(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
難加工性金属被加工材を、加工手段近傍に設置した加熱液槽で加熱し、被加工材の幅方向の温度差が以下の式１を満足するようにした後、塑性加工を行うことを特徴とする難加工性金属の塑性加工方法であって、被加工材が、マグネシウム、その合金、チタン、その合金、及び珪素鋼からなる群から選ばれる、上記方法。
式１     α・Δt≦400×10-6
式中、αは被加工材の線膨張係数（単位：℃-1）、Δtは被加工材の幅方向の温度差(℃)を示す。
【請求項２】
塑性加工が、温間圧延である請求項１記載の方法。
【請求項３】
被加工材を160℃以上に加熱した後、160〜550℃の温度で塑性加工する請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
被加工材がマグネシウム又はその合金であり、且つ被加工材を200℃以上に加熱した後、200〜400℃の温度で塑性加工する請求項１〜３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法により製造された板厚が0.4mm未満、板幅が230mmより大きい長尺のマグネシウム又はその合金のシート。
【請求項６】
コイル状形態である請求項５記載のマグネシウム又はその合金のシート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、難加工性金属被加工材の塑性加工方法に関し、特に難加工性金属被加工材の温間圧延方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
難加工性軽金属材料、特にマグネシウム又はその合金等の塑性加工、特に温間圧延においては、処理温度まで加熱された被圧延材が、圧延ロールバイトに到達する前に自然冷却されると、変形抵抗の増大により、パス回数の増加が必要となったり、圧延作業そのものが続行不可能となったり、圧延方向に直角な方向（板幅方向）に温度差を生じて材料が割れる等の問題があった。
【０００３】
このような問題を回避するため、様々な提案がなされている。例えば、特開平5-293529号公報には、自然冷却を防止するために、中間加熱設備として電気抵抗加熱ヒーターを有する炉を使用し、或いは、さらに、電気抵抗加熱ヒーターにより空気を加熱してその空気を循環しそれにより材料を加熱する空気循環式加熱炉、ガス式加熱炉、高周波誘導加熱炉等を使用して、被圧延材を450℃〜200℃の温度域に加熱して圧延する方法が開示されている。これらの装置では、被圧延材は目標温度に加熱されるものの、被圧延材料の搬送方向に直角方向の温度差が大きく、優れた特性を有する圧延製品が得られないという問題がある。
【０００４】
一方、温間圧延装置の中間加熱方法として、特許第2663818号には、ステンレス鋼帯等の難加工性金属材料の温間圧延を行う際、タンデム圧延機入り側にオイルバスを配置して、被圧延材を浸漬・加熱後に圧延する方法が開示されている。この方法では、圧延における中間加熱媒体として圧延油及び圧延油を含む溶液が用いられているが、熱媒体として一般的な圧延油を用いた場合、発火点が180℃前後であり、実用加熱温度が150℃前後に制限される。従って、この方法は、200℃以上での温間圧延には適さない。
【０００５】
特開平2-70303号公報には、オーステナイト系ステンレス鋼に直接通電加熱により、被圧延材を50℃〜150℃の温度範囲に加熱し温間圧延する方法が開示されている。この方法も前述の高周波誘導加熱炉の場合と同様に、被圧延材の搬送方向に対して直角な方向(板幅方向)に温度差が発生する。また、被圧延材と給電部との接触面で通板中にスパークが発生し、製品の表面品質を損なうおそれがある。また、加熱温度も50℃〜150℃と制限されているため、難加工性金属被加工材の中間加熱温度としては低過ぎるという問題がある。
【０００６】
特開平3-52703号公報には、難加工性金属被圧延材を、加熱された圧延油又は圧延油含有溶液中にあらかじめ浸漬し、被圧延材を100℃前後に加熱した後、圧延機へ移動し、圧延する方法及び装置が開示されている。しかし、100℃前後の加熱温度は前述のとおり、難加工性金属被加工材の中間加熱温度としては低過ぎるという問題がある。
【０００７】
特開平5-23724号公報には、タンデムミルのスタンド間に蒸気を噴射するための蒸気噴射ヘッダを配置し、この蒸気噴射ヘッダから蒸気吹きつけることにより鋼板温度を保持しながら圧延する方法が開示されている。しかしこの方法では、蒸気温度はせいぜい110℃前後であり、200℃以上に被圧延材を加熱することは不可能である。
【０００８】
マグネシウム及びその合金は比重が小さいこと、放熱性が高いこと、減衰能や電磁波シールド性に優れていることに加え、金属であるためリサイクルが容易であることから、近年ＭＤプレーヤやパソコンの筐体に利用されてきている。
マグネシウム及びその合金は温度の違いによる変形抵抗の差が微妙に変化するため、例えば、幅方向に温度差が大きくなった場合、圧延加工された材料に極端な歪みが生じ、曲がりなどの変形又は極端な場合には破断を起す。こうした金属特有の性質のため、従来マグネシウムの利用に関しては鋼のように容易に圧延によりシート又はコイル状に巻いた板材を得ることができなかった。
【０００９】
このため、板をプレスなどで成形する方法は実施されておらす、ダイキャストとしての鋳込又は鍛造による成形が殆どであった。また近年になってはチクソモールド法と呼ばれる成形方法が注目されている。
しかしながら前者は、融点又は融点近傍まで加熱する必要があり、後者でも融点近くまで加熱して半溶融状態とする必要があり、エネルギ消費が大きいという問題がある。
これらの方法では成形品の肉厚を薄く加工することは困難であり、肉厚化（薄くても1.2mm程度まで）は避けられず、軽量化と相反することを余儀なくされていた。また、ダイキャストやチクソモールド法で成形された部品はバリ等を有するためそのまま部品として使用することはできず、バリ除去等に多くの時間と費用を要し、また部品の歩留りも悪いため、コスト高となるという問題があった。
【００１０】
以上のとおり、マグネシウム又はその合金等の塑性加工、特に温間圧延においては、圧延時に圧延材料が自然冷却されると材料が割れる等の問題があった。これは、加工時間が長くなった場合に被加工材温度が適正加工温度領域以下に低下することや、加熱装置で加熱された後、圧延ロールバイトで圧延されるまでの間に被圧延材が自然冷却され、被圧延材の温度差、とりわけ幅方向の温度差、特に被圧延材の幅方向中央部と、幅方向端部との温度差が大きくなることがその一因と考えられる。この温度差が大きくなると、形状不良を起こし、最悪の場合、破断に至る。被圧延材の冷却を防止するために前述のとおり従来種々の工夫がなされているが、適正加工温度領域での温度差を充分に小さくすることができるに至っていない。このため、特に加工温度及び温度差の影響を受け易いマグネシウム及びその合金については、圧延方向に充分な長さを持ったコイル状形態のシートは得られていないのが現状である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、不良品を生じることなく、難加工性金属被加工材を効率よく塑性加工する方法を提供することである。さらに具体的には、被加工材の幅方向の温度差を充分に小さくし、破断・耳割れ等を防止しつつ、高効率で圧延を行う難加工性金属被加工材の温間圧延方法を提供することである。
本発明の他の目的は、長尺のマグネシウム又はその合金シート、すなわち、コイル状の形態に保持し得るマグネシウム又はその合金シートを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を達成するために鋭意検討した結果、被加工材の幅方向の温度差と被加工材の線膨張係数の積が所定値以下となるように温度差を調節することにより、本発明の課題が達成されることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
本発明は、難加工性金属被加工材を、加工手段近傍に設置した加熱液槽で加熱し、被加工材の幅方向の温度差が以下の式１を満足するようにした後、塑性加工を行うことを特徴とする難加工性金属の塑性加工方法を提供するものである。
式１     α・Δt≦400×10-6
式中、αは被加工材の線膨張係数、Δtは被加工材の幅方向の温度差(℃)を示す。
【００１３】
本発明の難加工性金属被加工材又は被圧延材の典型的な例としては、マグネシウム、その合金、チタン、その合金、及び珪素鋼が挙げられる。
本発明において、難加工性金属被加工材を加熱液槽で160℃〜550℃、好ましくは160℃〜400℃、さらに好ましくは200℃〜360℃の温度に均一に加熱した後、塑性加工又は温間圧延することが好ましい。被加工材がマグネシウム、又はその合金である場合は、被加工材を加熱液槽で200℃〜400℃、好ましくは250℃〜350℃の温度に均一に加熱した後、塑性加工又は温間圧延することが好ましい。
【００１４】
本発明の方法によりマグネシウム又はその合金を温間圧延することにより、従来の方法では不可能であったマグネシウム又はその合金の長尺シート、例えば、板厚が0.4mm未満(例えば、0.399〜0.1mm)、板幅が230mmより大きく(例えば、231〜1500mm)、長さが例えば、30m以上のシートを製造することができる。この長尺シートは、コイル状形態とすることができ産業上の利用性が著しく改善される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明は、被加工材を加熱装置で加熱した後、圧延ロールバイト等の加工手段に搬送して加工するまでの間に被加工材が自然冷却されることにより生じる被加工材の温度差、とりわけ被加工材の搬送方向に直角な方向の温度差を、加工手段近傍に設けた加熱液槽に被加工材を通過させることによって所定値以下にしてから、加工するようにしたことを特徴とするものである。具体的には、被加工材の幅方向の温度差が式１を満足するようにした後、塑性加工を行うことを特徴とするものである。α・Δtの値は、400×10-6以下、好ましくは200×10-6以下、更に好ましくは100×10-6以下である。
被加工材の加工温度は、一般に160℃〜550℃、好ましくは160℃〜400℃、さらに好ましくは、200℃〜360℃である。
塑性加工としては、圧延加工、プレス加工等が挙げられる。以下、本発明を特に圧延加工を例として説明するが本発明は圧延加工に限定されるものではない。
【００１６】
本発明において、被圧延材を160℃〜550℃、好ましくは160℃〜400℃、さらに好ましくは200℃〜360℃の温度域で温間圧延する理由について説明する。
一般に難加工性材料と呼ばれている金属材料、例えば、マグネシウム、その合金、チタン、その合金は、結晶構造が六方稠密構造であり、変形モードが底面滑り系主体であるため、拘束時の変形抵抗が大きい。また、珪素鋼は脆性材料として知られている。これらの金属材料は、常温近傍での冷間圧延では、板切れ・耳割れなどの不具合が発生しやすく、生産性を大きく阻害する。
【００１７】
本発明において、AZ31(Al:Zn=3:1))のような被加工材の温度を上昇させる目的は、耐力が低下する温度領域で圧延等の塑性加工することにある。耐力が小さくなることに加え、材料温度が200℃以上になると、滑り系が複数発生してくるため、塑性加工が容易になる。従って200℃以上の温度域で塑性加工を行うことが重要である。
【００１８】
本発明において、被加工材を加熱装置で加熱した後、圧延ロールバイト等の加工手段に搬送して加工するまでの間に被加工材が自然冷却されることにより生じる被加工材の温度差を、加工手段近傍に設けた加熱液槽に被加工材を通過させることによって所定値以下にしてから、塑性加工を行う理由についてさらに具体的に説明する。前述のとおり、金属材料、例えばマグネシウム、その合金(AZ31等)は、200℃以上の温度域において急激に機械的特性が変化する。例えばAZ31B合金の場合、200℃と260℃では単軸変形抵抗に約2倍の差が生じる。従って、被加工金属材料に温度差がある状態で被圧延材を圧延ロールバイト内に進入させた場合、圧延後の板形状に多大な影響を与え、最悪の場合は、圧延不能な状態に陥る。従って、被圧延材の温度差、特に被圧延材の搬送方向に直角な方向（板幅方向）の温度差を最小にすることは極めて重要である。
【００１９】
次に本発明において、温間圧延する際の加熱液槽について説明する。
加熱液槽は、圧延機の圧延ロールバイトの入り側あるいは出側の一方あるいは両方に設置され、加熱用の液体を用いて被圧延材を、幅方向の温度差が所定値以下となるように加熱するものである。加熱媒体としては、目標加熱温度が160℃〜550℃、好ましくは160℃〜400℃、さらに好ましくは200℃〜360℃であることから、温水、蒸気、圧延油は適さない。よって、発火点が高く、かつ沸点の高い熱媒体を使用する。
このような熱媒体としては、水素化トリフェニル、アルキルジフェニル、ジフェニルとジフェニルエーテルの混合物等の有機系熱媒体、ポリオールエステル、フェニルエーテル等のグリース基油、及び硝石系塩等の無機系熱媒体が挙げられる。熱媒体として無機塩を用いた場合には、さらに高温での圧延加工が可能であり、例えば、硝石系塩を用いた場合には、最高550℃程度の高温での圧延加工が可能である。
【００２０】
【実施例１】
熱媒体（水素化トリフェニル：発火点430℃、沸点364℃)を入れた加熱液槽を圧延ロールバイトの入り側及び出側に設けた圧延機を用いて、被圧延材を350℃で圧延した。被圧延材としては、板厚3.0mmの難加工性金属材料（マグネシウム合金AZ31:線膨張係数=25.9×10-6/℃)（寸法3.0mm厚×200mm巾×1800mm長）を用いた。熱媒体温度は350℃とし、目標最終板厚は0.8mm(総圧下率73.3%)とした。
【００２１】
350℃での圧延実験結果を表１に示す。目標板厚までは、5パスで達することができ、同系の合金としては良好な効率で圧延が可能であった。また、被圧延材の温度差は、板幅中央部と端部で最大１０℃以内であり加熱操作は順調であった。
【００２２】
【表１】
0004278256.tif 000002
【００２３】
【実施例２】
次にコイル形態のマグネシウム合金シートの製造について説明する。
マグネシウム合金ＡＺ３１に相当する成分系からなる溶湯を50mm厚×600mm巾×2000mm長のプレートに鋳込み、430℃で12時間加熱均熱処理した後、そのまま熱間圧延を施しこのプレートを20mm厚×600mm巾×5000mm長の寸法に仕上げ、再度430℃で12時間加熱均熱処理した後、５パス（20mm→13.4mm→9.0mm→6.0mm→4.1mm→2.9mm）にて、2.9mm厚×620mm巾×34.5ｍ長のホットコイルを製造した。このコイルに両耳切断を実施し600mm巾にした後、350℃までバッチ炉にて加熱し、水素化トリフェニルを入れた熱媒体槽を左右リールとロールスタンド間に有する温間圧延機のリールに装着後、前記実施例と同じく５パスにて0.7mm厚×600mm巾×140ｍ長のコイル状形態のシートに仕上げた。このときの被圧延材の温度差も板巾中央部と端部で最大１０℃以内であり極めて順調に作業を終えた。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、被加工材を160℃〜550℃、好ましくは160℃〜400℃、さらに好ましくは200℃〜360℃の温度域で、幅方向の温度差を所定値以下にした状態で、塑性加工処理、例えば、温間圧延することが可能であり、塑性加工時の、破断・耳割れ、形状不良等のトラブルを生ずることなく塑性加工品、圧延品を適切且つ効率よく生産することが可能となる。また従来不可能であったマグネシウムの長尺シートの製造が可能となり、コイル状形態のマグネシウムシートの供給が可能となる。