(57)【要約】【課題】表面性状に優れるマグネシウム合金鋳造板およびその製造方法ならびにマグネシウム合金板を提供する。【解決手段】質量％で、Ｍｎ：０．１〜０．４％、Ａｌ：０．５〜２．７％を含有し、さらにＳｒ、Ｃａ、ＲＥの１種以上を含有し、かつ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ、ＲＥの合計質量％が１．０〜３．２％の範囲内にあり、残部がＭｇおよび不可避不純物からなる組成を有し、ＥＰＭＡ面分析におけるセル境界上のＡｌ検出量の値が４０以下であるマグネシウム合金鋳造板とし、このマグネシウム合金鋳造板を製造する際、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、このマグネシウム合金鋳造板を熱間圧延または熱間および温間圧延してマグネシウム合金板とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｍｎ：０．１〜０．４％、Ａｌ：０．５〜２．７％を含有し、さらにＳｒ、Ｃａ、ＲＥの１種以上を含有し、かつ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ、ＲＥの合計質量％が１．０〜３．２％の範囲内にあり、残部がＭｇおよび不可避不純物からなる組成を有し、ＥＰＭＡ面分析におけるセル境界上のＡｌ検出量の値が４０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鋳造板。
【請求項２】
請求項１に記載の組成を有するマグネシウム合金を溶解し、その溶湯を溶湯直接圧延により厚み２．５〜１０ｍｍの帯状板に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鋳造板の製造方法。
【請求項３】
請求項１のマグネシウム合金鋳造板を熱間圧延または熱間および温間圧延して製造した表面性状に優れるマグネシウム合金板。
【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鋳造板およびその製造方法ならびにマグネシウム合金板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表面偏析は、その程度がひどい場合には、圧延時にその部分に割れを生じる。また、程度が軽く、割れに至らなかった場合にも、化成処理等の表面処理で、スジ状の模様が明瞭化され、塗装後の色むら不良になったり、最終製品形状に加工する段階で成形不良になったりする。そのため、偏析の程度を低減する必要があるが、一旦生じた表面偏析のようなマクロな欠陥は、長時間の均質化処理を施しても解消できず、研磨などの機械的な操作で、除去しようにも、歩留まりの低下や工数の増加などを招き、実用的でない。
【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鋳造板およびマグネシウム合金板材ならびそれら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、本発明のマグネシウム合金鋳造板のうち、第１の本発明は、質量％で、Ｍｎ：０．１〜０．４％、Ａｌ：０．５〜２．７％を含有し、さらにＳｒ、Ｃａ、ＲＥの１種以上を含有し、かつ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ、ＲＥの合計質量％が１．０〜３．２％の範囲内にあり、残部がＭｇおよび不可避不純物からなる組成を有し、ＥＰＭＡ面分析におけるセル境界上のＡｌ検出量の値が４０以下であることを特徴とする。
【０００７】
第２の本発明のマグネシウム合金鋳造板の製造方法は、前記第１の本発明の組成を有するマグネシウム合金を溶解し、その溶湯を溶湯直接圧延により厚み２．５〜１０ｍｍの帯状板に圧延す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は、前記第１の本発明のマグネシウム合金鋳造板を熱間圧延または熱間および温間圧延して製造したことを特徴とする。
【０００９】
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。
【００１０】
Ｍｎ：０．１〜０．４％
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、０．４％超では、その効果が飽和する。同様の理由により、下限を０．２５％、上限を０．３５％とするのが望ましい。
【００１１】
Ａｌ：０．５〜２．７％
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向上の効果を有する。ただし、０．５％未満では、十分な鋳造性、強度、耐食性が得られず、２．７％超えでは、溶質原子濃度が高くなり、鋳造板に表面偏析によるスジ状の欠陥を生じやすくなる。
【００１２】
Ｓｒ、Ｃａ、ＲＥの１種以上
Ｓｒ、Ｃａ、ＲＥはいずれもＡｌと化合物を形成し、それらが粒界上に晶出することで、強度の向上に寄与するので、これら元素の１種以上を含む。ＲＥ（希土類）には、例えば、Ｌａ：１５％、Ｃｅ：６０％、Ｎｄ：１５％、Ｐｒ＋Ｓｍ：１０％などの組成のものを使用できるが、本発明としてはその種別が特に限定されるものではない。
【００１３】
Ａｌ、Ｍｎ、Ｓｒ、ＣａおよびＲＥの添加量合計：１．０〜３．２％
主要添加元素の合計質量％が多くなるほど溶湯中の溶質原子濃度が高くなるため、表面偏析などのマクロ偏析を生じやすくなる。一方、合計質量％が少なくなるほど、鋳造性、強度が低下するとともに、純Ｍｇに近くなるため、溶湯が活性化され、鋳造時に酸化物などの介在物が発生しやすくなる。
以上のことから、Ａｌ、Ｍｎ、Ｓｒ、Ｃａ、ＲＥの合計含有量が１．０〜３．２％の範囲内となるように規定する。更に好ましくは、下限値を１．５％、上限値を２．７％とするのが望ましい。
【００１４】
ＥＰＭＡ面分析によるセル境界上のＡｌ検出量が４０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、鋳造板において、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面分析の条件で分析したときの、Ａｌ元素に関するカウント数で評価することができる。Ａｌ検出量が４０超（単位なし）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、それらが溶湯直接圧延時の圧下により流動し、表面偏析等のマクロ偏析を生じる。したがって、Ａｌ検出量を４０以下に規定する。
【００１５】
次に、本発明の表面性状に優れるマグネシウム合金鋳造板の製造方法は、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の帯状板に圧延することに特徴を有するものである。
【００１６】
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鋳造板の製造を可能にしたものである。
【００１７】
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。
【００１８】
こうした本発明の溶湯直接圧延によるマグネシウム合金鋳造板またはそれを素板とする圧延板材は表面偏析などのマクロ偏析による欠陥が生じにくく、表面性状に優れたマグネシウム合金板材を得ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明のマグネシウム合金鋳造板によれば、質量％で、Ｍｎ：０．１〜０．４％、Ａｌ：０．５〜２．７％を含有し、さらにＳｒ、Ｃａ、ＲＥの１種以上を含有し、かつ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ、ＲＥの合計質量％が１．０〜３．２％の範囲内にあり、残部がＭｇおよび不可避不純物からなる組成を有し、ＥＰＭＡ面分析におけるセル境界上のＡｌ検出量の値が４０以下であるので、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が高く、表面性状に優れる。
【００２０】
また、本発明のマグネシウム合金鋳造板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その溶湯を溶湯直接圧延により厚み２．５〜１０ｍｍの帯状板に圧延するので、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鋳造板を得ることができる。
【００２１】
また、本発明の表面性状に優れるマグネシウム合金板によれば、本発明の組成を有するマグネシウム合金鋳造板を熱間圧延または熱間および温間圧延して製造したものであるので、低コストで得られ、表面に逆偏析などマクロ偏析による欠陥が少なく、表面性状に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態の方法に用い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】
【００２３】
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。
【００２４】
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。
本発明では、質量％で、Ｍｎ：０．１〜０．４％、Ａｌ：０．５〜２．７％を含有し、さらにＳｒ、Ｃａ、ＲＥの１種以上を含有し、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ、ＲＥの合計質量％が１．０〜３．２％の範囲で、残部がＭｇおよび不可避不純物からなるマグネシウム合金を使用する。
上記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３ｂ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３００〜６００Ｋ／ｓｅｃが挙げられる。帯状板６は、例えば２．５〜１０ｍｍの板厚とする。帯状板６は、本願発明のマグネシウム合金鋳造板に相当する。
【００２５】
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、マグネシウム合金板とされる。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】
【００２６】
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、表１に示す移湯方法により、炉から桶に供給し、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鋳造板を作製した。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ロールの回転速度は１．２ｍ／ｍｉｎに設定した。
作製したマグネシウム合金鋳造板について以下の評価を行なった。
【００２７】
（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。セル境界上の検出量の値は、Ａｌ元素のカウント数で求めた。その結果を表１に示す。
【００２８】
（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。
【００２９】
得られたマグネシウム合金鋳造板は、その後、熱間圧延、温間圧延を行い、板厚０．６ｍｍの合金板の作製も行った。
【００３０】
【表１】
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【符号の説明】
【００３１】
１  溶解保持炉
２  桶
３  溶湯ポンプ
４  ノズル
５  双ロール
６  帯状板
【図１】
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