Furukawa-Sky Review No.8 (April 2012)

技術論文

極低温における破壊靱性に優れたアルミニウム合金溶接部材の開発（液体水素輸送・貯蔵用アルミニウム材料の研究）
Development of Aluminum Alloy Welding Member with Superior Fracture Toughness at Cryogenic Temperature (Study of Aluminum Material for Liquid Hydrogen Transportation and Storage Vessels)

林　稔
Minoru Hayashi

AA5083アルミニウム合金は非熱処理系アルミニウム合金の中で高強度・高耐食性を有し，低温特性も優れることから，大型溶接構造物であるLNGタンク用材料に用いられており，低温での使用には数多くの実績がある。しかし，さらに温度の低い液体水素の輸送・貯蔵用タンク材への適用を考慮した場合，極低温では特に溶接金属部において破壊靱性が低下するという問題があった。

溶接金属部の極低温破壊靱性を改善する目的で，AA5083 母材および溶接材として従来MIG法およびFSW法によって作製した溶接金属部について室温，77K，4Kで，引張試験，シャルピー試験および破壊靱性試験を実施した。

従来MIG溶接材における極低温での破壊靱性の低下は，溶融凝固時にAl-Mg系金属間化合物が粒界に偏析することが原因であることが分かった。このため溶融温度以下での接合が可能なFSWを適用することで，粒界偏析の低減および結晶粒の微細化が図られ，極低温破壊靱性を大きく向上できることを明らかにした。

AA5083 aluminum alloy has high strength and high corrosion resistance among nonheat treatable aluminum alloys. Therefore it is widely used for LNG tank with its good low temperature properties. But when considering the candidate material for liquid hydrogen vessels, there is a problem that is fracture toughness decrease at cryogenic temperature especially in welded metal part.

To improve the fracture toughness of weld metal at cryogenic temperature, mechanical properties, Charpy impact properties and fracture toughness of base metal and weld metals prepared by using conventional MIG and FSW were investigated at RT, 77K and 4K.

Al-Mg intermetallic compounds at grain boundaries cause decrease of fracture toughness of MIG welded part at cryogenic temperature. It is capable to reduce grain boundary segregation and get very fine grains by applying the FSW method which can join under melting point. In the case of aluminum alloy, FSW is very effective way to improve fracture toughness at cryogenic temperature.

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