品に少なくとも劣らない耐食性を示すものであり、そのうえ、マグネシウム含有率がはるかに高いものである。本発明の枠内においてこの耐食性は、好適には、質量損失と粒状体腐食試験欧州共同体公報19/11/1984、No.L300−35〜43)後の粒状体腐食による欠陥が存在する金属の最大深さ、あるいはASTM規格G30、G39、G44とG49によって実現された耐応力腐食試験によって特徴づけられる。

0027

耐応力腐食試験はASTM規格G129を参照して有利に実施することが可能であり、本出願人は過去にこれらの規格とASTM規格G129(R.Dif et al.,Proceedings of the 6th International Conference on Aluminium Alloys,1998,Toyohashi,Japon,pp.1615−1620、ならびにR.Dif et al.,Proceedings of the Eurocorr Conference 1997,Trondheil,Norvege,pp.259−264参照)の間に高い相関関係確立した。

0028

選択した粒状体間腐食試験は海洋雰囲気内での自然曝露を反映しているとみなされている(R.Dif et al.,Proceedings of the EUROCORRConference,1999,Aix−la−Chapelle,Allemagne)。

0029

腐食の振舞い初期状態で評価したが、同様に、条件を変動させることのできる人工エイジング処理の後にも評価された。約二十年間の環境温度での自然エイジング再現するために、5xxx系列の合金に対して100℃での7日間の処理が従来用いられてきた(E.H.Dix et al.,Proceedings of the 4th annual Conference of NACE,San Francisco,USA,1958)。

0030

きわめて特殊な使用の場合、構造物を比較的高い温度(60℃を超える)にさらすことができる。当業者には理解されているように、これらの条件においては、5xxx系列の特定の合金は、一定の曝露時間を超えると一定の腐食への感度を示しうる。鋭敏化と呼ばれるこの現象を研究するためには、100℃で7日より長い熱処理を実施するのがよい。実施する処理の数と時間を制限するために、通常は等価時間の概念が用いられる。より正確に言えば、温度T1で実施した時間t1の処理は、温度T2で実施した時間t2の処理と等価になるものであり、次式(R.Dif et al.,Proceedings of the 6th International Conference on Aluminium Alloys,1998,Toyohashi,Japon,pp.1489−1494)で与えられるものである。

0031

0032

この式において、温度は絶対温度Kで表されている。Qはマグネシウム拡散熱活性化エネルギーを表す(単位J/モル)。Rは理想気体常数のことである。

0033

文献から得られたQ/R比の値は、およそ10000Kから13500Kまでである。

0034

本発明の特定の実施態様によれば、本発明による製品は粒状体間試験の際に、100℃で7日のエイジング処理の後に20mg/cm2未満の質量損失と、130μm未満、好適には70μm未満の浸食最大深さによって少なくとも特徴づけられる粒状体間耐食性を示す。

0035

好適には、前記製品は、100℃で20日のエイジング処理の後に、50mg/cm2未満、好適には30mg/cm2未満の質量損失を示し、250μm未満、好適には100μm未満の浸食最大深さも示す。本発明の枠内で最も好適な製品は、120℃で20日のエイジング処理の後に、95mg/cm2未満、好適には80mg/cm2未満、さらに好適には60mg/cm2未満の質量損失と、450μm未満、好適には400μm未満の浸食最大深さを示し、この特性は上述の特性の少なくとも一つ、すなわち100℃で20日又は120℃で20日のエイジング処理の後に加えられるものとする。これらの製品は、それが優れた機械的特性(例えば、Rm×A積が、少なくとも8500さらには9000の製品)をさらに有する場合、上述に示されたような道路輸送用又は鉄道輸送用タンクなどの、溶接構造物の製造にとくに適している。

0036

応力腐食性の研究において、本出願人は、緩速引張法(《Slow Strain Rate Testing》)を好み、この方法は、例えばASTM規格G129に記載されている。この試験は、より迅速であり、実験条件をよく制御する限りにおいて、耐応力の非破断限界応力を決定することからなる従来の方法よりも判別性が高い。

0037

緩速引張試験原理不活性雰囲気実験室の空気)内と浸食性雰囲気内での引張特性を比較することをもってなる。腐食雰囲気における静的機械的特性の低下は、耐応力腐食感受性に対応する。もっとも敏感な引張試験特性は破断伸びAと(断面収縮最大応力Rmである。本出願人は、破断伸びが最大応力よりも明らかに判別性の高いパラメータであることを確認した。静的機械的特性の低下が、機械的応力と環境の相乗かつ同時の作用と定義される、耐応力腐食に実質的に対応することを確認する必要がある。したがって、本出願人は浸食性雰囲気で、応力のない、試験片の事前の予曝露の後で、この雰囲気内で実施した引張試験と同じ時間の間、不活性雰囲気(実験室の空気)内で引張試験も実施した。得られた引張特性が不活性雰囲気で得られるものと違わない場合、耐応力腐食感受性は下記の様に定義される「CSC感受性」指数Iを用いて定義できる:

0038

0039

緩速引張試験の臨界側面は、引張試験片変形速度腐食液の選択に関係する。本出願人は、曲率半径が100mmの切れ込みのある形状を呈する(長手貫通方向に採取した)試験片を使用し、それによって、変形場所を特定し、試験を一層厳密なものにすることが可能になる。

0040

応力速度に関しては、速度が速すぎると耐応力腐食現象を展開することができないが、速度が遅すぎると耐応力腐食を遮蔽してしまう。本出願人は、耐応力腐食の作用を最大にすることを可能にする(4.5・10-2mm/分の横断移動速度に対応する)5・10-5s-1の変形速度を使用した(R.Dif et al.,Proceedings of the 6th International Conference on Aluminium Alloys,1998,Toyohashi, Japon,pp.1615−1620)。

0041

使用する浸食性環境に関しては、浸食性の高すぎる雰囲気は耐応力腐食を隠し、苛酷でない環境は腐食現象を明らかにすることができないと言う意味で同じ種類の問題が起きる。本発明の枠内においては、3%NaCl+0.3%H2O2の溶液を用いることで成功した。

0042

本発明による製品は、有利には溶接構造物、道路輸送用又は鉄道輸送用タンク製造、又は産業用車両の製造に使用されることが可能である。それらは、とりわけ補強部品のような、自動車の車体製造に使用することも可能である。それらは成形において非常に優れた適性を示すものである。

0043

推奨使用において、道路輸送用又は鉄道輸送用タンク製造のために、厚みが3mmから12mmの間に含まれる、好適には4.5mmと10mmの間に含まれる、O組織又はH111組織などの、ほとんど加工されていない冶金状態で圧延された金属板の形で本発明による製品が使用され、前記金属板は、8200を超える、好適には、8500を超える、さらに好適には9000を超えるRm(TL)×A(TL)積と、優れた耐食性を特徴とする。この使用において、好適には、粒状体間耐食性試験での質量損失は、100℃で20日間のエイジング処理の後は30mg/cm2未満であり、緩速引張試験でのCSC指数は、100℃で20日間のエイジング処理の後は50%未満である。

0044

本発明による製品は、Al−Mg型合金使用可能な全ての溶接法で溶接可能であり、例えば、MIG又はTIG溶接摩擦溶接レーザー溶接電子ビーム溶接などで溶接できる。より詳細には、本出願人は本発明による製品をMIG溶接して得られる溶接接合部は、破断限度が少なくとも5186などの既知の合金と同じぐらい高いことにより特徴づけられることを確認した。これらの溶接試験は、5183合金製溶接棒を用いて、平滑電流半自動MIG溶接によってV字形面取りして突き合わせて溶接したH111組織の金属板に、長手貫通方向方向に実施された。機械的試験対称平坦化したビード、あるいは平坦化していないビード付きで長手(溶接ビードに垂直)方向に、あるいはTL方向に採取した引張試験片で実施した。長手方向に採取した試験片でRmの値は、少なくとも275MPaになり、この材料が溶接構造物に使用するのに最適であることが強調される。

0045

本発明は、非制限的な実施例を通じてもっとよく理解することができるものである。

0046

さまざまな合金で圧延板を半連続鋳造で製錬した。それらの組成は表1に示した。元素の化学分析は、湯道で採取した液体金属から得られた分光測定用スラグに対してスパーク分光分析によって実施された。

0047

圧延板は再加熱され、ついで熱間圧延された。例えば、実施例H1に対応する板は三段階で再加熱された:490℃で10時間、510℃で10時間、490℃で3時間45分、ついで入口温度490℃、巻き取り温度310℃で熱間圧延された。実施例H2,I1、I2、I3とI4に対応する板では、再加熱を二段階(510℃で21時間+490℃で2時間)で行われ、圧延入口温度はそれぞれ477℃、480℃、479℃、474℃と478℃で行われるが、一方では巻き取り温度はそれぞれ290℃、300℃、270℃、310℃と300℃であった。巻き取り後、全ての金属板は平坦にされ、切り出された。

0048

0049

合金A、B、C、D、EとFは現状技術による合金である。合金G、HとIは、本発明による合金である。
これらの合金から製錬された金属板の各特性値は、表2に示されている。各金属板には、それが製錬された合金と同じ参照番号が付けられている。

0050

0051

H111組織で、厚みが5.0mmの実施例H1に対応する二枚の金属板を平滑電流半自動MIG溶接によってV字形(角度45度)で面取りしてトラバース長手方向に突き合わせ溶接した。Soudure Autogene Francaise社から供給された厚み1.2mmの5183合金(Mg4.81%、Mn0.651%,Ti0.120%、Si0.035%,Fe0.130%、Zn0.001%,Cu0.001%、Cr0.075%)の溶接棒が使用された。

0052

接合部が中央に来るように溶接された接合部を横断する長手方向で、試験片を採取した。対称に平坦にしたビードのRmの値は285MPaであり、平坦にしないビードの値は311MPaであった。

0053

H2金属板に対応する二枚の金属板に同じ試験を実施した。対称に平坦にした溶接ビードでは、Rmの値は290MPaであった。ビードを平坦にしないときの値は、318MPaであった。比較例として、似た厚みの先行技術による金属板における平坦にしたビードでは、283MPaが得られる(参照:L.Cottignies et al.,《AA 5186:a new aluminium alloy for welded constructions》,Journal of Light Metal Welding and Construction,1999)。

0054

I2およびI4金属板に対応する二枚の金属板で同じ試験を実施した。この試験では、溶接した接合部を横断するTL方向で試験片を採取した。各結果は、次のとおりである。

0055

0056

実施例1に記載されたように実現された金属板に、LDH(Limit Dome Height)試験を実施した。LDHは周縁が固定された金属円盤パンチ試験である(R.Thompson,《The LDH test to evaluate sheet metal formability−Final report of the LDH committee of the North American Deep Drawing Research Group》,SAEConference,Detroit,1993,SAE Paper No.93−0815)。大きさが490mm×490mmの円盤に等軸二方向拡大の応力をかけた。ポンチ(直径250mm)と金属板の間潤滑プラスチックフィルムグリースによって確保した。LDH値は破断までのポンチの移動、すなわちパンチ限界深さである。

0057

H1金属板については101mmの値が得られ、H2金属板については94.1mmの値が得られる。比較例として、先行技術の似た厚みの合金については、LDHの値として94.3mmを得ていた(参照:L.Cottignies et al.,《AA5186:a aluminium new alloy for welded constructions》Journal of Light Metal Welding and Construction,1999)。

0058

先行技術の金属板と実施例H1に対応する金属板で、「発明を実施するための最良の形態」の項目に記載の方法とパラメータに従って緩速引張試験を実現した。二つの合金と異なるエイジング条件について得られた伸び値は表3に示した。

0059

0060

本発明による合金が、マグネシウム含有率が高いにもかかわらず、とくに中間エイジングレベルについて、エイジング処理の後の耐応力腐食がよりすぐれた耐性を示すことがわかる。

0061

粒状体間腐食試験は、30mm*30mm*5mmの大きさのサンプルに、B溶液(NaCl30g/l+HCl5g/l)を用いて、欧州共同体公報19/11/84、No.L300,35から43の勧告に従って、本発明に対応する金属板H1、H2、I2とI4、および現状技術による5186合金において実現された。これらの試験で得られた結果の各値は、先行技術の結果値と参照して、表4にまとめられた。

0062

0063

本発明による合金は、先行技術と同等、さらにはより優れた粒状体間耐食性レベルを示すものである。

0064

次の組成の圧延板を半連続鋳造で製錬した:
Mg5.0%、Zn0.30%、Mn0.35%、Si0.01%、Fe0.15%、Cu0.03%、Zr0.02%、Cr0.03%、Ni<0.01%、Ti0.02%。505℃で19時間均質化した後、板は厚みが7mmになるまで熱間圧延された。軽く平坦にした後、金属板は8時間の間378℃に温度を上げて焼き鈍しされ、ついで378℃から390℃の間に含まれる温度で30分間維持された

0065


このようにして得られた金属板の平均的機械特性(T−L方向)は次のとおりである:
Rm=297MPa、Rp0.2=139MPa、A=28.9%。

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