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WO2023276504A1 - アルミニウム合金押出材およびその製造方法 - Google Patents

アルミニウム合金押出材およびその製造方法 Download PDF

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WO2023276504A1
WO2023276504A1 PCT/JP2022/021574 JP2022021574W WO2023276504A1 WO 2023276504 A1 WO2023276504 A1 WO 2023276504A1 JP 2022021574 W JP2022021574 W JP 2022021574W WO 2023276504 A1 WO2023276504 A1 WO 2023276504A1
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mass
aluminum alloy
extruded material
alloy extruded
content
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PCT/JP2022/021574
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Inventor
健太郎 伊原
大晃 福田
隆広 志鎌
伸二 吉原
Original Assignee
株式会社神戸製鋼所
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Publication date
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Priority to EP22832662.5A priority patent/EP4350021A4/en
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/10—Alloys based on aluminium with zinc as the next major constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
    • B21C23/002—Extruding materials of special alloys so far as the composition of the alloy requires or permits special extruding methods of sequences
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/053—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with zinc as the next major constituent

Definitions

  • the present disclosure relates to an aluminum alloy extruded material and a manufacturing method thereof.
  • Patent Document 1 discloses an Al-Zn-Mg alloy extruded material (that is, a 7000 series aluminum alloy extruded material) in which the stress corrosion cracking resistance etc. of the T6 treated material are improved by controlling the alloy composition etc. . Specifically, it discloses an alloy extruded material that does not crack when it is held in a chromic acid boiling solution for 12 hours after being loaded with a stress of 95% of the yield strength by three-point bending.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and one of its purposes is to provide an aluminum alloy extruded material with improved stress corrosion cracking resistance and a method for manufacturing the same.
  • Aspect 1 of the present invention is Ingredient composition Zn: 3.0 to 6.0% by mass, Mg: 0.4 to 1.4% by mass, Fe: 0.05 to 0.2% by mass, Cu: 0.05 to 0.4% by mass, Ti: 0.005 to 0.2% by mass, Zr: 0.1 to 0.3% by mass, Cr: 0.050 to 0.160% by mass, and the balance: Al and inevitable impurities, An aluminum alloy extruded material with a conductivity of 40.1 to 44.3% IACS.
  • Aspect 2 of the present invention is The aluminum alloy extruded material according to aspect 1, wherein the Cr content is 0.070 to 0.120% by mass.
  • Aspect 3 of the present invention is Ingredient composition Zn: 3.0 to 6.0% by mass, Mg: 0.4 to 1.4% by mass, Fe: 0.05 to 0.2% by mass, Cu: 0.05 to 0.4% by mass, Ti: 0.005 to 0.2% by mass, Zr: 0.1 to 0.3% by mass, A step of preparing a billet consisting of Cr: 0.05 to 0.15% by mass and the balance: Al and inevitable impurities; heating the billet to 450-550° C.; cooling the heated billet to 300° C. or less at an average cooling rate of 90° C./hour or more; a step of reheating the cooled billet to 470° C. or higher for extrusion; and quenching the extruded billet.
  • FIG. 1 is a graph showing the relationship between Cr content and electrical conductivity when an aluminum alloy extruded material is produced by the production method described below.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the Cr content and the crack life in a stress corrosion cracking resistance test when an aluminum alloy extruded material is produced by the production method described later.
  • FIG. 3 schematically shows an example of temperature history in the method for producing an aluminum alloy extruded material according to the embodiment of the present invention.
  • the present inventors studied from various angles in order to realize an aluminum alloy extruded material with improved stress corrosion cracking resistance. As a result, by essentially including Zn, Mg, Fe, Cu, Ti, Zr and Cr, controlling their contents (especially Cr content) within a predetermined range and controlling the conductivity within a predetermined range, We have found that an aluminum alloy extruded material with improved stress corrosion cracking resistance can be realized. In addition, in order to control the conductivity within a predetermined range, it is necessary to control the component composition (especially the Cr content) and appropriately control the manufacturing conditions (especially the billet heating temperature, cooling rate, reheating temperature, etc.). I found that at the same time.
  • the aluminum alloy extruded material according to the embodiment of the present invention has a chemical composition of Zn: 3.0 to 6.0 mass%, Mg: 0.4 to 1.4 mass%, Fe: 0.05 to 0.2. Mass %, Cu: 0.05 to 0.4 mass %, Ti: 0.005 to 0.2 mass %, Zr: 0.1 to 0.3 mass %, Cr: 0.050 to 0.160 mass % and the balance being aluminum and inevitable impurities.
  • Zn 3.0 to 6.0 mass%
  • Mg 0.4 to 1.4 mass%
  • Fe 0.05 to 0.2.
  • Mass % Mass %
  • Cu 0.05 to 0.4 mass %
  • Ti 0.005 to 0.2 mass %
  • Zr 0.1 to 0.3 mass %
  • Cr 0.050 to 0.160 mass %
  • Zn 3.0 to 6.0% by mass
  • Zn is an element that improves the strength of the aluminum alloy extruded material together with Mg. In order to fully exhibit this effect, the Zn content is set to 3.0% by mass or more. On the other hand, if the Zn content exceeds 6.0% by mass, stress corrosion cracking resistance and general corrosion resistance are lowered. Therefore, the Zn content should be 3.0 to 6.0% by mass.
  • Mg is an element that improves the strength of the aluminum alloy extruded material together with Zn. In order to fully exhibit this effect, the Mg content is set to 0.4% by mass or more. On the other hand, if the Mg content exceeds 1.4% by mass, the extrudability is lowered and the elongation is lowered as the extrusion pressure increases. Therefore, the content of Mg is set to 0.4 to 1.4% by mass.
  • Fe 0.05 to 0.2% by mass
  • Fe is a major unavoidable impurity in aluminum alloys, and is made 0.2% by mass or less so as not to degrade various properties of aluminum alloy extruded materials.
  • reducing the Fe content in the aluminum alloy extruded material to less than 0.05% by mass imposes a large cost burden. Therefore, the Fe content is set to 0.05 to 0.2% by mass.
  • Cu 0.05 to 0.4% by mass
  • Cu is an element that improves the strength of the aluminum alloy extruded material. If the Cu content is less than 0.05% by mass, there is no sufficient strength improvement effect, while if it exceeds 0.4% by mass, the extrudability is lowered. Therefore, the Cu content should be 0.05 to 0.4% by mass. From the viewpoint of extrudability, the upper limit of the Cu content is preferably 0.2% by mass.
  • Ti 0.005 to 0.2% by mass
  • Ti has the effect of improving the formability of the extruded material, and is added in an amount of 0.005% by mass or more.
  • the Ti content is 0.005 to 0.2% by mass, preferably 0.005 to 0.1% by mass, more preferably 0.005 to 0.05% by mass.
  • Zr 0.1 to 0.3% by mass
  • Zr has the effect of suppressing recrystallization of the aluminum alloy extruded material and improving stress corrosion cracking resistance. If the Zr content is less than 0.1% by mass, the above effects are not sufficient, and if it exceeds 0.3% by mass, the extrudability is lowered and the quenching sensitivity is increased, resulting in a decrease in strength. Therefore, the Zr content should be 0.1 to 0.3% by mass.
  • Cr 0.050 to 0.160% by mass
  • Cr is closely related to stress corrosion cracking resistance when an aluminum alloy extruded material is produced by the production method described below. If the Cr content is less than 0.050% by mass, stress corrosion cracking resistance is lowered. Preferably, the Cr content is 0.063% by mass or more, more preferably 0.070% by mass or more. On the other hand, when the Cr content exceeds 0.160% by mass, intermetallic compounds of Cr begin to precipitate, resulting in deterioration in stress corrosion cracking resistance. Preferably, the Cr content is 0.135% by mass or less, more preferably 0.120% by mass or less.
  • An aluminum alloy extruded material preferably contains the above composition, and in one embodiment of the present invention, the balance is aluminum and unavoidable impurities.
  • unavoidable impurities contamination of elements brought in depending on the conditions of raw materials, materials, manufacturing equipment, etc. is allowed.
  • unavoidable impurities include Mn and Si, and it is preferable that the single content of Mn and Si be 0.05% by mass or less.
  • the total amount of unavoidable impurities is preferably 0.20% by mass or less.
  • the aluminum alloy extruded material according to the embodiment of the present invention preferably has a ratio of Zn content to Mg content (hereinafter also referred to as "Zn/Mg mass ratio") of 2.92 to 9.12. This makes it possible to increase the proof stress to 260 MPa or more. More preferably, the Zn/Mg mass ratio is 3.15-8.32. This makes it possible to increase the proof stress to 270 MPa or more.
  • the aluminum alloy extruded material according to the embodiment of the present invention can be manufactured with a conductivity of 40.1 to 44.3% IACS by using the manufacturing method described later.
  • %IACS is an index with the conductivity of international standard annealed copper (resistivity 1.7241 ⁇ 10 ⁇ 8 ⁇ m) as 100%.
  • resistivity 1.7241 ⁇ 10 ⁇ 8 ⁇ m the electrical conductivity decreases as the amount of solid solution of Cr increases. If the electrical conductivity exceeds 44.3% IACS, the stress corrosion cracking resistance is lowered.
  • the definite mechanism is not clear, it is considered that when the electrical conductivity exceeds 44.3% IACS, the solid solution amount of Cr is insufficient and the susceptibility to stress corrosion cracking increases.
  • the electrical conductivity is 43.7% IACS or less, more preferably 43.4% IACS or less.
  • the lower limit of the conductivity is not particularly limited, but in order to keep the Cr content at 0.160% by mass or less and the conductivity to be less than 40.1% IACS, it is necessary to set more detailed manufacturing conditions. In consideration of productivity, it is preferable to set the electrical conductivity to 40.1% IACS or more. More preferably, the conductivity is 40.9% IACS or higher, and even more preferably 41.3% IACS or higher.
  • resistivity can be measured by inducing eddy currents in a sample using a sigma tester, and conductivity (IACS conductivity) is the resistivity of standard copper at 20°C. is divided by the resistivity of the measurement sample and expressed as a percentage.
  • IACS conductivity is the resistivity of standard copper at 20°C. is divided by the resistivity of the measurement sample and expressed as a percentage.
  • FIG. 3 schematically shows an example of temperature history in the method for producing an aluminum alloy extruded material according to an embodiment of the present invention.
  • a method for producing an aluminum alloy extruded material according to an embodiment of the present invention includes (a) a step of heating a billet having the above composition to 450 to 550 ° C., and (b) an average cooling of 90 ° C./hour or more. (c) reheating to 470° C. or higher for extrusion processing; and (d) quenching. In the second half of the step (c) in FIG. 3, the temperature is set to rise in consideration of heat generation during extrusion, but it does not necessarily have to rise. Each step will be described below.
  • a billet having the above component composition is heated to 450-550°C.
  • elements such as Zn and Mg that improve strength can be dispersed, and Cr can be solid-solved in the Al matrix.
  • the heating temperature is preferably 490° C. or higher, more preferably 500° C. or higher, and still more preferably 510° C. or higher.
  • the heating temperature can be measured by attaching a thermocouple to the billet in the heating furnace.
  • the heating time is not particularly limited, but may be, for example, 1 hour or more.
  • step (b) Step of cooling to 300°C or less at an average cooling rate of 90°C/hour or more
  • the billet is cooled to 300°C or less at an average cooling rate of 90°C/hour or more. If the average cooling rate is less than 90° C./hour, the Cr solid solution in the billet precipitates, the amount of Cr solid solution decreases, and the stress corrosion cracking resistance decreases.
  • the average cooling rate is preferably 200° C./hour or higher, more preferably 400° C./hour or higher.
  • the average cooling rate is measured by dividing the difference between the billet heating temperature and 300°C after cooling, which is measured using a thermocouple, by the time required for cooling from the heating temperature to 300°C. be able to.
  • step (b) the material is reheated to 470° C. or higher for extrusion. If the reheating temperature is lower than 470° C., the Cr solid solution in the billet precipitates, the amount of Cr solid solution decreases, and the stress corrosion cracking resistance decreases.
  • the temperature during reheating can be measured by attaching a thermocouple to the billet.
  • the die temperature and container temperature during extrusion are preferably heated to 400° C. or higher so that the reheating temperature can be maintained during extrusion.
  • the extrusion conditions are not particularly limited, but may be, for example, an extrusion ratio of 10 or more and an extrusion speed of 1 m/min or more.
  • the shape and the like of the extruded material after extrusion are not particularly limited.
  • the steel is quenched by a known method in order to secure a predetermined strength and to suppress precipitation of Cr.
  • quenching can be performed by air cooling, water cooling, misting, or the like.
  • the method for producing an aluminum alloy extruded material according to an embodiment of the present invention may include other steps (for example, an artificial aging treatment step performed after step (d)). .
  • FIG. 1 shows the relationship between the Cr content and the conductivity when an aluminum alloy extruded material is produced by the above production method.
  • the hatched areas in FIG. 1 indicate areas where the conductivity is between 40.1 and 44.3% IACS.
  • the conductivity decreases as the Cr content increases, and the conductivity becomes 40.1 to 44.3% IACS by setting the Cr content to 0.050 to 0.160% by mass. I understand.
  • FIG. 1 shows the relationship between the Cr content and the conductivity when an aluminum alloy extruded material is produced by the above production method.
  • the hatched areas in FIG. 1 indicate areas where the conductivity is between 40.1 and 44.3% IACS.
  • the conductivity decreases as the Cr content increases, and the conductivity becomes 40.1 to 44.3% IACS by setting the Cr content to 0.050 to 0.160% by mass. I understand.
  • FIG. 2 shows the cracking life in the stress corrosion cracking resistance test for the Cr content when the aluminum alloy extruded material is produced by the above production method (specifically, higher stress at three-point bending (100% of proof stress ), and the time until cracking occurs when held in a chromic acid boiling solution for 10 hours or more after being loaded.
  • the hatched area in FIG. 2 indicates the area where the crack life is 10 hours or longer. From FIG. 2, it can be seen that when the Cr content is 0.050 to 0.160% by mass, the cracking life becomes 10 hours or more, and the stress corrosion cracking resistance can be improved. It can be seen that when the Cr content is less than 0.050% by mass, the crack life is less than 10 hours.
  • the susceptibility to stress corrosion cracking increases when the Cr solid solution amount is small. Also, it can be seen that when the Cr content exceeds 0.160% by mass, the crack life is less than 10 hours. This is because when the Cr content exceeds 0.160% by mass, an intermetallic compound of Cr begins to precipitate (although the electrical conductivity is low and the amount of Cr in solid solution is large). Furthermore, from FIG. 2, by setting the Cr content to 0.063 to 0.135% by mass, the cracking life becomes 12.5 hours or more, and the stress corrosion cracking resistance can be further improved. It can be seen that by setting the content to 070 to 0.120% by mass, the cracking life becomes 14 hours or more, and the stress corrosion cracking resistance can be further improved.
  • the aluminum alloy extruded material according to the embodiment of the present invention can have a yield strength of 260 MPa or more by general artificial aging treatment. More preferably, the proof stress can be 270 MPa or more. Further, the tensile strength after general artificial aging treatment is preferably 330 MPa or more, and the elongation after general artificial aging treatment is preferably 10% or more, more preferably 11% or more.
  • An aluminum alloy billet having the chemical composition shown in Table 1 was cast and heated to 470°C.
  • the heating time at 470° C. was 6 hours. After that, it was air-cooled to room temperature (about 25°C) at an average cooling rate of 90°C/hour or more. After that, the billet is reheated to 480° C. and extruded at a die temperature of 450° C., a container temperature of 450° C., an extrusion ratio of 60.9, and an extrusion speed of 4 m/min. and After that, quenching was performed by air cooling.
  • ⁇ Tensile test> Two JIS13B test pieces are cut out from the aluminum alloy extruded material so that the tensile direction is parallel to the extrusion direction (L direction), and a tensile test is performed according to the metal material test method specified in JISZ2241. Yield strength and elongation were measured.
  • ⁇ Stress corrosion cracking resistance test (chromic acid accelerated test)> A stress was applied to the aluminum alloy extruded material by three-point bending.
  • the stress loading direction was the transverse direction (LT direction), and the load stress level was 100% of the proof stress after each artificial aging treatment. After that, two of each were immersed in a chromic acid boiling solution and visually observed every two hours up to 16 hours.
  • Table 2 shows the results of each test. In the stress corrosion cracking resistance test, if cracking was not observed even after 16 hours had elapsed, "16" was entered in the crack life column.
  • Test No. in Table 2 Both Nos. 1 and 2 satisfied the requirements defined in the embodiments of the present invention, had a cracking life of at least 10 hours, and had improved stress corrosion cracking resistance. On the other hand, test no. 3 to 5 do not meet the requirements specified in the embodiments of the present invention (Cr content 0.050 to 0.160% by mass and conductivity 40.1 to 44.3% IACS), and crack life was less than 10 hours.

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Abstract

成分組成が、Ｚｎ：３．０～６．０質量％、Ｍｇ：０．４～１．４質量％、Ｆｅ：０．０５～０．２質量％、Ｃｕ：０．０５～０．４質量％、Ｔｉ：０．００５～０．２質量％、Ｚｒ：０．１～０．３質量％、Ｃｒ：０．０５０～０．１６０質量％、ならびに残部：Ａｌおよび不可避不純物からなり、導電率が４０．１～４４．３％ＩＡＣＳである、アルミニウム合金押出材。

Description

アルミニウム合金押出材およびその製造方法
　本開示はアルミニウム合金押出材およびその製造方法に関する。
　従来、フレーム材に用いられるアルミニウム部材として、高強度の６０００系アルミニウム合金押出材が主に使用されてきた。しかし、６０００系アルミニウム合金は焼入れ感受性が高く、焼入れによって歪が生じやすいために、精度が要求される部材への適用は難しい。そこで、応力腐食割れの問題があるものの焼入れ感受性が低い７０００系アルミニウム合金のフレーム材への適用が試みられている。
　特許文献１には、合金組成等を制御することによりＴ６処理材の耐応力腐食割れ性等を改善したＡｌ－Ｚｎ－Ｍｇ系合金押出材（すなわち７０００系アルミニウム合金押出材）が開示されている。具体的には、３点曲げにて耐力の９５％の応力を負荷した後、クロム酸沸騰溶液中に１２時間保持して、割れが発生しない合金押出材が開示されている。
特開平１０－３０１４７号公報
　しかしながら、特許文献１に開示されるような従来技術では、３点曲げにてより高応力（耐力の１００％）を負荷した後、クロム酸沸騰溶液中に１０時間以上保持した場合に、割れが発生するおそれがあることがわかり、耐応力腐食割れ性に更なる改善の余地があることがわかった。
　本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、耐応力腐食割れ性が改善されたアルミニウム合金押出材およびその製造方法を提供することである。
　本発明の態様１は、
　成分組成が、
　Ｚｎ：３．０～６．０質量％、
　Ｍｇ：０．４～１．４質量％、
　Ｆｅ：０．０５～０．２質量％、
　Ｃｕ：０．０５～０．４質量％、
　Ｔｉ：０．００５～０．２質量％、
　Ｚｒ：０．１～０．３質量％、
　Ｃｒ：０．０５０～０．１６０質量％、ならびに
　残部：Ａｌおよび不可避不純物からなり、
　導電率が４０．１～４４．３％ＩＡＣＳである、アルミニウム合金押出材である。
　本発明の態様２は、
　前記Ｃｒの含有量が０．０７０～０．１２０質量％である、態様１に記載のアルミニウム合金押出材である。
　本発明の態様３は、
　成分組成が、
　Ｚｎ：３．０～６．０質量％、
　Ｍｇ：０．４～１．４質量％、
　Ｆｅ：０．０５～０．２質量％、
　Ｃｕ：０．０５～０．４質量％、
　Ｔｉ：０．００５～０．２質量％、
　Ｚｒ：０．１～０．３質量％、
　Ｃｒ：０．０５～０．１５質量％、ならびに
　残部：Ａｌおよび不可避不純物からなるビレットを用意する工程と、
　前記ビレットを、４５０～５５０℃に加熱する工程と、
　加熱した前記ビレットを、９０℃／時間以上の平均冷却速度で３００℃以下に冷却する工程と、
　冷却した前記ビレットを、４７０℃以上に再加熱して押出加工を行う工程と、
　押出加工した前記ビレットを焼入れする工程と、を含む態様１または２に記載のアルミニウム合金押出材の製造方法である。
　本発明の実施形態によれば、耐応力腐食割れ性が改善されたアルミニウム合金押出材およびその製造方法を提供することが可能である。
図１は、後述する製造方法でアルミニウム合金押出材を製造した場合の、Ｃｒ含有量に対する導電率の関係を示すグラフである。 図２は、後述する製造方法でアルミニウム合金押出材を製造した場合の、Ｃｒ含有量に対する、耐応力腐食割れ性試験における割れ寿命の関係を示すグラフである。 図３は、本発明の実施形態に係るアルミニウム合金押出材の製造方法の温度履歴の一例を模式的に示したものである。
　本発明者らは、耐応力腐食割れ性が改善されたアルミニウム合金押出材を実現するべく、様々な角度から検討した。その結果、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＺｒおよびＣｒを必須で含み、それらの含有量（特にＣｒ含有量）を所定範囲に制御するとともに、導電率を所定範囲に制御することにより、耐応力腐食割れ性が改善されたアルミニウム合金押出材を実現できることを見出した。また、導電率を所定範囲に制御するために、成分組成（特にＣｒ含有量）を制御するとともに、製造条件（特にビレット加熱温度、冷却速度および再加熱温度等）を適切に制御する必要があることも同時に見出した。
　以下に、本発明の実施形態が規定する各要件の詳細を示す。
＜１．成分組成＞
　本発明の実施形態に係るアルミニウム合金押出材は、成分組成が、Ｚｎ：３．０～６．０質量％、Ｍｇ：０．４～１．４質量％、Ｆｅ：０．０５～０．２質量％、Ｃｕ：０．０５～０．４質量％、Ｔｉ：０．００５～０．２質量％、Ｚｒ：０．１～０．３質量％、Ｃｒ：０．０５０～０．１６０質量％を含み、さらに、残部がアルミニウムおよび不可避不純物であることが好ましい。
　以下、各元素について詳述する。
　（Ｚｎ：３．０～６．０質量％）
　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。この効果を十分に発揮させるために、Ｚｎ含有量を３．０質量％以上とする。一方、Ｚｎ含有量が６．０質量％超だと耐応力腐食割れ性および一般耐食性が低下する。よって、Ｚｎ含有量は３．０～６．０質量％とする。
　（Ｍｇ：０．４～１．４質量％）
　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。この効果を十分に発揮させるために、Ｍｇ含有量を０．４質量％以上とする。一方、Ｍｇ含有量が１．４質量％超だと、押出圧力の増大に伴い押出性が低下するとともに伸びも低下する。よって、Ｍｇの含有量は０．４～１．４質量％とする。
　（Ｆｅ：０．０５～０．２質量％）
　Ｆｅはアルミニウム合金の主要な不可避不純物であり、アルミニウム合金押出材の諸特性を低下させないため、０．２質量％以下とする。一方、アルミニウム合金押出材中のＦｅを０．０５質量％未満に低減することはコスト面の負担が大きい。よって、Ｆｅ含有量は０．０５～０．２質量％とする。
　（Ｃｕ：０．０５～０．４質量％）
　Ｃｕは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。Ｃｕ含有量が０．０５質量％未満では十分な強度向上効果が無く、一方、０．４質量％超だと押出性の低下を招く。よって、Ｃｕ含有量は０．０５～０．４質量％とする。押出性の観点から、Ｃｕ含有量の上限値は０．２質量％であることが好ましい。
　（Ｔｉ：０．００５～０．２質量％）
　Ｔｉは、押出材の成形性を向上させる作用があり、０．００５質量％以上を添加する。一方、０．２質量％超だとその作用が飽和し、粗大な金属間化合物が晶出して破壊の起点になりうるため機械的性質が低下する。よって、Ｔｉ含有量は０．００５～０．２質量％とし、好ましくは０．００５～０．１質量％とし、より好ましくは０．００５～０．０５質量％とする。
　（Ｚｒ：０．１～０．３質量％）
　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向上させる作用がある。Ｚｒの含有量が０．１質量％未満では前記効果が十分ではなく、０．３質量％超だと押出性が低下し、さらに焼入れ感受性を高めて強度低下を招く。よって、Ｚｒ含有量は０．１～０．３質量％とする。
　（Ｃｒ：０．０５０～０．１６０質量％）
　本発明者らは、後述するような製造方法でアルミニウム合金押出材を製造した場合において、Ｃｒが耐応力腐食割れ性と密接に関連することを見出した。Ｃｒ含有量が０．０５０質量％未満であると、耐応力腐食割れ性が低下する。好ましくは、Ｃｒ含有量が０．０６３質量％以上、より好ましくは０．０７０質量％以上である。一方、Ｃｒ含有量が０．１６０質量％超であると、Ｃｒの金属間化合物が析出し始め、耐応力腐食割れ性が低下する。好ましくは、Ｃｒ含有量が０．１３５質量％以下、より好ましくは０．１２０質量％以下である。
　本発明の実施形態に係るアルミニウム合金押出材は、上記の成分組成を含み、本発明の１つの実施形態では、残部はアルミニウムおよび不可避不純物であることが好ましい。不可避不純物として、原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる元素の混入が許容される。なお、例えば、Ｆｅのように、通常、含有量が少ないほど好ましく、従って不可避不純物であるが、その組成範囲について上記のように別途規定している元素がある。このため、本明細書において、「不可避不純物」という場合は、別途その組成範囲が規定されている元素を除いた概念である。
　不可避不純物としては、ＭｎおよびＳｉなどが挙げられ、単体で０．０５質量％以下とすることが好ましい。また、不可避不純物は総量で０．２０質量％以下することが好ましい。
　本発明の実施形態に係るアルミニウム合金押出材は、Ｍｇ含有量に対するＺｎ含有量の比（以下、「Ｚｎ／Ｍｇ質量比」とも称する）を２．９２～９．１２にすることが好ましい。これにより耐力を２６０ＭＰａ以上にすることが可能となる。より好ましくは、Ｚｎ／Ｍｇ質量比を３．１５～８．３２にすることである。これにより、耐力を２７０ＭＰａ以上にすることが可能となる。
＜２．導電率＞
　本発明の実施形態に係るアルミニウム合金押出材は、後述するような製造方法で製造することにより、導電率を４０．１～４４．３％ＩＡＣＳにすることができる。なお、「％ＩＡＣＳ」は国際標準軟銅（抵抗率１．７２４１×１０－８Ωｍ）の導電率を１００％とした指標である。本合金系では、Ｃｒの固溶量増大に伴い、導電率が低下することがわかっている。
　導電率が４４．３％ＩＡＣＳ超だと、耐応力腐食割れ性が低下する。明確なメカニズムは明らかではないが、導電率が４４．３％ＩＡＣＳ超の場合には、Ｃｒの固溶量が十分ではなく、耐応力腐食割れに対する感受性が高まると考えられる。好ましくは、導電率が４３．７％ＩＡＣＳ以下であり、より好ましくは４３．４％ＩＡＣＳ以下である。
　一方、導電率の下限は特に制限されないが、Ｃｒ含有量を０．１６０質量％以下としつつ、導電率を４０．１％ＩＡＣＳ未満にするためには、より詳細な製造条件の設定が必要となり、生産性を考慮すると導電率を４０．１％ＩＡＣＳ以上にしておくことが好ましい。より好ましくは、導電率は４０．９％ＩＡＣＳ以上であり、さらに好ましくは、４１．３％ＩＡＣＳ以上である。
　本発明の実施形態において、抵抗率は、シグマテスターを用いて、試料中に渦電流を誘起させることによって測定することができ、導電率（ＩＡＣＳ導電率）は、標準銅の２０℃における抵抗率を測定試料の抵抗率で除して百分率で表して求めるものとする。
＜３．製造方法＞
　図３に、本発明の実施形態に係るアルミニウム合金押出材の製造方法の温度履歴の一例を模式的に示す。本発明の実施形態に係るアルミニウム合金押出材の製造方法は、上記成分組成を有するビレットに対して、（ａ）４５０～５５０℃に加熱する工程と、（ｂ）９０℃／時間以上の平均冷却速度で３００℃以下に冷却する工程と、（ｃ）４７０℃以上に再加熱して押出加工を行う工程と、（ｄ）焼入れする工程と、を含む。なお、図３の工程（ｃ）の後半において、押出中の発熱を考慮して温度を右肩上がりとしているが、必ずしも右肩上がりである必要はない。以下各工程について説明する。
［（ａ）４５０～５５０℃に加熱する工程］
　均質化のために、上記成分組成を有するビレットを４５０～５５０℃に加熱する。これにより、例えば、ＺｎおよびＭｇ等の強度を向上させる元素を分散させ、ＣｒをＡｌマトリクス中に固溶させることができる。加熱温度が上記範囲外であると、例えば耐力を十分に確保できず、また、ＣｒをＡｌマトリクス中に固溶させることができない。加熱温度は、好ましくは４９０℃以上であり、より好ましくは５００℃以上であり、さらに好ましくは５１０℃以上である。なお、加熱温度は、加熱炉中のビレットに熱電対を取り付けることにより測定することができる。加熱時間は特に制限されないが、例えば、１時間以上とし得る。
［（ｂ）９０℃／時間以上の平均冷却速度で３００℃以下に冷却する工程］
　工程（ａ）後、ビレットを９０℃／時間以上の平均冷却速度で３００℃以下に冷却する。平均冷却速度が９０℃／時間未満であると、ビレット中に固溶しているＣｒが析出してＣｒ固溶量が低下し、耐応力腐食割れ性が低下する。平均冷却速度は、好ましくは２００℃／時間以上であり、より好ましくは４００℃／時間以上である。なお、平均冷却速度は、熱電対を用いて測定した、上記ビレット加熱温度と冷却後の３００℃との差を、上記加熱温度から３００℃までの冷却にかかった時間で除すことにより測定することができる。
［（ｃ）４７０℃以上に再加熱して押出加工を行う工程］
　工程（ｂ）後、４７０℃以上に再加熱して押出加工を行う。再加熱温度が４７０℃未満であると、ビレット中に固溶しているＣｒが析出してＣｒ固溶量が低下し、耐応力腐食割れ性が低下する。なお、再加熱時の温度は、ビレットに熱電対を取り付けることにより測定することができる。押出加工時のダイス温度およびコンテナ温度は、押出加工時に上記再加熱温度を維持できるよう、４００℃以上に加熱しておくことが好ましい。なお、押出加工の条件は特に制限されないが、例えば押出比１０以上、押出速度１ｍ／分以上としてもよい。押出加工後の押出材の形状等についても特に制限されない。
［（ｄ）焼入れする工程］
　工程（ｃ）後、所定の強度を確保するためおよびＣｒの析出を抑制するために、公知の方法で焼入れする。例えば空冷又は水冷、ミスト等により焼入れすることができる。
　本発明の実施形態に係るアルミニウム合金押出材の製造方法は、本発明の目的を達成する上で、他の工程（例えば、工程（ｄ）後に行う人工時効処理工程等）を含んでいてもよい。
　本発明者らは、上記製造方法によりＣｒをＡｌマトリクス中に固溶させることができ、その場合、Ｃｒ含有量、導電率および耐応力腐食割れ性が密接に関連することを見出した。図１に、上記製造方法でアルミニウム合金押出材を製造した場合の、Ｃｒ含有量に対する導電率の関係を示す。図１のハッチング領域は、導電率が４０．１～４４．３％ＩＡＣＳである領域を示す。図１において、Ｃｒ含有量の増加に伴い導電率が低下し、Ｃｒ含有量を０．０５０～０．１６０質量％とすることにより、導電率が４０．１～４４．３％ＩＡＣＳになることがわかる。
　図２に、上記製造方法でアルミニウム合金押出材を製造した場合の、Ｃｒ含有量に対する耐応力腐食割れ性試験における割れ寿命（具体的には、３点曲げにてより高応力（耐力の１００％）を負荷した後、クロム酸沸騰溶液中に１０時間以上保持した場合の割れが発生するまでの時間）の関係を示す。図２のハッチング領域は、割れ寿命が１０時間以上である領域を示す。図２より、Ｃｒ含有量が０．０５０～０．１６０質量％の場合に割れ寿命が１０時間以上となって耐応力腐食割れ性を改善できることがわかる。Ｃｒ含有量が０．０５０質量％未満だと、割れ寿命が１０時間未満となることがわかる。これは、Ｃｒ固溶量が少ないと耐応力腐食割れに対する感受性が高まるためと考えられる。また、Ｃｒ含有量が０．１６０質量％超の場合に割れ寿命が１０時間未満となることがわかる。これは、Ｃｒ含有量が０．１６０質量％超の場合に、（導電率は低くＣｒ固溶量は多いものの）Ｃｒの金属間化合物が析出し始めるためである。さらに図２より、Ｃｒ含有量を０．０６３～０．１３５質量％とすることにより、割れ寿命が１２．５時間以上となって耐応力腐食割れ性をより改善でき、Ｃｒ含有量を０．０７０～０．１２０質量％とすることにより、割れ寿命が１４時間以上となって耐応力腐食割れ性をさらに改善できることがわかる。
　本発明の実施形態に係るアルミニウム合金押出材は、一般的な人工時効処理によって、耐力を２６０ＭＰａ以上にできることが好ましい。より好ましくは耐力を２７０ＭＰａ以上にできることである。また、一般的な人工時効処理後の引張強度は３３０ＭＰａ以上であることが好ましく、一般的な人工時効処理後の伸びは１０％以上であることが好ましく１１％以上であることがより好ましい。
　以下、実施例を挙げて本発明の実施形態をより具体的に説明する。本発明の実施形態は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、前述および後述する趣旨に合致し得る範囲で、適宜変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の実施形態の技術的範囲に包含される。
　表１に示す成分組成のアルミニウム合金ビレットを造塊し、４７０℃に加熱した。４７０℃での加熱時間は６時間とした。その後、９０℃／時間以上の平均冷却速度で室温（約２５℃）まで空冷した。その後、ビレットを４８０℃に再加熱して、ダイス温度４５０℃、コンテナ温度４５０℃、押出比６０．９、押出速度４ｍ／分で押出加工を行い、断面形状を厚さ３ｍｍ、幅１１０ｍｍの平板とした。その後、空冷にて焼入れを行った。
　その後、人工時効処理として、一般的な７０００系アルミニウム合金のＴ７条件である７０℃×５時間＋１６５℃×６時間の熱処理を行った。得られたアルミニウム合金押出材に対して、以下に示す引張試験、耐応力腐食割れ性試験および導電率測定を行った。
　なお、表１において、「Ｔｒ．」は、Ｔｒａｃｅ（トレース）の略で微量を意味し、例えば０．０１質量％以下であり得る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　＜引張試験＞
　アルミニウム合金押出材からＪＩＳ１３Ｂ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に規定する金属材料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。
　＜耐応力腐食割れ性試験（クロム酸促進試験）＞
　アルミニウム合金押出材に応力を３点曲げにて負荷した。応力負荷方向は横方向（ＬＴ方向）で、負荷応力水準は、それぞれの人工時効処理後の耐力に対して１００％を負荷した。その後、各２本ずつクロム酸沸騰溶液中に浸漬して２時間おきに１６時間まで目視観察を行い、いずれも割れが生じなかった最長時間を割れ寿命とした。
　＜導電率測定＞
　シグマテスターを用いて、アルミニウム合金押出材の導電率（ＩＡＣＳ導電率）を測定した。具体的には、各アルミニウム合金押出材につき、室温環境下で導電率を各３回測定し、その平均値を採用した。
　表２に各試験の結果を示す。なお、耐応力腐食割れ性試験において１６時間経過後も割れが認められなかったものは、割れ寿命の欄に「１６」と記載した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２の結果より、次のように考察できる。表２の試験Ｎｏ．１および２は、いずれも本発明の実施形態で規定する要件を満足しており、割れ寿命が少なくとも１０時間以上であり、耐応力腐食割れ性が改善されていた。
　一方、表２の試験Ｎｏ．３～５は、いずれも本発明の実施形態で規定する要件（Cr含有量０．０５０～０．１６０質量％および導電率４０．１～４４．３％ＩＡＣＳ）を満たしておらず、割れ寿命が１０時間未満であった。
　本出願は、出願日が２０２１年６月２８日である日本国特許出願、特願第２０２１－１０６９４６号を基礎出願とする優先権主張を伴う。特願第２０２１－１０６９４６号は参照することにより本明細書に取り込まれる。

Claims (3)

  1. 　成分組成が、
    　Ｚｎ：３．０～６．０質量％、
    　Ｍｇ：０．４～１．４質量％、
    　Ｆｅ：０．０５～０．２質量％、
    　Ｃｕ：０．０５～０．４質量％、
    　Ｔｉ：０．００５～０．２質量％、
    　Ｚｒ：０．１～０．３質量％、
    　Ｃｒ：０．０５０～０．１６０質量％、ならびに
    　残部：Ａｌおよび不可避不純物からなり、
    　導電率が４０．１～４４．３％ＩＡＣＳである、アルミニウム合金押出材。
  2. 　前記Ｃｒの含有量が０．０７０～０．１２０質量％である、請求項１に記載のアルミニウム合金押出材。
  3. 　成分組成が、
    　Ｚｎ：３．０～６．０質量％、
    　Ｍｇ：０．４～１．４質量％、
    　Ｆｅ：０．０５～０．２質量％、
    　Ｃｕ：０．０５～０．４質量％、
    　Ｔｉ：０．００５～０．２質量％、
    　Ｚｒ：０．１～０．３質量％、
    　Ｃｒ：０．０５～０．１５質量％、ならびに
    　残部：Ａｌおよび不可避不純物からなるビレットを用意する工程と、
    　前記ビレットを、４５０～５５０℃に加熱する工程と、
    　加熱した前記ビレットを、９０℃／時間以上の平均冷却速度で３００℃以下に冷却する工程と、
    　冷却した前記ビレットを、４７０℃以上に再加熱して押出加工を行う工程と、
    　押出加工した前記ビレットを焼入れする工程と、を含む請求項１または２に記載のアルミニウム合金押出材の製造方法。
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