(57)【要約】【課題】【解決手段】マグネシウム合金材を溶融する際に、溶解炉において溶湯の上部にＳＦ６と、ＣＯ２とを含む混合ガスにより溶湯を大気と遮断し、溶湯に不活性ガスを注入して気泡によるバブリング精錬を行い、不純物等を溶湯の上部および下部に分離し、ポンプによる汲み出しを行う溶融工程と、溶湯を注入ノズル口から鋳型に流入させ、注入ノズル口を鋳型の底に近い位置から注入に従い遠ざけて鋳造する鋳造工程と、圧延材と圧延ロールとが接触する直前に、圧延ロール調温手段を用いて、圧延ロールを表面から加熱するとともに、圧延材調温手段を用いて、圧延材を温間圧延に適した温度に調温し、均熱化を行い圧延する圧延工程と経てマグネシウム合金材を製造する。【選択図】　図１
2004066302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウム合金材の製造装置であって、
溶解炉内の再溶解した溶湯の不活性ガスによるバブリング精錬を行い、不純物等をその比重に応じて溶湯の上層および下層に分離させる溶融装置と、
前記の溶融装置に連結されて、不純物を分離させた溶湯の汲み出し口から汲み出された溶湯を鋳型に注入する注入ノズル口を備える鋳造装置と、
前記の鋳造装置に連結されて、鋳造されたマグネシウム合金材スラブを冷却することなく、温間圧延に適した温度に均熱・調温しつつ圧延する圧延装置とを、一体に連結して構成したことを特徴とするマグネシウム合金材の製造装置。
【請求項２】
溶融装置と、鋳造装置と、圧延装置とを一体に連結して構成したマグネシウム合金材の製造装置であって、
溶融装置において、マグネシウム合金材を溶融する際に、溶解炉において溶湯の上部に、溶湯を大気と遮断すると共に、発火の発生時において消火可能にするために、少なくとも１％の混合比で含まれるＳＦ６と、ＣＯ２とを含む混合ガスを注入し形成したシールドガスの遮断層が設けられ、
鋳造装置において、溶湯が空気と接触することを防止するために、鋳型に上記のＳＦ６とＣＯ２の混合ガスなどの不活性ガスを注入し形成したシールドガスの遮断層が設けられたことを特徴とするマグネシウム合金材の製造装置。
【請求項３】
マグネシウム合金材の製造装置であって、
圧延工程で発生する皮剥けの所定レベルを検知または入力する検知手段と、
検知または入力に基づく指示に従い、少なくとも圧延工程を停止する制御手段と、
溶解炉内のバブリングをするための不活性ガスの注入、バブリングと汲み出しまでの時間、溶湯の鋳型への注入前に行う超音波による脱気泡時間、の内の少なくともいずれかの調整を行う調整手段と、を備えたことを特徴とする、マグネシウム合金材の製造装置。
【請求項４】
請求項１〜３に記載の発明において、
溶融装置には、溶解炉に注入された不活性ガスが滞留する遮断層における酸素濃度を測定する酸素計が備えられたことを特徴とする、マグネシウム合金材の製造装置。
【請求項５】
請求項１〜４に記載の発明において、
溶融装置において、溶解炉内の再溶解した溶湯に酸化物や鋳造時の水素などの混入のおそれのない不活性ガスを注入し、気泡によるバブリングを行い、不純物等をその比重に応じて溶湯の上層および下層に分離させた三層の中間層に汲み出し口が位置するように、溶解炉内に設けられた汲み出し口が、溶湯の液面から底面最深部までの距離の内の、液面から１／１０まで、および底面から１／１５までの範囲を除く中間部の範囲に設けられたことを特徴とする、マグネシウム合金材の製造装置。
【請求項６】
請求項１〜５に記載の発明において、
溶融装置が備えるポンプの汲み出し口には、セラミックその他の溶湯よりも溶解温度の高い素材からなり、最大径が１μ以上の径を有する物質の通過を遮断するフィルターが設けられたことを特徴とする、マグネシウム合金材の製造装置。
【請求項７】
請求項１〜６に記載の発明において、
鋳造装置には、ポンプにより汲み出された溶湯を鋳型に流入させるための注入ノズル口と、
溶湯が注入される鋳型と、
注入ノズル口を鋳型の底に近い位置から注入に従い遠ざけるノズル位置移動手段とが少なくとも備えられたことを特徴とする、マグネシウム合金材の製造装置。
【請求項８】
請求項１〜７に記載の発明において、
前記の鋳造装置にはさらに、鋳型に流入される溶湯を脱泡するための超音波振動子が、溶湯内に配置されるように備えられたことを特徴とする、マグネシウム合金材の製造装置。
【請求項９】
請求項１〜８に記載の発明において、
前記の鋳造装置にはさらに、溶解したマグネシウム合金を鋳型に注入した後に、鋳型内の溶湯の固体化の進行を均一に近づけるように、周波数が１Ｈｚ〜３０Ｈｚの低周波振動を鋳型に加えることが可能な振動子が備えられたことを特徴とする、マグネシウム合金材の製造装置。
【請求項１０】
請求項１〜９に記載の発明において、
前記の圧延装置には、マグネシウム合金材スラブを温間圧延に適した温度に均熱・調温する圧延材調温手段と、圧延ロールの前後に設けられ、ガスと空気の混合比の調節により燃焼温度の調節可能なバーナー等の圧延材加熱手段とが備えられ、マグネシウム合金の加工に最適な温度に均熱・調温可能なことを特徴とする、マグネシウム合金材の製造装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０に記載の発明において、
前記の圧延装置には、圧延ロールが圧延材に接触することにより圧延材から抜熱した熱量を、圧延ロールの表面に与える圧延ロール調温手段が備えられたことを特徴とする、マグネシウム合金材の製造装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の発明において、
圧延工程で発生するひび割れなどの所定レベルを検知または入力する検知手段と、
検知または入力に基づく指示に従い、少なくとも圧延工程を停止する制御手段と、
圧延装置の、圧下率、圧延速度、レベラー通過時の諸条件、の内の少なくともいずれかの調整を行う調整手段と、を備えたことを特徴とする、マグネシウム合金材の製造装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載の製造装置を用いて製造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１４】
溶融装置と、溶融装置に連結されて備えられた鋳造装置と、鋳造装置に連結されて備えられた圧延装置とが一体に連結して構成されたマグネシウム合金材の製造装置を用いて、
溶解炉内の再溶解した溶湯の不活性ガスによるバブリング精錬を行い、不純物等をその比重に応じて溶湯の上層および下層に分離させる溶融工程と、
不純物を分離させた溶湯の汲み出し口から汲み出された溶湯を、注入ノズル口から鋳型に注入する鋳造工程と、
鋳造されたマグネシウム合金材スラブを冷却することなく、温間圧延に適した温度に均熱・調温しつつ圧延する圧延工程とを経て製造されたことを特徴とするマグネシウム合金材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネシウム合金材の製造装置、マグネシウム合金材の製造方法、およびマグネシウム合金材に関する。特に、マグネシウム合金を再溶解し、鋳型に注入しスラブにしたものを圧延し、高品質のマグネシウム合金材を製造するための、溶融・鋳造・圧延装置を連結して一体に設けた製造装置、並びに製造方法に関するものである。またこれによりマグネシウム合金材の品質を従来になく向上させて最適な結晶構造を実現し、不純物の混入や皮剥け、ひび割れなどの発生を著しく減少した高品質のマグネシウム合金材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、製品の軽量化のため樹脂が用いられている。しかし、最近樹脂よりも強い剛性があり、リサイクル性、電磁波のシールドなどの点で優れている軽金属が注目されている。現在はチタンやアルミニウム合金が多く用いられているが、軽金属の中ではマグネシウムは最も軽量であり、強度／比重で表される比強度も金属中最大である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、マグネシウムは空気中で酸化しやすく、燃えやすい。また、常温での延性が悪く、歩留まりなどの点で実用化が困難であった。最近溶解成型技術などの進歩により実用化の可能性が生まれ、ダイカスト法、チクソモールド法などが用いられている。しかし上記の方法は型の末端への湯回りが悪いなどの問題で歩留まりが悪く、生産設備も高価である。また、不良品は溶解炉のある所に送付し、再度処理しなければならない。
【０００４】
一方、板状ものをプレス加工する場合には、まず、マグネシウム合金（例えばＡＺ３１）の板を作ることになり、インゴットを溶解し、型に流してスラブを作り、これを圧延機により圧延を繰返し、板状にする。その後、プレス加工することになるが、板厚が薄く（例えば１ｍｍ以下）なると端の方などに、温度低下による亀裂やインゴットの作製時に含まれている気泡、スラブ作製時に巻き込んだ気泡などが原因の表面の皮むけが発生し、品質の良いものが得られていない。
【０００５】
特開２００１−２９４９６６では溶解させたマグネシウム合金を金型に射出し、板材を形成して不要部分を削除した後、圧延機により破断しない程度の歪みを加えて板厚方向に圧縮変形させて薄板化する。圧延後はこの板材を熱処理し、結晶粒径を小さくし、合金薄板を作製するものである。
また射出成型の代わりに溶解させたマクネシウム合金をローラー間に連続して流し、一定の大きさにカットして圧延用のスラブを作る方法、また、直方体のスラブの大きさの蓋付きの鋳型に溶解マグネシウム合金を流して取り出し、スラブを作る方法などが紹介されている。
しかし、これには次のような不具合がある。射出成型したものをカットしてスラブを作り、これを圧延するのではコスト高になり現実的ではない。
溶解炉からローラー間に連続して溶解マグネシウムを流し、これをカットしてスラブを作る方法においては、溶解炉の上部は不活性ガスにより、大気と遮断されているが、溶解以前にマグネシウムに含まれている水素などの気泡を取り除くことができない。
【０００６】
また同様に、スラブを作製し、圧延機にかけ、その後プレスする場合、圧延の段階で起こる端割れ部などの除去、プレス時に発生する端材は数％〜３０％以上となる。この端材を再生専用の溶解炉に戻し、インゴットなどの再生材とするのはコスト高となる。溶解炉と圧延工程を連続して考えるのであれば、端材をこの溶解炉に戻し、品質を落とすことなく、リサイクルすることがコスト的に重要であるが、このことが考慮されていない。
例えば、プレス時に付着する鉄分は表面を洗浄しても残り、そのまま溶解炉に戻した場合、スラブに混入し、プレスに適さない品質のものとなる。この方法ではリサイクル品に混入する鉄、銅などのマグネシウム合金より比重の重い不純物を除去できない。さらに鋳型に注入するときの大気の巻き込みによる気泡の混入が避けられない。また、溶湯の量のコントロールが困難で溶湯の量が少ない場合は鋳型内で肉引けを起こして巣ができる。また、多過ぎるとバリが発生する。
【０００７】
このような課題を解決するため、たとえば特開２００１−２６８２９においては、マグネシウム合金の溶解方法において、溶解炉のポットを複数設けて、溶湯を第一の溶解ポット中又は第一の部屋中に３０分間以上滞留させる代りに、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、ＳＦ６　、ＣＯ２　、ＳＯ２　又はＮ２　ガス、あるいはこれらのガスと乾燥空気との混合ガスを細かく泡立てながら吹き込みかつ溶湯を１５分間以上滞留させることによって溶湯中のフラックス、酸化物、離型剤等の異物を浮上させ、清浄化ガスを吹き込まないで６０分間滞留させた場合と同等の効果が得られるという、時間の短縮可能な方法が提案されている。
この方法においては、混合ガスの泡を吹き込み異物を浮上させ、次の溶融ポットに溶湯を移動させることにより、精錬時間を短縮できる効果が記載されている。
しかしながら、前記のようにマグネシウムは空気中で酸化しやすく、燃えやすく、発火の発生時において消火可能にするためには、混合ガスの混合比をこうした緊急時に対応可能な割合にしなければ危険である。一方、混合ガスのコストを考えると、上記課題を解決しつつ、コストが安くできる混合比率にする必要が生じる。
【０００８】
また、特開２００１−２００１８においては、塗装されたマグネシウム系廃材を、非酸化性雰囲気中で、塗料が分解揮散する温度で熱処理を行って塗料を分解しその分解生成物を除去するマグネシウム系廃材の再生方法が提案されている。アルゴン、ヘリウム、ネオン、六フッ化イオウ、二酸化イオウ、二酸化炭素及び窒素から選択される１又は２以上の非酸化性雰囲気を構成するガスにより、塗料の分解生成物を有機溶媒に溶解して除去する方法である。
しかしながら、この出願においては、溶湯に吹き込むガスは酸化物等の異物を付着させて共に浮上する性質を有すれば十分とされており、溶湯への悪影響がなければ乾燥空気（湿分を含まない空気）との混合ガスも使用できるとされている。
しかしながら、気泡によるバブリングを行う際には、精錬時間の短縮だけでは高品質のマグネシウム合金を得られることにはならない。溶解炉内の再溶解した溶湯に酸化物や鋳造時の水素などの混入のおそれのない不活性ガスとしなければならず、上記の従来技術では空気との混合が記載されているがそれでは酸化や発火を十分に防ぐことにはならない。
すなわち、気泡によるバブリングを行い、不純物等をその比重に応じて溶湯の上層および下層に分離させ、中間層の溶湯を用いるとしても、三層の中間層の溶湯にも溶湯と比重の近い不純物が混入しているおそれがあり、これを除去することができれば、より不純物の混入のない高品質な合金材が得られる。
【０００９】
マグネシウム合金のインゴットを再溶解してスラブを作り、これを圧延してプレス用の板を作ることは、インゴット作製時に混入した水素などの不純物、インゴットの再溶解時やスラブ作製時の鋳型へ注入する時に巻き込んだ大気による気泡の混入の問題を解決し、また、圧延の工程で発生するマグネシウム合金の常温での難加工などの性質による品質低下、加工効率の悪さを改善すること、また、現在の端材のリサイクル効率の悪さによるコスト高の原因を除くことにより、実用的で有効な方法となる。
【００１０】
また、上記の出願にみられる従来技術においては、これら課題を解決したとしても、高品質のマグネシウム合金を得るためには、下記の問題が生じる。
すなわち、従来の本発明のマグネシウム合金材の製造装置は、溶融装置と、鋳造装置と、圧延装置とが別々の装置として構成されており、これらを組み合わせて操業したとしても一体の装置として構成されていないために各工程は別々に行われており、そのためにコストや資源の無駄が生じることを避けられない。
たとえば、端材の再溶解によるリサイクルをすれば歩留まりが向上し、産業廃棄物を削減することができるが、これを効率的かつ容易に行おうとすれば、圧延の最終工程と溶融の工程が連携して制御され、装置が有機的に結び付けられて構成されている必要がある。
工程とが連携して制御され、装置が有機的に結び付けられて構成されるならば、スラブを冷却することなくそのまま次の工程に進められるので、エネルギーコストの削減をすることができる。また全体の工程管理も一貫して行うことができるので、少量生産などにも対応がたやすく、また品質管理面からも、各工程を連携して制御できるために好ましい。
【００１１】
前記の特開２００１−２９４６６によれば、溶解、鋳造、圧延の工程を連続させるようにしてはいるものの、それぞれの装置を単に組み合わせただけであり、装置が有機的に結び付けられて構成されているものではない。
たとえば、溶解炉の上部は不活性ガスにより大気と遮断されていることが記載されているが、溶融工程を過ぎて次の工程に入れば、溶湯の大気との遮断については考慮されておらず、それぞれの工程がバラバラに行われている。
これに対し本発明によれば、溶解炉において溶湯の上部に大気との遮断をする不活性ガスを注入し、さらに鋳型に不活性ガスを注入するために、単に装置を組み合わせただけではなく、注入されるガスの保管や供給などの管理を一元化することができる。
また、各工程で発生する製造物の情報に基づき前の工程を制御する情報のフィードバックができるので、各工程を連携して制御でき、製造コストや資源の無駄を少なくすることができる。
【００１２】
さらに、上記の出願にみられる従来技術においては、これら課題を解決したとしても、高品質のマグネシウム合金を得るためには、下記の問題が生じる。
すなわち、良質のマグネシウム合金板を作るためには、良質のスラブを作り、マグネシウム合金加工時の温度依存性を考慮した最適な圧延条件により、圧延することが望まれる。
また、少なくとも圧延工程で発生する端割れなどの端材、プレス時の端材を歩留まり向上のため溶解炉に戻す必要があるが、このため、溶解炉と圧延工程を一連の連続した工程と考え、熱効率などの改善により歩留まりを向上させる工夫が必要となる。主な素材となるインゴットは酸化物、鋳造時の水素などが内部に混入している。これらをできるだけ排除する工夫が必要である。
【００１３】
また、圧延工程、プレス工程で発生する端材を溶解炉に戻すことを前提とすると、プレス工程で発生した端材には鉄などが付着し、これがマグネシウム合金内部に混入するので、これら不純物の除去の工夫も必要である。
また、再溶解、スラブ作製時の鋳型への流し込み時などに大気からの気泡の混入も避けねばならない。さらに、鋳造時において、鋳型の中の溶湯が鋳型に面した外側から不均一に固まってしまったり、その結果湯面の中央近辺が凹部となって固まってしまったりすることを防ぐことが望ましい。
さらに、圧延工程ではマグネシウム合金本来の常温では加工しにくい性質を考え、温度と圧延条件、搬送条件、結晶の状態を組合せ、効率良い加工工程を工夫する必要がある。
【００１４】
従来のマグネシウム合金圧延方法に関しては、特開平５−２９３５２９においては、軽金属材料の熱間あるいは温間圧延に際し、スラブを加熱炉で加熱した後、圧延機の入側あるいは出側の一方あるいは両方に設けた中間加熱装置により補助的加熱を行いながら、圧延する軽金属材料の圧延方法が提案されている。
軽金属材料の熱間圧延あるいは温間圧延に際して、軽金属材料のスラブを加熱炉で加熱した後、圧延機の入側あるいは出側の一方または両方に設けた中間加熱装置により補助的加熱を行いながら圧延するものである。
しかしながら、圧延機の入側あるいは出側の一方または両方に中間加熱装置を設けただけでは、合金材スラブを温間圧延に適した温度に加熱することはできても、その結果としてできあがる板材の状態や、結晶構造、キズやひび割れなどの状態、様々な圧延条件等に応じて圧延工程の各所においてきめ細かく温度調節をしたり、また圧延ロールが圧延材に接触することにより圧延材から抜熱されることを防ぐためには不十分である。
【００１５】
また、溶解炉と圧延工程を連続させた利点を生かすため、圧延時に発生する気泡の影響による皮剥けなどの情報を溶解時のバブリング時間、不純物の沈降時間などにフイードバックさせることにより、圧延時の不具合を改善することができる。溶解炉中のマグネシウム合金の特性を圧延時の諸条件に反映させることにより、製造元の異なるインゴット、種類の異なるインゴット、端材などを効率良く圧延できる。
また、本装置をプレスに直結させることにより、プレス時の情報により、圧下率などの圧延条件を変えて加工に最適な結晶組織とすることができ、プレス時の不良品減少になる。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明においては、上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明においては、
マグネシウム合金材の製造装置であって、
溶解炉内の再溶解した溶湯の不活性ガスによるバブリング精錬を行い、不純物等をその比重に応じて溶湯の上層および下層に分離させる溶融装置と、
前記の溶融装置に連結されて、不純物を分離させた溶湯の汲み出し口から汲み出された溶湯を鋳型に注入する注入ノズル口を備える鋳造装置と、
前記の鋳造装置に連結されて、鋳造されたマグネシウム合金材スラブを冷却することなく、温間圧延に適した温度に均熱・調温しつつ圧延する圧延装置とを、一体に連結して構成したマグネシウム合金材の製造装置であることを特徴としている。
【００１７】
また、上記課題を解決するため、請求項２に記載の発明においては、
溶融装置と、鋳造装置と、圧延装置とを一体に連結して構成したマグネシウム合金材の製造装置であって、
溶融装置において、マグネシウム合金材を溶融する際に、溶解炉において溶湯の上部に、溶湯を大気と遮断すると共に、発火の発生時において消火可能にするために、少なくとも１％の混合比で含まれるＳＦ６と、ＣＯ２とを含む混合ガスを注入し形成したシールドガスの遮断層が設けられ、
鋳造装置において、溶湯が空気と接触することを防止するために、鋳型に上記のＳＦ６とＣＯ２の混合ガスなどの不活性ガスを注入し形成したシールドガスの遮断層が設けられたマグネシウム合金材の製造装置であることを特徴としている。
【００１８】
また、上記課題を解決するため、請求項３に記載の発明においては、
マグネシウム合金材の製造装置であって、
圧延工程で発生する皮剥けの所定レベルを検知または入力する検知手段と、
検知または入力に基づく指示に従い、少なくとも圧延工程を停止する制御手段と、
溶解炉内のバブリングをするための不活性ガスの注入、バブリングと汲み出しまでの時間、溶湯の鋳型への注入前に行う超音波による脱気泡時間、の内の少なくともいずれかの調整を行う調整手段と、を備えたマグネシウム合金材の製造装置であることを特徴としている。
【００１９】
また、上記課題を解決するため、請求項４に記載の発明においては、
請求項１〜３に記載の発明において、
溶融装置には、溶解炉に注入された不活性ガスが滞留する遮断層における酸素濃度を測定する酸素計が備えられた、マグネシウム合金材の製造装置であることを特徴としている。
【００２０】
また、上記課題を解決するため、請求項５に記載の発明においては、
請求項１〜４に記載の発明において、
溶融装置において、溶解炉内の再溶解した溶湯に酸化物や鋳造時の水素などの混入のおそれのない不活性ガスを注入し、気泡によるバブリングを行い、不純物等をその比重に応じて溶湯の上層および下層に分離させた三層の中間層に汲み出し口が位置するように、溶解炉内に設けられた汲み出し口が、溶湯の液面から底面最深部までの距離の内の、液面から１／１０まで、および底面から１／１５までの範囲を除く中間部の範囲に設けられた、マグネシウム合金材の製造装置であることを特徴としている。
【００２１】
また、上記課題を解決するため、請求項６に記載の発明においては、
請求項１〜５に記載の発明において、
溶融装置が備えるポンプの汲み出し口には、セラミックその他の溶湯よりも溶解温度の高い素材からなり、最大径が１μ以上の径を有する物質の通過を遮断するフィルターが設けられた、マグネシウム合金材の製造装置であることを特徴としている。
【００２２】
また、上記課題を解決するため、請求項７に記載の発明においては、
請求項１〜６に記載の発明において、
鋳造装置には、ポンプにより汲み出された溶湯を鋳型に流入させるための注入ノズル口と、
溶湯が注入される鋳型と、
注入ノズル口を鋳型の底に近い位置から注入に従い遠ざけるノズル位置移動手段とが少なくとも備えられた、マグネシウム合金材の製造装置であることを特徴としている。
【００２３】
また、上記課題を解決するため、請求項８に記載の発明においては、
請求項１〜７に記載の発明において、
前記の鋳造装置にはさらに、鋳型に流入される溶湯を脱泡するための超音波振動子が、溶湯内に配置されるように備えられた、マグネシウム合金材の製造装置であることを特徴としている。
【００２４】
また、上記課題を解決するため、請求項９に記載の発明においては、
請求項１〜８に記載の発明において、
前記の鋳造装置にはさらに、溶解したマグネシウム合金を鋳型に注入した後に、鋳型内の溶湯の固体化の進行を均一に近づけるように、周波数が１Ｈｚ〜３０Ｈｚの低周波振動を鋳型に加えることが可能な振動子が備えられた、マグネシウム合金材の製造装置であることを特徴としている。
【００２５】
また、上記課題を解決するため、請求項１０に記載の発明においては、
請求項１〜９に記載の発明において、
前記の圧延装置には、マグネシウム合金材スラブを温間圧延に適した温度に均熱・調温する圧延材調温手段と、圧延ロールの前後に設けられ、ガスと空気の混合比の調節により燃焼温度の調節可能なバーナー等の圧延材加熱手段とが備えられ、マグネシウム合金の加工に最適な温度に均熱・調温可能な、マグネシウム合金材の製造装置であることを特徴としている。
【００２６】
また、上記課題を解決するため、請求項１１に記載の発明においては、
請求項１〜１０に記載の発明において、
前記の圧延装置には、圧延ロールが圧延材に接触することにより圧延材から抜熱した熱量を、圧延ロールの表面に与える圧延ロール調温手段が備えられた、マグネシウム合金材の製造装置であることを特徴としている。
【００２７】
また、上記課題を解決するため、請求項１２に記載の発明においては、
請求項１〜１１のいずれかに記載の発明において、
圧延工程で発生するひび割れなどの所定レベルを検知または入力する検知手段と、
検知または入力に基づく指示に従い、少なくとも圧延工程を停止する制御手段と、
圧延装置の、圧下率、圧延速度、レベラー通過時の諸条件、の内の少なくともいずれかの調整を行う調整手段とを備えた、マグネシウム合金材の製造装置であることを特徴としている。
【００２８】
また、上記課題を解決するため、請求項１３に記載の発明においては、
請求項１〜１２のいずれかに記載の製造装置を用いて製造することを特徴とする、マグネシウム合金材の製造方法であることを特徴としている。
【００２９】
また、上記課題を解決するため、請求項１４に記載の発明においては、
溶融装置と、溶融装置に連結されて備えられた鋳造装置と、鋳造装置に連結されて備えられた圧延装置とが一体に連結して構成されたマグネシウム合金材の製造装置を用いて、
溶解炉内の再溶解した溶湯の不活性ガスによるバブリング精錬を行い、不純物等をその比重に応じて溶湯の上層および下層に分離させる溶融工程と、
不純物を分離させた溶湯の汲み出し口から汲み出された溶湯を、注入ノズル口から鋳型に注入する鋳造工程と、
鋳造されたマグネシウム合金材スラブを冷却することなく、温間圧延に適した温度に均熱・調温しつつ圧延する圧延工程とを経て製造されたマグネシウム合金材であることを特徴としている。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
本発明のマグネシウム合金材の製造装置は、溶解炉内の再溶解した溶湯の不活性ガスによるバブリング精錬を行う溶融装置と、溶融装置に連結されて備えられた鋳造装置と、鋳造装置に連結されて、鋳造されたマグネシウム合金材スラブを冷却することなく、温間圧延に適した温度に均熱・調温しつつ圧延する圧延装置とが、一体に連結して構成されたものである。すなわち、本発明においては溶解、鋳造、温間圧延を一貫して行う装置を構成したことにより、それぞれの装置を単に組み合わせただけではなく、端材の再溶解によるリサイクルが可能になり歩留まりが向上し、産業廃棄物を削減し、素材を有効活用できるためにコストを削減することができる。また、溶解炉と鋳造、温間圧延を一体化したので、スラブの温度を温間圧延に適した温度以下に冷却することなくそのまま次の工程に進めることができ、エネルギーコストの削減をすることができる。また全体の工程管理も一貫して行うことができるので、少量生産などにも対応がたやすく、また品質管理面からも、各工程を連携して制御できるために好ましい。
さらに、本発明の好ましい形態によれば、溶解炉において溶湯の上部に大気との遮断をする不活性ガスを注入し、さらに鋳型に不活性ガスを注入するために、単に装置を組み合わせただけではなく、注入されるガスの保管や供給などの管理を一元化することができる。
また、各工程で発生する製造物の情報に基づき前の構成を制御する情報のフィードバックができるので、各工程を連携して制御でき、製造コストや資源の無駄を少なくすることができる。
【００３１】
本発明のマグネシウム製造装置により製造される合金材は、最適な結晶構造を実現し、不純物の混入や皮剥け、ひび割れなどの発生を著しく減少した高品質のものである。これを実現するためには従来の製造方法、製造装置を用いることによってはきわめて困難であり、好ましい下記の製造方法および製造装置として後述のものを用いることにより高品質の合金材を恒常的に実現することが可能になった。
また、以下に説明するマグネシウム合金材の製造方法は、マグネシウム合金のインゴットや端材などを再溶融する溶融工程と、溶湯を汲み出して鋳型に流し込み鋳造してスラブを製造する鋳造工程と、スラブを圧延して完成品であるマグネシウム合金材を製造する圧延工程とを含む製造方法である。
【００３２】
図１は、本発明のマグネシウム合金材の製造方法を実施するための製造装置の、全体の構成を、好ましい形態の一例として示す図である。
図１において、符号１は溶融装置、２は鋳造装置、５は圧延装置を示している。
本発明の、マグネシウム合金材の製造装置は、マグネシウム合金のインゴットや端材などを再溶融する溶融装置１と、溶湯を汲み出して鋳型に流し込み鋳造してスラブを製造する鋳造装置２と、スラブを圧延して完成品であるマグネシウム合金材を製造する圧延装置５とを含み構成されるのが基本的な形態である。
【００３３】
（溶融工程および溶融装置）
初めに、溶融工程について説明する。
図３は、図１に示した溶融装置を拡大した図である。
本発明における溶融工程は、マグネシウム合金を溶解し、溶湯の良質の部分を取り出す工程であり、ここで製造されたスラブは、次の工程においてスラブを圧延してマグネシウム合金板などの合金材を製造するために用いられる。
溶解するマグネシウム合金はプレス加工に適した展伸材のインゴット、及び、圧延工程、プレス工程で発生する端材を洗浄したものを主に溶解対象とする。また、溶解するインゴット、その他の形状やサイズのマグネシウム合金材としては、たとえば図２に一例を示すＡＺ３１、ＺＫ１０、ＺＫ３０、ＡＺ２１、その他のマグネシウム合金などを用いることができる。
さらに、マグネシウム合金材の端材などを用いることができ、たとえば切断された端材や、ひび割れや皮むけなどの生じた合金材などを再溶解精錬することもできる。
図１に示すような製造装置を用いることにより、溶融装置、鋳造装置、圧延装置が一連の装置として構成されており、一連の製造工程を管理、制御できるので、端材などを溶融工程にフィードバックして利用することができ、無駄な端材が生じることを防ぐ作用を得ることができる。
【００３４】
溶融装置１は、溶解炉１５とバーナーなどの加熱手段１３とを備えている。熱源はコスト、立ちあがり、コントロールの容易性を考慮し、都市ガス、またはプロパンガスと空気の混合ガスなどで燃焼するガスバーナーを使用することが望ましい。混合ガスなど、ガスバーナー等の加熱手段１３には燃料供給手段１２を通して燃料が供給される。マグネシウム合金の溶解温度は約６５０℃であり、溶解バーナーの耐熱温度は１，０００℃程度であることが望ましい。
溶解炉１５の坩堝には、溶解させるマグネシウム合金材が収容され、加熱手段１３により溶解されて溶湯１６となり、後述するシールドガスからなる遮断層により空気との遮断がなされる。
【００３５】
溶解するマグネシウム合金のインゴットは、代表的な形態の一例では１６０ｍｍ（Ｗ）×６４０ｍｍ（Ｌ）×７０ｍｍ（Ｈ）のものでは、重量が約１２ｋｇである。坩堝の収容力をマグネシウム合金１００ｋｇ程度とした場合には、上記のインゴット８本程度を溶湯として収容することができる。
【００３６】
溶融装置１の基本的な望ましい構成は、溶解炉１５において溶湯１６の上部にＳＦ６とＣＯ２との混合ガスを溶解炉１５に注入する遮断ガス注入手段１４と、気泡による溶湯のバブリング精錬を行うための不活性ガスを溶解炉に注入する不活性ガス注入手段１７と、ＳＦ６とＣＯ２との混合ガスにより溶湯を大気と遮断する遮断層と、溶湯１６が滞留する溶解炉１５と、不純物等が上部および下部に分離された中間部の溶湯１６を汲み出すために、溶解炉１５内に設けられた、位置調整の可能な汲み出し口１８と、を少なくとも備える。
坩堝には、インゴットを投入するインゴット投入口が設けられ、精錬された溶湯の汲み出しや、必要な製造量などに応じ、インゴットを投入することができる。溶湯１６を一度に汲み出す形態のほか、精錬された溶湯１６を順次汲み出しつつインゴットの追加投入をするようにすれば、溶湯の温度低下を一定に抑えることができる。
また、バーナーの余熱を利用して、投入前のインゴットに熱を与えることにより、溶解を早め、溶湯の温度低下を抑えることもできる。このため、インゴット投入口の近くには、加熱手段１３の余熱により、投入前のインゴット等に熱を与える原材料余熱装置１１が設けられる。
【００３７】
溶解炉１５の構成としては、坩堝溶解炉などの各種構成が知られている。また溶解炉を２ポットシステムのように坩堝を複数の溶湯収容部に分離して、浮上する酸化物等の不純物を定期的に除きながら、不純物の順次取り除かれた溶湯を移動させて精錬する方法が知られている。２ポットシステムを採用した溶融装置の構成の一例を図４に示す。図４において符号１９は、坩堝を複数の溶湯収容部に分離するための分離壁である。
【００３８】
次に、溶融装置１の溶解炉１５における処理について、図５を参照して説明する。
遮断ガス注入手段１４は、マグネシウム合金の溶湯１６を空気と遮断して酸化を防止する働きをするシールドガスを、必要量を適宜、溶湯１６の液面より上部に注入するために設けられる。シールドガスとして注入される不活性ガスは比重の重い混合ガスを使用する。
シールドガスは空気より重いので、溶解炉１５内において溶湯１６の液面を覆うように滞留して充填される。溶湯１６の表面には、溶湯を大気と遮断する遮断層１４０が形成され、空気中の大気との接触による酸化や気体の混入を防止する。
好ましい一例としては少なくとも１％の混合比で含まれるＳＦ６と、ＣＯ２とを含む混合ガスであり、より望ましくはＳＦ６を３％以上含む混合ガスであり、さらに好ましくはＳＦ６を１０％含むＣＯ２との混合ガスである。ＳＦ６の混合比は限りなく１００％に近くても同様の効果を発揮することができるが、ＳＦ６の混合比を多くすればコストがかさむので、安価なＣＯ２との混合ガスによりコストを低減することができる。
一方、ＳＦ６の混合比は１％未満、たとえば０．１％であってもシールドがストしての効果は発揮することができる。しかしながら、ＳＦ６の混合比が低い場合には、発火が発生したような異常時において、消火活動が困難を極めるため、少なくとも１％の混合比で含む混合ガスとしたことにより燃焼を抑えることが容易なようにすることが望ましい。
【００３９】
また、不活性ガスは、ＳＦ６とＣＯ２とを含み構成される混合ガス以外にも、アルゴン、ヘリウム、ネオン、二酸化イオウ、窒素など、あるいは３種類以上の気体の混合ガスを用いることができる。
ＳＦ６の濃度はより高くても効果を発揮することができるが、コストダウンの点などからはＣＯ２を前記の濃度により混合することが好ましい。
またＳＦ６の濃度は０．１％であっても、空気中の大気との接触による酸化や気体の混入を防ぐ効果を確認することができた。
【００４０】
溶解炉の始動時、インゴット等の投入時などには溶解炉に大気が混入する。不活性ガスの注入に伴い大気は排出されるが、大気との遮断をすることにより、溶湯の酸化防止、大気中からの水素の吸収防止、発火の防止等に対して効果がある。
さらに、溶解炉１５に注入された不活性ガスが滞留する遮断層の酸素濃度を測定する酸素計を備えることもできる。図６は、酸素計を設けた溶解炉１５の構成の一例を示す断面図であり、符号１４１は酸素計を示している。排出状況を酸素計により測定することにより、たとえば３分間などの一定時間以内に酸素が排出されるように混合ガスからなる不活性ガスの注入圧力を調節することができる。
酸素計は、ポンプ、エアフィルター、流量計、センサなどから構成されるガスサンプリング装置を内蔵し、溶解炉からの配管により気体を取り込み可能なように設置する。
【００４１】
次に、溶解炉１５には、気泡による溶湯１６のバブリング精錬を行うための不活性ガスを溶解炉に注入する、不活性ガス注入手段１７が設けられている。
不活性ガス注入手段１７は、バブリングのために溶湯１６内の適宜位置に注入口が位置するように、注入パイプ、注入ノズル等が設けられる。溶解炉１５で約６５０℃に加熱されたマグネシウム合金に対し、溶湯１６中において不活性ガス注入手段１７により、Ａｒなどの不活性ガスを細かい気泡１６０の状態で吹き出すバブリングをすることにより、水素などの微細な気泡を巻き込んでＡｒと共に表面より放出させる。
バブリングの気泡の大きさ、あるいは気泡の量、あるいは気泡の注入される溶湯内の位置や方向などは、調整可能に設けられることが望ましい。
また不活性ガス注入手段１７の注入パイプ、注入ノズルなどは一つであってもよいが、複数設けることにより、溶湯内の複数箇所においてバブリングのためのガスを注入することもできる。少なくともポンプ等で溶湯を汲み出す汲み出し口１８近辺においてバブリングがされる状態になることが望ましい。
【００４２】
バブリング精錬後、溶湯１６の上部にはＭｇＯ、Ｍｇ３Ｎ２などの酸化物、窒化物、フラックスなどの不純物１６１が分離され、溶湯１６の下部には金属間化合物などの不純物１６２が沈殿する。中間部は比較的良質のマグネシウム合金となり、三層の構成になる。溶解炉内のバブリングを一定時間実施するが、好ましい一例としては１５分間程度行う。バブリングの時間は、溶解炉の容量や溶湯の量、汲み出しの時間当たりの量などの諸条件によって適宜調整することが望ましい。
気泡１６０によるバブリングによって、酸化物や鋳造時の水素などの混入が防がれ、比重の小さい不純物１６１等を溶湯の上層に分離させ、また比重の大きい不純物１６２等を下層に沈殿させ、溶湯の静止後に、不純物等が上層および下層に分離された溶湯を、中間層から汲み出す。汲み出しは、位置調整の可能な汲み出し口１８からポンプにより汲み出すことが好ましい。なお、汲み出しは必ずしも溶湯１６の静止後ではなくてもよいが、バブリングと汲み出しを同時に行うのを避け、溶湯の層が安定した状態で汲み出しを行うことが好ましい。また汲み出し口１８近辺の溶湯１６が安定するような溶解炉の形状、構造を採用することもできる。
【００４３】
溶湯を汲み上げるポンプは摺動部の磨耗を避けるために回転部分のないポンプを採用し、溶湯の汲み出しにはＡｒガスなどの不活性ガスのガス圧を利用する。汲み上げポンプの吸入口は、上層・下層の不純物を避けるために、ポンプによる汲み出し口１８は、溶湯の液面から底面最深部までの距離の内の、液面から１／１０まで、および底面から１／１５までの範囲を除く中間部の範囲に設けることが望ましい。すなわち、図５において溶湯の液面から底面最深部までの距離の内の、液面からの範囲ａが１／１０以内、底面からの範囲ｂが１／１５以内を除いた、ｃの範囲内において汲み出し口１８が設けられる。
【００４４】
また、不純物は前記のように比重などにより上層・下層に分離されているが、マグネシウムと比重が近い不純物が中間層に残存している可能性があり、ポンプの汲み出し口１８にはフィルター１８０を設けて、不純物が混入した場合にこれを除去することができる。フィルターの一例としては、メッシュ状のフィルターなど、所定の大きさの不純物を通過させず、溶湯を通過させることのできる形態であり、より詳しい実施例としては、金属間化合物や酸化皮膜は１μ〜１００μの形状のものが多いため、メッシュの大きさ等の選定により、最大径が１μ以上の径を有する物質の通過を遮断するものである。またフィルターを構成する素材としては、溶湯よりも溶解温度の高い素材からなり、好ましい一例としてはセラミックなどの素材を用いる。
【００４５】
次に、鋳造工程および鋳造装置２について、図１、図７、図８、及び図９を参照して説明する。
溶解炉１５から、ポンプの汲み出しにより汲み出されたマグネシウム合金の溶湯は、ポンプ吐き出し口２０において、Ａｒなどの不活性ガスが混入している場合にこれを分離させ、スラブ作製のための鋳型２２に流し込まれる。
【００４６】
溶湯１６の鋳型２２への流し込みに際しては、ポンプにより汲み出された溶湯を鋳型に流入させる際に、鋳型に流しこむ途中にある鋳型注入管に超音波による振動を与え脱泡を行うことができる。
図７は、超音波脱泡装置２１の断面を示す断面模式図である。
超音波振動子２１０は図７に示すように直接溶湯に接触するように溶湯内に配置され、少なくともマグネシウムの溶融温度より高い耐熱性を備える。超音波振動子２１０を設けた場合に、これを用いて脱泡する工程は、鋳型２２に流し込む前の段階で行うため、超音波振動子２１０は鋳型２２に流し込まれる注入ノズル口２２１の前に、通常は設けられる。あるいは鋳型２２の中に超音波振動子２１０が位置するようにしてもよい。
超音波の周波数は、溶湯の性状などに応じて最適の周波数を選定する。超音波により、溶湯に含まれている気泡が相互に衝突し、合体して大きくなり、分離浮上していくため、脱泡処理をすることができる。
【００４７】
図８は、鋳造装置を側断面から見た図であり、図８（ａ）は鋳造装置の全体の構成を、図８（ｂ）は鋳型２２部分を拡大した構成の一例を示している。また図８（ａ）、図８（ｂ）のいずれも、左から順次右側に工程が進む例を示している。
溶湯１６が注入される鋳型２２は、直方体の形状などの鋳型で、溶解炉１５からポンプにより汲み出し、鋳型２２に溶解した溶湯１６を一定量注ぎ込む。ポンプにより汲み出された溶湯１６を鋳型２２に流入させるための注入ノズル口２２１が設けられている。
鋳型２２は、次の工程である圧延工程に利用するために鋳造台車などの移動可能な台車上に配置される。一つの鋳造台車に、複数の鋳型２２を配置することができる。たとえば鋳型２２が鋳造台車上に数個配置されている場合には、注入ノズル口２２１がそれぞれの鋳型に対して順次溶湯を注入していく形態を採用することができるほか、複数の注入ノズル口２２１を設けて複数の鋳型に対し同時に注入する形態を採用することもできる。また、鋳型２２が鋳造台車上に数個配置されている場合には、注入ノズル口２２１がそれぞれの鋳型２２に対して順次溶湯を注入していく際には、注入ノズル口２２１を順次移動させることもできるが、鋳型２２を載せた鋳造台車を注入ノズル口２２１の位置に合わせて移動させることができる。
【００４８】
鋳型２２には上記のＳＦ６とＣＯ２の混合ガスなどの不活性ガスをあらかじめ入れておくことが望ましい。このガスは空気より比重が重いので底の方に溜まっており、流し込まれる溶湯１６が空気と接触することを防止する。
また、鋳型にはあらかじめ雛形剤を塗りスラブを取り出しやすいようにすることが望ましい。
【００４９】
次に、望ましい実施形態の一例によれば、注入ノズル口２２１を鋳型２２の底に近い位置から注入に従い遠ざけるノズル位置移動手段２２０を少なくとも備える。
ノズル位置移動手段２２０は、鋳型２２内に溶湯１６を流し込むノズル２２１の先端位置を、鋳型に対し移動させるものである。ノズル２２１の先端位置を移動可能にしてもよいが、ノズル２２１の先端に対して鋳型２２の垂直方向の位置を移動させるためには、ノズルは固定して鋳型の位置を移動するようにしてもよい。したがって鋳型を載せた鋳造台車の高さや水平方向の位置を移動可能にした装置をノズル位置移動手段２２０として設けることが好ましい例である。
図８および図９を参照して説明すると、溶解したマグネシウム合金を鋳型２２に注入する際には、初めに、注入ポンプに接続された注入ノズル口２２１を、不活性ガスからなるシールドガスを入れた鋳型２２の底近くに位置させて、不活性ガスを中に充填させた状態で溶湯１６の注入を開始する。溶湯１６の注入に従い、ノズル位置移動手段２２０により鋳型２２を載せた鋳造台車の高さを低くするなどして、鋳型２２の底面とノズル口２２１とを遠ざける注入工程を経る。また、あらかじめ充填されていたシールドガスは、溶湯１６の注入に従い鋳型２２外部に流出する。
注入の終了後にノズル口２２１を引き上げるかまたは鋳型２２の高さを下げることによりこの工程を実現する方法や、溶湯の注入と共に同期させるようにして徐々に鋳型２２の高さを下げるかノズル口２２１の高さを上げることにより、溶湯を注入する方法を用いることができる。
さらに望ましい形態によれば、ノズル口２２１先端に、注入する溶湯を冷却し、内外の温度差を小さくして肉引けを小さくするために冷却プレート２２４を設けることができる。冷却プレート２２４は、マグネシウム合金よりも融点の高い金属等から形成されていればよい。
【００５０】
鋳型２２により形成されるスラブの形状・大きさには特に限定されないが、圧延薄板合金、圧延コイルなどの合金材を製造するためには、圧延加工に適しており、かつ製品歩留まりや製造上の取り扱いに適したものが望ましい。一例として搬送容易性を重視し、直方体とした場合に１０ｍｍ×１５０ｍｍ×２２０ｍｍのものを用いれば重量約０．５７ｋｇ、またハンドリング容易性を重視し１０ｍｍ×１８０ｍｍ×１８５ｍｍのものを用いれば重量約０．５８ｋｇのスラブとなる。スラブの形状・サイズ等は最終製品である合金材の形状・サイズ等に応じて適切なものを用いることができる。
【００５１】
鋳型２２内の溶湯は外側より徐々に冷え固体となる。中心は最後に固体化するため、上部に凹部ができる。
この凹部をなくすため、望ましい実施形態の一例によれば、溶解したマグネシウム合金を鋳型に注入した後に、鋳型に低周波による振動を加える。周波数は、好ましくは１Ｈｚ〜３０Ｈｚの範囲の低周波振動であり、さらに好ましくは５Ｈｚ〜１５Ｈｚの範囲であり、好ましい低周波振動を、鋳型の大きさや溶湯の容量、その他の条件に応じて好ましい方向に加える。たとえば１０Ｈｚ程度の周波数、加速度０．２Ｇ、振幅１ｍｍ程度の水平方向の振動を加えることにより好ましい結果を得ることができた。溶湯が固体化する頃合まで低周波振動を加えることにより、凹部ができることを防ぎ均一な形状のスラブを形成することができる。また、凹部が形成され、この凹部に溶湯１６を追加注入する方法をとることもできる。追加注入をする場合にも、ＳＦ６とＣＯ２との混合ガスなどの不活性ガスの中で連続して行う。
複数２２の鋳型を配置した場合にも、溶湯の注入と固体化とは一つずつ行う。固体化したスラブは蓋を開けて取り出す。
【００５２】
（圧延工程および圧延装置）
次に、製造されたスラブの圧延工程について説明する。
固体のマグネシウム合金を、圧延ロール間に一回以上繰返し通過させて圧延加工する際に、圧延ロールの前後に設けられた、ガスと空気の混合比の調節により燃焼温度の調節可能なバーナー等の加熱手段を用いて、マグネシウム合金の加工に最適な温度に調温し、温間圧延を行う。
図１において、符号５は圧延装置、４ａおよび４ｂはシート加熱炉を示している。
また、符号４１は支持ロール群、４２は圧延材調温手段、５０は圧延材、５１は圧延ロール（バックアップロール）、５２は圧延材保持ロール、５３は圧延ロール加熱手段、５４は圧延ロール、５５は均熱調温手段、５６は巻き取りロールを示す。
【００５３】
圧延装置５は、圧延ロール５４がマグネシウム合金の圧延材５０に接触することにより圧延材５０から抜熱した熱量を、圧延ロール５４の表面に与えることにより調温する圧延ロール調温手段５３を備える。さらに、圧延材５０を温間圧延に適した温度に調温するとともに、スラブ内の温度変化を５％以下とする均熱化を行う圧延材調温手段４２を備える。
【００５４】
圧延は温間圧延とし、実験により、圧延の諸条件を決定した。
図１０、図１１、および図１２は、圧延装置を用いてスラブを圧延し、圧延されたマグネシウム合金材の製品が製造されるまでの実施形態の好ましい一例を示す図である。なお、図１０において、本発明の圧延装置の実施例における装置や部材等の寸法を参考に記載しているが、これらは好ましい実施形態の一例であって、これらに限定されるものではなく、様々な構成を採用することができる。
また、図１０においては、シート加熱炉４ａ、４ｂ、および巻き取りロール５６を調温するファーネスコイラが連結されて構成されており、均一な調温のための好ましい構成の一例である。
一方、図１１のように、シート加熱炉４ａ、４ｂと、巻き取りロール５６を調温するファーネスコイラが別個に構成されており、圧延するシートの温度をファーネスコイラ温度と区別する場合の調温などに好適である。
圧延工程においては、スラブ（たとえば５０ｍｍ×５００ｍｍ×５００ｍｍ）を、圧延ロール５４の間を複数回往復させて圧延する。たとえば２５ｍｍ×５００ｍｍ×５００ｍｍの寸法のスラブを用いた場合において、幅広がりを圧下量×０．５とすると圧延後の寸法が０．５ｍｍ×５１５ｍｍ×２４．１ｍの圧延板材である合金材が製造できる。
【００５５】
マグネシウム合金はある温度において加工特性が向上する。これにより圧延温度と変形抵抗、これに基づく圧下率、パス数などの圧延に関する条件が変わる。
圧延中、圧延材の素材温度を一定に保つため、圧延ロール５４による圧延工程の前後において、上記ガスバーナー等による圧延材調温手段４２を配置し、調温と均熱化をコントロールする。
スラブの温度は圧延に適した温度に保持され、コントロールされることにより再加熱などの工程を最小限に留める。圧延材調温手段４２の過熱によるシート加熱炉４ａの温度は好ましい一例では３００℃前後とし、圧延材５０は３００℃程度に調温される。このため、圧延に入る前に均熱炉３と保熱炉による均熱と保熱によりスラブの温度を圧延に適した温度とし、スラブ内の温度差を５％以下とすることが望ましい。
【００５６】
圧延ロール５４が圧延材５０に接触することにより圧延材５０から抜熱をするが、抜熱した熱量を、圧延ロール加熱手段５３により圧延ロール５４の表面に与えることにより調温する。外部よりガスバーナー等の圧延ロール加熱手段５３を用いて加熱することにより、圧延ロール５４の温度は好ましい一例では２５０℃前後に保たれる。圧延が開始されると圧延材５０からも圧延ロールが熱を吸収し、圧延ロールの温度は３００℃近くなる。
圧延ロール５４はたとえば図１に示されるように４段として、ワークロール直径が１５０ｍｍのものを使用し、バックアップロールは４００ｍｍのものを使用することができる。
圧延材５０が圧延ロ−ルを通過するごとに圧延ロール５４間の隙間および圧力を変え、徐々に圧延を行う。
【００５７】
圧延材の素材の質などの条件により、圧延回数に応じて、圧延ロール５４の隙間および、圧力はあらかじめ決められるので、コンピュータに数値等を記憶しておき、条件に応じた数値等のデータを読み出して、圧延装置３の制御手段により、油圧などのコントロール手段を使い、１回の圧延ごとに、圧延ローラ５４の隙間および、圧力を自動変更することが望ましい。
【００５８】
本発明のマグネシウム合金の製造装置によれば、溶解、鋳造、圧延ユニットを一体化したコンパクトな設計により、インゴットや端材などの原材料の再溶解から完成品板材までを一貫して生産できるので、それぞれのユニットを切り離して操業することもできるが、各工程を一貫して操業させる場合には、後の工程の状態により、状態を検知して前の工程の調整や、状態を検知した現工程あるいは前の工程を一時停止したりといったフィードバックをすることができる。これにより製造中の状態を直ちに反映させることができ、無駄な操業、無駄なエネルギーや原材料の消費などを抑え、時間の無駄をなくしコストダウンをすることができる。
製造状態のフィードバックの第一の形態としては、圧延装置３には、圧延工程で発生する皮剥けの所定レベルを検知または入力する検知手段が備えられる。
また、検知手段による自動検知または検知した状態の入力による指示に従い、指示を伝送・伝達して少なくとも圧延工程を停止する制御手段と、溶解炉内のバブリングをするための不活性ガスの注入、バブリングと汲み出しまでの時間、溶湯の鋳型への注入前に行う超音波による脱気泡時間、の内の少なくともいずれかの調整を行う調整手段とを備える。
検知手段は、より前の工程を停止するためには、検知信号または入力信号による指示を伝送し、鋳造装置、あるいは溶融装置に伝達し、鋳造装置あるいは溶融装置を制御する制御手段によりこれらの工程を停止するように構成することができる。
自動検知の場合には、圧延装置のいずれかの箇所において、圧延材の表面を撮影するＣＣＤカメラなどの画像読み取り手段や、各種センサなどにより、あらかじめ設定する所定レベルの発生の有無を検知する。所定レベルは、皮剥けの発生した範囲の大きさ、発生率などでもよいが、より制度の高い検知レベルとしては発生が検知されれば直ちにフィードバックする形態である。
調整手段は、溶解炉内のバブリングをするための不活性ガスの注入、バブリングと汲み出しまでの時間、溶湯の鋳型への注入前に行う超音波による脱気泡時間、等を設定・調整し直すものであり、これにより装置を調整された状態で作動させるものである。調整手段による調整は手動で行ってもよいが、コンピュータに数値等を記憶しておき、条件に応じた数値等のデータを読み出して、各装置の制御手段により自動的に調整されるようにしてもよい。
【００５９】
製造状態のフィードバックの第二の形態としては、圧延装置３には、圧延工程で発生するひび割れなどの所定レベルを検知または入力する検知手段が備えられる。
また、検知手段による自動検知または検知した状態の入力による指示に従い、指示を伝送・伝達して少なくとも圧延工程を停止する制御手段と、圧延装置の、圧下率、圧延速度、レベラー通過時の諸条件、の内の少なくともいずれかの調整を行う調整手段とを備える。
検知手段は、より前の工程を停止するためには、検知信号または入力信号による指示を伝送し、鋳造装置、あるいは溶融装置に伝達し、鋳造装置あるいは溶融装置を制御する制御手段によりこれらの工程を停止するように構成することができる。
自動検知の場合には、圧延装置のいずれかの箇所において、圧延材の表面を撮影するＣＣＤカメラなどの画像読み取り手段や、圧延材の幅や波打ちなどの形状を検知する各種センサなどにより、あらかじめ設定する所定レベルの発生の有無を検知する。所定レベルは、ひび割れの大きさ、発生率などでもよいが、より制度の高い検知レベルとしては発生が検知されれば直ちにフィードバックする形態である。
調整手段は、溶解内のバブリングをするための不活性ガスの注入、バブリングと汲み出しまでの時間、溶湯の鋳型への注入前に行う超音波による脱気泡時間、等を設定・調整し直すものであり、これにより装置を調整された状態で作動させるものである。調整手段による調整は手動で行ってもよいが、コンピュータに数値等を記憶しておき、条件に応じた数値等のデータを読み出して、各装置の制御手段により自動的に調整されるようにしてもよい。
【００６０】
圧延材５０は圧延ロール５４を通過するごとに、薄く、面積も大きくなる。厚さが３ｍｍ程度になった時点で圧延ロール５４の前後にある巻き取りロール５６によって交互に巻き取り、巻き戻しを繰り返し、圧延を行う。圧延ごとに圧延方向の面積が大きくなる。
厚さ５０ｍｍ、のスラブを０．５ｍｍとするには、好ましい一例としては４０パス程度のパス数が必要である。
巻き取りロール５６も保温する。このようにすることで圧延材の搬送が容易になる。板厚が０．５ｍｍで圧延を終了する。このコイル状に巻き取られた板材を焼鈍に適した温度に加熱し、レベラーにかけて歪みをとることにより、結晶粒の細かい良質のマグネシウムのコイル材ができる。
巻き取られたマグネシウム合金のコイル材は、図１２に一例を示されるように、コイル先端をクロップカットし、水冷や空冷等によって冷却し、コイルを巻き取りロールから抜き出して完成する。
【００６１】
（マグネシウム合金材の製造結果）
以上の製造工程を経て製造された本発明のマグネシウム合金材は、再溶解による精錬と、恒温圧延を初めとする処理により、端面ひび割れと不純物の混入を防ぎ、表面のキズや粗さを防ぐことができ、現状において製造後に表面を研磨しなければ製品として市販できない従来の合金材と比べ、研磨をしなくても製品として市販可能である。したがって、研磨工程を省略することができ、飛躍的なコストダウンにつながるほか、無駄な端材の発生を抑えることが可能である。また研磨をする場合にも、研磨をする厚みを減らすことができる。
【００６２】
また、組織の硬さはＨｖ６５以下のものを得ることができた。
恒温圧延工程におけるパス間の素材の温度と圧延ロールの温度との調温管理、および圧下率、パススケジュール等の圧延条件の設定などにより、結晶粒径のそろった加工性のよいものを熱処理工程を省略して達成することができた。
【００６３】
さらに本発明によるマグネシウム合金材は、圧延後、研磨等の表面処理をしていない板の片面の波打ちの最大値が、板全体の平均厚さに対し１／２０以下であり、両面の波打ちを合わせた板圧偏差を示す厚みの最大値と最小値との差が、板全体の厚さに対し１／１０以下であった。
さらに圧延後、切断等の処理をしていないマグネシウム合金板材の端割れの発生が、板材の両端において２ｍｍ以下となったマグネシウム合金材とすることができた。
【００６４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、溶解、鋳造、温間圧延を一貫して行う装置を構成したことにより、それぞれの装置を単に組み合わせただけではなく、端材の再溶解によるリサイクルが可能になり歩留まりが向上し、産業廃棄物を削減し、素材を有効活用できるためにコストを削減することができる。また、溶解炉と鋳造、温間圧延を一体化したので、スラブの温度を温間圧延に適した温度以下に冷却することなくそのまま次の工程に進めることができ、エネルギーコストの削減をすることができる。また全体の工程管理も一貫して行うことができるので、少量生産などにも対応がたやすく、また品質管理面からも、各工程を連携して制御することができる。
さらに、本発明によれば、溶解炉において溶湯の上部に大気との遮断をする不活性ガスを注入し、さらに鋳型に不活性ガスを注入するために、単に装置を組み合わせただけではなく、注入されるガスの保管や供給などの管理を一元化することができる。
また、各工程で発生する製造物の情報に基づき前の構成を制御する情報のフィードバックができるので、各工程を連携して制御でき、製造コストや資源の無駄を少なくすることができる。
【００６５】
さらに本発明によれば、マグネシウム合金の素材を再溶解する工程と圧延する工程を連続させたことでマグネシウム合金を圧延し、厚さが約１ｍｍ以下になった時点で発生する内部の気泡による表面皮剥けの状況により、バブリングの時間設定、溶揚の沈静化に関するバブリングから溶湯の汲み出しまでの時間、超音波を加える時間にフィードバックさせることにより、表面皮剥げを減少させることができる。
また、プレス工程と連続させ、プレス工程に適した結晶粒形とする為、圧延工程時の圧下率、レベラー工程時の諸条件を変えることにより、プレス加工に最適な品質のマグネシウム合金板を作ることができる。
溶解炉中のマグネシウム合金の特性を圧延時の諸条件に反映させることにより、製造元の異なるインゴット、種類の異なるインゴット、端材などを効率良く圧延できる。
また、本装置をプレスに直結させることにより、プレス時の情報により、圧下率などの圧延条件を変えて加工に最適な結晶組織とすることができ、プレス時の不良品減少になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマグネシウム合金材の製造方法を実施するための製造装置の、全体の構成を、好ましい形態の一例として示す図である。
【図２】溶解するインゴット、その他の形状やサイズのマグネシウム合金材の一例を示す図である。
【図３】図１に示した溶融装置を拡大した図である。
【図４】２ポットシステムを採用した溶融装置の構成の一例を示す断面図である。
【図５】溶融装置１の溶解炉１５の構成の一例を示す断面図である。
【図６】酸素計を設けた溶解炉１５の構成の一例を示す断面図である。
【図７】超音波脱泡装置２１の断面を示す断面模式図である。
【図８】鋳造装置を側断面から見た図であり、図８（ａ）は鋳造装置の全体の構成を、図８（ｂ）は鋳型２２部分を拡大した構成の一例を示す。
【図９】溶解したマグネシウム合金を鋳型２２に注入する際に、注入ノズル口２２１移動させる注入工程の一例を示す断面図である。
【図１０】圧延装置を用いてスラブを圧延し、圧延されたマグネシウム合金材の製品が製造されるまでの実施形態の好ましい一例を示す図である。
【図１１】圧延装置を用いてスラブを圧延し、圧延されたマグネシウム合金材の製品が製造されるまでの実施形態の好ましい一例を示す図である。
【図１２】圧延装置を用いてスラブを圧延し、圧延されたマグネシウム合金材の製品が製造されるまでの実施形態の好ましい一例を示す図である。
【符号の説明】
１　溶融装置
１１　原材料余熱装置
１２　燃料供給手段
１３　加熱手段
１４　遮断ガス注入手段
１４０　遮断層
１４１　酸素計
１５溶解炉
１６　溶湯
１６０　気泡
１６１、１６２　不純物
１７　不活性ガス注入手段
１８　汲み出し口
１８０　フィルター
１９　分離壁
２　鋳造装置
２０　ポンプ吐き出し口
２１　超音波脱法装置
２１０　超音波振動子
２２　鋳型
２２０　ノズル口移動手段
２２１　注入ノズル
２２２　ガス抜き穴
２２３　シールドガス
３　均熱炉
３０　圧延材（スラブ）
３１　均熱調温手段
４ａ、４ｂ　シート加熱炉
４１　支持ロール群
４２　圧延材調温手段
５　圧延装置
５０　圧延材
５１　圧延ロール（バックアップロール）
５２　圧延材保持ロール
５３　圧延ロール加熱手段
５４　圧延ロール
５５　均熱調温手段
５６　巻き取りロール
【図１】
2004066302.tif 000003
【図２】
2004066302.tif 000004
【図３】
2004066302.tif 000005
【図４】
2004066302.tif 000006
【図５】
2004066302.tif 000007
【図６】
2004066302.tif 000008
【図７】
2004066302.tif 000009
【図８】
2004066302.tif 000010
【図９】
2004066302.tif 000011
【図１０】
2004066302.tif 000012
【図１１】
2004066302.tif 000013
【図１２】
2004066302.tif 000014