JP2004107743A

JP2004107743A - マグネシウム合金板とその製造方法

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Publication number: JP2004107743A
Application number: JP2002273494A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Yonemitsu; 米満　善久; Masayuki Shibuya; 渋谷　将行; Koichi Yamazaki; 山崎　幸一
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2022-09-19
Also published as: JP3821074B2

Abstract

【課題】温間成形性、有色塗装隠蔽性の優れたマグネシウム合金板とその製造方法を提供する。
【解決手段】アルミニウム：２．５〜３．５　％、亜鉛：０．６〜１．４　％、マンガン：　０．２　〜１．０　を含み、平均結晶粒径が１０μｍ　以下であり、結晶粒径の８０％以上が平均結晶粒径±（平均結晶粒径×０．５）の範囲にあり、好ましくは、表面最大粗さＲｍａｘが１０μｍ　以下とする。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネシウム合金板とその製造方法に関する。詳述すれば、本発明は、温間成形性、および有色塗装隠蔽性に優れたマグネシウム合金板とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
実用マグネシウム合金は、Ｌｉを多量に含む特殊なものを除いて、比重は１．７６〜１．８３の間にあり、実用金属中最も小さく、比強度、比剛性が高いため、軽量化の手段として最適な金属材料である。
【０００３】
特に、自動車の低燃費化、電気、電子機器の携帯性の観点から小型化、低消費電力化を進めるための剛性設計部品として有利である。
しかしながら、これまでダイキヤスト製品が僅かに用いられるのみであった。その原因の一つとして、マグネシウム合金以外の実用金属材料に較べて、マグネシウム合金は塑性加工性が著しく劣ることが挙げられる。
【０００４】
ほとんどのマグネシウム合金の結晶構造は稠密六方格子であり、アルミニウム合金や銅合金の立方格子とは異なる。稠密六方格子では底面、柱面、錐面の３つのすべり面があるが、常温では底面すべりしか起こらないため、塑性加工性が悪くなる。しかし、再結晶温度以上になるとすべり面が増加し、塑性加工が可能となる。このような理由から、展伸材は再結晶温度以上でプレス加工される。一般的には温間成形法と呼称され、マグネシウム合金材の成形法はこの方法に限られている。
【０００５】
ただ、このような温間成形法においても深絞り加工、曲げ加工等を施した場合、材料に割れの発生する頻度が高く問題となっていた。
そこで、延性の優れたマグネシウム合金板を得るため、特開２００１−２９４９６６号公報には平均結晶粒径を０．１　〜３０μｍ　にすることが開示されている。また、延性、強度、深絞り性の優れたマグネシウム合金板を得るため、特開２００１−２００３４９号公報には結晶粒度を１０μｍ　以下にすることが開示されている。
【０００６】
しかし、上述のような範囲に平均結晶粒径を調整しても発生する割れは減少するが、実用上満足のいくレベルではなかった。
このようなことから、温間成形法に適したマグネシウム合金およびその製造法の確立が強く望まれた。
【０００７】
また、マグネシウム合金を商品化する際は、圧延ないし鋳造により生じた表面傷を表面研磨にて取り除いてから、表面処理を実施するため、前処理の必要のないマグネシウム合金板の供給が強く望まれていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、工業的に大量に扱いやすく安価で成形性に優れたマグネシウム合金板とその製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明者等は鋭意研究を行った結果、次に示すような知見を得ることができた。
【００１０】
１）平均結晶粒径が同等でも温間成形性にバラツキが発生しやすい。
２）その傾向は結晶粒径の中に一部、粗粒が含まれている時、発生しやすい。
３）したがって、結晶粒径が整粒化されている材料は温間成形性に優れる。
【００１１】
４）また、耐食性に著しく劣るマグネシウム合金板の表面処理は必須であり、コストの面から有色塗装が一般的である。
５）ところで、表面に最大粗さＲｍａｘにて１０μｍ　を超える庇が発生しているマグネシウム合金板は有色塗装をしても庇は隠蔽できない。
【００１２】
６）したがって、マグネシウム合金板の表面庇を隠蔽するには、表面最大粗さＲｍａｘは１０μｍ　以下でなければならない。
本発明は上記知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は次の通りである。
【００１３】
（１）　質量％で、アルミニウム：２．５〜３．５　％、亜鉛：０．６〜１．４　％、マンガン：０．２〜１．０　％、および残部実質的にマグネシウムである合金組成を有し、平均結晶粒径が１０μｍ　以下であり、そして結晶粒径の８０％以上が、平均結晶粒径±（平均結晶粒径×０．５）μｍ　の範囲にあることを特徴とするマグネシウム合金板。
【００１４】
（２）　表面最大粗さＲｍａｘが１０μｍ　以下であることを特徴とする上記（１）　に記載のマグネシウム合金板。
（３）　質量％で、アルミニウム：２．５〜３．５　％、亜鉛：０．６〜１．４　％、マンガン：０．２〜１．０　％、および残部実質的にマグネシウムである合金組成を有するマグネシウム合金材を、２５０　〜３５０　℃に加熱して圧延を行う第１圧延工程を１回または２回以上行うこと、および該第１圧延工程で得られた圧延板を２５０　〜３５０　℃に加熱する熱処理を行った後、複数パスの合計圧下率が１２％以上の冷間圧延を行う第２圧延工程を２回以上行うことを特徴とするマグネシウム合金板の製造方法。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明にかかるマグネシウム合金板の製造装置の概略図である。
【００１６】
図１において、アンコイラー１から連続的に巻き戻されたマグネシウム合金薄板コイルＡは、加熱装置３により所定温度に加熱をされた後、圧延機４で圧延され、熱処理装置５により所定温度に加熱することで熱処理を施されてから、コイラー２で巻き取られる。必要により複数回この圧延を繰り返すことで所定厚さの圧延板とする。このときは所定厚さになるまで熱処理装置５は作動させない。
【００１７】
加熱装置３による加熱温度は、好ましくは２５０　〜３００　℃であり、２５０　℃未満のときには十分に圧延が行なわれず、結晶粒径のバラツキを抑えることが十分にできず、一方、３００　℃を超えると変形抵抗が低下し、幅縮みもしくは破断する場合がある。
【００１８】
また、熱処理装置５による加熱温度も、好ましくは２５０　〜３００　℃であり、２５０　℃未満のときには十分な再結晶化が実現できず、一方、３００　℃を超えると結晶粒が全体的に粗大化して最終的に平均結晶粒径を１０μｍ　以下とすることができない場合がある。
【００１９】
加熱装置３および熱処理装置５には、好ましくは、インダクションヒータが用いられる。圧延温度（圧延直前温度）は、圧延機入側、たとえば圧延機入側中心より４００ｍｍ　手前の位置に設けた放射温度計６により測定する。熱処理温度（熱処理直後温度）は、熱処理装置出側、たとえば熱処理装置出側中心より４００ｍｍ　後ろの位置に設けた放射温度計７により測定する。
【００２０】
コイラー２で巻き取られた圧延材は、冷却後、今度は、巻き戻されて再び圧延機４で圧延され、合計圧下率が１２％以上になるまで複数回の圧延を行う。好ましくは、パス当たり４〜６％の圧下率で３〜４パス行う。合計圧下量は割れ発生および圧縮帯発生の観点からは２０％以下が好ましい。もちろん、この場合には、加熱装置３および熱処理装置５は停止する。
【００２１】
冷間圧延に際して、合計圧下率が１２％未満のときには、十分な細粒化が実現できず、２０％を超えると割れと圧縮帯が発生することがある。また、１回の冷間圧延では、結晶粒径の均一化は十分でない。
【００２２】
すなわち、従来は微細粒とすることを特に意図しており、合計圧下量を可及的に大きくすることが求められていたが、本発明にあっては冷間圧延に先立って熱処理を行い比較的圧下量の少ない冷間圧延を複数回行うことで結晶粒のバラツキを可及的少とすることを意図している。
【００２３】
本発明においては、かかる温間圧延および冷間圧延の各圧延工程を、以下、便宜上、それぞれ第１圧延工程および第２圧延工程と云う。
別の態様として、図１の装置では第１圧延工程だけを行い、別途設けた圧延装置によって第２圧延工程を行うようにしてもよい。
【００２４】
第１圧延工程および第２圧延工程の繰り返し数は、２セット　（回）　以上であれば、特に制限はないが、好ましくは、２〜３セット　（回）　である。複数回の温間圧延および冷間圧延をセットで行うことで、平均結晶粒径の微細化と同時にそのバラツキの低減を実現するのである。
【００２５】
かくして、本発明によれば、平均結晶粒径が１０μｍ　以下であり、そして結晶粒径の８０％以上が、平均結晶粒径±（平均結晶粒径×０．５）μｍ　の範囲にあるマグネシウム合金板が得られる。
【００２６】
このようにして得られるマグネシウム合金板には圧延による表面疵、つまり表面粗さが観察されるが、本発明の好適態様ではその表面粗さはＲｍａｘ（最大表面粗さ）　で１０μｍ以下に制限する。有色塗装隠蔽性を確保するためである。そのような表面粗さは圧延ロールの表面粗さおよび圧延条件を変更することで調整できる。
【００２７】
本発明にかかるマグネシウム合金板の合金組成は、いわゆる実用マグネシウム合金であって、特に制限されないが、好適態様にあっては、質量％で、アルミニウム：２．５〜３．５　％、亜鉛：０．６〜１．４　％、マンガン：０．２〜１．０　％、および残部実質的にマグネシウムに限定されるが、かかる合金組成は、すでに規格、例えばＡＳＴＭのＡＺ３１Ｂ　に規定されており、本発明においてもそのような既知のマグネシウム合金をも包含するものである。
【００２８】
ここに、本発明における合金組成の限定理由は、次の通りである。なお、本明細書において合金組成を表す「％」表示は、「質量％」を意味する。
Ａｌ：Ａｌは、耐食性と機械的性質の改善のために配合され、２．５　％未満ではその所期の効果を十分に発揮できず、３．５　％を超えると、母材の加工性が低下する。
【００２９】
Ｚｎ：Ｚｎは、耐食性と機械的性質の改善のために配合され、０．６　％未満ではその所期の効果を十分に発揮できず、１．４　％を超えると、母材の加工性が低下する。好ましくは、０．８　〜１．１　％である。
【００３０】
Ｍｎ：Ｍｎは、耐食性と強度の改善のために配合され、０．２　％未満ではその所期の効果を十分に発揮できず、１．０　％を超えると、ＭｎＡｌ金属間化合物を起点とする割れにより加工性が低下する。好ましくは、０．３　〜０．８　％である。
【００３１】
その他、不可避不純物として、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｎｉ等が含まれることがあるが、それらは合計量として、０．０５０　％以下に制限することが好ましい。
次に、実施例によって本発明の作用効果についてさらに具体的に説明する。
【００３２】
（実施例１）
本例で用いたマグネシウム合金板は、材質がＡＳＴＭで規格されているＡＺ３１Ｂ　の焼鈍材　（Ａｌ：３．０２％、Ｚｎ：０．８８％、Ｍｎ：０．５０％、Ｍｇ：残部）　で寸法は厚さが２ｍｍ、幅が１５０ｍｍ　であった。
【００３３】
このマグネシウム合金板に、図１に示す装置を使って圧延を行った。まず、このマグネシウム合金板をアンコイラー１から連続的に巻き戻し、それぞれを加熱装置３により　２５０から３５０　℃の温度範囲にて加熱して圧延を行い、２５０　℃から３５０　℃の温度範囲にて熱処理を行った。かかる温間圧延を板厚が０．７８〜０．５５ｍｍになるまで繰り返した。
【００３４】
その後、冷間圧延を熱処理なしで複数回繰り返し、２５０　℃から３５０　℃の温度範囲に加熱して熱処理を行った。その時の合計圧下率は５から２０％であった。熱処理なしで複数回繰り返す冷間圧延を２セット（　回）　実施し、板厚を０．５ｍｍ　とした。
【００３５】
表１にこのときに得られたマグネシウム合金板の平均結晶粒径および粒径分布をまとめて示す。なお、圧延速度はいずれも４Ｍ／ｍｉｎ　に設定した。
ここでいう「粒径分布」とは、結晶粒径が（平均結晶粒径±（平均結晶粒径×０．５））の範囲にある比率であり、板厚中央部と板厚表層部の圧延方向と平行方向のミクロ観察を実施し、ミクロ写真からそれぞれＮ数５０にて粒径を測定したものである。
【００３６】
図２は、表１のＮｏ．３　（本発明例）　の試料のミクロ組織写真であり、平均粒径８μｍ　、粒径分布８８％のミクロ組織を示す。
図３は、表１のＮｏ．７　（比較例）　の試料のミクロ組織写真であり、平均粒径９μｍ　、粒径分布７４％のミクロ組織を示す。
【００３７】
このようにして得られたマグネシウム合金板につき、温間成形性について評価した。
温間成形性の評価：
温間成形性は温間プレス加工により評価した。評価方法として、プレス速度３０ｍｍ／ｓ未満では商用生産を考えた場合、プレス速度が遅いため、生産数が少なくなるので×とした。プレス速度３０ｍｍ／ｓ以上では商用生産に耐え得る生産数となるため、○とした。
【００３８】
圧延、焼鈍後のマグネシウム合金板から４０ｍｍ角板を採取し、プレス速度を変化させプレスした。試験条件は、金型設定温度：２５０　℃、ポンチ設定温度：２５０　℃、プレス力：２〜３Ｔｏｎ　、シワ押さえ力：ゼロ、ポンチ肩：Ｒ＝２ｍｍ、プレス深さ：１５ｍｍ、潤滑：二硫化モリブデンとした。プレス加工し、割れの発生しなかった速度を限界プレス速度とし、その結果を併せて表１に示す。
【００３９】
【表１】

【００４０】
このようにして得られた結果から、平均結晶粒径が１０μｍ　以下であり、結晶粒径の８０％以上が（平均結晶粒径±（平均結晶粒径×０．５））μｍ　の範囲にあるマグネシウム合金板は優れた温間成形性を有することが判明した。
【００４１】
（実施例２）
実施例１において得られたマグネシウム合金板のうち、圧延中に表面庇が見受けられた試料を供試材とし、表面庇部の表面最大粗さを測定し、これに有色塗装を行って有色塗装隠蔽性を評価した。
【００４２】
有色塗装隠蔽性の評価：
圧延、焼鈍後のマグネシウム合金板から９０ｍｍ角の試験片を採取し、脱脂、下地処理後、有色塗装を実施した。有色塗装に関して、塗膜厚は下塗りと上塗りを合わせて４０〜５０μｍ　とした。有色塗装隠蔽性の判定は有色塗装後、表面庇および表面模様が観察されないものを○、表面庇および表面模様が観察されるものを×とした。
【００４３】
結果は表２にまとめて示す。
【００４４】
【表２】

【００４５】
このようにして得られた結果から、表面疵が発生しても表面最大粗さが１０μｍ　以下であれば、有色塗装後は良好な外観を呈することが判明した。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、温間成形性、有色塗装隠蔽性に優れたマグネシウム合金板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】マグネシウム合金板の製造装置の概略図である。
【図２】表１のＮｏ．３の試料のミクロ組織写真である。
【図３】表１のＮｏ．７の試料のミクロ組織写真である。
【符号の説明】
１：マグネシウムコイルアンコイラー
２：マグネシウムコイル巻き取りコイラー
３：加熱装置
４：圧延機
５：熱処理装置
６：放射温度計　（圧延機入側）
７：放射温度計　（熱処理装置出側）

Claims

質量％で、アルミニウム：２．５〜３．５　％、亜鉛：０．６〜１．４　％、マンガン：０．２〜１．０　％、および残部実質的にマグネシウムである合金組成を有し、平均結晶粒径が１０μｍ　以下であり、そして結晶粒径の８０％以上が、平均結晶粒径±（平均結晶粒径×０．５）μｍ　の範囲にあることを特徴とするマグネシウム合金板。
表面最大粗さＲｍａｘが１０μｍ　以下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合金板。
質量％で、アルミニウム：２．５〜３．５　％、亜鉛：０．６〜１．４　％、マンガン：０．２〜１．０　％、および残部実質的にマグネシウムである合金組成を有するマグネシウム合金材を、２５０　〜３５０　℃に加熱して圧延を行う第１圧延工程を１回または２回以上行うこと、および該第１圧延工程で得られた圧延板を２５０　〜３５０　℃に加熱する熱処理を行った後、複数パスの合計圧下率が１２％以上の冷間圧延を行う第２圧延工程を２回以上行うことを特徴とするマグネシウム合金板の製造方法。