(57)【要約】【課題】マグネシウム合金の常温成形性における異方性が大きいという課題を改善することを課題とする。【解決手段】質量％で、Ｚｎを１．６〜２．３％含有し、Ｃａを０．６５％以下で、かつＺｎ／Ｃａの比が２．５〜１０の範囲で含有し、さらに任意にＡｌを２．５％以下及び／又はＭｎを０．６％以下で含有し、残部がマグネシウム及び不可避的不純物からなるマグネシウム合金の板材であって、板の表面方向からＸＲＤ（反射法）により測定した（０００２）面極点図において、圧延方向及び圧延方向と直角方向にそれぞれ２以上の極を持ち、前記極のうちの最大値がバックグラウンド値の３倍以下であり、かつ圧延方向及び圧延方向と直角方向に曲げたときの最小曲げ半径ｒと板厚ｔとの比ｒ／ｔが１．０以下であることを特徴とする常温成形性に優れたマグネシウム合金板により上記課題が解決される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｚｎを１．６〜２．３％含有し、Ｃａを０．６５％以下で、かつＺｎ／Ｃａの比が２．５〜１０の範囲で含有し、残部がマグネシウム及び不可避的不純物からなるマグネシウム合金の板材であって、板の表面方向からＸＲＤ（反射法）により測定した（０００２）面極点図において、圧延方向及び圧延方向と直角方向にそれぞれ２以上の極を持ち、前記極のうちの最大値がバックグラウンド値の３倍以下であり、かつ圧延方向及び圧延方向と直角方向に曲げたときの最小曲げ半径ｒと板厚ｔとの比ｒ／ｔが１．０以下であることを特徴とする常温成形性に優れたマグネシウム合金板。
【請求項２】
質量％で、Ｚｎを１．６〜２．３％含有し、Ｃａを０．６５％以下で、かつＺｎ／Ｃａの比が２．５〜１０の範囲で含有し、さらにＡｌを２．５％以下及び／又はＭｎを０．６％以下含有し、残部がマグネシウム及び不可避的不純物からなるマグネシウム合金の板材であって、板の表面方向からＸＲＤ（反射法）により測定した（０００２）面極点図において、圧延方向及び圧延方向と直角方向にそれぞれ２以上の極を持ち、前記極のうちの最大値がバックグラウンド値の３倍以下であり、かつ圧延方向及び圧延方向と直角方向に曲げたときの最小曲げ半径ｒと板厚ｔとの比ｒ／ｔが１．０以下であることを特徴とする常温成形性に優れたマグネシウム合金板。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の化学成分を含有するマグネシウム合金を板状とし、その後室温での曲げ変形を与える工程と再結晶熱処理とをそれぞれ１回以上行うことを特徴とする、常温成形性に優れたマグネシウム合金板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、常温成形性に優れたマグネシウム合金板並びにその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウム合金は、実用金属の中で最も比重が小さいため、航空機、自動車、電子機器の分野において軽量化材料としてその適用が期待されているものの、結晶構造は稠密六方構造を有し、常温付近でのすべり系の数が少なく、常温での加工性が低いという課題を有している。これは、マグネシウム合金板は、結晶集合組織において、稠密六方構造の（０００１）面が板面に平行に配位していることによる。この（０００１）面の配向を極力ランダムにすれば加工性が向上することが知られている。
【０００３】
この課題を解消するために、ローラレベラにより常温でせん断変形を加え、その後、再結晶熱処理を複数回行う方法が特許文献１に開示されている。しかしながらこの方法では、同文献実施例１、図９の（０００２）面の極点図に示されるように、同文献の構成要件である「複数回の＜せん断変形（曲げ変形）＋再結晶熱処理＞」を施す際の曲げを加えた方向においてのみ、極大値の分離が起き、曲げ性の向上が図れる。同実施例２にはさらに圧延方向と直角方向に「せん断変形（曲げ変形）＋再結晶熱処理」を加えて、図１０に示されるように（０００２）面の正極点図に極大値が４つに分離した例が見られ、圧延方向とその直角方向の成形性の差、すなわち、最小曲げ半径の差が小さくなり、圧延方向と直角な方向の成形性が向上している例が見られる。しかし、この方法は通常の帯状のマグネシウム合金板を製造するには生産性が悪く、また、広幅のマグネシウム合金板を連続的に生産することは困難であるという欠点を有している。また、同文献では、常温成形性を向上させるためには「せん断変形（曲げ変形）＋再結晶熱処理」を複数回実施する必要があり、生産コストが上昇するという課題も有している。
【０００４】
また、特許文献２、特許文献３、及び特許文献４には、マグネシウム合金の化学成分と圧延条件を適切に選び常温成形性を向上させるという方法が提案されている。特許文献２には、Ｍｇ−Ｚｎ系合金に軽希土類元素を適量添加して常温成形性を高める方法が開示されている。特許文献３には、Ｍｇ−Ｚｎ系合金に適量のＣａ、Ｓｒ、Ｚｒを添加し、やや高めの温度で温間圧延を施すことによって常温成形性を高める方法が開示されている。特許文献４にはＭｇ−Ａｌ−Ｚｎ系合金に微量のＣａを添加し、やや高温の温間圧延を施すことによって、常温成形性を高める方法が開示されている。しかしながら、これらの文献の実施例である特許文献２の図１から図３、及び特許文献３の図１、特許文献４の図１に示されている極点図を見ると、極大値を取る極は圧延方向あるいは圧延方向と直角方向に分離しているものの、その個数はいずれも２つであり、極が現れる方向と直角方向の成形性が劣ることを示している。したがって、これらの方法においても、圧延方向と圧延方向に直角な方向の双方向の成形性を同時に高めための手段としては不十分であったといえる。
【０００５】
同様な例は非特許文献１及び非特許文献２にも見られ、いずれも極の分離は２つであり、その直角方向の成形性は劣るということが予想される。
【０００６】
以上述べたように、マグネシウム合金板の常温成形性を高める方法は多数提案されているものの、現状では常温成形性における板面内の異方性を無くすことが依然として課題であることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２９８８８５
【特許文献２】特開２０１０−０１３７２５
【特許文献３】特開２０１２−１２２１０２
【特許文献４】特開２０１１−１７９０７５
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】千野靖正ら：日本金属学会誌、第７５巻、第１号（２０１１）３５−４１
【非特許文献２】Ｑ．Ｌｉ、Ｇ．Ｊ．Ｈｕａｎｇ、Ｘ．Ｄ．Ｈｕａｎｇ、Ｓ．Ｗ．Ｐａｎ、Ｃ．Ｌ．Ｔａｎ、Ｑ．Ｌｉｕ：Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ  ａｎｄ  Ａｌｌｏｙｓ  ５（２０１７）１６６−１７２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、以上述べたマグネシウム合金の常温成形性における異方性が大きいという課題を改善するためになされたものである。
本発明はまた、従来のマグネシウム合金板の製造方法では、圧延方向と、圧延方向に直角な方向の双方向の成形性を同時に高めたマグネシウム合金板を得ることが困難であり、生産性が悪いという課題を改善するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、マグネシウム合金の常温成形における面内異方性を改善する手段を鋭意検討した結果、Ｍｇ−Ｚｎ系合金、及びＭｇ−Ａｌ−Ｚｎ系合金に少量のＣａを添加し、さらにＺｎとＣａの比を２．５〜１０の範囲とすることにより、板の表面方向からＸＲＤ（反射法）により測定した（０００２）面極点図において、圧延方向（以下ＲＤ方向と称す）及び圧延方向と直角方向（以下ＴＤ方向と称す）にそれぞれ２以上の極を持ち、前記極のうちの最大値がバックグラウンド値の３倍以下であり、かつＲＤ方向及びＴＤ方向に曲げたときの最小曲げ半径ｒと板厚ｔとの比ｒ／ｔが１．０以下であることを特徴とする常温成形性に優れたマグネシウム合金板が得られることを知見した。
また、その製造方法において、当該成分を有するマグネシウム合金に少なくとも１回の曲げ変形と再結晶熱処理を加えれば、板の表面方向からＸＲＤ（反射法）により測定した（０００２）面極点図において、ＲＤ方向及びＴＤ方向にそれぞれ２以上の極を持ち、前記極の最大値がバックグラウンド値の３倍以下であり、かつかつＲＤ方向及びＴＤ方向に曲げたときの最小曲げ半径ｒと板厚ｔとの比ｒ／ｔが１．０以下であることを特徴とする常温成形性に優れたマグネシウム合金板が容易に得られることを知見した。本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。
すなわち、上記課題を解決するため本発明は、以下の技術要素から構成される。
（１）質量％で、Ｚｎを１．６〜２．３％含有し、Ｃａを０．６５％以下で、かつＺｎ／Ｃａの比が２．５〜１０の範囲で含有し、残部がマグネシウム及び不可避的不純物からなるマグネシウム合金の板材であって、板の表面方向からＸＲＤ（反射法）により測定した（０００２）面極点図において、圧延方向及び圧延方向と直角方向にそれぞれ２以上の極を持ち、前記極のうちの最大値がバックグラウンド値の３倍以下であり、かつ圧延方向及び圧延方向と直角方向に曲げたときの最小曲げ半径ｒと板厚ｔとの比ｒ／ｔが１．０以下であることを特徴とする常温成形性に優れたマグネシウム合金板。
（２）質量％で、Ｚｎを１．６〜２．３％含有し、Ｃａを０．６５％以下で、かつＺｎ／Ｃａの比が２．５〜１０の範囲で含有し、さらにＡｌを２．５％以下及び／又はＭｎを０．６％以下含有し、残部がマグネシウム及び不可避的不純物からなるマグネシウム合金の板材であって、板の表面方向からＸＲＤ（反射法）により測定した（０００２）面極点図において、圧延方向及び圧延方向と直角方向にそれぞれ２以上の極を持ち、前記極のうちの最大値がバックグラウンド値の３倍以下であり、かつ圧延方向及び圧延方向と直角方向に曲げたときの最小曲げ半径ｒと板厚ｔとの比ｒ／ｔが１．０以下であることを特徴とする常温成形性に優れたマグネシウム合金板。
（３）請求項１又は請求項２記載の化学成分を含有するマグネシウム合金を板状とし、その後室温での曲げ変形を与える工程と再結晶熱処理とをそれぞれ１回以上行うことを特徴とする、常温成形性に優れたマグネシウム合金板の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のマグネシウム合金板は異方性が小さいため常温成形性に優れる。また、加工や成形の際に加熱する必要がないので、コスト、成形加工における環境対策にも有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１５の極点図を示す。図中の○印は極の存在箇所を示す。
【図２】実施例１５の材料のエリクセン試験の結果を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明について詳細に説明する。
（マグネシウム合金の成分）
本発明のマグネシウム合金の成分は以下のとおりである。
（１）質量％で、Ｚｎを１．６〜２．３％含有し、Ｃａを０．６５％以下で、かつＺｎ／Ｃａの比が２．５〜１０の範囲で含有し、残部がマグネシウム及び不可避的不純物からなる、または
（２）質量％で、Ｚｎを１．６〜２．３％含有し、Ｃａを０．６５％以下で、かつＺｎ／Ｃａの比が２．５〜１０の範囲で含有し、さらにＡｌを２．５％以下又はＭｎを０．６％以下又はＡｌを２．５％以下でかつＭｎを０．６％以下含有し、残部がマグネシウム及び不可避的不純物からなる。
【００１４】
以下において含有量の「％」は「質量％」を意味する。
本発明のマグネシウム合金は、Ｚｎを、１．６〜２．３％で含有する。また、Ｃａを、０．６５％以下で、かつＺｎ／Ｃａの比において、２．５〜１０の範囲で含有する。本発明者らは、Ｚｎ−Ｃａの比を変えて検討した結果、この比が２．５〜１０の範囲で常温成形性における異方性の少ないマグネシウム合金板が得られることを知見した。ＺｎとＣａの組み合わせにおいて、この範囲外の含有量では、常温成形における異方性が改善できない。この理由は明確ではないが、マグネシウム合金の鋳造時に形成されたＣａ−Ｚｎ系析出物が、圧延用の素材を造る工程で実施される温間における押し出し、もしくは粗圧延等の展伸加工において、結晶粒を微細化し、また、変形双晶の導入量を最適化するため、その後の圧延、及び／又は圧延後の曲げ変形＋再結晶熱処理工程で結晶方位の分散に寄与するものと考えられる。Ｚｎが少なすぎても、多すぎても、適切な析出物量が得られないので、Ｚｎ／Ｃａの比は２．５〜１０の範囲とすることが重要である。好ましくは２．５〜８の範囲である。ただし、Ｃａの含有量が０．６５％を超えると板を圧延する際に板のエッジが割れるなど幅歩留まりの低下が問題になるので、Ｃａの上限を０．６５％以下とする。
【００１５】
本発明のマグネシウム合金はさらにＡｌを２．５％以下、及び／又はＭｎを０．６％以下含有してもよい。本発明の特徴を損なうことはなく、マグネシウム合金板の強度を高めることができるためである。必要に応じてＡｌ、Ｍｎを上記範囲内で含有させることができる。この範囲を超えると、Ａｌ−Ｃａ系析出物、Ａｌ−Ｃａ−Ｚｎ系析出物が必要以上に析出し、本発明の特徴である４方向への極の分離が弱くなる傾向にある。
【００１６】
本発明のマグネシウム合金板は、板の表面方向からＸＲＤ（反射法）により測定した（０００２）面極点図において、存在する複数の極のうちの最大値（すなわち、（０００２）面の強度の最大値）がバックグラウンド値の３倍以下である。
極点図の測定は、ＸＲＤ（反射法）により実施する。以下に限定されるものではないが、本明細書の実施例では、Ｘ線回折による極点図の測定は、株式会社リガク製Ｘ線回折装置 ＲＩＮＴ２０００／ＰＣを用いて、シュルツ反射法により行った。測定面を（０００２）面とし、管電流４０ｍＡ、管電圧４０ＫＶにて測定した。（０００２）面のＸ線反射強度は、２θ＝３４．５度付近にピークが出るが、２θ＝３０度では反射強度のピークを現れないので、この角度で測定した値をバックグラウンドの値とした。極の最大値とは、面極点図において最も高い極の値を意味し、極の最大値の反射強度は、バックグラウンド値と比較した値とする。
【００１７】
本発明のマグネシウム合金板は、板の圧延方向及び圧延方向と直角方向にそれぞれ２以上の極を持つ。通常少なくとも４つの極を有し、４以上有していてもよい。本発明において「極」とは、板の表面方向からＸＲＤ（反射法）により測定した（０００２）面極点図において、周囲の値よりも高い値を示す箇所（ピーク値）である。
【００１８】
極点図における極は、必ずしもＲＤ方向とＴＤ方向に厳密に限定されるものではない。理想的には（０００２）極点図において、円周方向全体に（０００２）面が傾斜した状態が好ましいが、これを実現することが難しいため、本発明においては、ＲＤ方向、ＴＤ方向から±３０度外れていても本発明の範囲内であるとする。また、本発明においては、極はＲＤ方向、ＴＤ方向およびその近傍に存在するようになるが、製造条件によってはその中間にわずかに高い値を示す部分が存在することがあるが、むしろこれは異方性を改善する意味では好ましいので、このような極はあっても構わない。
【００１９】
本発明のマグネシウム合金板はさらに、ＲＤ方向及びＴＤ方向曲げたときの最小曲げ半径ｒと板厚ｔとの比ｒ／ｔが１．０以下である。
曲げ試験は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４８に従い、常温において、先端に９０度の角度を有するＶブロックを用いるＶブロック法により実施し、曲げ外面から観察して、割れのない最小の曲げ半径を最小曲げ半径とする。
最小曲げ半径ｒと板厚ｔとの比ｒ／ｔが１．０以下であるため、常温成形性に優れているということができる。
【００２０】
本発明においては、上記成分を含有するマグネシウム合金を、例えば押し出しや圧延等により、切り板あるいはコイル状の板とした後、曲げ変形を加え、その後に再結晶熱処理を施す。この「曲げ変形＋再結晶熱処理」は少なくとも１回は施す。さらに成形性を向上させるために、複数回の処理を施すこともできる。
この方法により、板の表面方向からＸＲＤ（反射法）により測定した（０００２）面極点図において、圧延方向及び圧延方向と直角方向にそれぞれ２以上の極を持ち、前記極の最大値がバックグラウンド値の３倍以下であり、かつＲＤ方向及びＴＤ方向曲げたときの最小曲げ半径ｒと板厚ｔとの比ｒ／ｔが１．０以下であることを特徴とする常温成形性に優れたマグネシウム合金板を容易に得ることができる。
本発明の特徴は、合金の化学成分を上述のとおり調整し、かつ「曲げ変形＋再結晶熱処理」を少なくとも１回行うことであり、それにより高い常温成形性と異方性の少ないマグネシウム合金板を得ることができる。
【００２１】
本発明のマグネシウム合金板を得るための方法としては、まず上記成分を有するマグネシウム合金を鋳造し、鋳塊となす。その後、温間における押し出し、及び／又は粗圧延を施し、板厚数ｍｍ程度の圧延用素材を製造する。好ましくは、板厚４ｍｍから１０ｍｍの板を製造する。
その後に、所望の板厚まで温間圧延を施す。通常は、電子機器、自動車などに適用される板厚である、０．５ｍｍから２．０ｍｍ程度にまで圧延する。ここまでの製造条件については特に限定するものではない。
温間圧延により板状、すなわち切り板又はコイル状の板とした後、常温にてローラレベラあるいは小径ロールに板を巻き付けて通板することにより曲げ変形を加える。レベラの径、もしくは巻き付けるロールの径は、板厚によってその最適値が変わるが、好ましくは板厚の２０倍以下で、レベラの押し込み量は板厚と同等以上とする。
その後、３００℃程度の温度で数分から１時間程度の再結晶熱処理を施す。熱処理温度が高い場合には、短時間で良い。この「曲げ変形＋再結晶熱処理」を１セットとして、さらに複数回実施することができる。この場合は、さらに成形性の向上が図れる。
【実施例】
【００２２】
溶解鋳造法により表１に示す化学成分を有するマグネシウム合金ビレットを作製した。その後、押し出し加工を行い板厚４ｍｍの板とし、ついで温間圧延を施し、板厚０．８ｍｍの板を得た。
これらの板を用いて、従来の製造工程に沿って圧延後３５０℃で再結晶熱処理を施したものと、本発明の１つの構成要件である「曲げ変形＋再結晶熱処理」を施した板を作製した。曲げ変形の付与はローラレベラにて行った。ローラレベラは、上９ロール、下１０ロールを有し、ロール径１２ｍｍ、ロール芯間距離１３ｍｍの構成であり、常温にて押し込み量０．６ｍｍで曲げ変形を付与した。その後、３００℃で１時間の再結晶熱処理を施した。また、この「曲げ変形＋再結晶熱処理」を２回繰り返した材料も作製した。
【００２３】
これらの板を用いて、ＸＲＤによる極点図の測定、ＲＤ方向、ＴＤ方向における曲げ試験を実施し、常温成形性の評価を行った。
ＸＲＤによる極点図の測定は、株式会社リガク製Ｘ線回折装置 ＲＩＮＴ２０００／ＰＣを用いて、シュルツ反射法により行った。測定面を（０００２）面とし、管電流４０ｍＡ、管電圧４０ＫＶにて測定した。（０００２）面のＸ線反射強度は、２θ＝３４．５度付近にピークが出るが、２θ＝３０度では反射強度のピークを現れないので、この角度で測定した値をバックグラウンドの値とした。
また、他の先行技術と比較するために、板厚０．８ｍｍ、６０ｍｍ角の板を用いて、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４７に従い、常温におけるエリクセン値も求めた。
曲げ試験は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４８に従い、常温において、先端に９０度の角度を有するＶブロックを用いるＶブロック法により実施し、曲げ外面から観察して、割れのない最小の曲げ半径を最小曲げ半径とした。
【００２４】
測定結果を表１に示す。図１に実施例１５の極点図を示す。また、図２にはエリクセン試験を実施したときの外観を示す。図１及び表１から、本発明の実施例において、極点図における極が圧延方向及び圧延方向と直角方向にそれぞれ２以上存在し、少なくとも４つ存在していることがわかる。また、エリクセン試験においても９．０ｍｍ以上が高い値が得られていることがわかる。
【００２５】
表１の比較例１はＺｎ／Ｃａの比が本発明範囲外であり、比較例１〜９は、Ｚｎの含有量が本発明範囲外である。これら比較例では、極点図における極の最大値がいずれもバックグラウンド値の３倍以上となり、また、その極の数も２であり、異方性の強さが現れている。成形試験の結果においても、ＲＤ方向とＴＤ方向の最小曲げ半径の差が１．５以上あり、ＲＤ方向とＴＤ方向の異方性の強さが示されている。比較例１０は、特にＺｎの含有量が本発明の範囲の上限値より大きい場合の結果を示しているが、極点図における極の最大値がバックグラウンド値の１４倍となり、また、その極の数も２であり、異方性が強いことを示している。成形試験の結果においても、ＲＤ方向とＴＤ方向の最小曲げ半径の差が３であり、ＲＤ方向とＴＤ方向の異方性の強さが示されている。比較例１１は、Ｚｎの含有量が本発明の範囲の下限値より小さい場合の結果を示しているが、この場合も極点図における極の最大値がバックグラウンド値の３倍以上となり、また、その極の数も２であり、異方性が強くなった。比較例１２は、Ｃａの含有量が本発明の範囲の上限値より大きい場合の結果を示している。この場合、極点図における極の最大値がバックグラウンド値の３倍以上となり、また板のエッジ割れが見られた。比較例１３はＺｎ／Ｃａの比が本発明の範囲の上限値より大きい場合の結果を示しているが、極点図における極の最大値がバックグラウンド値の３倍以上となり、また、その極の数も２であり、異方性が強いことを示している。比較例１５は、Ｚｎ及びＣａの含有量並びにＺｎ／Ｃａの比が本発明の範囲内であるが、「曲げ変形＋再結晶熱処理」を施していない例である。この場合にも、極点図における極の最大値がバックグラウンド値の３倍以上となり、また極の数が２であり、異方性が強いことを示した。
これに対し、本発明の方法によれば、極点図における極の数は４（圧延方向及び圧延方向と直角方向にそれぞれ２）となり、また、その極の強さも３以下であり、（０００２）方位が分散していることが確認できる(実施例１５〜２２)。最小曲げ半径の値を見ても、比較例に比べて低い値を示し、また、ＲＤ方向とＴＤ方向の値の差も０．２以下と異方性が小さくなっていることがわかる。エリクセン試験の値においても、比較例に比べて、９．０以上の値を示し、常温成形性の高いことが確認できる。
【００２６】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明により得られたマグネシウム合金板は、常温での加工性あるいは成形性に優れているため、従来のマグネシウム合金板持っていた課題、すなわちその加工性の低さから加工は温間で行う必要があるという課題を解決する。さらに、本マグネシウム合金板は異方性が小さいという特徴を有しており、これにより常温においてより複雑な加工が可能となり、電子機器、自動車部品などの複雑な板金加工や成形を必要とする部品に適用することができる。また、加工や成形の際に加熱する必要がないので、コスト、成形加工における環境対策にも有利である。本発明のマグネシウム合金板は、マグネシウム本来の軽いという特徴を生かすことができる素材であり、電子機器、自動車の軽量化に寄与できる素材である。
【図１】
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【図２】
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