JP2010007179A - METHOD FOR MANUFACTURING Zn-Sn-Mg-BASED ALLOY - Google Patents

METHOD FOR MANUFACTURING Zn-Sn-Mg-BASED ALLOY Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a Zn-Sn-Mg-based alloy which is hardly disconnected. <P>SOLUTION: The molten metal obtained by melting the raw material containing >1 to <80 mass% Sn, >0.01 and <5 mass% Mg, and the balance Zn is solidified, and the molten metal under solidification is cooled down to ≤50°C at a cooling rate of ≥20°C/sec from the eutectic temperature of the Zn-Sn-Mg-based alloy. For the purpose of cooling, the cooling water is preferably sprayed to the molten metal under solidification. Heat treatment is executed after the cooling, and thereby the elongation can be further improved. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明はZn−Sn−Mg系合金の製造方法に関し、特に溶射用合金線として使用することができるZn−Sn−Mg系合金線の製造に適したZn−Sn−Mg系合金の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a Zn—Sn—Mg alloy, and more particularly, to a method for producing a Zn—Sn—Mg alloy suitable for producing a Zn—Sn—Mg alloy wire that can be used as an alloy wire for thermal spraying. .

鉄管や鉄板などの鉄材の腐食防止を目的として、溶射によって鉄材の表面に皮膜を形成することが行われている。ここで、溶射とは、被覆材料を加熱・溶解して微粒子状にし、微粒子状にした被覆材料を被覆対象物の表面に凝固・堆積させることによって被覆対象物の表面に皮膜を形成する表面処理の一種である。例えば、被覆材料として、亜鉛合金やアルミ合金などの溶射用合金線が使用されている。また、亜鉛合金やアルミ合金などの溶射用合金線を鋳造する方法が色々と提案されている(例えば、特許文献1〜特許文献3)。主に、以下の三つの製造方法が知られている。   In order to prevent corrosion of iron materials such as iron pipes and iron plates, a film is formed on the surface of the iron material by thermal spraying. Here, thermal spraying is a surface treatment in which a coating material is heated and dissolved to form fine particles, and the coating material formed into fine particles is solidified and deposited on the surface of the coating target to form a film on the surface of the coating target. It is a kind of. For example, a thermal spray alloy wire such as a zinc alloy or an aluminum alloy is used as a coating material. Various methods for casting a thermal spray alloy wire such as a zinc alloy or an aluminum alloy have been proposed (for example, Patent Documents 1 to 3). The following three production methods are mainly known.

公知の第一の製造方法は、溶解工程、鋳造工程、押出工程、伸線工程の順に行って所定の線径の合金線を製造する方法である。この製造方法は、詳細には、所定の合金成分で調合した複数の素材を溶解して溶湯を得る溶解工程と、溶湯を鋳型に鋳造してビレットを作る鋳造工程と、ビレットを押出して所定の断面形状の合金線に加工する押出工程と、所定の断面形状の合金線を伸線して所定の線径の合金線に加工する伸線工程とを備える。   The known first manufacturing method is a method of manufacturing an alloy wire having a predetermined wire diameter by performing a melting step, a casting step, an extrusion step, and a wire drawing step in this order. Specifically, the manufacturing method includes a melting step of melting a plurality of materials prepared with predetermined alloy components to obtain a molten metal, a casting step of casting a molten metal in a mold to form a billet, and extruding a billet to obtain a predetermined amount. An extrusion process for processing the alloy wire having a cross-sectional shape; and a wire drawing step for drawing the alloy wire having a predetermined cross-sectional shape to process it into an alloy wire having a predetermined wire diameter.

この第一の製造方法では、必要に応じて、押出工程と伸線工程との間で鍛造工程を行う場合もある。この鍛造工程では、押出工程の後に、所定の断面形状の合金線を鍛造して細径の合金線に加工する。伸線工程では、鍛造工程で得られた細径の合金線を伸線して所定の線径の合金線に加工する。   In the first manufacturing method, a forging process may be performed between the extrusion process and the wire drawing process as necessary. In this forging process, after the extrusion process, an alloy wire having a predetermined cross-sectional shape is forged into a small diameter alloy wire. In the wire drawing step, the alloy wire having a small diameter obtained in the forging step is drawn and processed into an alloy wire having a predetermined wire diameter.

公知の第二の製造方法は、溶解工程、鋳造工程、鍛造工程、伸線工程の順に行って所定の線径の合金線を製造する方法である。つまり、上記の第一の製造方法に比べて、押出工程を省略したものである。   The second known manufacturing method is a method of manufacturing an alloy wire having a predetermined wire diameter by performing a melting step, a casting step, a forging step, and a wire drawing step in this order. That is, the extrusion process is omitted as compared with the first manufacturing method.

公知の第三の製造方法は、溶解工程、連続鋳造工程、伸線工程の順に行って所定の線径の合金線を製造する方法である。この製造方法は、詳細には、所定の合金成分で調合した複数の素材を溶解して溶湯を得る溶解工程と、溶湯を鋳造輪の外周に形成された溝に流し込んで所定の断面形状の合金線を作る連続鋳造工程と、所定の断面形状の合金線を伸線して所定の線径の合金線に加工する伸線工程とを備える。この第三の製造方法においても、同様に、必要に応じて、連続鋳造工程と伸線工程との間に、鍛造工程を行う場合もある。   A known third manufacturing method is a method of manufacturing an alloy wire having a predetermined wire diameter by performing a melting step, a continuous casting step, and a wire drawing step in this order. Specifically, the manufacturing method includes a melting step of melting a plurality of materials prepared with a predetermined alloy component to obtain a molten metal, and an alloy having a predetermined cross-sectional shape by pouring the molten metal into a groove formed on the outer periphery of the casting wheel. A continuous casting process for forming a wire, and a wire drawing process for drawing an alloy wire having a predetermined cross-sectional shape to form an alloy wire having a predetermined wire diameter. Similarly, in this third manufacturing method, a forging process may be performed between the continuous casting process and the wire drawing process as necessary.

特開平11−181562号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-181562 特開2002−12932号公報JP 2002-12932 A 特開2007−21584号公報JP 2007-21484 A

しかしながら、上記のいずれの製造方法においても、加工時に合金線の径を細くするので、合金線の素材に強度や延性がないと、断線する場合がある。このため、合金線の素材によっては、熱処理などを行う場合がある。特に、Zn−Sn−Mg系合金線については、Sn量が少ないと、若干脆くなり、加工性が悪くなる。このため、伸線工程で断線する場合がある。   However, in any of the above manufacturing methods, the diameter of the alloy wire is reduced at the time of processing. Therefore, if the material of the alloy wire does not have strength or ductility, it may be disconnected. For this reason, heat treatment or the like may be performed depending on the material of the alloy wire. In particular, with respect to a Zn—Sn—Mg alloy wire, if the amount of Sn is small, the wire becomes slightly brittle and the workability deteriorates. For this reason, it may break in the wire drawing process.

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、伸線工程において断線し難いZn−Sn−Mg系合金の製造方法を提供することを目的とする。   Then, this invention is made | formed in view of the said problem, and it aims at providing the manufacturing method of a Zn-Sn-Mg type alloy which is hard to be disconnected in a wire-drawing process.

上記目的を達成するために、本発明のZn−Sn−Mg系合金の製造方法は、Snが1質量%を超えかつ80質量%未満であり、Mgが0.01質量%を超えかつ5質量%未満であり、Znが残部である素材を溶解し、溶解して得られた溶湯を凝固させるとともに、凝固中の溶湯をZn−Sn−Mg系合金の共晶温度以上から20℃/秒以上の冷却速度で50℃以下まで冷却することを特徴とする。   In order to achieve the above object, the Zn-Sn-Mg based alloy production method of the present invention has Sn exceeding 1% by mass and less than 80% by mass, Mg exceeding 0.01% by mass and 5% by mass. %, And the molten material obtained by melting the remaining Zn is solidified, and the molten metal being solidified is changed from the eutectic temperature of the Zn-Sn-Mg alloy to 20 ° C / second or more. It cools to 50 degrees C or less with the cooling rate of.

本発明のZn−Sn−Mg系合金の製造方法によれば、凝固中の溶湯に冷却水を噴霧することが好適である。
また本発明のZn−Sn−Mg系合金の製造方法によれば、冷却後に熱処理を施すことが好適である。
According to the method for producing a Zn—Sn—Mg alloy of the present invention, it is preferable to spray cooling water on the molten metal being solidified.
Moreover, according to the manufacturing method of the Zn-Sn-Mg alloy of this invention, it is suitable to heat-process after cooling.

さらに本発明のZn−Sn−Mg系合金の製造方法によれば、100℃以上で熱処理を施すことが好適である。   Furthermore, according to the method for producing a Zn—Sn—Mg alloy of the present invention, it is preferable to perform heat treatment at 100 ° C. or higher.

本発明によれば、凝固中の溶湯をZn−Sn−Mg系合金の共晶温度以上から20℃/秒以上の冷却速度で50℃以下までに急冷するので、亜鉛結晶を微細化することができ、合金の機械的性質を向上させることができる。これによって、合金の延性が向上し、伸線工程において断線し難いZn−Sn−Mg系合金を作ることができる。   According to the present invention, since the molten metal being solidified is rapidly cooled from the eutectic temperature of the Zn—Sn—Mg alloy to 50 ° C. or less at a cooling rate of 20 ° C./second or more, the zinc crystal can be refined. And the mechanical properties of the alloy can be improved. As a result, the ductility of the alloy is improved, and a Zn—Sn—Mg alloy that is difficult to break in the wire drawing process can be made.

また本発明によれば、冷却後に熱処理を施すことによって、合金の延性をさらに向上させることができる。   According to the present invention, the ductility of the alloy can be further improved by performing a heat treatment after cooling.

本発明の合金の製造方法に用いられる製造装置を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing apparatus used for the manufacturing method of the alloy of this invention. 本発明にもとづく曲げ試験の方法を示す図である。It is a figure which shows the method of the bending test based on this invention. 水冷なしの条件で製造された試験片の組織を光学顕微鏡で観察した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having observed the structure | tissue of the test piece manufactured on the conditions without water cooling with the optical microscope. 水冷ありの条件で製造された試験片の組織を光学顕微鏡で観察した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having observed the structure | tissue of the test piece manufactured on the conditions with water cooling with the optical microscope. 熱処理温度およびその時間と試験片の伸びとの測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of heat processing temperature and its time, and the elongation of a test piece. 熱処理なしの条件で製造された試験片の組織を光学顕微鏡で観察した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having observed the structure | tissue of the test piece manufactured on the conditions without heat processing with the optical microscope. 熱処理ありの条件で製造された試験片の組織を光学顕微鏡で観察した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having observed the structure | tissue of the test piece manufactured on the conditions with heat processing with the optical microscope.

本発明の製造方法は、上述のように、Snが1質量%を超えかつ80質量%未満であり、Mgが0.01質量%を超えかつ5質量%未満であり、Znが残部である素材を溶解し、溶解して得られた溶湯を凝固させながら、その凝固中の溶湯を、Zn−Sn−Mg系合金の共晶温度以上から、20℃/秒以上の冷却速度で50℃以下まで冷却する。こうすると、亜鉛結晶を微細化することができて、合金材の機械的性質を向上させることができる。これによって、伸線工程において断線し難いZn−Sn−Mg系合金線を作ることができる。   As described above, the production method of the present invention is a material in which Sn exceeds 1% by mass and less than 80% by mass, Mg exceeds 0.01% by mass and less than 5% by mass, and Zn is the balance. From the eutectic temperature of the Zn-Sn-Mg alloy to 50 ° C. or less at a cooling rate of 20 ° C./second or more while solidifying the melt obtained by melting Cooling. If it carries out like this, a zinc crystal can be refined | miniaturized and the mechanical property of an alloy material can be improved. This makes it possible to make a Zn—Sn—Mg alloy wire that is difficult to break in the wire drawing step.

本発明の製造方法において、素材は、Snが1質量%を超えかつ80質量%未満であり、Mgが0.01質量%を超えかつ5質量%未満であり、残部がZnである。本発明の製造方法により得られる合金は、鉄材の表面に溶射被膜を形成するための合金材料として特に適したものであり、この材料からなる線材を用いた溶射により被膜を形成する場合や、この材料からなる線材とZn線とを用いた溶射により被膜を形成する場合に、好適に使用することができる。こうすることで、Znだけを用いた溶射被膜に比べて防食性能を向上させることができる。その防食性能は、Zn−15Al(Znが85質量%、Alが15質量%)と比べて、同等以上とすることができる。   In the production method of the present invention, the material has Sn exceeding 1% by mass and less than 80% by mass, Mg exceeding 0.01% by mass and less than 5% by mass, and the balance being Zn. The alloy obtained by the production method of the present invention is particularly suitable as an alloy material for forming a thermal spray coating on the surface of an iron material. When a coating is formed by thermal spraying using a wire made of this material, It can be suitably used when a coating is formed by thermal spraying using a wire made of a material and Zn wire. By carrying out like this, anticorrosion performance can be improved compared with the sprayed coating using only Zn. The anticorrosion performance can be equal to or higher than that of Zn-15Al (Zn is 85 mass%, Al is 15 mass%).

この材料からなる合金線材を用いた溶射により被膜を形成する場合や、この材料からなる線材とZn線とを用いた溶射により被膜を形成する場合において、得られる溶射被膜は、Snが1質量%を超えかつ50質量%未満であり、Mgが0.01質量%を超えかつ5質量%未満であり、残部がZnであることが好ましい。詳しく説明すると、この材料からなる線材とZn線とを用いた溶射により被膜を形成する場合には、Snが1質量%を超えかつ80質量%未満であり、Mgが0.01質量%を超えかつ5質量%未満であり、残部がZnである素材からなる線材と、Zn線とを用いた溶射により、Snが1質量%を超えかつ50質量%未満であり、Mgが0.01質量%を超えかつ5質量%未満であり、残部がZnである溶射被膜を形成することになる。   When a coating is formed by thermal spraying using an alloy wire made of this material, or when a coating is formed by thermal spraying using a wire made of this material and Zn wire, the resulting thermal spray coating has an Sn content of 1% by mass. And less than 50% by mass, Mg is more than 0.01% by mass and less than 5% by mass, and the balance is Zn. More specifically, when a coating is formed by thermal spraying using a wire made of this material and Zn wire, Sn exceeds 1% by mass and less than 80% by mass, and Mg exceeds 0.01% by mass. And by thermal spraying using a wire made of a material that is less than 5% by mass and the balance being Zn, and Zn wire, Sn is more than 1% by mass and less than 50% by mass, and Mg is 0.01% by mass And less than 5% by mass, and a sprayed coating with the balance being Zn is formed.

得られた溶射被膜において、Snの含有量が1質量%以下である場合および、またはMgの含有量が0.01質量%以下である場合には、これらを加えることによる実質的な防食性能の向上効果を得ることができない。一方、Snの含有量が50質量%以上である場合および、またはMgの含有量が5質量%以上である場合も、同様に、これらを加えることによる実質的な防食性能の向上効果を得ることができない。   In the obtained sprayed coating, when the Sn content is 1% by mass or less, or when the Mg content is 0.01% by mass or less, the substantial anticorrosion performance by adding these is The improvement effect cannot be obtained. On the other hand, when the Sn content is 50% by mass or more, or when the Mg content is 5% by mass or more, the effect of improving the substantial anticorrosion performance by adding these is obtained. I can't.

本発明の製造方法によって得られる合金を線材とする場合に、同合金におけるSnの含有量が60質量%未満であると、本発明にもとづき冷却や熱処理を施したときの延性向上効果がより顕著になり、Snの含有量が45質量%未満であると、その効果がいっそう顕著になる。   When the alloy obtained by the production method of the present invention is used as a wire, if the Sn content in the alloy is less than 60% by mass, the effect of improving ductility when cooling or heat treatment is performed according to the present invention is more remarkable. When the Sn content is less than 45% by mass, the effect becomes even more remarkable.

鉄材の表面にこのような組成のZn−Sn−Mg系合金溶射被膜を形成した場合は、白錆が発生しにくく、線材を作製しやすく、また衛生面の問題もないという利点がある。
本発明の製造方法の詳細を説明する。図1は、Zn−Sn−Mg系合金を用いた線材の製造方法を実施するための製造装置の構成を示す。この装置では、連続鋳造機101と巻き取り機102とが設けられている。連続鋳造機101は、回転式の鋳造輪111の外周に横断面U字形の溝112が形成されている。鋳造輪111よりも上方には坩堝115が配置されている。坩堝115は、その内部にZn−Sn−Mg系合金の溶湯103を貯留可能であるとともに、その底部に出湯口116が形成されている。坩堝115の近傍にはスプレーノズル113が設けられており、このスプレーノズル113は、冷却水をスプレーするための噴出口114を備えている。
When a Zn—Sn—Mg alloy sprayed coating having such a composition is formed on the surface of an iron material, there is an advantage that white rust is unlikely to occur, the wire is easy to produce, and there are no sanitary problems.
Details of the production method of the present invention will be described. FIG. 1 shows a configuration of a manufacturing apparatus for carrying out a method of manufacturing a wire using a Zn—Sn—Mg alloy. In this apparatus, a continuous casting machine 101 and a winder 102 are provided. In the continuous casting machine 101, a groove 112 having a U-shaped cross section is formed on the outer periphery of a rotary casting wheel 111. A crucible 115 is disposed above the casting wheel 111. The crucible 115 can store the molten metal 103 of Zn—Sn—Mg-based alloy in the crucible 115 and has a hot water outlet 116 formed at the bottom thereof. A spray nozzle 113 is provided in the vicinity of the crucible 115, and the spray nozzle 113 is provided with an outlet 114 for spraying cooling water.

製造に際しては、鋳造輪111をゆっくりと回転させながら、坩堝115から、溝112における鋳造輪111の頂部に位置した部分に溶湯103を供給する。すると、溶湯103は、鋳造輪111に熱を奪われることにより凝固を開始する。そして、その直後に、スプレーノズル113から、溝12の内部の凝固中の溶湯104に向けて冷却水を噴霧する。   In manufacturing, the molten metal 103 is supplied from the crucible 115 to the portion of the groove 112 positioned at the top of the casting wheel 111 while slowly rotating the casting wheel 111. Then, the molten metal 103 starts to solidify when heat is taken away by the casting wheel 111. Immediately thereafter, cooling water is sprayed from the spray nozzle 113 toward the molten metal 104 in the groove 12 that is solidifying.

これにより、凝固中の溶湯104が急冷されて、合金線105が製造される。この合金線105は、凝固中の溶湯104の急冷により形成されるものであるため、結晶が微細になり、このため、その延性を向上させることができる。得られた合金線105は、巻き取り機102によって巻き取られる。   Thereby, the molten metal 104 being solidified is rapidly cooled, and the alloy wire 105 is manufactured. Since this alloy wire 105 is formed by rapid cooling of the molten metal 104 during solidification, the crystal becomes fine, and therefore the ductility can be improved. The obtained alloy wire 105 is wound up by the winder 102.

スプレーノズル113から凝固中の溶湯104に向けて冷却水をスプレーすることによる急冷は、できる限り、溝102に溶湯103を流し込んだ直後に行うことが好ましい。結晶の微細化による延性の向上を達成するためには、Zn−Sn−Mg系合金の共晶温度である198℃以上から20℃/秒以上の冷却速度で50℃以下まで冷却するという冷却条件を採用することが必要である。   The rapid cooling by spraying the cooling water from the spray nozzle 113 toward the molten metal 104 being solidified is preferably performed immediately after the molten metal 103 is poured into the groove 102 as much as possible. In order to achieve the improvement of ductility by refining the crystal, the cooling condition is that the eutectic temperature of the Zn-Sn-Mg alloy is 198 ° C or higher to 50 ° C or lower at a cooling rate of 20 ° C / second or higher. It is necessary to adopt.

冷却方法は、上記した冷却条件を採用できるのであれば、上述の水冷以外に、冷気による空冷でも構わないし、他の流動体を使用した冷却でもよい。   As long as the above cooling conditions can be adopted, the cooling method may be air cooling with cold air, or cooling using other fluid, in addition to the above-described water cooling.

巻き取り機102によって巻き取られた合金線105は、その後に伸線工程に供される。   The alloy wire 105 wound up by the winder 102 is then subjected to a wire drawing process.

本発明によれば、冷却された合金を熱処理することが好適である。熱処理によって、その延性をさらに向上させることができる。たとえば、上記のように急冷された合金線を、いったん巻き取った後の伸線工程の前に、あるいは巻き取る前に、熱処理することが好適である。   According to the present invention, it is preferred to heat treat the cooled alloy. The ductility can be further improved by heat treatment. For example, it is preferable to heat-treat the alloy wire that has been rapidly cooled as described above before the wire drawing step after winding or before winding.

熱処理条件としては、100〜200℃の温度条件が好ましい。特に130〜170℃が効果的である。たとえば100℃で60分以上の熱処理を施すことで、延性を向上させることができる。あるいは130℃以上では30分以上の熱処理を施すことで、同様に延性を向上させることができる。   As the heat treatment condition, a temperature condition of 100 to 200 ° C. is preferable. In particular, 130 to 170 ° C. is effective. For example, ductility can be improved by performing heat treatment at 100 ° C. for 60 minutes or more. Alternatively, the ductility can be similarly improved by performing a heat treatment for 30 minutes or more at 130 ° C. or higher.

[実施例1]
図1に示される装置を用いて、後述の条件によって、結晶が微細になりかつ延性が向上した、直径10mmの合金線105を得た。そして、この合金線105を図外の伸線機によって、直径1.6mmの合金線に加工した。
[Example 1]
Using the apparatus shown in FIG. 1, an alloy wire 105 having a diameter of 10 mm in which the crystal became fine and the ductility was improved under the conditions described later was obtained. The alloy wire 105 was processed into an alloy wire having a diameter of 1.6 mm by a wire drawing machine (not shown).

詳細には、前述の製造方法において、冷却水を噴霧する時期を変えて急冷した。より詳細には、表1に示すように、冷却水を噴霧するタイミング(以下、「水冷タイミング」と呼称する)を変えて、試験片1〜試験片4を製造した。   Specifically, in the above-described production method, the cooling water was sprayed at different times. More specifically, as shown in Table 1, Test Specimen 1 to Specimen 4 were manufactured by changing the timing of spraying the cooling water (hereinafter referred to as “water cooling timing”).

すなわち、Zn、Sn、Mgを450℃で溶解し、溶解したこれらの素材を、Snが30質量%、Mgが0.3質量%、Znが残部となるように調合して、溶湯を得た。図1に示される坩堝115の出湯口116から出湯した溶湯103が溝102に到達したタイミング(以下、「到達タイミング」と呼称する)を基準にして水冷タイミングを変化させた。詳細には、所要の水冷タイミングとなるように、図1に示されるスプレーノズル113の位置を、鋳造輪111の回転方向に沿って調節した。   That is, Zn, Sn, and Mg were melted at 450 ° C., and these melted materials were prepared so that Sn was 30% by mass, Mg was 0.3% by mass, and Zn was the balance to obtain a molten metal. . The water cooling timing was changed based on the timing at which the molten metal 103 discharged from the outlet 116 of the crucible 115 shown in FIG. 1 reached the groove 102 (hereinafter referred to as “arrival timing”). Specifically, the position of the spray nozzle 113 shown in FIG. 1 was adjusted along the direction of rotation of the casting wheel 111 so that the required water cooling timing was reached.

得られた試験片1〜試験片4について、引張試験を行い、引張強さと伸びとを測定した。また、曲げ試験を行い、荷重と破断角度とを測定した。また、ビッカース硬さHvを測定した。6回測定した結果の平均値を、測定結果とした。   About the obtained test piece 1-test piece 4, the tensile test was done and the tensile strength and elongation were measured. Further, a bending test was performed to measure the load and the break angle. Further, the Vickers hardness Hv was measured. The average value of the results of six measurements was taken as the measurement result.

曲げ試験は、JIS Z2248「金属材料曲げ試験方法」に準じて行った。詳細には、図2に示すように、軸方向を水平方向にした直径1.6mmの試験片150を、水平方向に間隔をおいて配置された一対の直径10mmの支え161、162の上にわたして配置した。先端部の断面形状が半径5mmの半円状である押金具163によって、支え161と支え162との間で、試験片150に対して、その垂直方向に荷重170を掛けた。   The bending test was performed according to JIS Z2248 “Metal material bending test method”. Specifically, as shown in FIG. 2, a test piece 150 having a diameter of 1.6 mm and having a horizontal axis is placed on a pair of supports 161 and 162 having a diameter of 10 mm and spaced apart in the horizontal direction. I placed it. A load 170 was applied to the test piece 150 in the vertical direction between the support 161 and the support 162 by a pressing member 163 having a semicircular shape with a radius of 5 mm at the tip end.

それによって図2に示すように試験片150がV字形に変形した。変形により試験片150が破断したときの、この試験片150における一方の支え161に接した部分151の延長線と他方の支え162に接した部分152の延長線との交差により生じる曲げ角度θを測定した。なお、曲げ角度θは、荷重170が加えられているときの角度であって、荷重が取り去られた後の角度ではない。このときに、試験片150の湾曲部分153のカーブの外側部分における裂け、傷、その他の欠点の有無を調査した。   As a result, the test piece 150 was deformed into a V shape as shown in FIG. When the test piece 150 breaks due to deformation, the bending angle θ generated by the intersection of the extension line of the portion 151 in contact with one support 161 and the extension line of the portion 152 in contact with the other support 162 in the test piece 150 is It was measured. The bending angle θ is an angle when the load 170 is applied, and is not an angle after the load is removed. At this time, the presence or absence of tears, scratches and other defects in the outer portion of the curved portion 153 of the test piece 150 was investigated.

(試験片1)
水冷なしの条件で製造された合金線を試験片1とした。この試験片1は、引張強さが125N/mm、伸びが1%、曲げ試験を行ったときの荷重が20Nで、曲げ角度θが40度となったときに破断した。ビッカース硬さHvは26であった。
(Test piece 1)
An alloy wire manufactured under conditions without water cooling was designated as test piece 1. The test piece 1 was broken when the tensile strength was 125 N / mm 2 , the elongation was 1%, the load when the bending test was performed was 20 N, and the bending angle θ was 40 degrees. The Vickers hardness Hv was 26.

試験片1についての評価結果を表1に示す。   The evaluation results for the test piece 1 are shown in Table 1.

(試験片2)
水冷ありの条件で製造された合金線を試験片2とした。水冷タイミングは、図1に示される溶湯103が溝102に到達した到達タイミングから30秒後とした。冷却に際しては、常温の冷却水を連続的に5〜10秒間噴霧した。水冷前の溶湯104の温度は200〜250℃であり、水冷後の線材105の温度は20〜40℃であった。この試験片2は、引張強さが154N/mm、伸びが10%、曲げ試験を行っときの荷重が25Nで、曲げ角度θが150度となったときに破断した。ビッカース硬さHvは35であった。
試験片2についての評価結果を表1に示す。
(Test piece 2)
An alloy wire manufactured under conditions with water cooling was designated as test piece 2. The water cooling timing was 30 seconds after the arrival timing at which the molten metal 103 shown in FIG. In cooling, normal temperature cooling water was continuously sprayed for 5 to 10 seconds. The temperature of the molten metal 104 before water cooling was 200 to 250 ° C., and the temperature of the wire 105 after water cooling was 20 to 40 ° C. The test piece 2 was fractured when the tensile strength was 154 N / mm 2 , the elongation was 10%, the load during the bending test was 25 N, and the bending angle θ was 150 degrees. The Vickers hardness Hv was 35.
The evaluation results for the test piece 2 are shown in Table 1.

(試験片3)
水冷ありの条件で製造された合金線を試験片3とした。水冷タイミングは、上述の到達タイミングから15秒後とした。冷却に際しては、常温の冷却水を連続的に5〜10秒間噴霧した。水冷前の溶湯104の温度は250〜300℃であり、水冷後の線材105の温度は30〜50℃であった。この試験片3は、引張強さが150N/mmで、伸びが14%であった。曲げ試験を行った結果、荷重が25Nで曲げ角度が180度でも破断しなかった。ビッカース硬さHvは35であった。
試験片3についての評価結果を表1に示す。
(Test piece 3)
An alloy wire manufactured under conditions with water cooling was designated as test piece 3. The water cooling timing was 15 seconds after the above arrival timing. In cooling, normal temperature cooling water was continuously sprayed for 5 to 10 seconds. The temperature of the molten metal 104 before water cooling was 250 to 300 ° C., and the temperature of the wire 105 after water cooling was 30 to 50 ° C. This test piece 3 had a tensile strength of 150 N / mm 2 and an elongation of 14%. As a result of the bending test, even when the load was 25 N and the bending angle was 180 degrees, it did not break. The Vickers hardness Hv was 35.
The evaluation results for the test piece 3 are shown in Table 1.

(試験片4)
水冷ありの条件で製造された合金線を試験片4とした。水冷タイミングは、到達タイミングから5秒後とした。冷却に際しては、常温の冷却水を連続的に5〜10秒間噴霧した。水冷前の溶湯104の温度は300〜350℃であり、水冷後の線材105の温度は30〜50℃であった。この試験片4は、引張強さが155N/mmで、伸びが16%であった。曲げ試験を行った結果、荷重が25Nで曲げ角度が180度でも破断しなかった。ビッカース硬さHvは35であった。
試験片4についての評価結果を表1に示す。
(Test piece 4)
An alloy wire manufactured under conditions with water cooling was used as a test piece 4. The water cooling timing was 5 seconds after the arrival timing. In cooling, normal temperature cooling water was continuously sprayed for 5 to 10 seconds. The temperature of the molten metal 104 before water cooling was 300 to 350 ° C., and the temperature of the wire 105 after water cooling was 30 to 50 ° C. This test piece 4 had a tensile strength of 155 N / mm 2 and an elongation of 16%. As a result of the bending test, even when the load was 25 N and the bending angle was 180 degrees, it did not break. The Vickers hardness Hv was 35.
The evaluation results for the test piece 4 are shown in Table 1.

これらの測定とは別に組織観察も行った。図3は、水冷なしの条件で製造された試験片1の組織を光学顕微鏡で観察した結果を示す。図示のように、亜鉛結晶が樹枝状に析出して生じた樹枝状組織が見られた。図3において、黒い部分が亜鉛結晶であり、白い部分が共晶である。   In addition to these measurements, tissue observation was also performed. FIG. 3 shows the result of observing the structure of the test piece 1 manufactured under conditions without water cooling with an optical microscope. As shown in the figure, a dendritic structure formed by precipitation of zinc crystals in a dendritic shape was observed. In FIG. 3, a black part is a zinc crystal and a white part is a eutectic.

図4は、水冷ありの条件で製造された試験片4の組織を光学顕微鏡で観察した結果を示す。図示のように、亜鉛結晶が針状に析出して生じた針状組織が見られた。さらに、水冷なしの条件で製造された図3の合金線に比べて亜鉛結晶が微細であった。   FIG. 4 shows the result of observing the structure of the test piece 4 manufactured under conditions with water cooling with an optical microscope. As shown in the figure, an acicular structure formed by precipitation of zinc crystals in an acicular shape was observed. Furthermore, the zinc crystal was finer than the alloy wire of FIG. 3 manufactured under conditions without water cooling.

このように、冷却水を噴霧して急冷した場合は、合金線の機械的性質が向上した。さらに、冷却水を噴霧するタイミングが早い程、良好な結果が得られた。詳細には、引張試験の測定結果から明らかなように、水冷ありの条件で製造された試験片2〜試験片4は、水冷なしの条件で製造された試験片1に比べて、引張強さは2割程度向上し、伸びは大幅に向上した。また、曲げ試験の測定結果から、破断し難いことが示された。ビッカース硬さは高い値を示した。   Thus, when the cooling water was sprayed and rapidly cooled, the mechanical properties of the alloy wire were improved. Furthermore, the earlier the timing of spraying the cooling water, the better results were obtained. Specifically, as is apparent from the measurement results of the tensile test, the test pieces 2 to 4 manufactured under the condition with water cooling have a higher tensile strength than the test piece 1 manufactured under the condition without water cooling. Improved by about 20%, and the growth improved significantly. Moreover, it was shown that it was hard to fracture | rupture from the measurement result of the bending test. The Vickers hardness was high.

同じ水冷ありの条件で製造された合金線であっても、試験片2よりは、それに比べて冷却水を噴射するタイミングが早かった試験片3の方が、破断し難かった。試験片3よりは、それに比べて冷却水を噴射するタイミングが早かった試験片4の方が、伸びが大きかった。   Even in the case of an alloy wire manufactured under the same water cooling conditions, the test piece 3 in which the timing of injecting the cooling water was earlier than the test piece 2 was less likely to break. Compared to the test piece 3, the test piece 4 whose timing of injecting the cooling water was earlier than that of the test piece 3 was larger in elongation.

このため、上述のように直径10mmの合金線を伸線機によって直径1.6mmの合金線に加工するときに、水冷なしの条件で製造された試験片1を得る場合には断線の発生が見られたが、水冷ありの条件で製造された試験片2〜4を得る場合には断線は起こらなかった。   For this reason, when an alloy wire having a diameter of 10 mm is processed into an alloy wire having a diameter of 1.6 mm by a wire drawing machine as described above, breakage may occur when the test piece 1 manufactured under conditions without water cooling is obtained. Although it was seen, no disconnection occurred when obtaining test pieces 2 to 4 manufactured under conditions with water cooling.

以上、水冷ありの条件で製造することによって、亜鉛結晶を微細化することができ、合金線の機械的性質を向上させることができた。さらに、冷却水を噴霧するタイミングを早くすることで、亜鉛結晶の微細化を促進して、特に延性を向上させることができた。   As described above, by producing under conditions with water cooling, the zinc crystal can be refined and the mechanical properties of the alloy wire can be improved. Furthermore, by increasing the timing of spraying the cooling water, it was possible to promote the refinement of zinc crystals and improve ductility in particular.

[実施例2]
熱処理を施した。
すなわち、実施例1と同様にして、Snが30質量%、Mgが0.3質量%、Znが残部である素材を溶解し、350℃の溶湯を15秒間水冷することで50℃まで冷却して、直径10mmの合金線を得た。これを300mmの長さにカットしたうえで機械加工を施すことにより、JIS Z2201(金属材料引張試験片)に規定される4号試験片を得た。詳細には、平行部の径が6mm、平行部の長さが30mm、標点距離が20mmの複数の引張試験片を得た。
[Example 2]
Heat treatment was applied.
That is, in the same manner as in Example 1, a material having Sn of 30% by mass, Mg of 0.3% by mass, and the balance of Zn was melted, and the molten metal at 350 ° C. was cooled to 50 ° C. by water cooling for 15 seconds. Thus, an alloy wire having a diameter of 10 mm was obtained. This was cut into a length of 300 mm and then machined to obtain a No. 4 test piece defined in JIS Z2201 (metallic material tensile test piece). Specifically, a plurality of tensile test pieces having a parallel part diameter of 6 mm, a parallel part length of 30 mm, and a gauge distance of 20 mm were obtained.

各引張試験片について、70℃、100℃、130℃、150℃、170℃の熱処理を施した。そして、熱処理なしのものと、上記の熱処理を施したものとについて引張試験を行い、伸びを測定した。その結果を図5に示す。図示のように、熱処理なしの場合の伸びが8.0%であったのに対し、熱処理を施すことにより伸びすなわち延性の向上が見られた。   About each tensile test piece, the heat processing of 70 degreeC, 100 degreeC, 130 degreeC, 150 degreeC, and 170 degreeC was performed. And the tensile test was done about the thing without heat processing, and what performed said heat processing, and measured elongation. The result is shown in FIG. As shown in the figure, the elongation without heat treatment was 8.0%, but the elongation, that is, the improvement in ductility was observed by the heat treatment.

詳細には、熱処理温度が70℃では、実質的な伸びの向上は認められなかった。100℃では、60分以上加熱した場合に伸びの向上率が20%以上となり実質的な伸びの向上が認められた。130℃〜170℃では、30分以上加熱した場合に伸びの向上率が20%以上となり実質的な伸びの向上が認められた。なお、図5には示していないが、180℃〜200℃で加熱した場合は、合金中のSnが若干溶け出したために、試験片が軟化しやすい傾向が生じた。   Specifically, when the heat treatment temperature is 70 ° C., no substantial increase in elongation was observed. At 100 ° C., the elongation improvement rate was 20% or more when heated for 60 minutes or more, and a substantial improvement in elongation was recognized. At 130 ° C. to 170 ° C., the elongation improvement rate was 20% or more when heated for 30 minutes or more, and a substantial improvement in elongation was recognized. Although not shown in FIG. 5, when heated at 180 ° C. to 200 ° C., Sn in the alloy slightly melted, so that the test piece tended to soften easily.

これらの測定とは別に組織観察も行った。図6は、水冷を行っただけで熱処理は施さなかった試験片の組織で、図4と同じものであるが拡大倍率を低くしたものを示す。図4の場合と同様に、黒い部分が亜鉛結晶であり、白い部分が共晶であるが、亜鉛結晶が針状に析出して生じた針状組織が見られた。   In addition to these measurements, tissue observation was also performed. FIG. 6 shows the structure of a test piece that was only water-cooled but not heat-treated, and shows the same structure as FIG. 4 but with a lower magnification. As in the case of FIG. 4, the black portion is a zinc crystal and the white portion is a eutectic, but an acicular structure formed by precipitation of the zinc crystal in an acicular shape was observed.

図7は、水冷後に150℃で2時間の熱処理を施した試験片の組織で、熱処理を施さなかったものに比べて結晶が大きくなり、これによって伸びが向上していることが確認された。   FIG. 7 shows the structure of the test piece that was heat-treated at 150 ° C. for 2 hours after water cooling, and the crystals were larger than those that were not heat-treated, thereby confirming that the elongation was improved.

図7に示した組織の試験片と同様に、水冷後に150℃で2時間の熱処理を施したうえで得られた線材を用いて伸線加工を行った。そうしたところ、断線は発生せず、良好に加工を行うことができた。   Similarly to the specimen having the structure shown in FIG. 7, wire drawing was performed using the wire obtained after water cooling and heat treatment at 150 ° C. for 2 hours. As a result, disconnection did not occur and processing could be performed satisfactorily.

101 連増鋳造機
103 溶湯
104 線状の鋳造体に凝固中の溶湯
105 合金線
113 スプレーノズル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Continuous casting machine 103 Molten metal 104 Molten metal being solidified to a linear cast body 105 Alloy wire 113 Spray nozzle

Claims (4)

Snが1質量%を超えかつ80質量%未満であり、Mgが0.01質量%を超えかつ5質量%未満であり、Znが残部である素材を溶解し、溶解して得られた溶湯を凝固させるとともに、凝固中の溶湯をZn−Sn−Mg系合金の共晶温度以上から20℃/秒以上の冷却速度で50℃以下まで冷却することを特徴とするZn−Sn−Mg系合金の製造方法。   A molten metal obtained by dissolving and melting a material in which Sn exceeds 1% by mass and less than 80% by mass, Mg exceeds 0.01% by mass and is less than 5% by mass, and Zn is the balance. The Zn-Sn-Mg alloy is characterized in that it is solidified and the molten metal being solidified is cooled from the eutectic temperature of the Zn-Sn-Mg alloy to 50 ° C or less at a cooling rate of 20 ° C / second or more. Production method. 凝固中の溶湯に冷却水を噴霧することを特徴とする請求項1記載のZn−Sn−Mg系合金の製造方法。   The method for producing a Zn-Sn-Mg alloy according to claim 1, wherein cooling water is sprayed on the molten metal being solidified. 冷却後に熱処理を施すことを特徴とする請求項1または2記載のZn−Sn−Mg系合金の製造方法。   The method for producing a Zn-Sn-Mg alloy according to claim 1 or 2, wherein heat treatment is performed after cooling. 100℃以上で熱処理を施すことを特徴とする請求項3記載のZn−Sn−Mg系合金の製造方法。   The method for producing a Zn-Sn-Mg alloy according to claim 3, wherein the heat treatment is performed at 100 ° C or higher.
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