(57)【要約】【課題】熱処理による粗大析出物の発生を抑制することができるマグネシウム合金コイル材の製造方法、及びこの製造方法により得られたマグネシウム合金コイル材、このコイル材から得られたマグネシウム合金圧延コイル材を提供する。【解決手段】マグネシウム(Mg)合金からなる長尺な板材2を巻き取ったコイル素材3を用意し、コイル素材3を雰囲気加熱炉20に装入して熱処理温度に加熱する。加熱されたコイル素材3を巻き戻して加熱炉20から引き出し、加熱された板材2を強制冷却手段30で冷却する。冷却された板材2を巻き取りリール11で巻き取る。巻き取った状態で加熱し、巻き戻した状態で冷却することで、添加元素が高濃度なMg合金からなるコイル材や広幅なコイル材、長尺なコイル材を製造する場合にも、均一的に加熱及び急冷できることで、析出物の発生・成長を抑制することができる。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウム合金からなり、熱処理が施された板材が巻き取られてなるマグネシウム合金コイル材の製造方法であって、
マグネシウム合金からなる長尺な板材を巻き取ったコイル素材を用意する準備工程と、
巻き取られた状態で前記コイル素材を前記熱処理の温度に加熱する加熱工程と、
加熱された前記コイル素材を巻き戻した状態で冷却する冷却工程と、
冷却された前記板材を巻き取る巻取工程とを具えることを特徴とするマグネシウム合金コイル材の製造方法。
【請求項２】
前記加熱工程では、加熱温度を350℃以上420℃以下、保持時間を60分以上1800分以下とし、
前記冷却工程では、冷却速度を30℃/min以上とし、前記板材の温度が250℃以下となるように冷却することを特徴とする請求項1に記載のマグネシウム合金コイル材の製造方法。
【請求項３】
前記冷却は、空冷又は水冷により行う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コイル材の製造方法。
【請求項４】
前記巻取工程では、巻き取り直前の前記板材の温度を150℃以上にして巻き取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コイル材の製造方法。
【請求項５】
前記巻取工程では、前記板材に加わる張力を、当該板材における前記加熱工程の加熱温度での0.2％耐力の80％以下にして巻き取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コイル材の製造方法。
【請求項６】
前記巻取工程では、前記板材における巻き取り直前の領域をピンチロールで挟持して巻き取る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コイル材の製造方法。
【請求項７】
前記マグネシウム合金は、添加元素として、Al,Zn,Mn,Si,Ca,Sr,Y,Cu,Ag,Ce,Sn,Li,Zr,Be及び希土類元素(Y,Ceを除く)から選択される少なくとも1種の元素を合計7.3質量％以上含有し、残部がMg及び不純物からなる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コイル材の製造方法。
【請求項８】
前記加熱工程では、前記コイル素材を加熱炉内に装入して加熱を行い、
前記加熱炉内の雰囲気の酸素濃度を200体積ppm以下とす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コイル材の製造方法。
【請求項９】
請求項1〜8のいずれか1項に記載のマグネシウム合金コイル材の製造方法により得られたことを特徴とするマグネシウム合金コイル材。
【請求項１０】
請求項9に記載のマグネシウム合金コイル材を巻き戻した板材に圧延を施して得られたことを特徴とするマグネシウム合金圧延コイル材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネシウム合金部材の素材に適したマグネシウム合金コイル材及びその製造、マグネシウム合金圧延コイル材に関するものである。特に、熱処理による粗大な析出物の発生を抑制できるマグネシウム合金コイル材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やノート型パーソナルコンピュータといった携帯用電気・電子機器類の筐体などの各種の部材の構成材料として、軽量で、比強度、比剛性に優れるマグネシウム合金が検討されている。マグネシウム合金からなる部材は、ダイカスト法やチクソモールド法による鋳造材(例えば、ASTM規格のAZ91合金)が主流であり、近年、ASTM規格のAZ31合金に代表される展伸用マグネシウム合金からなる板にプレス加工を施した部材が使用されつつある。特許文献1は、AZ91合金相当の組成からなる圧延板にプレス加工を施すことを開示している。また、特許文献1は、圧延前に溶体化処理を施すことで機械的特性を向上できることを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2007-098470号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のプレス加工といった2次加工が施された塑性加工部材を工業的に大量生産するには、素材(代表的には圧延板)を所定の長さのシート板材とするのではなく、長尺な板を巻き取ったコイル材を利用することが望まれる。また、携帯用機器類といった小型な部材だけでなく、自動車や航空機などの搬送機器のボディといった大型な部材の素材には、長尺であるだけでなく広幅であることが望まれる。
【０００５】
上記コイル材に上述した溶体化処理といった熱処理を施す場合、加熱温度からの冷却時、冷却速度を速くしないと、析出物が生じたり、生成された析出物が粗大に成長し得る。特に、添加元素の含有量が多いマグネシウム合金、より具体的には添加元素の含有量が7.3質量％以上のマグネシウム合金(例えば、AZ91合金など)では、上記熱処理時に析出物が生じたり成長したりし易い。析出物、特に粗大な析出物は、機械的特性の低下を招くことから、析出物の発生や成長を抑制することが望まれる。
【０００６】
ここで、上記コイル材のような長尺材に熱処理を施す場合、バッチ処理又は連続処理を利用する。バッチ処理では、長尺な板を巻き取ったコイル材の状態で加熱炉に装入して加熱した後、そのまま冷却し、連続処理では、コイル材を巻き戻した状態の板に加熱、冷却を順に施した後、再度巻き取る。
【０００７】
しかし、バッチ処理では、特に巻回数が多い長いコイル材の場合、コイルの内周側部分と外周側部分との間の中間ターン部分について、特に広幅のコイル材の場合、両縁部の間の中央部分について、冷却速度を十分に高めることが難しく、上記析出物の発生・成長が生じ易くなる。一方、連続処理では、特に巻回数が多く長いコイル材の場合、巻き戻して所定の温度に加熱した状態を長時間維持することは工業生産の観点から現実的でなく、特に広幅のコイル材の場合、幅方向の全域に均一的に加熱することが難しい。
【０００８】
そこで、本発明の目的の一つは、長尺や広幅であったり、添加元素が高濃度なマグネシウム合金から構成されていても、熱処理による粗大析出物の発生を抑制できるマグネシウム合金コイル材の製造方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、長尺や広幅であったり、添加元素が高濃度なマグネシウム合金から構成されていても、粗大析出物が実質的に存在しないマグネシウム合金コイル材を提供することにある。
【０００９】
更に、本発明の別の目的は、マグネシウム合金部材を大量生産するにあたり、素材に好適に利用できるマグネシウム合金圧延コイル材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、熱処理を行うにあたり、加熱方法及び冷却方法を工夫することで上記目的を達成する。
【００１１】
本発明のマグネシウム合金コイル材の製造方法は、マグネシウム合金からなり、熱処理が施された板材が巻き取られてなるマグネシウム合金コイル材を製造する方法に係るものであり、以下の準備工程、加熱工程、冷却工程、及び巻取工程を具える。
準備工程:マグネシウム合金からなる長尺な板材を巻き取ったコイル素材を用意する。
加熱工程:巻き取られた状態で上記コイル素材を上記熱処理の温度に加熱する。
冷却工程:加熱された上記コイル素材を巻き戻した状態で冷却する。
巻取工程:冷却された上記板材を巻き取る。
【００１２】
上述のように本発明製造方法では、熱処理における加熱工程を熱処理対象である板材が巻き取られた状態で行い、熱処理における冷却工程を、上記加熱された板材を巻き戻した状態で行う。言わば、加熱工程を上述のバッチ処理とし、冷却工程を上述の連続処理とする。このような本発明製造方法によれば、長さが30m以上、更には50m以上といった非常に長尺なコイル材や、幅が400mm以上、更には600mm以上といった非常に広幅のコイル材を製造する場合であっても、板材を効率よく均一的に加熱できる上に、速い冷却速度で均一的に冷却することができる。従って、上記構成によれば、添加元素の含有量が7.3質量％以上といった、添加元素の濃度が非常に高いマグネシウム合金コイル材を製造する場合であっても、粗大な析出物の発生を抑制できる。そのため、本発明製造方法により得られた本発明マグネシウム合金コイル材は、粗大な析出物による機械的特性の低下が抑制され、機械的特性に優れる。
【００１３】
上記加熱工程では、加熱温度を350℃以上420℃以下、保持時間を60分以上1800分以下とすることが好ましい。また、上記冷却工程では、冷却速度を30℃/min以上とし、上記板材の温度が250℃以下となるように冷却することが好ましい。
【００１４】
上記熱処理条件は、過飽和固溶体を形成する所謂溶体化処理に相当する。溶体化処理を施すことで、上述のように偏析や析出物を再固溶させて小さくすることで、粒界に粗大な偏析や析出物が実質的に存在しない組織とし、機械的特性の向上を図ることができる。上記溶体化処理は、コイル素材が(1)鋳造材、(2)鋳造材に圧延を施した圧延材、(3)圧延材に更に研磨などの表面加工、矯正加工などを施した加工材など、種々の形態に施すことができる。特に、鋳造材はデンドライト状組織を有することから加工性が悪く、例えば、圧延により厚さが薄い板に加工するためには、デンドライト組織から粒状組織に変化させると共に、組織を均質化することが望まれる。また、コイル素材が鋳造材であり、上述のような高濃度のマグネシウム合金から構成される場合、組織中には、晶析出物の他、通常、中央偏析が生じている。このような鋳造材に溶体化処理を施すことで、粒状組織かつ均質な組織とすることができ、塑性加工性を高められる上に、析出物などを小さくしたり消滅させたりすることができ、溶体化処理よりも後の塑性加工(例えば、圧延)時に上記析出物などに起因する割れなどを抑制できることから、圧延材などの生産性を高められて好ましい。
【００１５】
上記コイル素材を鋳造材とする場合、急冷凝固が可能な連続鋳造法、例えば、双ロール鋳造法、双ベルト鋳造法により製造された鋳造コイル材を利用することが好ましい。双ロール鋳造法は、剛性及び熱伝導性に優れ、熱容量が大きい鋳型を用いることで、急冷凝固が可能であることから特に好ましい。鋳造時の冷却速度は、100℃/秒以上とすると、柱状晶の界面に生成される析出物を20μm以下といった微細にすることができて好ましい。鋳造材の厚さは、7mm以下、特に5mm以下とすると、鋳造時の偏析を十分に低減できて好ましい。特に、鋳造コイル材の製造にあたり、鋳造材において巻き取り直前の箇所を150℃以上に加熱した状態で巻き取ることで、割れなどを生じることなく巻き取れる。
【００１６】
上記加熱工程において加熱温度を350℃以上、保持時間を60分以上とすることで、析出物を再固溶させて小さくすることができる。温度が高いほど、又は保持時間が長いほど、十分に固溶させることができるが、加熱温度が420℃超の高温となると発火の恐れがあり、保持時間が1800分超といった過剰な長時間となると、粗大組織となる恐れがある。また、十分な固溶状態となった後にも加熱することはエネルギーロスとなる。より好ましい加熱温度は、390℃以上420℃以下、保持時間は600分以上1500分以下である。
【００１７】
上記冷却工程の冷却は、自然放冷よりも冷却速度を速められ、急冷が可能であることから、強制冷却手段を用いた空冷、又は水冷が好適である。強制冷却手段を用いることで冷却速度を30℃/min以上、更に50℃/min以上、特に65℃/min以上とすることができる。冷却速度は速いほど好ましく、特に上限を設けない。また、強制冷却手段を用いることで、短時間で板材の温度を250℃以下にすることができる。上記冷却工程において板材の温度が250℃超の状態が長時間に及ぶと、析出物が成長して粗大な析出物が存在し易くなる。この冷却工程では、室温程度まで冷却してもよいし、後述するように特定の温度となるように冷却してもよい。
【００１８】
上記空冷には、ファンや冷風のジェット噴出などといった衝風手段が好適に利用できる。空冷は、水冷よりも冷却斑を抑制し易く、また、液体冷媒の除去工程が不要であり、作業性に優れて利用し易い。空冷の場合、代表的には、風量や加熱された板材の走行速度などを調整することで冷却速度を調整できる。一方、水冷には、水や還元性液体などの液体冷媒を噴霧するミスト噴霧や散水、液体冷媒への浸漬といった冷却方法が好適に利用できる。水冷は、空冷よりも冷却速度を速められ、更なる急冷が可能である。水冷を行う場合、吸液ロールやエアブローといった冷媒除去手段を用いて、冷却後、冷媒を十分に除去することが好ましい。
【００１９】
上記加熱工程では、上記コイル素材を加熱炉内に挿入して加熱を行い、この加熱炉内の雰囲気の酸素濃度を200体積ppm以下とすることが好ましい。
【００２０】
上記加熱工程における加熱温度を高めると、板材表面に酸化物が生成されて表面性状の劣化などを招く。従って、上記加熱温度を特に380℃以上に高める場合、加熱炉内の雰囲気は、酸素の含有量が少ない非酸化性雰囲気とすることが好ましい。具体的には、上述のように酸素濃度が200体積ppm以下の雰囲気、例えば、窒素(N2)やアルゴン(Ar)といった不活性雰囲気が挙げられる。酸素は含有されない方が好ましいため、上記酸素濃度の下限は設けない。上記加熱温度を380℃未満とする場合は、酸化物が生成され難いため、例えば、上記加熱炉内を大気雰囲気としてもよい。
【００２１】
上記巻取工程では、巻き取り直前の上記板材の温度を150℃以上にして巻き取ることが好ましい。
【００２２】
マグネシウム合金は、室温での塑性加工性に劣るため、室温程度の板材を巻き取ると、割れなどが生じる恐れがある。これに対し、巻き取り直前の上記板材の温度を150℃以上にして巻き取れば、割れなどを抑制して、容易に巻き取れる。上記巻き取り直前の温度は、高過ぎると、析出物が生成されたり、晶析出物が成長したり、酸化などにより表面が変色したり、巻き取られた後において板材が熱収縮して、割れや変形などが生じる恐れがあるため、250℃以下が好ましい。
【００２３】
上記巻き取り直前の板材の温度を150℃以上にするには、例えば、上記冷却工程において、巻き取り直前の板材の温度が150℃以上となるように冷却条件を調整すると、別途、加熱手段が不要であり、エネルギー効率がよい。或いは、上記冷却工程において、巻き取り直前の板材の温度が150℃未満(例えば、室温(代表的には20℃程度))となるように冷却する場合には、巻き取り直前の板材を加熱できるように別途、加熱手段を配置して、加熱するとよい。この加熱手段は、誘導加熱装置、熱風加熱装置、ヒータなどを利用することができる。
【００２４】
上記巻取工程では、上記板材に加わる張力を、当該板材における上記加熱工程の加熱温度での0.2％耐力の80％以下にして巻き取る形態が挙げられる。
【００２５】
上述のように巻き戻した板材を加熱してから冷却し、得られた板材(熱処理材)を巻き取る場合、当該板材を巻き取るときの張力が加熱している箇所にも伝えられる。この加熱部分は変形し易いことから、過大な張力が加わらないように巻取時の張力を調整することが好ましい。具体的な張力は、上述のように加熱温度における0.2％耐力の80％以下が挙げられる。上記張力を上記加熱温度における0.2％耐力の40％〜80％程度とすると、上述のような熱変形を生じ難く、かつ上記張力が小さ過ぎて板材が撓んだりすることが無く、巻き取り易く好ましい。
【００２６】
上記巻取工程では、上記板材における巻き取り直前の領域をピンチロールで挟持して巻き取る形態が挙げられる。
【００２７】
上述のように板材における加熱部分が巻取時の張力により変形することを防止する方法として、当該加熱部分に巻取時の張力が実質的に加わらない構成、上述のようにピンチロールで挟持して、板材を加熱領域と巻取領域とに分断する構成が挙げられる。この構成により、板材において、繰り出し箇所からピンチロールまでの領域(主として加熱領域)には、巻取時の張力が実質的に加わらなくなるため、上述のように巻取時の張力を特定の範囲にしなくてもよい。ピンチロールによる挟持に加えて、上記巻取時の張力を特定の範囲に調整してもよい。
【００２８】
本発明製造方法の製造対象となるコイル材を構成するマグネシウム合金は、添加元素と残部がMg及び不純物とからなる種々の組成のものが利用できる。添加元素は、例えば、Al,Zn,Mn,Si,Ca,Sr,Y,Cu,Ag,Ce,Sn,Li,Zr,Be及び希土類元素(Y,Ceを除く)から選択される少なくとも1種の元素が挙げられる。
【００２９】
添加元素の種類や含有量は、適宜選択することができる。特に、本発明製造方法は、粗大な析出物が生成され易い組成のコイル材、代表的には添加元素の含有量が多いマグネシウム合金(高濃度合金)からなるコイル材の製造に好適に利用することができる。上記高濃度なマグネシウム合金からなるコイル材は、例えば、上記列挙した元素を合計7.3質量％以上含有し、残部がMg及び不純物からなるコイル材が挙げられる。添加元素が多いほど、強度や耐食性などの特性に優れるが、多過ぎると偏析による欠陥や塑性加工性の低下による割れなどが生じ易くなることから、合計含有量は20質量％以下が好ましい。
【００３０】
特に、Alを含有するMg-Al系合金は、耐食性に優れて好ましい。Alの含有量は、多いほど耐食性に優れる傾向にあるが、多過ぎると塑性加工性の低下を招くことから、7.3質量％以上12質量％以下が好ましい。Mg-Al系合金のAl以外の添加元素の合計含有量は、0.01質量％以上10質量％以下、特に0.1質量％以上5質量％以下が好ましい。Mg-Al系合金では、Mg17Al12といった金属間化合物が析出され、この析出物粒子が均一的に分散して存在することで、強度や剛性を高められる。但し、上記析出物粒子は、上述のように微細であることが好ましい。具体的なMg-Al系合金は、例えば、ASTM規格におけるAZ系合金(Mg-Al-Zn系合金、Zn:0.2質量％〜1.5質量％)、AM系合金(Mg-Al-Mn系合金、Mn:0.15質量％〜0.5質量％)、AS系合金(Mg-Al-Si系合金、Si:0.3質量％〜4質量％)、その他、Mg-Al-RE(希土類元素)系合金などが挙げられる。特に耐食性に優れ、高強度なAZ系合金として、Alを8.3質量％〜9.5質量％、Znを0.5質量％〜1.5質量％含有する合金、代表的にはAZ91合金が挙げられる。
【００３１】
特に、Si,Ca,Zn,及びSnの少なくとも1種の元素を合計で0.01質量％〜10質量％程度含有する場合、マグネシウム合金の強度、剛性、靭性、耐熱性などの機械的特性を向上させることができて好ましい。上記の元素の中でも、Siを含有するMg-Si系合金やCaを含有するMg-Ca系合金では、Mg2Si、Al2Caなどの析出物がMg17Al12よりも生成され易く、析出物(特に微細なもの)による強度の向上効果が大きいと期待される。また、上記のSi,Ca,Zn,Snといった元素は、埋蔵量が比較的多く、安価に入手可能であることから、工業上有益である。
【００３２】
Al,Si,Ca,Zn,Sn以外の上記列挙した元素は、1質量％以下といった微量の含有であっても、マグネシウム合金の特性、特に強度の向上に効果がある。希土類元素を含有する場合、その含有量は0.1質量％以上が好ましい。特に、Yの含有量は0.5質量％以上が好ましい。
【００３３】
上記本発明製造方法により得られた本発明マグネシウム合金コイル材は、粗大な析出物(当該コイル材の横断面における最大長さが200μm以上の析出物)が実質的に存在しておらず、塑性加工性に優れることから、例えば、圧延材の素材に好適に利用することができる。具体的には、本発明マグネシウム合金コイル材を巻き戻した板材に圧延を施すことで、本発明マグネシウム合金圧延コイル材が得られる。
【００３４】
上記圧延は、板材を150℃以上400℃以下に加熱して行うと、1パスあたりの圧下率を高めた場合(例えば、30％〜50％程度)にも圧延中に割れなどが生じ難い上に、表面の焼付きなどによる劣化や、圧延ロールの熱劣化を抑制することができて好ましい。特に板材の加熱温度は、350℃以下、更に300℃以下、取り分け280℃以下が好ましい。板材の加熱には、巻き取った状態のコイル材を加熱可能な雰囲気炉(ヒートボックス)などを利用することが挙げられる。
【００３５】
上記圧延は、1パスでも複数パス行ってもよい。複数パスの圧延を行うことで、厚さが薄い圧延板が得られる上に、圧延板を構成する組織の平均結晶粒径を小さくしたり(例えば、10μm以下、好ましくは5μm以下)、プレス加工といった塑性加工性を高められる。複数パスの圧延を行う場合、リバース圧延(一対のリールの間に圧延ロールを挟み、これらのリールに対して繰り出しと巻き取りとを交互に切り替えて、コイル材の回転方向を反転制御することで、板材を往復走行させて圧延を施す方法)を利用することができる。所望の厚さの圧延板が得られるように、パス数、各パスの圧下率、及び総圧下率を適宜選択することができる。
【００３６】
複数パスの圧延を行う場合、パス間に中間熱処理を行って、この中間熱処理までの塑性加工(主として圧延)により板材に導入された歪みや残留応力、集合組織などを除去、軽減すると、その後の圧延で不用意な割れや歪み、変形を防止して、より円滑に圧延を行える。中間熱処理は、例えば、加熱温度:150℃〜350℃、保持時間:0.5時間〜3時間が挙げられる。この中間熱処理にも上記雰囲気炉を利用することができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明マグネシウム合金コイル材の製造方法は、添加元素の濃度が高かったり、広幅であったり、長尺であったりする場合でも、粒界に粗大な析出物が実質的に存在しない本発明マグネシウム合金コイル材を製造することができる。本発明マグネシウム合金圧延コイル材は、小型な部材だけでなく、大型な部材を大量生産する場合にその素材として好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図1は、実施形態1の製造方法の手順を模式的に示す工程説明図である。
【図２】図2は、実施形態2の製造方法の手順を模式的に示す工程説明図である。
【図３】図3は、実施形態3の製造方法の手順を模式的に示す工程説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図において同一符号は同一名称物を示す。
【００４０】
[実施形態1]
以下、図1を参照して実施形態1の製造方法を説明する。この製造方法は、特に、マグネシウム合金からなり、熱処理が施された板材(熱処理板)を巻き取ったコイル材1を製造する方法に係るものであり、準備工程⇒熱処理工程:加熱工程→冷却工程⇒巻取工程を具える。この製造方法は、例えば、図1に示すように、加熱工程から巻取工程までを連続して行う製造ラインを構築して実施される。この製造方法では、加熱工程と冷却工程とで、板材の配置形態を異ならせていることを最大の特徴とする。以下、各工程を詳細に説明する。
【００４１】
(準備工程)
準備工程では、マグネシウム合金からなる長尺な板材2を巻き取ったコイル素材3を用意する。コイル素材3は、繰り出しリール10に巻き取られ、板材2を巻き戻し可能である。
【００４２】
(熱処理工程:加熱工程)
加熱工程では、上記板材2を巻き取った状態で所定の温度に加熱する。ここでは、雰囲気加熱炉20を用い、繰り出しリール10に巻き取られたコイル素材3を加熱炉20内に装入して加熱する。加熱温度、保持時間、加熱炉20内の雰囲気は所望の条件を選択する。
【００４３】
(熱処理工程:冷却工程)
上記雰囲気加熱炉20により加熱された板材2は、冷却工程で所定の温度に強制的に冷却される。この冷却工程では、上記板材2を巻き戻した状態で冷却を行う。より具体的には、上記雰囲気加熱炉20により加熱された板材2を巻き戻して加熱炉20から順次引き出し、走行する板材2に強制冷却手段30により冷却を行う。ここでは、強制冷却手段30として、引き出された板材2に冷風を吹き付けるファンといった衝風手段を配置している。
【００４４】
ここで、雰囲気加熱炉20から巻き戻した板材2は、巻き取りリール11により巻き取られることで、繰り出しリール10と巻き取りリール11との間を走行する。板材2の走行速度は、両リールの回転速度により調整することができる。
【００４５】
上記走行する板材2において雰囲気加熱炉20から引き出された箇所が直ちに冷却されるように、加熱炉20の近傍に強制冷却手段(衝風手段)30を配置している。また、熱処理が施された板材2が巻き取りリール11により巻き取られる直前の温度が150℃以上となるように、上記衝風手段の風量や上記走行速度を調整している。板材2の温度は、巻き取られる直前の板材2の温度が測定できるように、巻き取りリール11の近傍に温度計(図示せず)を配置して測定する。
【００４６】
更に、実施形態1では、板材2における巻き取り直前の領域をピンチロール40で挟持している。この構成により、巻き取りリール11が板材2を巻き取るときに、板材2においてピンチロール40よりも上流側に位置する部分(ここでは、雰囲気加熱炉20からピンチロール40までの間に配置される部分)に巻取時の張力が実質的に加わることが無く、板材2において雰囲気加熱炉20から引き出された直後の高温領域が上記張力により変形することを効果的に抑制することができる。
【００４７】
＜試験例＞
実施形態1の製造方法によりコイル材を作製し、析出物の発生状態を調べた。
【００４８】
この試験では、コイル素材として、AZ91相当の組成(Mg-9.0質量％Al−1.0質量％Zn)からなり、双ロール鋳造法により作製した鋳造コイル材(幅:600mm×長さ:200000mm(200m)×厚さ4mm、内径:600mm、外径:1200mm)を用意し、この鋳造コイル材に溶体化処理(窒素雰囲気(酸素濃度:200体積ppm以下)、加熱温度:400℃、保持時間:1500分(25時間)、冷却速度:60℃/min)を施した。より具体的には、鋳造コイル材(コイル素材)を加熱雰囲気炉に装入して加熱した後、繰り出しリールで加熱された板材を引き出してファンで冷却し、ピンチロールを経て巻き取りリールにより巻き取った。この試験では、板材において、ピンチロールにより挟持される箇所の直前の部分の温度が150℃以上250℃以下、巻き取りリールで巻き取られる直前の部分の温度が150℃以上となるように板材の走行速度を調整した。得られた熱処理コイル材を試料No.1とする。
【００４９】
比較として、上記鋳造コイル材と同じものを用意し、バッチ処理により溶体化処理を施した。より具体的には、加熱雰囲気炉内に鋳造コイル材を装入して加熱した後(加熱温度:400℃、保持時間:1500分(25時間))、巻き取った状態のまま液体冷媒(ここでは水を利用)に15分間(冷却速度:約10℃/min)浸漬した後、引き上げた。得られた熱処理コイル材を試料No.100とする。
【００５０】
作製した試料No.1,100を巻き戻し、長さ100mの地点を厚さ方向に切断し、その切断面(横断面)において幅方向の中心から左右に100mmまでの領域、即ち幅:600mm×厚さ:4mmの領域について、走査型電子顕微鏡(500倍)で組織観察を行った。その結果、試料No.1では、粗大な析出物が観察されなかったのに対し、試料No.100では、最大長さが200μm程度の粗大な析出物が確認された。
【００５１】
上記試験結果から、熱処理が施されたマグネシウム合金コイル材を製造するにあたり、巻き取られた状態で加熱を行い、巻き戻した状態で冷却を行い、その後巻き取ることで、粗大な析出物が実質的に存在しない組織を有するマグネシウム合金コイル材が得られることが分かる。特に、上記試験結果から、添加元素の含有量が高濃度(7.3質量％以上)であるマグネシウム合金からなるコイル材や広幅なコイル材(幅:400mm以上)、長尺なコイル材(長さ:30m以上)を製造する場合であっても、析出物の成長を抑制して、粗大な析出物が実質的に存在しないコイル材を製造可能であることが分かる。
【００５２】
更に、試料No.1のコイル材(幅:600mm、長さ:200m、厚さ:4mm)に圧延(板の加熱温度:250℃、1パスあたりの圧下率:1％〜50％)を施したところ、割れなどを生じることなく、幅:600mm、長さ:1200m、厚さ:0.6mmといった広幅で長尺で薄肉の圧延コイル材を作製することができた。このような広幅で長尺な圧延コイル材は、プレス部材を大量生産するにあたり、その素材に好適に利用できると期待される。
【００５３】
以下に、別の実施形態を説明する。以下では、実施形態1と共通する構成及び効果は詳細な説明を省略し、実施形態1と異なる構成及び効果を中心に説明する。
【００５４】
[実施形態2]
実施形態1では、冷却工程を空冷により行う形態を説明した。別の冷却方法として、例えば、図2に示すように、水冷により行う形態とすることができる。具体的には、実施形態2の製造方法では、雰囲気加熱炉20から引き出された板材2を冷却できるように、強制冷却手段30として、液体冷媒(例えば、水)を満たした冷却槽といった水冷手段を配置している。冷却槽の大きさ、冷却槽に充填する冷媒量、板材2の走行速度、冷媒槽への板材2の浸漬量(撓み量)などを調整することで、冷却速度を所望の大きさに調整できる。液体冷媒を用いる水冷では、冷却速度を速められ、析出物の発生・粗大化をより効果的に抑制することができる。
【００５５】
更に、実施形態2の製造方法では、水冷手段に加えて、強制冷却手段30の下流側に、液体冷媒を拭き取る吸液ロール31、温風により板材2を乾燥させるエアブロー32を板材2の走行方向に沿って順に具えている。この構成により、液体冷媒の残存による腐食などの表面劣化を抑制できる。また、温風によるエアブロー32により板材2を加熱できるため、加熱温度を調整することで、巻き取り直前の板材2の温度を150℃以上にすることができる。従って、液体冷媒により十分に冷却された場合(例えば、室温程度に冷却された場合)でも、別途、加熱手段を設けることなく、巻き取り直前の板材2の温度を150℃以上にすることができる。即ち、乾燥用のエアブロー32を板材2の加熱手段としても利用することができる。このようにエアブロー32による乾燥後、板材2を所定の温度に加熱した状態にすることで塑性加工性を高められ、容易に巻き取れる。
【００５６】
[実施形態3]
実施形態1では、板材における巻き取り直前の領域をピンチロールで挟持する形態を説明した。別の形態として、例えば、図3に示すように、ピンチロールを具えず、板材2に加わる張力の大きさを調整する形態とすることができる。具体的には、実施形態3の製造方法では、巻き取りリール11により熱処理された板材2を巻き取るにあたり、板材2に加わる張力が、雰囲気加熱炉20による加熱温度における板材2の0.2％耐力の80％以下となるように、張力の大きさを調整する。ここでは、熱処理前の板材について、上記加熱温度における0.2％耐力を測定しておき、当該加熱温度における0.2％耐力の80％以下となるように張力を設定し、設定した張力となるように、繰り出しリール10及び巻き取りリール11の回転速度を調整する。繰り出しリール10から引き出された板材2の張力を測定できるように、繰り出しリール10の近傍に張力測定装置50(例えば、ロードセル(図示せず)を具える市販の装置)を配置させて、張力を確認できるようにすると、張力の調整を行い易い。
【００５７】
上記構成により、ピンチロールを用いない場合でも、板材2において加熱された高温状態にある部分が巻取時の張力により変形することを防止できる。
【００５８】
なお、上述した実施形態は、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であり、上述した構成に限定されるものではない。例えば、マグネシウム合金の組成(添加元素の種類、含有量)、加熱条件(温度、保持時間)、冷却条件(冷却速度)、コイル材の厚さ・幅・長さ、熱処理を施す時期などを適宜変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明マグネシウム合金圧延コイル材は、各種の電気・電子機器類の部材、例えば、携帯用や小型な電気・電子機器類の筐体、各種の搬送機器の部材、例えば、航空機や自動車のボディといった高強度、軽量が望まれる種々の分野の部材の素材に好適に利用することができる。本発明マグネシウム合金コイル材は、上記本発明マグネシウム合金圧延コイル材の素材に適しており、本発明マグネシウム合金コイル材の製造方法は、上記本発明マグネシウム合金コイル材の製造に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００６０】
1  コイル材  2  板材  3  コイル素材
10  繰り出しリール  11  巻き取りリール
20  雰囲気加熱炉  30  強制冷却手段  31  吸液ロール  32  エアブロー
40  ピンチロール  50  張力測定装置
【図１】
2012021182.tif 000003
【図２】
2012021182.tif 000004
【図３】
2012021182.tif 000005