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【発明の名称】 均一微細な結晶粒を有するマグネシウム合金薄板の製造方法
【発明者】 【氏名】中浦 祐典

【氏名】杉本 丈

【氏名】渡部 晶

【氏名】大堀 紘一

【要約】 【課題】均一で微細な結晶粒を有するマグネシウム合金薄板の製造方法を提供する。

【解決手段】重量%でAl:1.0〜11%、Zn:2.0%以下、Mn:0.1〜0.5%を含有し、残部がMg及び不可避不純物からなるマグネシウム合金溶湯を、帯状のマグネシウム合金板材に連続鋳造圧延し、そのマグネシウム合金板材を、均質化処理の後、または処理する前に熱間圧延し、前記熱間圧延工程における最初の1パスの圧下率を40%以上とする工程を有することで、均一微細な結晶粒を有するマグネシウム合金薄板が製造できる。また、前記熱間圧延工程において、材料加熱温度を200〜350℃の範囲とし、且つ、熱間圧延装置の圧延ロール表面温度を150〜350℃の範囲とすることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
重量%でAl:1.0〜11%、Zn:2.0%以下、Mn:0.1〜0.5%を含有し、残部がMg及び不可避不純物からなるマグネシウム合金溶湯を、
連続鋳造圧延にして、帯状のマグネシウム合金板材に加工し、
該マグネシウム合金板材を、均質化処理の後、または処理する前に熱間圧延し、
前記熱間圧延工程における最初の1パスの圧下率を40%以上とする工程を有することを特徴とする均一微細な結晶粒を有するマグネシウム合金薄板の製造方法。
【請求項2】
前記熱間圧延工程において、前記マグネシウム合金板材の加熱温度を200〜350℃の範囲とし、且つ、熱間圧延装置の圧延ロール表面温度を150〜350℃の範囲とする請求項1記載の均一微細な結晶粒を有するマグネシウム合金薄板の製造方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、連続鋳造圧延によって得られるマグネシウム合金板材に対し、熱間圧延を行う方法と、それにより得られる均一微細な結晶粒組織を有するマグネシウム合金薄板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
マグネシウム合金の機械的性質は結晶粒度に強く依存し、結晶粒が微細になるほど強度および伸びが向上し、また超塑性が現れやすくなるなどのように、色々な優れた特性が得られることが知られている。従来、微細な結晶粒組織を有するマグネシウム合金板を製造する方法としては、加工熱処理が用いられている。この方法は、熱間加工時の動的再結晶現象、温間加工の途中や後における熱処理時の溶質元素の固溶、析出現象や回復、再結晶現象などを制御して、さらに多くの場合、前記の各現象を総合的に制御して結晶粒の微細化を図るものである。また、最近ではECAP法(Equal−Channel Angular Pressing)などの強ひずみ加工法も開発されている。
【0003】
本発明は、簡易的に微細な結晶粒を有するマグネシウム合金を得る方法についてであり、従来の圧延方法では、圧延中に均一にひずみが導入されにくい領域が形成され、その部分には伸長粒が発生する。一端、粗大な伸長粒を生じると、その後の繰り返しの圧延においても、その部分は結晶粒の大きな組織となり不均一になる。
このような圧延を繰り返す方法として、特許文献1には連続鋳造圧延後に熱間圧延と温間圧延を施す方法が開示されており、特許文献2には温間または熱間および温間圧延の工程前に均質化熱処理を施す方法が開示されている。
【特許文献1】特開平6−293944号公報
【特許文献2】特開2006−144043号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
マグネシウム合金の結晶構造は稠密六方晶であることから、常温で塑性変形しにくく冷間加工性が悪いため、従来の厚いスラブからの製造方法においては、加熱と、熱間または温間での圧延が繰り返されることから、加工熱処理法を適用したとしても得られるマグネシウム合金板の結晶粒のサイズは10μm程度が限界であった。また、ECAP法などの強ひずみ加工法は未だ実験室レベルの技術であり、マグネシウム合金薄板の量産技術として適用できるものではない。
本発明は、簡易的な方法において、均一微細な結晶粒を有するマグネシウム合金薄板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
(1)本発明は、重量%でAl:1.0〜11%、Zn:2.0%以下、Mn:0.1〜0.5%を含有し、残部がMg及び不可避不純物からなるマグネシウム合金溶湯を、連続鋳造圧延して、帯状のマグネシウム合金板材に加工し、該マグネシウム合金板材を、均質化処理の後、または処理する前に熱間圧延し、前記熱間圧延工程における最初の1パスの圧下率を40%以上とする工程を有することを特徴とする均一微細な結晶粒を有するマグネシウム合金薄板の製造方法である。
(2)本発明は、前記熱間圧延工程において、前記マグネシウム合金板材の加熱温度を200〜350℃の範囲とし、且つ、熱間圧延装置の圧延ロール表面温度を150〜350℃の範囲とする前記均一微細な結晶粒を有するマグネシウム合金薄板の製造方法である。
【発明の効果】
【0006】
本発明の製造方法によれば、重量%でAl:1.0〜11%、Zn:2.0%以下、Mn:0.1〜0.5%を含有し、残部がMg及び不可避不純物からなるマグネシウム合金溶湯を、連続鋳造圧延して、帯状のマグネシウム合金板材に加工し、該マグネシウム合金板材を、均質化処理の後、または処理する前に熱間圧延し、前記熱間圧延工程における最初の1パスの圧下率を40%以上とする工程を有することで、均一微細な結晶粒を有するマグネシウム合金薄板を製造することができる。
また、前記熱間圧延工程において、前記マグネシウム合金板材の加熱温度を200〜350℃の範囲とし、且つ、熱間圧延装置の圧延ロール表面温度を150〜350℃の範囲とすることで、充分な加熱による塑性が得られ、且つ、加熱しすぎによる反応を抑制し、表面性状に優れる、均一微細な結晶粒を有するマグネシウム合金薄板を効率よく製造することができる。
【0007】
以上説明したように、本発明のマグネシウム合金薄板の製造方法によれば、平均結晶粒径が6μm以下の均一微細な組織を有するマグネシウム合金薄板を効率よく製造できるので、マグネシウム合金薄板の品質と生産性を向上させることができる。
また、本発明によって製造されたマグネシウム合金薄板は、均一微細な結晶粒を有するため、強度や伸長性が高く、塑性などの優れた特性を持ち、従来不可能とされていたような複雑な形状にも成形することができる。その結果、マグネシウム合金からなる成形品の適用範囲を拡大でき、軽量で構造強度の高い製品を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
本発明の微細な結晶粒を有するマグネシウム合金薄板の製造方法について、その成分および各種製造工程条件の限定理由を説明する。
本発明の製造方法に適用されるマグネシウム合金は、重量%でAl:1.0〜11%、Zn:2.0%以下、Mn:0.1〜0.5%を含有し、残部がMg及び不可避不純物からなる成分組成を有するものである。
【0009】
Alの含有量は、1.0〜11%の範囲内で添加されていることが好ましく、2〜4%の範囲内で添加されていることがより好ましい。
Alは、鋳造性、強度等の機械的性質および耐食性の向上を目的として積極的に添加されるものであるが、Alの添加量が11%を超えると圧延工程における加工性が低下する。また、Alの添加量が1%未満では、十分な鋳造性、強度および耐食性が得られない。
【0010】
Znの含有量は、2.0%以下の範囲内で添加されてもよい。
Znは、Alと同様に、鋳造性と強度等の機械的性質の向上に寄与するものであるが、Znの添加量が2.0%を超えると、鋳造性が低下する。また、Znの添加量が0.2%未満では、強度が低下することがあり、その結果としてプレス成形性が低下することがある。
【0011】
Mnの含有量は、0.1〜0.5%の範囲内で添加されていることが好ましい。
Mnは、耐食性を低下させる元素の影響を緩和する効果を有するものである。すなわち、Mnを添加することによって、耐食性を低下させる不純物元素であるFeの影響を緩和することができ、上記の範囲内で添加することによって、その効果を最も発揮することができ、0.5%を超えると連続鋳造圧延時に粗大な金属化合物が生成し、圧延性が悪化する。
【0012】
次に、本発明のマグネシウム合金薄板の製造方法における各工程について説明する。
図1(A)に示すように、連続鋳造圧延装置1を用いて、マグネシウム合金溶湯を、例えば双ロール法により、板厚2.5〜7mmの帯状のマグネシウム合金板材Mに連続鋳造圧延する。そのマグネシウム合金板材Mを、均質化処理装置2において、均質化処理した後、もしくは均質化処理する前に、熱間圧延装置3において、熱間圧延する。
この時、熱間圧延工程における最初の1パスの圧下率を40%以上とすることで、熱間圧延時の圧下を大きくし、材料の板厚中央部にまで均一にひずみを導入でき、その結果、伸長粒の生成が抑制できる。
熱間圧延工程は、材料加熱温度を200〜350℃の範囲とし、且つ、熱間圧延装置3の圧延ロール6の表面温度を150〜350℃の範囲とすることができる。
【0013】
熱間圧延されたマグネシウム合金板材M1を、温間圧延装置4を用いて温間圧延し、所定の目標板厚まで薄肉化すると、平均結晶粒径が6μm以下の均一微細な組織を有するマグネシウム合金薄板M2が得られる。
さらに、前記温間圧延工程中に中間焼鈍(装置は図示せず)を行っても良い。
【0014】
「連続鋳造圧延」
この工程は、マグネシウム合金溶湯を、例えば、図1(A)に示すように水冷された一対の双ロール5の間に供給し、供給された金属を冷却して凝固させ、圧延しながら、連続的に薄い帯状のマグネシウム合金板材Mに鋳造圧延する工程である。このとき同時に、凝固された金属内の鋳造組織は、ある程度まで均質化される。
一般に鋳造とは、高温で溶解させた金属溶湯を鋳型に流し込み冷却して塊(インゴット)にする工程で、製品を生産するにはその後にまた再加熱して分塊する必要があるが、この連続鋳造圧延法では冷却・分塊工程を経ずに、金属溶湯からそのまま帯状のマグネシウム合金板材Mを作ることができるため、生産性や省エネルギーの面で優れており、極めて効率的なマグネシウム合金板の製造を可能にしたものである。
【0015】
「均質化処理」
この工程は、急冷凝固されたマグネシウム合金板材MにおけるAl、Zn溶質元素のデンドライト・セル境界および板厚中心部での高濃度の偏析を解消する熱処理である。連続鋳造圧延されたマグネシウム合金板材Mを巻き取ってコイルR1にし、図1(B)に示すようにコイルR1を加熱炉7で熱処理を行う。もしくは、連続鋳造圧延後に、図1(C)に示すように熱間圧延されたマグネシウム合金板材M1を巻き取ってコイルR2にし、図1(D)に示すようにコイルR2を加熱炉7で熱処理を行う。
熱処理条件としては、370〜470℃の温度範囲で1時間以上行うのが好ましい。この熱処理により上記偏析が解消され、その後の圧延性に優れたマグネシウム合金板材Mを得ることができる。
【0016】
「熱間圧延」
この工程は、所定の厚さのマグネシウム合金板材Mを所定の厚さのマグネシウム合金板材M1に加工するための工程である。連続鋳造圧延されたマグネシウム合金板材Mを、均質化処理の後、図1(D)に示すように、もしくは均質化処理の前に、図1(E)に示すように、熱間圧延装置3において一対の圧延ロール6の間に供給し圧延する。
ここで、最初の1パスの圧下率を40%以上とすることで、均一微細な結晶粒を得ることができる。最初の1パスの圧下率の上限は、例えば、75%が挙げられる。マグネシウム合金板材Mの加熱温度を280〜350℃の範囲とし、且つ、圧延ロール6の表面温度を150〜350℃の範囲とすることが好ましい。これらの範囲よりも低温で行われた場合、加熱不足により、得られるマグネシウム合金板材M1の塑性が不十分であることがあり、逆にこれらの範囲よりも高温で行われた場合、活性の高いマグネシウムが装置と反応を起こして、得られるマグネシウム合金板材M1の表面に生成物が付着し、表面性状が劣化することがある。
【0017】
「温間圧延」
この工程は、熱間圧延後に熱処理したマグネシウム合金板材M1、もしくは熱処理なしのマグネシウム合金板材M1を目標とする所定の厚さのマグネシウム合金薄板M2にまで図1(F)に示すように加工するための工程である。マグネシウム合金板材M1の加熱温度300℃未満とし、温間圧延装置4における圧延ロール8の表面温度を120℃以下とすることが好ましい。これらの範囲よりも高温で行われた場合、活性の高いマグネシウムが装置と反応を起こして、得られるマグネシウム合金板M2の表面に生成物が付着し、表面性状が劣化することがある。
温間圧延工程でのパス回数は一回の圧延であっても複数回の圧延であってもよく、特に限定されない。なお、製品により、温間圧延後にさらに冷間圧延、さらに最終焼鈍を行ってもよい。
【0018】
「中間焼鈍」
この工程は、ひずみ硬化が生じる温度範囲で塑性加工された材料を軟化し、加工を容易にする目的で、再結晶温度以上で行う焼なましの工程である。熱間圧延工程と温間圧延工程の間に、あるいは温間圧延の圧下率が80%を超える場合に好ましく設けられる。一の温間圧延工程での圧下率が80%以下であっても、二以上の温間圧延工程でのトータルの圧下率が80%を超える場合には、この中間焼鈍工程を設け、その後に最終温間圧工程を設けることが好ましい。
【実施例】
【0019】
以下に、実施例と比較例によって本発明をさらに詳しく説明する。
なお、本発明はこの実施例によって制約を受けるものではなく、適合しうる範囲で適切に変更実施することが勿論可能であり、いずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【0020】
<製造方法および測定方法>
Al:3.1%、Zn:0.79%、Mn:0.38%の合金組成からなるマグネシウム合金(供試材番号1)、およびAl:5.8%、Mn:0.32%の合金組成からなるマグネシウム合金(供試材番号2)溶湯に対し、図1に示すような双ロール法による連続鋳造圧延を行い、厚さ6.4mmの帯状のマグネシウム合金板材を作製した。
得られたマグネシウム合金板材に対し、450℃で8時間の均質化処理を施した後、熱間圧延工程における最初の1パスの圧下率を、実施例では40%、48%、57%、比較例では32%で熱間圧延(実施例、比較例とも板材の加熱温度300℃、圧延ロール表面温度250℃)を行い、さらに熱間圧延で厚さ2.5mmとした。さらに中間焼鈍した後に、温間圧延にて厚さ0.80mmのマグネシウム合金薄板を製造した。
平均粒径はいずれも製造された薄板の縦断面おいて撮影した顕微鏡写真を用い、切断法によって測定した。
<評価結果>
上記の実施例1〜4および比較例1の結果を表1に示す。
【0021】
【表1】


【0022】
熱間圧延工程における最初の1パスの圧下率が高くなるにつれて、粗大な伸長粒の生成が抑制され、粗大な伸長粒の数が減少するととともに粗大な伸長粒の大きさも小さくなった。
板厚0.8mmにしたマグネシウム合金薄板の比較では、熱間圧延工程における最初の1パスの圧下率が40%以上では、平均結晶粒サイズが6μm以下と微細な結果が得られた。
表1に示されるように、本発明によって得られた実施例1〜4のマグネシウム合金薄板の結晶粒は、比較例1よりも明らかに微細化されている。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本発明の一実施形態の製造工程を示す図である。
【符号の説明】
【0024】
1・・・連続鋳造圧延装置、2・・・均質化処理装置、3・・・熱間圧延装置、4・・・温間圧延装置、5・・・双ロール、6・・・圧延ロール、7・・・加熱炉、8・・・圧延ロール
M・・・マグネシウム合金板材、M1・・・マグネシウム合金板材、M2・・・マグネシウム合金薄板、R1・・・コイル、R2・・・コイル
【出願人】 【識別番号】000176707
【氏名又は名称】三菱アルミニウム株式会社
【出願日】 平成18年12月27日(2006.12.27)
【代理人】 【識別番号】100064908
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 正武

【識別番号】100089037
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邊 隆

【識別番号】100101465
【弁理士】
【氏名又は名称】青山 正和


【公開番号】 特開2008−163361(P2008−163361A)
【公開日】 平成20年7月17日(2008.7.17)
【出願番号】 特願2006−350764(P2006−350764)