JP2004183062A

JP2004183062A - マグネシウム基合金線及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004183062A
Application number: JP2002352815A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Shimoda; 泰広下田; Mitsumochi Kiyosu; 光持清洲; Yukihiro Oishi; 幸広大石
Original assignee: Sumitomo SEI Steel Wire Corp
Current assignee: Sumitomo SEI Steel Wire Corp
Priority date: 2002-12-04
Filing date: 2002-12-04
Publication date: 2004-07-02

Abstract

【課題】靭性に優れた異形のマグネシウム基合金線及びその製造方法を提供する。
【解決手段】質量％で、Ｚｎ：１．０〜１０．０％を含むマグネシウム基合金線であって、ロール圧延により成形され、断面形状が非円形である。異形加工をダイス引抜きではなく、ロール圧延により行うことで、マグネシウム基合金線を加工する際の断線を抑制する。さらに、質量％でＭｎ：０．１〜２．０％、Ｚｒ：０．１〜２．０％および希土類元素：１．０〜３．０％から選択される元素を１種以上含んでもよい。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネシウム基合金線およびその製造方法に関するものである。特に、靭性または強度に優れるマグネシウム基合金線及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マグネシウム基合金は、アルミニウムよりも軽く、比強度、比剛性が鋼やアルミニウムよりも優れており、航空機部品、自動車部品などの他、各種電気製品のボディーなどにも広く利用されている。特に、従来は、プレス成形品によく用いられており、このプレス用板材の製造方法として、圧延によるものが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２００３４９号公報（特許請求の範囲参照）
【０００４】
【特許文献２】
特開平６−２９３９４４号公報（特許請求の範囲参照）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
マグネシウム基合金は、上記のように様々な特性に優れており、板材だけでなく線材として利用することが望まれている。しかし、Ｍｇ及びその合金は、最密六方格子構造であるため、延性に乏しく、塑性加工性が極めて悪い。そのため、Ｍｇ及びその合金の線を得ることは極めて困難であった。
【０００６】
通常、断面が円形の線材を得るにはダイスによる引き抜き加工が利用される。断面が円形でない異形線も引き抜き加工を利用して得ることが考えられる。引き抜き加工により線材を得る場合、線材を加熱したりダイスを加熱することで減面率を大きくとることができるが、線材温度が３００℃程度を超えると強度が落ちて断線が生じる。
【０００７】
また、３００℃以下での引き抜き加工では、断線を抑制できるものの、約３０〜４０％の減面率で加工硬化により加工限界に達し、引き抜き加工２回ごとに１回程度は３５０℃以上の温度により溶体化処理を行う必要がある。そのため、溶体化処理用の加熱設備が必要で、設備コスト、加熱コストの点からも長尺の異形マグネシウム基合金線を得ることは難しかった。
【０００８】
従って、本発明の主目的は、靭性に優れた異形マグネシウム基合金線及びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、引き抜きではなくローラーダイスを用いることで上記の目的を達成する。
【００１０】
すなわち、本発明マグネシウム基合金線は、質量％で、Ｚｎ：１．０〜１０．０％を含むマグネシウム基合金線であって、ロール圧延により成形され、断面形状が非円形であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明マグネシウム基合金線の製造方法は、質量％でＺｎ：１．０〜１０．０％を含むマグネシウム基合金からなる被加工材をロール圧延により異形断面に加工することを特徴とする。
【００１２】
異形加工をダイス引抜きではなく、ロール圧延により行うことで、マグネシウム基合金線を加工する際の断線を抑制する。特に、線材を３００℃以上に加熱しても断線を抑制することができる。図１に示すように、ダイス１による引き抜き加工は、線材３を引っ張ることにより加工を行う。これに対し、ロール圧延は、図２に示すように、ローラー２で線材３を挟み込んで送り出すことにより加工を行うため、線材加工時に張力がほとんど作用せず、断線を抑制することができる。
【００１３】
本発明合金線の断面形状は、圧延ロールで加工可能な円形以外のものが全て含まれる。一般に、圧延ロールで加工すると、扁平に成形されるため、断面が矩形状のものが多い。より詳しくは、上下面が平面で、両側面が側方に突出した円弧状面であるものや、上下面・両側面が平面であるものが挙げられる。
【００１４】
また、本発明合金線に用いられるマグネシウム基合金には、鋳造用マグネシウム基合金と展伸用マグネシウム基合金のいずれも利用することができる。上記Ｚｎに加えて、質量％でＭｎ：０．１〜２．０％、Ｚｒ：０．１〜２．０％および希土類元素：１．０〜３．０％から選択される元素を１種以上含むマグネシウム基合金を用いてもよい。上記Ｚｎ、Ｍｎ、Ｚｒ、希土類元素の他にはＭｇおよび不純物が含まれる合金として利用されることが一般的である。不純物には、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃａなどが挙げられる。
【００１５】
より具体的なマグネシウム基合金としては、例えば、ＡＳＴＭ記号におけるＺＫ系、ＥＺ系などが利用できる。
【００１６】
ＺＫ系におけるＺＫ６０は、例えば、質量％でＺｎ：４．８〜６．２％、Ｚｒ：０．４％以上を含有するマグネシウム基合金である。ＺＫ４０は、例えば、質量％で、Ｚｎ：３．５〜４．５％、Ｚｒ：０．４５％以上を含有するマグネシウム基合金である。ＺＫ１０は、例えば、質量％でＺｎ：０．８〜１．５％、Ｚｒ：０．４〜０．８％を含有するマグネシウム基合金である。
【００１７】
ＥＺ系におけるＥＺ３３は、例えば、質量％でＺｎ：２．０〜３．１％、Ｃｕ：０．１％以下、Ｎｉ：０．０１％以下、ＲＥ：２．５〜４．０％、Ｚｒ：０．５〜１％を含有するマグネシウム基合金である。ここで、ＲＥは希土類元素であり、通常はＰｒとＮｄの混合物が利用されることが多い。
【００１８】
本発明合金線は、室温での１８０°曲げ試験において、最小曲げ半径Ｒｍｉｎとマグネシウム基合金線の厚みｔがＲｍｉｎ≦ｔであることが好適である。圧延ロールを用いた加工により、靭性に優れた合金線を得ることができる。
【００１９】
ロール圧延を行うことで、ダイスによる引き抜きに比べて１回での加工度を高めることができる。一回の圧下率は２０％以上４０％以下であることが好適である。この圧下率が２０％未満では、効率的な加工を行うことが難しく、４０％を超えると割れを生じやすくなる。
【００２０】
ロールを加熱したり、ロール圧延前にマグネシウム基合金の被加工材を加熱しておくことで、一回での圧下率をより大きくとることができる。ロールを加熱する場合は１５０℃以上４５０℃以下、被加工材を加熱する場合は２５０℃以上４５０℃以下の温度とすることが好適である。１５０℃（２５０℃）未満では亀裂が発生しやすい上、大きな圧下率を採ることが難しい。逆に４５０℃を超えると被加工材の表面が酸化したり、加熱に要する時間やエネルギーが大きくなる。より好ましい加熱温度は、ロールを加熱する場合は１８０℃以上４００℃未満、被加工材を加熱する場合は３００℃以上４００℃未満である。ロールの加熱や被加工材の加熱を行わない場合、一回の圧下率は１０％以下とすることが好ましい。
【００２１】
このように、３００℃以上でも加工が可能になり、ダイス引抜加工時に行っていた加工２回つきに１回の溶体化処理を被加工材の加熱で代用することができる。これにより、オフラインでの溶体化処理を省略し、加工設備の簡略化、加工工数の減少が可能になる。
【００２２】
特に、溶体化処理を省略できるため、ロール圧延による圧延加工を多段に連続で実施することができる。これにより、効率的なマグネシウム基合金線の加工が可能になる。
【００２３】
その場合、最終パスを被加工材および圧延ロール共に加熱することなく加工することが好ましい。これにより、最終パスにおいて加熱に必要な設備を省略することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
（試験例１）
まず、ＺＫ６０からなるφ３．０ｍｍのマグネシウム基合金押出材を準備し、この押出材を６枚の異形ダイスに通して、厚さ１．０ｍｍ×幅２．０ｍｍ、コーナー半径０．２ｍｍのワイヤーを作製した。この引き抜き加工におけるダイス直後における被加工材の温度は１５０℃である。このワイヤーをワイヤーａとする。
【００２５】
また、前記φ３．０ｍｍの丸線を一旦φ１．８ｍｍの丸線まで温間（１５０℃）にて線引き加工した後、３パスのロール圧延加工により、厚さ１．０ｍｍ×幅２．０ｍｍ、コーナー半径０．２ｍｍのワイヤーとした。ここでのロール圧延は、４方向からの圧延が可能なタークスヘッドロールを用い、ロール加熱を行わずに被加工材を加熱したワイヤーｂおよび被加工材は加熱せずロール加熱を行ったワイヤーｃを作製した。ロール圧延における圧下率は、加工前の厚さをｔ_０、加工後の厚さをｔ_１としたとき、（ｔ_０−ｔ_１）／ｔ_０とする。ワイヤーｂおよびワイヤーｃの各パスにおける減面条件を下記に示す。
【００２６】
ワイヤーｂ
３．０ｍｍφ→１．８ｍｍφ（ダイス引き）
１．８ｍｍφ→１．４ｍｍ厚（ロール圧延：圧下率２２．２％、被加工材を３００℃に加熱）
１．４ｍｍ厚→１．１ｍｍ厚（ロール圧延：圧下率２１．４％、被加工材を３００℃に加熱）
１．１ｍｍ厚→１．０ｍｍ厚（ロール圧延：圧下率９．１％、冷間）
【００２７】
ワイヤーｃ
３．０ｍｍφ→１．８ｍｍφ（ダイス引き）
１．８ｍｍφ→１．４ｍｍ厚（ロール圧延：圧下率２２．２％、ロールを１８０℃に加熱）
１．４ｍｍ厚→１．１ｍｍ厚（ロール圧延：圧下率２１．４％、ロールを１８０℃に加熱）
１．１ｍｍ厚→１．０ｍｍ厚（ロール圧延：圧下率９．１％、ロール加熱なし）
【００２８】
得られた各ワイヤーを、２５０℃にて１５分焼鈍し、曲げ加工試験を行った。この試験は、曲げ半径Ｒを変化させてワイヤーを、上下面が曲げの内側と外側になるように１８０°まで曲げ、破断又は亀裂の有無により評価した。その結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】

【００３０】
表１に示すように、ワイヤａはＲ＝１．０ｍｍ以下では破断もしくは亀裂が認められたのに対して、ワイヤｂはＲ＝１．０ｍｍまで亀裂の発生はなかった。更にワイヤｃではＲ＝０．８ｍｍまで亀裂の発生はなかった。従って、ロール圧延加工によって異形ワイヤーを製造することにより、曲げ加工性に優れた異形ワイヤーを製造できることがわかる。
【００３１】
同様の試験をＺＫ４０およびＥＺ３３マグネシウム基合金においても実施したが、いずれもワイヤーｃ→ワイヤーｂ→ワイヤーａの順に曲げ特性が良好であった。
【００３２】
（試験例２）
ＺＫ６０合金において、試験例１におけるワイヤーｂと同様の工程を、加熱温度を変化させて行った。その結果、圧下率を２１〜２３％とした時、２００℃未満の温度の加工では被加工材に亀裂が発生し、２５０℃以上４５０℃以下では問題なく加工できたが、４００℃を超えると線材の表面に酸化が認められた。
【００３３】
同様の試験をＺＫ４０およびＥＺ３３マグネシウム基合金においても実施した。その結果、２００℃未満の温度の加工では亀裂が発生し、２５０℃以上４５０℃以下では問題なく加工ができた。
【００３４】
（試験例３）
ＺＫ６０合金において、試験例１におけるワイヤーｃと同様の工程を、ロールの加熱温度を変化させて行った。その結果、圧下率を２１〜２３％とした時、１５０℃未満の温度の加工では被加工材に亀裂が発生し、１５０℃以上４５０℃以下では問題なく加工できたが、４００℃を超えると線材の表面に酸化が認められた。
【００３５】
同様の試験をＺＫ４０およびＥＺ３３マグネシウム基合金においても実施した。その結果、１５０℃未満の温度の加工では亀裂が発生し、１５０℃以上４５０℃以下では問題なく加工ができた。
【００３６】
（試験例４）
ＺＫ６０合金において試験例１におけるワイヤーｂと同様の工程を、加熱温度を３００℃とし、圧下率を変化させて行った。各圧下率は次の通りである。
【００３７】
１．８ｍｍφ→１．４ｍｍ厚（ロール圧延：圧下率２２．２％）
１．８ｍｍφ→１．３ｍｍ厚（ロール圧延：圧下率２７．８％）
１．８ｍｍφ→１．２ｍｍ厚（ロール圧延：圧下率３３．３％）
１．８ｍｍφ→１．１ｍｍ厚（ロール圧延：圧下率３８．９％）
１．８ｍｍφ→１．０ｍｍ厚（ロール圧延：圧下率４４．４％）
【００３８】
各試料のうち、１パス当りの圧下率が４０％を超えるものは亀裂が生じて加工できなかった。従って、１パスの加工は圧下率４０％以下が好ましい。但し、生産性を考慮すれば２０％以上が好ましい。
【００３９】
同様の試験をＺＫ４０およびＥＺ３３マグネシウム基合金においても実施したが、１パス当りの圧下率が４０％超では亀裂が生じ加工できなかった。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明マグネシウム基合金線は、靭性に優れた合金線である。また、本発明マグネシウム基合金の製造方法は、被加工材の断線を効果的に抑制し、効率的な異形合金線の製造を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】引き抜き加工の説明図である。
【図２】圧延ロール加工の説明図である。
【符号の説明】
１ダイス
２ローラー
３線材

Claims

質量％で、Ｚｎ：１．０〜１０．０％を含むマグネシウム基合金線であって、
ロール圧延により成形され、断面形状が非円形であることを特徴とするマグネシウム基合金線。
室温での１８０°曲げ試験において、最小曲げ半径Ｒｍｉｎとマグネシウム基合金線の厚みｔがＲｍｉｎ≦ｔであることを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム基合金線。
更に質量％で、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｚｒ：０．１〜２．０％および希土類元素：１．０〜３．０％から選択される元素を１種以上含むことを特徴とする請求項１または２記載のマグネシウム基合金線。
質量％でＺｎ：１．０〜１０．０％を含むマグネシウム基合金からなる被加工材をロール圧延により異形断面に加工することを特徴とするマグネシウム基合金線の製造方法。
ロール圧延前に前記被加工材を加熱することを特徴とする請求項４に記載のマグネシウム基合金線の製造方法。
圧延ロールを加熱することを特徴とする請求項４に記載のマグネシウム基合金線の製造方法。
加熱温度が２５０℃以上４５０℃以下であることを特徴とする請求項５に記載のマグネシウム基合金線の製造方法。
加熱温度が１５０℃以上４５０℃以下であることを特徴とする請求項６に記載のマグネシウム基合金線の製造方法。
一回の圧下率が２０％以上４０％以下であることを特徴とする請求項４に記載のマグネシウム基合金線の製造方法。
ロール圧延による圧延加工を多段に連続で実施することを特徴とする請求項４に記載のマグネシウム基合金線の製造方法。
最終パスを被加工材およびロール共に加熱することなく加工することを特徴とする請求項１０に記載のマグネシウム基合金線の製造方法。
更に質量％で、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｚｒ：０．１〜２．０％および希土類元素：１．０〜３．０％から選択される元素を１種以上含むことを特徴とする請求項４〜１１のいずれかに記載のマグネシウム基合金線の製造方法。