(57)【要約】【課題】Mg合金の溶湯への水素の吸収を抑制して、Mg合金の鋳造材の水素濃度を低減することができるMg合金の鋳造材の製造方法を提供する。【解決手段】Mg合金を溶解炉で溶解した後、溶湯を保持炉に移し、溶湯を保持炉から注湯口を介して連続鋳造機に供給して、鋳造材を製造する。このとき、Mg合金を溶解炉で溶解してから溶湯を鋳造機に供給するまでの溶湯保持時間を60000秒以下とする。これにより、溶湯への水素の吸収を効果的に抑制することができ、鋳造材の水素濃度を25質量ppm以下に抑制することが可能であり、鋳造材に水素に起因する気泡などの内部欠陥が発生することを抑制できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Mg合金を溶解した溶湯を連続的に鋳造して鋳造材を製造するMg合金の鋳造材の製造方法であって、
前記Mg合金を溶解してから鋳造するまでの溶湯保持時間を60000秒以下とし、
前記鋳造材の水素濃度を25質量ppm以下とするMg合金の鋳造材の製造方法。
【請求項２】
前記溶湯保持時間を30000秒以下とする請求項１に記載のMg合金の鋳造材の製造方法。
【請求項３】
前記鋳造材の水素濃度を20質量ppm以下とする請求項１又は２に記載のMg合金の鋳造材の製造方法。
【請求項４】
前記Mg合金が、ASTM規格におけるAZ91相当の合金である請求項１〜３のいずれか一項に記載のMg合金の鋳造材の製造方法。
【請求項５】
前記溶湯が雰囲気と接触する面積を前記溶湯1kgあたり2500mm2以下とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のMg合金の鋳造材の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のMg合金の鋳造材の製造方法により得られたMg合金の鋳造材。
【請求項７】
請求項６に記載のMg合金の鋳造材を塑性加工して得られたMg合金の展伸材。
【請求項８】
請求項７に記載のMg合金の展伸材をプレス成形して得られたMg合金の成形品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Mg合金を溶解した溶湯を連続的に鋳造して鋳造材を製造するMg合金の鋳造材の製造方法、及びその製造方法により得られたMg合金の鋳造材、並びにその鋳造材を塑性加工して得られたMg合金の展伸材、その展伸材をプレス成形して得られたMg合金の成形品に関する。
【背景技術】
【０００２】
Mg合金は、軽量で比強度が高いなどの優れた特性を有することから、携帯電話やノート型パーソナルコンピューターといった携帯用電気・電子機器類の筐体、航空機や自動車の部品などの各種の部材に利用されている。これら部材の素材となるMg合金の鋳造材は、低コスト化を図る観点から、可動鋳型を用いる双ロール法や双ベルト法、車輪ベルト法といった連続鋳造法によって、Mg合金を溶解した溶湯を連続的に鋳造して製造することが行われている。
【０００３】
ところで、Mg合金は水素を吸収し易く、連続鋳造プロセスにおいて、Mg合金を溶解してから鋳造するまでの間にMg合金の溶湯が大気などの周辺雰囲気と接触し、雰囲気中の水分から水素が溶湯中に吸収され、Mg合金の鋳造材の水素濃度が増加する。Mg合金の溶湯中の水素濃度が増加すると、溶湯が凝固するときに、過飽和の水素原子が水素ガスとして放出され、Mg合金の鋳造材中に気泡などの内部欠陥が発生する。このような内部欠陥は、機械的特性に悪影響を及ぼしたり、曲げ加工などの塑性加工をした際に割れの要因となるなど、プレス成形性といった加工性を低下させる。
【０００４】
例えば特許文献１、２には、Mg合金中の水素を低減する技術が開示されている。特許文献１では、脱水素処理した特定の活性金属（例、カルシウムやミッシュメタルなど）をMg合金の溶湯に添加、混合して鋳造することで、水素をこの活性金属に吸蔵させることが記載されている。一方、特許文献２では、Mg合金の溶湯表面に液化アルゴンを供給し、気化したアルゴンで溶湯表面を被覆することで、溶湯と大気との接触を遮断することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２７９８９０号公報
【特許文献２】特開２００４−３０６０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、Mg合金の部材の需要が益々拡大しており、より安価で高品質なMg合金の鋳造材を製造する技術が望まれている。しかし、上記した特許文献１、２に記載の技術は、脱水素処理した特定の活性金属を添加したり、液化アルゴンを供給するための特別な設備が必要となるなど、製造コストの上昇を招く。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、Mg合金の溶湯への水素の吸収を抑制して、Mg合金の鋳造材の水素濃度を低減することができるMg合金の鋳造材の製造方法を提供することにある。また、本発明の別の目的は、上記した製造方法により得られたMg合金の鋳造材、並びにその鋳造材を塑性加工して得られたMg合金の展伸材、その展伸材をプレス成形して得られたMg合金の成形品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、Mg合金を溶解した溶湯を連続的に鋳造して鋳造材を製造するMg合金の鋳造材の製造方法である。そして、Mg合金を溶解してから鋳造するまでの溶湯保持時間を60000秒以下とし、鋳造材の水素濃度を25質量ppm以下とすることを特徴とする。
【０００９】
本発明の製造方法は、溶解炉や保持炉でのMg合金の溶湯を保持する時間を短くすることで、Mg合金の溶湯と雰囲気との接触時間が短くなり、Mg合金の溶湯への水素の吸収を抑制することができ、もってMg合金の鋳造材の水素濃度を低減することができる。したがって、凝固時にMg合金の溶湯中に吸収された水素がガスとなって放出されることが少なく、Mg合金の鋳造材中に気泡などの内部欠陥が発生することを抑制できるため、高品質のMg合金の鋳造材を得ることができる。特に、溶湯保持時間を60000秒（約16時間）以下とすることで、鋳造材の水素濃度を25質量ppm以下に抑制することが可能である。このような鋳造材であれば、水素に起因する気泡などの内部欠陥が少ないため、機械的特性や加工性の低下を防止することができ、その後の塑性加工によって割れなどが生じ難い。
【００１０】
溶湯保持時間は、好ましくは30000秒（約8時間）以下、より好ましくは10800（3時間）秒以下である。また、鋳造材の水素濃度は、好ましくは20質量ppm以下、より好ましくは15質量ppm以下である。溶湯保持時間の下限は、特に限定されないが、Mg合金を溶解して溶湯の成分を十分に均一化することができる程度に設定すればよく、例えば3000秒（50分）以上とすることが挙げられる。
【００１１】
Mg合金は、添加元素を含有する種々の組成のもの（残部：Mg及び不純物）が挙げられる。添加元素としては、代表的にはAlが挙げられ、Alを含有する場合、その含有量は、3.0質量％〜11.0質量％が好ましく、8.3質量％〜9.5質量％がより好ましい。Alの含有量が多いほど、耐食性や強度などの機械的特性が向上する傾向にある。一方、Alの含有量が多過ぎると、塑性加工性の低下を招く虞がある。
【００１２】
Al以外の添加元素としては、Zn、Mn、Si、Be、Ca、Sr、Y、Cu、Ag、Sn、Ni、Au、Li、Zr、Ce及び希土類元素（Y、Ceを除く）から選択される少なくとも１種以上の元素が挙げられる。これら添加元素を含有する場合、その含有量は、合計で0.01質量％〜10質量％が好ましく、0.1質量％〜5質量％がより好ましい。これら添加元素のうち、Si、Sn、Y、Ce、Ca及び希土類元素（Y、Ceを除く）から選択される少なくとも１種以上の元素を合計で0.001質量％以上、好ましくは合計で0.1質量％〜5質量％含有すると、耐熱性や難燃性が向上する。また、希土類元素の場合は0.1質量％以上含有することが好ましく、その中でもYは0.5質量％以上含有することが好ましい。不純物としては、例えばFeが挙げられる。
【００１３】
Mg合金の具体例としては、ASTM規格のAZ系合金（AZ31、AZ61、AZ91など）が挙げられる。特に、ASTM規格におけるAZ91相当の合金は、他のAZ系合金に比べ、比強度が高く、優れた耐食性や耐衝撃性を有する点で好ましい。
【００１４】
上記した本発明の製造方法において、更に、溶湯が雰囲気と接触する面積を溶湯1kgあたり2500mm2以下とすることが好ましい。
【００１５】
溶湯が雰囲気と接触する面積を小さくすることで、溶湯への水素の吸収をより抑制することができ、もって鋳造材の水素濃度をより低減することができる。
【００１６】
一方、本発明のMg合金の鋳造材は、上記した本発明の製造方法により得られたことを特徴とする。
【００１７】
上述したように、本発明の製造方法は、Mg合金の溶湯への水素の吸収を抑制することができ、もってMg合金の鋳造材の水素濃度を低減することができる。そして、本発明の製造方法により得られた本発明の鋳造材は、水素濃度が25質量ppm以下であり、水素に起因する気泡などの内部欠陥が少ない。そのため、機械的特性や加工性を高いレベルで維持することができ、その後の塑性加工によって割れなどが生じ難く、高品質である。
【００１８】
上述したように、本発明の鋳造材は、気泡などの内部欠陥が少なく、その後の塑性加工によって割れなどが生じ難い。そのため、この鋳造材を塑性加工して得られた本発明のMg合金の展伸材、更にこの展伸材をプレス成形して得られた本発明のMg合金の成形品は、割れなどの欠陥が少なく、高品質である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のMg合金の鋳造材の製造方法は、Mg合金の溶湯への水素の吸収を抑制することができ、もってMg合金の鋳造材の水素濃度を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例１での溶湯保持時間と鋳造材の水素濃度との関係を示すグラフである。
【図２】実施例１での鋳造材の水素濃度と引張強さの関係を示すグラフである。
【図３】実施例１での曲げ試験を説明するための模式図である。
【図４】実施例１での鋳造材の水素濃度と曲げ試験による割れ数の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［実施例１］
溶湯保持時間を変更してMg合金の鋳造材を製造し、その鋳造材の分析及び評価を行った。
【００２２】
AZ91相当のMg合金（Al：8.3％〜9.5％、Zn：0.2％〜1.5％を含有（全て質量％））を用意し、これを溶解炉で溶解した後、溶湯を保持炉に移し、溶湯を保持炉から注湯口を介して双ロール式連続鋳造機に供給して、厚さ4mm、幅200mmの鋳造材（鋳造板）の試料を製造した。この例では、溶湯保持時間を10800秒（3時間）〜151200秒（42時間）の間で変更して表１に示す試料No.1-1〜No.1-6の鋳造材をそれぞれ80kg製造した。また、Mg合金を溶解炉で溶解してから溶湯を鋳造機に供給するまでの時間を溶湯保持時間とし、各試料の溶湯保持時間は溶解炉で溶湯を保持する時間を調節することにより変更した。溶解炉は略円筒形であり、溶解炉における溶湯が雰囲気と接触する面積は溶湯1kgあたり約2500mm2であった。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
（水素濃度）
得られた各試料の鋳造材について、ガス成分分析（IGA）により水素濃度を測定した。その結果を表１と図１に示す。図１は、測定した各試料の水素濃度を基に、横軸に溶湯保持時間（秒）、縦軸に水素濃度（質量ppm）をプロットしたものである。図１のグラフに示すように、溶湯保持時間が長くなるほど、鋳造材の水素濃度が増加し、溶湯保持時間が一定時間を超えると、鋳造材の水素濃度が飽和する傾向があることが分かる。図１中、一点鎖線で示す曲線は、各溶湯保持時間に対する各水素濃度から近似する仮想曲線を求めたものであり、この曲線から、溶湯保持時間が70000秒を超えるあたりから、鋳造材の水素濃度が飽和することが分かる。また、この曲線から、溶湯保持時間が60000秒以下では、鋳造材の水素濃度が25質量ppm以下となり、更に、溶湯保持時間が30000秒以下では、鋳造材の水素濃度が20質量ppm以下となると考えられる。よって、溶湯保持時間を60000秒以下とすることで、溶湯への水素の吸収を効果的に抑制することができ、鋳造材の水素濃度を例えば25質量ppm以下に抑制することが可能であり、鋳造材に水素に起因する気泡などの内部欠陥が発生することを抑制できる。
【００２５】
（引張強さ）
次に、得られた各試料の鋳造材について、鋳造方向の引張強さを測定した。その結果を表１と図２に示す。図２は、測定した各試料の引張強さを基に、横軸に水素濃度（質量ppm）、縦軸に引張強さ（MPa）をプロットしたものである。図２のグラフに示すように、鋳造材の水素濃度が高くなるほど、鋳造材の引張強さが低下する傾向があることが分かる。例えば、水素濃度が25質量ppm以下の鋳造材（試料No.1-1〜No.1-4）では、引張強さが250MPa以上であり、更に、水素濃度が20質量ppm以下の鋳造材（試料No.1-1、No.1-2）では、引張強さが300MPa以上であり、引張強度に優れる。これは、鋳造材の水素濃度が低い、即ち、溶湯の段階で水素の吸収が抑制され、鋳造材に水素に起因する気泡などの内部欠陥が少ないことで、鋳造材の機械的特性の低下が防止されたと考えられる。
【００２６】
（曲げ試験による割れ数）
この例では、得られた各試料の鋳造材を圧延加工して、厚さ0.8mm、幅250mmの展伸材（圧延板）を製造し、この展伸材に対して曲げ試験を実施した。圧延加工は、鋳造材を400℃で24時間の溶体化処理して冷却した後、これを250℃に加熱して温間で行った。また、圧延は、1パスあたりの圧下率を20％とし複数パス行った。曲げ試験は、上記展伸材を圧延方向に200mmの長さに切断して複数の試験片を作製し、各試験片を250℃に加熱した状態でプレス成形することにより、図３に示すように各試験片を圧延方向に平行に直角に折り曲げた。曲げ試験において、試験片の曲げ部の内側の曲げ半径Rを0.5mmとした。そして、各試験片の曲げ部の外側表面を全長200mmに亘って（図３中、破線で囲む箇所）目視で観察し、曲げ部に発生した割れ数を測定した。この例では、各試料について、それぞれ8個の試験片に対して曲げ試験を実施し、各試験片の割れ数（個）を測定してその平均値を求め、これを試験片（圧延板）の幅方向における単位長さあたりの割れ数（個／m）に換算することで評価を行った。その結果を表１と図４に示す。
【００２７】
図４は、測定した各試料の割れ数を基に、横軸に水素濃度（質量ppm）、縦軸に割れ数（個／m）をプロットしたものである。図４のグラフに示すように、鋳造材の水素濃度が高くなるほど、曲げ試験による割れ数が増加する傾向があることが分かる。例えば、水素濃度が25質量ppm以下の鋳造材（試料No.1-1〜No.1-4）では、割れ数が15個／m以下であり、更に、水素濃度が20質量ppm以下の鋳造材（試料No.1-1、No.1-2）では、割れ数が5個／m以下であり、プレス成形性に優れる。特に、水素濃度が15質量ppm以下の鋳造材（試料No.1-1）では、割れ数が0個／mであり、プレス成形性に極めて優れる。これは、鋳造材の水素濃度が低い、即ち、溶湯の段階で水素の吸収が抑制され、鋳造材に水素に起因する気泡などの内部欠陥が少ないことで、鋳造材の加工性の低下が防止されたと考えられる。
【００２８】
以上説明したように、本発明の製造方法によれば、Mg合金の溶湯への水素の吸収を抑制することができ、Mg合金の鋳造材の水素濃度を低減することができる。また、本発明の製造方法により得られたMg合金の鋳造材によれば、水素に起因する気泡などの内部欠陥が少ないため、機械的特性や加工性が高いレベルで維持されており、圧延や曲げなどの加工を施しても割れなどが生じ難い。
【００２９】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、Mg合金の組成、溶湯保持時間などを適宜変更することができる。また、本発明において、Mg合金に代えて純マグネシウムに適用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明のMg合金の鋳造材の製造方法は、Mg合金の鋳造材の製造に利用することができる。また、本発明のMg合金の鋳造材、展伸材、並びに成形品は、Mg合金の部材に利用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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