JP2001200349A

JP2001200349A - Ｍｇ−Ａｌ系合金の熱間仕上圧延方法

Info

Publication number: JP2001200349A
Application number: JP2000009560A
Authority: JP
Inventors: Masahisa Iseki; 雅久井石
Original assignee: NISSHIN Manufacturing KK
Current assignee: NISSHIN Manufacturing KK
Priority date: 2000-01-18
Filing date: 2000-01-18
Publication date: 2001-07-24

Abstract

(57)【要約】【課題】プレス成形用Ｍｇ−Ａｌ系合金としてはＡＳＴ
Ｍ規格のＡＺ３１等があるが、結晶粒が１０〜４０μｍ
程度と大きく強度及び加工性の双方を阻害する要因とな
っていた。そのため、圧延板を高温に加熱してプレス加
工し、さらにプレス時の応力ひずみを利用して組織を微
細化して強度の向上を図ることも考えられるが、全体と
して緻密な組織構造とならず強度的に満足できなかっ
た。【解決手段】Ａｌを１．５〜４．５％含有するＭｇ−Ａ
ｌ系合金の圧延板を、１８０〜２６０℃の圧延温度で、
かつ１パスあたりの圧下率を１０〜３０％の範囲内で複
数パスの圧延を行い、総圧下率を４０〜６０％とするこ
とで上記圧延板の組織を１０μｍ以下の結晶粒度に微細
化し、ＬＤＲ、伸び、強度を大幅に向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、高強度で、絞り加工
性に優れたプレス成形用Ｍｇ−Ａｌ系合金板を製造する
ためのＭｇ−Ａｌ系合金圧延板の熱間仕上圧延方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術とその課題】一般に、プレス成形用のＭｇ
−Ａｌ系合金は均質化処理、熱間粗圧延を行った後、所
望の板厚や機械的性質を得るために熱間仕上圧延を行っ
ている。プレス成形用Ｍｇ−Ａｌ系合金としては、ＡＳ
ＴＭ規格のＡＺ３１（３％Ａｌ−１％Ｚｎ−Ｍｇ）、Ａ
Ｚ２１（２％Ａｌ−１％Ｚｎ−Ｍｇ）、ＡＺ６１（６％
Ａｌ−１％Ｚｎ−Ｍｇ）等があるが、その結晶粒は１０
〜４０μｍ程度と大きく、これが強度及び加工性の双方
を阻害する要因となっていた。

【０００３】そこで、圧延板を高温に加熱して伸びを増
大させた状態でプレス加工し、さらにプレス時の応力ひ
ずみを利用して組織を微細化して強度の向上を図ること
も考えられるが、部位によって加わる応力ひずみが異な
るため、全体として緻密な組織構造とならずプレス成形
後の製品は強度（特に硬度）的に満足できるものではな
かった。

【０００４】近年、マグネシウム合金は、軽量性、硬質
性、及びリサイクル性の観点からパソコンや携帯電話な
どの電子機器の筐体、又は自動車部品など、様々な分野
に採用される可能性が高まって来ている。そして、プレ
ス加工による生産容易性の観点から、種々な形体の成形
を可能とするプレス加工用のマグネシウム合金板の出現
が望まれていた。

【０００５】市販されているＡＺ２１、ＡＺ３１、ＡＺ
６１の圧延板の結晶粒径は１０〜４０μｍであり、その
ままでは伸びが２０％程度と、ＬＤＲ（限界絞り比）
３．０以上が要求されるような複雑な形状のプレス加工
には不十分であった。また鋳造用やチクソモールディン
グ用のＭｇ−Ａｌ系合金のようにビッカース硬度６０以
上という硬さがなかった。

【０００６】そこで本願発明は、かかる観点に着目して
為されたものであり、強制的な応力ひずみを加えると組
織が微細化すると言う原理を利用して、従来一般的に知
られている熱間粗圧延を行った後のＭｇ−Ａｌ系合金板
を、これに所定の温度下で所定圧下率のパスを繰り返す
ことにより、硬度を向上させると共にプレス加工性に富
んだマグネシウム合金板の製造を目的としたＭｇ−Ａｌ
系合金圧延板の組織微細化法を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点に鑑み、本願
発明は以下のように構成される。すなわち、Ａｌを１．
５〜４．５％含有するＭｇ−Ａｌ系合金の圧延板を、１
８０〜２６０℃の圧延温度で、かつ１パスあたりの圧下
率を１０〜３０％の範囲内で複数パスの圧延を行い、総
圧下率を４０〜６０％とすることで上記圧延板の組織を
１０μｍ以下の結晶粒度に微細化したことを特徴とす
る。

【０００８】さらに、敷衍して説明すると、熱間仕上圧
延においては、温度、圧下率（１パス当たり）が重要プ
ロセスであり、本願発明においては熱間仕上圧延の圧延
方法を上記のごとく限定することが必要である。まず均
質化処理後１８０〜２６０℃の温度範囲で熱間仕上圧延
を行うのか好ましく、これは２６０℃を越えた温度で圧
延すると熱間加工性が低下すると共に粒界割れが生じ易
くなる一方、１８０℃未満の温度では圧延板の伸び率が
８０％を下回り変形抵抗が高くなって、圧下率を大きく
取れず組織の微細化が不十分となるためである。

【０００９】なお、代表としてＡＺ３１圧延板の伸び率
について言及すると、室温では１０％程度であるが１５
０℃付近までは急激に上昇して８０％程度に達し、それ
以上では収束してくるため圧延工程管理上からも１８０
℃以上が好ましい。

【００１０】さらに、１パスあたりの圧下率を３０％以
下として圧延を行うことが必要である。これは３０％を
越えた圧下率で圧延を行うと、再結晶を起す駆動力が大
きくなって再結晶粒が粗大化し割れを誘発する。逆に、
圧下率を１０％未満とすると、強制的な応力ひずみを十
分に加えることができず十分な微細化が図れない。

【００１１】以上の観点から熱間仕上圧延条件を１８０
℃〜２６０℃の範囲内、１パスあたりの圧下率を１０％
〜３０％の範囲内とすることが好ましい。ただし、上記
技術的効果は、上記範囲の臨界値を境として、段階的に
明解に現れるものでなく、漸次的に明確化するものであ
る。

【００１２】また、結晶粒度１０μｍ以下の微細化組織
とするのは、全体を緻密組織にすることで硬度を向上さ
せ、さらにプレス加工時の合金表面の肌荒れを防ぐため
である。この際、平均の結晶粒度が１０μｍ以下であっ
ても結晶粒度分布が広いと加工性は向上するが硬度が向
上しないので、面積の９０％以上において結晶粒度が１
０μｍ以下であることが好ましい。そして結晶粒度１０
μｍ以下の微細化組織を圧延板の内部全体において得る
ためには、総圧下率が４０〜６０％となるまで上記圧下
率範囲内で圧延パスを繰り返す必要がある。

【００１３】次に、合金組成違いによる適用範囲につい
て詳述すると、市販のＡＺ３１を用いて本願発明に係る
熱間仕上圧延を施した場合の平均値は、ＬＤＲ（限界絞
り比）３．２、伸び３５％、ビッカース硬度６９程度で
あった。市販のＡＺ２１を用いた場合、熱間仕上圧延後
ではＬＤＲ３．４、伸び３８％、ビッカース硬度６６程
度であり、特に複雑な形状のプレス成形品に適してい
る。一方、市販のＡＺ６１の場合、熱間仕上圧延後では
ＬＤＲ２．８、伸び２１％、ビッカース硬度７６程度で
あり、伸びが小さく硬いためプレス成形性が劣り適用範
囲はやや狭い。

【００１４】Ｍｇ−Ａｌ系合金のＡｌ含有量とＬＤＲ、
伸び、ビッカース硬度の間には相関関係があるため、Ａ
ｌ含有量４．５％とすると、ＬＤＲ２．９程度、伸び２
８％程度、ビッカース硬度７２程度となり、またＡｌ含
有量１．５％とすると、ＬＤＲ３．５程度、伸び４０％
程度、ビッカース硬度６３程度になると予測されるの
で、プレス加工性と強度の双方を向上させる本願発明に
十分適用可能である。従って、本願発明に係る熱間仕上
圧延を施すＭｇ−Ａｌ系合金のＡｌの重量％は１．５〜
４．５％であり、さらに好ましくは２〜４％であると考
えられる。

【００１５】本願発明によりＬＤＲ、伸びが飛躍的に向
上してプレス加工性に富んだ圧延板となり、さらにビッ
カース硬度も６０を超え十分に高くなることから薄肉化
も可能となり、一層の軽量化を図ることができるものと
考えられる。なお、本願発明によって熱間仕上圧延され
た材料は、通常、常法により冷間圧延、焼鈍処理を行っ
たのち成形加工される。

【００１６】

【発明の実施例】以下に本願発明の実施例を図表を用い
て詳述する。［実施例１］現時点で市販されているＡＺ３１圧延板材
の全メ−カ−品の組織観察を行うと全てが粒径１０〜４
０μｍの粒径であり、これらを試料１〜５とした。試料
１〜５を用いて、熱間仕上圧延温度と圧下率（総圧下率
はいずれも６０％とした。）を変化させて、割れの有無
および光学顕微鏡組織の微細化度から○×式で合否判定
を行った（表１）。

【表１】

【００１７】まず、加熱炉に板厚１．０ｍｍｔの試料１
〜５の圧延板を挿入し圧延温度より５０℃高い温度で１
０分間加熱し、圧延時に表面温度計で板の温度を測定し
圧延を行った。また、１パス毎に加熱炉で再加熱を行い
上記工程を繰り返した。圧下率は、１パスあたり１０％
〜３０％の圧下率で圧延を行い、０．４ｍｍｔの最終板
厚とした。なお、圧延温度２００℃、１パスあたりの圧
下率１０％で圧延を行った際の試料１の光学顕微鏡組織
を図１に、圧延前の試料１の光学顕微鏡組織を図２に示
した。

【００１８】［結果］実施例１においては、試料１〜５
のいずれにおいても圧延温度を２００℃〜２５０℃と
し、１パスあたりの圧下率を１０〜３０％とした場合
に、良好な圧延結果が得られた。

【００１９】［実施例２］試料１〜５に加えて、厚さ
１．０ｍｍｔの試料６（材質ＡＺ２１：２％Ａｌ−１％
Ｚｎ−Ｍｇ）および試料７（材質ＡＺ６１：６％Ａｌ−
１％Ｚｎ−Ｍｇ）を用意して以下の圧延を行った。

【００２０】試料１〜７を用いて圧延温度２００℃、１
パスあたりの圧下率１０％で圧延を繰り返し、総圧下率
を６０％として０．４ｍｍｔの最終板厚まで圧延した。
これらについて、２００℃において６０ｍｍ角の角筒絞
りを行い、限界絞り比（ＬＤＲ）を測定することでプレ
ス成形性を評価した。更に、引張試験片を作成し２００
℃での引張試験を行った。尚、引張試験の引張速度は２
５ｍｍ／ｍｉｎで実施した。

【００２１】また、材料の硬さを評価するためにビッカ
−ス硬度計で評価を行った。比較として試料１〜７と同
メーカーで厚さ違いの市販圧延板（板厚０．４ｍｍｔ）
を比較試料１〜７とした（表２）。

【表２】

【００２２】［結果］実施例２の圧延を行った結果、Ａ
Ｚ３１品である試料１〜５に比べて、ＡＺ２１品である
試料６は伸びは増すが硬度が劣る傾向にあり、ＡＺ６１
品である試料７は硬度は増すが伸びが劣る傾向が観察さ
れ、合金組成の違いを反映した結果となった（表２およ
び図３）。

【００２３】より詳細に比較すると、限界絞り比（ＬＤ
Ｒ）は試料１〜５では平均３．２、試料６では３．４、
試料７では２．８となり、伸びについては試料１〜５で
は平均３５％、試料６では３８％、試料７では２１％と
なり、試料７を除き十分なプレス加工性となるまで向上
した。さらに、ビッカース硬度は、試料１〜５では平均
６９、試料６では６６、試料７では７６となり大幅な強
度向上が認められた。

【００２４】

【他の実施形態例】実施例においては、圧延板の加熱に
加熱炉を用いているが加熱した油浴中で加熱しても良
い。また、本実施例では１ｍｍｔの圧延板を用いている
が、対象となる圧延板の厚さを限定するものではない。
さらに、本願発明に係るＭｇ−Ａｌ系合金圧延板はプレ
ス成形ばかりでなく折り曲げ加工にも適用することがで
きる。

【００２５】

【効果】以上述べたように本願発明によれば、深絞りが
要求されるパソコン筐体や自動車部品などの複雑な形状
のプレス成形が可能となり、組織微細化により強度も大
幅に向上させることができるので一層の薄肉化を図るこ
とができ、その産業的効果は顕著なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における圧延後の光学顕微鏡組織で
ある。

【図２】実施例１における圧延前の光学顕微鏡組織で
ある。

【図３】実施例２の試験結果を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２２Ｆ 1/00 ６３０Ｃ２２Ｆ 1/00 ６３０Ｋ６９４６９４Ｂ６９４Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ａｌを１．５〜４．５％含有するＭｇ−
Ａｌ系合金の圧延板を、１８０〜２６０℃の圧延温度
で、かつ１パスあたりの圧下率を１０〜３０％の範囲内
で複数パスの圧延を行い、総圧下率を４０〜６０％とす
ることで上記圧延板の組織を１０μｍ以下の結晶粒度に
微細化したことを特徴としたＭｇ−Ａｌ系合金圧延板の
熱間仕上圧延方法。