(57)【要約】  【課題】  プレス加工や鍛造加工用のマグネシウム合金材を高効率で生産する  【解決手段】  マグネシウム合金材の製造において、可動鋳型を用い、連続鋳造することを特徴とする。プレス成型や鍛造成型等に用いられるマグネシウム合金材を効率よく提供することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動鋳型に注がれるマグネシウム溶湯の流量を鋳造速度が一定となるように可動鋳型の前で制御して長尺体の鋳造材を連続鋳造し、
その後、圧延する
ことを特徴とする、マグネシウム合金材の製造方法。
【請求項２】
可動鋳型を用い、連続鋳造される長尺体のマグネシウム合金材を製造する方法であって、可動鋳型の形状は閉ループをなすものであり、マグネシウム溶湯の流量と可動鋳型の断面積に応じた移動速度とを同期させることで、溶湯の凝固面を一定に保ち、凝固に対する冷却速度を一定にすることを特徴とするマグネシウム合金材の製造方法。
【請求項３】
前記流量の制御は、前記樋の後段に設けられたタンディッシュにより行われることを特徴とする、請求項１又は２に記載の、マグネシウム合金材の製造方法。
【請求項４】
前記マグネシウム溶湯は、２００℃以上９００℃以下に保温された樋を経て供給されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の、マグネシウム合金材の製造方法。
【請求項５】
前記連続鋳造は、双ベルト法、車輪ベルト法、双ロール法のいずれか１つによりなされることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の、マグネシウム合金材の製造方法。
【請求項６】
前記マグネシウム溶湯は、Ａｌを０．１〜１０重量％含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の、マグネシウム合金材の製造方法。
【請求項７】
前記マグネシウム溶湯は、Ｃａを０．０５〜５重量％含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の、マグネシウム合金材の製造方法。
【請求項８】
前記連続鋳造時の冷却速度が１℃／ｓｅｃ以上であり、鋳造速度が０．５ｍ／ｍｉｎ以上であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の、マグネシウム合金材の製造方法。
【請求項９】
前記連続鋳造時の冷却速度の変化率が２００％以下の条件で製造することを特徴とする、請求項８に記載のマグネシウム合金材の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つの製造方法で製造した長尺の、マグネシウム合金材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動鋳型による連続鋳造で得られるマグネシウム合金材およびその製造方法に関するもので、特にプレス成型や鍛造成型等に用いられるマグネシウム合金材を提供することにある。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウム合金は、実用金属材料中で最も比重が小さいため、近年、軽量化が必要な携帯機器のケース類や自動車用の素材として使用される例が増加している。現在、実用化されている製品の製造方法としては、ダイカストやチクソモールド法といったマグネシウム合金の射出成型による鋳造法が主流である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、ダイカストやチクソモールド法などの鋳造法で、マグネシウム合金の製品をつくる場合には、マグネシウムの単位体積あたりの潜熱が小さいため、湯じわや引け巣などの鋳造欠陥が発生しやすい。これらの欠陥を補修するために鋳造後にパテ塗り、研磨などの工程が必要となり、生産性が大きく低下し、高コスト、高価格となってしまう。さらに、湯じわ、引け巣などが発生しやすいため、製品の薄肉化が困難である。また、鋳造後に塑性加工を施さず製品となるため、高強度化が困難であるという問題もある。
【０００４】
一部にはダイレクトチル鋳造（以下ＤＣ鋳造）などの半連続鋳造法によって得られた鋳造材を熱間押出し成型によって所定の大きさに押出し、これを圧延加工等によってさらに薄板にした後、プレス加工などの成型加工法によって製品を製造したり、押出材をそのまま鍛造加工法などによって成型するなどの方法が提案されている。しかし、プレス加工用の板や鍛造加工用の素材をＤＣ鋳造などの半連続鋳造法で製造する場合には、これらの鋳造法では結晶粒径が大きく、そのままプレス加工や鍛造加工などの成型加工は難しく、そのため、この半連続鋳造で得た素材を再度加熱し、熱間で押出し加工することによって、結晶粒を微細化する必要がある。このように、鋳造材を熱間で押出しする工程を必要とするため、工程数が多くなり、生産性が低下し、高コスト、高価格となってしまう。また、マグネシウム合金については、活性な金属であるため、熱間で押出し加工すると、加工発熱によって表面が黒変化、あるいは燃焼する場合があり、押出し速度については充分冷却が可能な速度で行う必要があり、このためにさらに生産性が大きく低下し、高コスト、高価格となってしまうという問題があった。また、熱間押出し材については、複雑な形状への加工を実施するには、結晶粒の微細化が不十分であり、複雑形状への加工が困難であるという問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、前記課題の解決を目的になされたもので、プレス加工や鍛造加工用の素材を高効率で生産するための、可動鋳型により連続鋳造されるマグネシウム合金材およびその製造方法を特徴とするものである。本発明のマグネシウム合金は、可動鋳型により連続鋳造され、Ｃａを０．０５〜５重量％含有するマグネシウム合金材あるいはＡｌを０．１〜１０重量％含有するマグネシウム合金材あるいは０．０５〜５重量％Ｃａおよび０．１〜１０重量％Ａｌを含有するマグネシウム合金材を特徴とするものである。
【０００６】
さらに、可動鋳型の溶湯と接触する面の少なくとも一つの面が鋳造材の進行方向に対して閉ループを形成し、連続鋳造することを特徴とするものである。また、前記可動鋳型の少なくとも一面をベルト状、あるいは前記可動鋳型の少なくとも一面を車輪状として、連続鋳造することも特徴とするものである。
【０００７】
さらに、その鋳造材の冷却速度が１℃／ｓｅｃ以上であることも特徴とする。また、連続鋳造する際の鋳造速度を０．５ｍ／分以上とすることも特徴とするものである。
さらに、連続鋳造材の鋳造断面における短径が６０ｍｍ以下であることを特徴とするものである。また、鋳造材の断面内における冷却速度の変化率が２００％以下であることも特徴とするものである。ここで、冷却速度の変化率とは、連続鋳造工程の凝固過程を通じての、同一断面での場所による冷却速度の変化率、ならびに長手方向の場所による冷却速度の変化率をいう。
【０００８】
さらに、可動鋳型による連続鋳造が双ベルト法、車輪ベルト法、双ロール法であることも特徴とするものである。さらにまた、可動鋳型のマグネシウム溶湯と接触する鋳型の材質が鉄、鉄合金、銅、銅合金であることも特徴とするものである。
以下に、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明のマグネシウム合金材を得るための可動鋳型を用いた連続鋳造設備の模式図である。溶解炉で溶解されたマグネシウム合金溶湯は、樋を通り、鋳造機の前に設置したタンディッシュ等で流量制御を行い、注湯口１より車輪状の鋳型である鋳造輪２とベルト５で形成した可動鋳型に溶湯を注ぎ込み、鋳造する。
【０００９】
可動鋳型の形状としては、溶湯に接触する面の少なくとも一面がベルト状あるいは車輪状のような閉ループを形成することが好ましい。可動鋳型を閉ループとしたのは、マグネシウム溶湯の流量と可動鋳型の断面積に応じた移動速度を同期させることで、溶湯の凝固面を常に一定にすることができるとともに、凝固に対する冷却速度を一定にすることが容易となるためである。ここで、可動鋳型に少なくとも一面がベルト状あるいは車輪状、またはこれらを組み合わせた形であってもよく、同じ効果が得られるものと置き換えても構わない。
【００１０】
可動鋳型の少なくとも一面をベルト状あるいは車輪状としたのは、可動鋳型を鋳造材の進行方向に対して閉ループとするために、最も容易な方法であるとともに、メンテナンスが容易であるからである。さらに、ベルト状あるいは車輪状であると、溶湯と接触する面が連続的なものとすることが可能であり、鋳造材の表面状態が平滑なものとすることができるためである。
【００１１】
このように鋳造することで、原理上は無限に長い、長尺の鋳造材を得ることができるため、高生産性の製造方法であると言える。また、鋳造が連続的に行われるので、鋳造材の品質も長手方向にわたり均一で良好なものとなり、プレス加工や鍛造加工用に適した素材を提供することができる。
【００１２】
溶解については、マグネシウム合金は極めて活性な金属であるため、溶解時には容易に大気中の酸素と反応し、燃焼するため、防燃用のＳＦ６ガス等でシールドされた状態が好ましい。ＳＦ６のガス濃度としては、体積％で０．１０〜１０％であり、残部が空気であると防燃効果がある。
【００１３】
また、ＳＦ６ガス等の防燃ガスでシールドしない場合については、マグネシウム合金中にＣａを０．０５〜５重量％を添加することで、防燃ガスが無い状態でも燃焼を起こさない。ここで、Ｃａ添加量を０．０５〜５重量％としたのは、０．０５％以下の濃度であると防燃の効果がなく、５重量％以上であると鋳造時に割れが生じ、健全な鋳造材が得られないためである。
【００１４】
さらに、Ｃａを添加することで、鋳造材の表面に、部分酸化による黒色化等が無くなり、表面品質の良好な鋳造材を得ることが可能となる。これは、鋳造時に溶湯表面がＣａ酸化物で保護されているためと考えられる。
【００１５】
さらに、連続鋳造時の冷却速度としては、１℃／ｓｅｃ以上が好ましい。冷却速度がこれ以下であると、鋳造材の結晶粒が粗大化してしまい、健全な鋳造材が得られなくなるからである。さらに結晶粒径を細かくするためには、１０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度であることが好ましい。
【００１６】
さらに、鋳造速度としては、０．５ｍ／ｍｉｎ以上が好ましい。鋳造速度がこれ以下であると、冷却速度が遅くなり、鋳造材の結晶粒が粗大化する要因となるとともに、生産性が低下するためである。
【００１７】
また、部品へのプレス加工、鍛造加工などの加工性を良好にするためには、結晶粒径を均一にする必要がある。そのためには、まず鋳造材断面の短径が６０ｍｍ以下であることが好ましい。短径が６０ｍｍ以上あると、鋳造材の横断面における冷却速度が中心と表面で大きく変わり、中心部の冷却速度が遅くなり、結晶粒径が不均一となるためである。さらに、冷却速度の変化率を２００％以下にすることが好ましい。冷却速度の変化率を２００％以下としたのは、冷却速度を早くするだけでなく、同一断面における冷却速度を均一に近づけることによって、結晶粒径の均一性が向上するためであり、冷却速度の変化率が２００％を超えると結晶粒径の均一性が低下するためである。
【００１８】
鋳造輪やベルトの材質としては、冷却速度を大きくするため、さらに耐久性の観点より、鉄、鉄合金、銅、銅合金で構成されることが好ましい。
【００１９】
樋については、温度が２００℃以上９００℃以下に保温されていることが望ましい。２００℃以下であると、溶湯温度が低下しすぎて、湯流れ性が悪くなり、また９００℃以上であると防燃用ガスでシールドしてあっても、また前記のＣａを添加した場合であっても、溶湯が燃焼する場合があるためである。
【００２０】
また、溶解炉と鋳造機の間には、溶湯を一時的に貯めておく保持炉が存在しても構わない。タンディッシュのみで流量制御するだけでなく、保持炉で有る程度の流量制御をすることで、より鋳造速度を一定とすることができる。
【００２１】
また、マグネシウムに０．１〜１０重量％Ａｌを添加することによって、マグネシウム合金材の溶湯の湯流れ性が良好となるため好ましい。０．１重量％以下であるとその効果がなく、１０重量％以上であると鋳造時に割れが生じ、健全な鋳造材が得られないためである。
【００２２】
なお、０．１〜１０重量％Ａｌおよび０．０５〜５重量％Ｃａを含有するマグネシウム合金材でも同様な効果が得られる。
【００２３】
以上のようにして得られた可動鋳型による連続鋳造マグネシウム合金は、プレス加工や鍛造加工用の素材とするために、鋳造後に３００〜５００℃で、０．５〜２４時間の均質化処理を実施することがより望ましい。このような均質化処理を施すことによって、鋳造時に生成する偏析を無くすことができ、加工性が向上する。さらに、鋳造後に所定の形状とするために圧延などの加工を施しても構わない。この場合の加工については、２００℃以上５００℃以下の温度で実施すると、加工性が良好となる。
【００２４】
さらに、最終形状での強度、伸び、高温強度、耐食性等を改善するために、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｙ、Ｚｒ等の元素を添加しても良い。添加する濃度については、総量で２０重量％以下が望ましく、これ以上多いと鋳造時に割れ等が生じる原因となる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明はプレス加工や鍛造加工用の素材を高効率で生産するための、可動鋳型により連続鋳造されるマグネシウム合金材およびその製造方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（実施の形態）
以下に本発明について、実施例の形態をより具体的に説明する。
図１に示した可動鋳型による連続鋳造設備（ベルト−ホイール方式）を用いて、表１に示す合金を７００〜８００℃で溶解し、７００℃に加熱した樋を通してタンディッシュに注ぎ込み、鋳物断面積３００ｍｍ２（高さ：１０ｍｍ、幅：３０ｍｍ）の可動鋳型に鋳込み、１ｍ／分の速度で鋳造を実施した。この時の鋳造材の冷却速度は５０〜１００℃／ｓｅｃであり、鋳造材断面における冷却速度の変化率は約１００％となる。図２にマグネシウム合金材の鋳造部分の断面を示す。鋳造輪ならびにベルトの材質はＳＵＳ４３０製である。
溶解、鋳造時には、体積％で０．２％のＳＦ６ガスと空気の混合ガス雰囲気中で実施した。この防燃ガスが無い場合は、鋳造材に多量の酸化物が混入した。また、この防燃ガスが無い状態で、実施例３、４および５の合金を鋳造すると、酸化物の巻き込みの無い鋳造材が得られた。
【００２７】
さらに図３に実施例１、図４に実施例５の鋳造材の外観を示すように、Ｃａを添加していない実施例１，２および比較例６の鋳造材の表面には部分酸化による黒変化が認められる一方、Ｃａを添加した実施例３，４の鋳造材の表面には金属光沢が確認できた。
【００２８】
このようにして得た鋳造材を温度４００℃の熱間圧延を実施し、板厚１．０ｍｍの板に加工し、プレス加工を実施した結果、ダイレクトチル鋳造などの半連続鋳造法で製造した鋳造材を熱間での押出加工後に熱間圧延したものと比較して加工時に割れが少なく、加工性に優れていた。
【００２９】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上述べたように、本発明による可動鋳型による連続鋳造マグネシウム合金材は、従来の連続鋳造法によるものと同等の特性を有するものを効率良く生産でき、またこれらを用いてプレス加工や鍛造加工することにより、ダイカストやチクソモールド法で製造したものよりも効率よく生産できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】マグネシウム合金材の可動鋳型による連続鋳造設備を示す模式図である。
【図２】マグネシウム合金材の鋳造部分の断面を示す断面図である。
【図３】実施例１の鋳造材の外観を示す。
【図４】実施例５の鋳造材の外観を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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