(57)【要約】【課題】表面性状に優れるマグネシウム合金板材およびその製造方法を提供する。【解決手段】質量％で、Ｍｎ：０．１〜０．５％、Ａｌ：１．２〜３．０％未満を含有し、所望によりさらにＺｎ：１．８％以下を含有し、かつ、ＡｌとＺｎとＭｎの合計含有量が１．３％超〜３．０％であり、残部がＭｇ及び不可避不純物とからなる組成を有し、ＥＰＭＡ面分析でのセル境界上のＡｌ検出量が４０ｃｐｓ以下であるマグネシウム合金板材とし、このマグネシウム合金板を製造する際、上記成分のマグネシウム合金溶湯から溶湯直接圧延により厚み２．５〜１０ｍｍの帯状板に圧延した後、均質化熱処理を施し、その後、熱間圧延または熱間および温間圧延する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｍｎ：０．１〜０．５％、Ａｌ：１．２〜３．０％未満を含有し、残部がＭｇ及び不可避不純物とからなる組成を有し、ＥＰＭＡ面分析によるセル境界上のＡｌ検出量が４０ｃｐｓ以下であることを特徴とする表面性状に優れるマグネシウム合金板材。
【請求項２】
さらに前記組成に、質量％でＺｎ：１．８％以下を含有し、かつ、前記Ｍｎと前記Ａｌと前記Ｚｎの合計含有量が１．３％超〜３．０％であることを特徴とする請求項１記載の表面性状に優れるマグネシウム合金板材。
【請求項３】
請求項１または２に記載の組成を有するマグネシウム合金を溶解し、その溶湯を厚み２．５〜１０ｍｍの帯状板に直接圧延した後、均質化熱処理を施し、その後、熱間圧延または熱間および温間圧延することを特徴とする表面性状に優れるマグネシウム合金板材の製造方法。
【請求項４】
前記熱間圧延または熱間および温間圧延工程中に中間焼鈍工程を有することを特徴とする請求項３に記載の表面性状に優れるマグネシウム合金板材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パーソナルコンピュータや各種モバイル製品を含む電気製品、自動車部品、製造装置部品関連などに利用可能なマグネシウム合金板材およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウム合金板材は軽く、リサイクル性や比強度および耐デント性等に優れることなどから、自動車部品をはじめ、パーソナルコンピュータ、携帯電話などの筐体として広く使われている。該板材の材料としては、従来からＡＺ３１、ＡＺ６１、ＡＺ９１、ＡＭ６０合金などが主に使用されている。
しかしながら、マグネシウム合金板材ではその結晶構造と圧延時に形成される強い集合組織の影響で低温域での成形性が悪いため、所定の肉厚を有する板材の製造には、熱間または熱間および温間圧延が必要である。その場合、肉厚が１００ｍｍを超えるスラブを素板に使用する板材では、圧延と材料の加熱に非常に多くの工数・工程を要し、その結果、製造コストが高くなるといった問題が挙げられる。そこで、製造コストを低くする手法として溶湯直接圧延による素板の薄肉化が実用性の高い製法として注目されている。溶湯直接圧延では、広い範囲の合金種に対応が可能であるだけでなく、溶湯から直接肉厚３〜１０ｍｍ程度の板材の製造が可能である（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１４４０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、溶湯直接圧延は他の製造方法にくらべ非常に速い凝固速度が得られることから、溶質元素が固溶しやすく、高強度化や組織の微細化に効果的であることが知られている。しかし、それでも凝固速度が数百Ｋ／ｓｅｃ程度では、凝固中に生じるミクロ偏析が顕著であるため、最終凝固部への溶質元素の濃化が顕著となり、マクロ偏析を生じやすい。その中でも、板材の表面に発生するスジ状の逆偏析は、長時間の均質化処理においても解消されず、その程度にもよるが、圧延時に割れ発生の原因となる。また、最終板材の表面にスジ状の逆偏析が残った場合には、研磨でそれを完全に除去することが困難で、表面処理した際に色ムラの原因となり、外観不良の要因になる。また、プレス成形時の成形性悪化の要因になる。
【０００５】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、板材表面のマクロ偏析が少なくて表面性状に優れたマグネシウム合金板材およびそ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】
【０００６】
すなわち、本発明の表面性状に優れるマグネシウム合金板材のうち、第１の本発明は、質量％で、Ｍｎ：０．１〜０．５％、Ａｌ：１．２〜３．０％未満を含有し、残部がＭｇ及び不可避不純物とからなる組成を有し、ＥＰＭＡ面分析によるセル境界上のＡｌ検出量が４０以下であることを特徴とする。
【０００７】
第２の本発明の表面性状に優れるマグネシウム合金板材は、前記第１の本発明において、さらに前記組成に、質量％でＺｎ：１．８％以下を含有し、かつ、前記Ｍｎと前記Ａｌと前記Ｚｎの合計含有量が１．３％超〜３．０％であることを特徴とする。
【０００８】
第３の本発明の表面性状に優れるマグネシウム合金板材の製造方法は、前記第１または第２の本発明の組成を有するマグネシウム合金を溶解し、その溶湯を厚み２．５〜１０ｍｍの帯状板に直接圧延した後、均質化熱処理を施し、その後、熱間圧延または熱間および温間圧延することを特徴とする。
【０００９】
第４の本発明の表面性状に優れるマグネシウム合金板材の製造方法は、前記第３の本発明において、前記熱間圧延または熱間および温間圧延工程中に中間焼鈍工程を有することを特徴とする。
【００１０】
以下に本発明で規定する組成等の限定理由について説明する。なお、以下における各成分の含有量はいずれも質量％で示されている。
【００１１】
Ｍｎ：０．１〜０．５％
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。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る。ただし、０．１％未満では、その効果が少なく、０．５％超では、製造時に粗大な金属間化合物が生成し、圧延性が悪化する。なお、同様の理由で下限を０．２％、上限を０．４％とするのが望ましい。
【００１２】
Ａｌ：１．２〜３．０％未満
Ａｌはマグネシウムの素地に固溶しやすく、鋳造性、強度等の機械的性質および耐食性の向上の効果を有する。ただし、１．２％未満であると、十分な鋳造性、強度および耐食性が得られず、３．０％以上であると、編析を生じやすくなる。
【００１３】
Ｚｎ：１．８％以下
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ので所望により含有させる。ただし、１．８％超では鋳造性と圧延性が低下する。なお、同様の理由で上限を０．８％とするのが望ましい。また、上記作用を得るために、０．１％以上含有するのが望ましい。
【００１４】
ＡｌとＺｎとＭｎの合計添加量：１．３超〜３．０％
主要添加元素の合計質量％が多くなるほどマクロ偏析の発生が顕著になり、一方、合計質量％が少なくなるほど、合金板中に酸化物などの介在物が巻き込まれやすくなるので、Ｚｎを添加する場合には、ＡｌとＺｎとＭｎの合計添加量が１．３超〜３．０％の範囲内となるように規定する。同様の理由で下限を１．４％、上限を２．９％とするのが望ましい。
【００１５】
ＥＰＭＡ面分析によるセル境界上のＡｌ検出量が４０ｃｐｓ以下
逆偏析などのマクロ偏析は、顕著なミクロ偏析に起因したものであるので、ミクロ偏析が低減されれば、逆偏析などのマクロ偏析も低減される。ミクロ偏析の程度は、ＥＰＭＡ面分析を行った際のセル境界上のＡｌ検出量によって知ることができる。ここでいうセル境界上のＡｌ検出量とは、ＳＥＭにおける２００×２００μｍの観察視野範囲において加速電圧２０ｋＶ、照射電流５０ｎＡ、収集時間２０ｍｓ、画素数２５０×２５０のＥＰＭＡ面分析条件で求めることができる。Ａｌ検出量が４０ｃｐｓ超であるとミクロ組織のセル境界において顕著なミクロ偏析が生じていることとなるので、逆偏析が生じる。したがって、Ａｌ検出量を４０ｃｐｓ以下に規定する。なお、同様の理由により、Ａｌ検出量の上限は３５ｃｐｓが望ましい。
【００１６】
次に、本発明のマグネシウム合金板の製造方法は、マグネシウム合金溶湯を溶湯直接圧延により板厚２．５〜１０ｍｍの帯状板に圧延し、次いで均質化熱処理を施し、その後、熱間圧延または熱間および温間圧延することに特徴を有するものである。
【００１７】
溶湯直接圧延工程は、所定の組成を有するマグネシウム合金溶湯を鋳造圧延において連続的に薄い帯状板を鋳造圧延する工程である。合金溶湯は、通常は溶解保持炉などで溶解して溶湯とし、該溶湯を鋳造圧延機へ移湯する。
鋳造圧延機としては、例えば水冷された一対のロールの間に溶湯を供給して鋳造圧延する双ロールが挙げられる。本発明においては、溶湯直接圧延工程によって、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。本発明としては双ロールによる溶湯直接圧延方法が好適なものとして挙げられるが、特定の方法に限定されるものではない。
【００１８】
溶解保持炉から鋳造圧延機への溶湯の移湯方法は、特定の方法に限定されるものではなく、例えば、従来の傾動式の移湯方法を採用することができる。また、インペラ回転による溶湯ポンプで移湯を行なうこともできる。この方法は、常にインペラで溶湯の攪拌が実行できるため、従来の傾動式の移湯方法とは異なり、長時間の鋳造圧延においても溶解保持炉中および鋳造圧延間際の溶湯成分を均一に保持することが可能である。溶湯成分は、重力偏析による影響で溶湯中での拡散状態に偏りが生じることがある。この偏りは、圧延における偏析の一因となりうる。したがって、インペラで溶湯を攪拌し、溶湯成分を均一に保持することは、偏析の抑制に効果的である。
なお、溶湯成分を均一に保持する方法として、超音波や電磁攪拌で溶湯攪拌を行う方法も効果的である。ただし、これらの方法は、特別な設備が必要になるだけでなく、その制御が難しい。
【００１９】
均質化熱処理工程は、急冷凝固された連続鋳造圧延板におけるＡｌ、Ｚｎ溶質元素のデンドライト・セル境界のミクロ偏析を解消する熱処理である。熱処理条件としては３８０〜４３０℃の温度範囲で１〜２４時間行うのが好ましい。この熱処理によりミクロ偏析が解消され、その後の圧延性と深絞り性に優れたマグネシウム合金板を得ることができる。
【００２０】
熱間／温間圧延工程は、所定の厚さの連続鋳造圧延板を所定の厚さのマグネシウム合金板に加工するための工程である。ここで、３００℃以上での圧延を熱間圧延、３００℃未満での圧延を温間圧延とする。各圧延工程での圧下率としては、熱間圧延の場合は１０％以上、温間圧延の場合は１０％以上の圧下率が特に好ましい。この圧下率の達成は、一回（一パス）の圧延であっても複数回の圧延であってもよい。
【００２１】
中間焼鈍工程は、熱間圧延工程の途中に、あるいは熱間圧延工程と温間圧延工程の間に設けることができる。
なお、中間焼鈍の条件としては、２００〜３５０℃の温度範囲で、０．５〜４時間を例示することができる。中間焼鈍は、バッチ炉、連続炉のいずれであってもよい。
【００２２】
こうした本発明のマグネシウム合金板の製造方法により、所望の厚さのマグネシウム合金板を極めて効率的に製造することができる。製造されるマグネシウム合金板は、表面性状に優れ、逆偏析などのマクロ偏析による欠陥が生じにくい。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明の表面性状に優れるマグネシウム合金板材によれば、質量％で、Ｍｎ：０．１〜０．５％、Ａｌ：１．２〜３．０％未満を含有し、残部がＭｇ及び不可避不純物とからなる組成を有し、ＥＰＭＡ面分析によるセル境界上のＡｌ検出量が４０ｃｐｓ以下であるので、表面性状に優れ、逆偏析などのマクロ偏析による欠陥が生じにくい。
【００２４】
また、本発明の表面性状に優れるマグネシウム合金板材の製造方法によれば、本発明の組成を有するマグネシウム合金を溶解保持炉で溶解して溶湯とし、溶湯直接圧延により厚み２．５〜１０ｍｍの帯状板に圧延した後、均質化熱処理を施し、その後、熱間圧延または熱間および温間圧延するので、表面に逆偏析などマクロ偏析による欠陥が少なく、かつ低コストで実用性の高い、表面性状に優れるマグネシウム合金板材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態における溶湯直接圧延装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明の一実施形態を説明する。
図１に示すように、本発明の方法を実施する溶湯直接圧延装置は、マグネシウム合金を収容して溶解する溶解保持炉１と、前記溶解保持炉１から溶湯が供給される桶２と、前記溶解保持炉１の溶湯を前記桶２へ移湯する溶湯ポンプ３が付設されている。溶湯ポンプ３は、インペラ３ａを備え、該インペラ３ａの回転によって溶湯を汲み上げるものであり、溶湯ポンプ３の汲み上げ側には、桶２に先端を臨ませた湯路３ｂが接続されている。
桶２の一端には、ノズル４が設けられており、該ノズル４の前方に、上下に配置された鋳造ロール５Ａ、５Ｂからなる水冷式の双ロール５が配置されている。
【００２７】
次に、上記装置を用いたマグネシウム合金板材の製造方法について説明する。
質量％で、Ｍｎ：０．１〜０．５％、Ａｌ：１．２〜３．０％未満を含有し、さらに所望によりＺｎ：１．８％以下を含有し、ＭｎとＡｌとＺｎの合計含有量が１．３超〜３．０％であるマグネシウム合金を前記溶解保持炉１に収容して溶解し、その溶湯を溶湯ポンプ３を用いて湯路３ａを介して桶２に供給する。このとき、溶解保持炉１内は、溶湯ポンプ３のインペラ３ａの回転により攪拌されており、溶解保持炉１内および鋳造圧延間際の溶湯成分が均一化される。
桶２に収容された溶湯６は、ノズル４を通して双ロール５の間に導入され、水冷されている双ロール５の間で凝固して、帯状板６となる。双ロール５を通過する際の冷却速度は特に限定されるものではないが、例えば２００〜６００Ｋ／ｓｅｃが挙げられる。帯状板６は、例えば２．５〜１０ｍｍの板厚とする。
【００２８】
帯状板６は、さらに図示しない均質化熱処理および図示しない圧延工程を経て製品板厚にまで圧延される。圧延工程は、熱間圧延または熱間および温間圧延により行われる。また、上記圧延工程では、中間焼鈍を介在させることができる。該中間焼鈍は、熱間圧延の途中で行ったり、熱間温間と圧延工程中の間に行うことができる。
【実施例１】
【００２９】
以下に、本発明の実施例を比較例と比較しつつ説明する。
表１に示す合金組成からなるマグネシウム合金溶湯（７８５℃）を、ポンプを用いた移湯方法により桶に供給し、双ロールを用いた溶湯直接圧延により板厚６ｍｍのマグネシウム合金板材を作製した。なお、移湯方法におけるポンプは、上記実施形態で説明したインペラを備える溶湯ポンプを用いたものである。
溶湯直接圧延における双ロールの周速は１ｍ／秒に設定し、溶湯の凝固速度が４５０Ｋ／ｓｅｃになるものとした。
次いで４００℃×２４時間で均質化処理し、その後、材料温度３００℃の条件で熱間圧延し、肉厚２．０ｍｍにし、次いで２５０℃×１時間の中間焼鈍を行なった。その後、材料温度２５０℃で温間圧延し、板厚０．８５ｍｍまで圧延し、最後に３００℃×１時間の最終焼鈍を行なって供試材を得た。
作製した供試材について以下の評価を行った。
【００３０】
（ＥＰＭＡ面分析によるＡｌ検出量）
上記により作製した供試材から試験片を切り出し、圧延方向に平行な厚さ断面を出し、この断面をバフ研磨し、鏡面加工した。そして、鏡面加工した断面において、溶湯直接圧延時に上ロールと接していた面から２ｍｍの位置でＥＰＭＡ面分析を行った。装置には、日本電子(株)製のＪＸＡ−８９００ＲＬを用いた。分析条件は、加速電圧２０ｋＶ、照射電流５０ｎＡ、収集時間２０ｍｓ、画素数２５０×２５０とした。
【００３１】
（表面性状）
上記により作製した供試材について、表裏両面を０．２５ｍｍずつ研磨し、硝酸１０％の水溶液中で２０秒間酸洗処理を行ない、目視による表面の外観観察から表面性状を評価した。表面にスジ状の欠陥が観察されるものは×、何も観察されず、良好な表面性状を示すものは○として表１に示した。
【００３２】
【表１】
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【符号の説明】
【００３３】
１    溶解保持炉
２    桶
３    溶湯ポンプ
３ａ  インペラ
４    ノズル
５    双ロール
６    帯状板
【図１】
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