JP4780601B2

JP4780601B2 - プレス成形性に優れたマグネシウム合金板およびその製造方法

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Publication number: JP4780601B2
Application number: JP2004334188A
Authority: JP
Inventors: 祐典中浦; 紘一大堀; 武坂上; 晶渡部
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Priority date: 2004-11-18
Filing date: 2004-11-18
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2024-11-18
Also published as: JP2006144059A

Description

本発明は、プレス成形性に優れたマグネシウム合金板およびその製造方法に関するものである。

マグネシウム合金の結晶構造は稠密六方晶であることから、そうしたマグネシウム合金は、常温で塑性変形しにくく冷間加工性が悪い材料として知られている。そのため、従来は、マグネシウム合金が塑性変形しやすい熱間または温間で圧延し、所定の厚さのマグネシウム合金板を製造している。こうした方法は、特許文献１にも開示されており、マグネシウム合金からなる厚いスラブを熱間圧延や温間圧延することにより加熱と圧延を繰り返し、所望の厚さのマグネシウム合金板を製造している。
特開平６−２９３９４４号公報

しかしながら、従来の製造方法においては、加熱と圧延が繰り返されることから、得られるマグネシウム合金板の結晶粒組織も粗大となる。このような結晶粒組織は、そのマグネシウム合金板を加温した状態でプレス成形する際のプレス成形性を低下させる。特に、プレス速度を高速にした場合においては、絞り加工時にコーナー部分がくびれたり割れが発生したりして、所望の形状を確保できないことがあった。
また、上述した従来の方法では、所定の厚さのマグネシウム合金板を製造するための加熱と圧延が繰り返されることから、非常に多くの時間と労力を必要とし、生産性向上の障害にもなっていた。こうしたことは、マグネシウム合金板の製造コストにも反映し、マグネシウム合金板から成形されたプレス成形品の価格にも大きく影響していた。

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、プレス成形性に優れたマグネシウム合金板を極めて効率よく製造することができる方法を提供するとともに、コストパフォーマンスに優れ且つ複雑な形状にプレス成形可能なマグネシウム合金板を提供するものである。

請求項１記載のプレス成形性に優れたマグネシウム合金板の製造方法の発明は、質量％で、Ａｌ：１〜６．５％、Ｚｎ：０．２〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜０．５％を含有し、残部がＭｇおよび不可避不純物からなる組成を有するマグネシウム合金溶湯を板厚３〜１０ｍｍの帯状板に連続鋳造圧延した後、均質化熱処理を施し、その後、温間圧延または熱間および温間圧延をし、さらに冷間圧延をし、その後、１０℃／秒以上の加熱速度で昇温させて２５０〜４５０℃で３０秒以下保持する急速短時間加熱焼鈍を行うことを特徴とする。

請求項２記載のプレス成形性に優れたマグネシウム合金板の製造方法の発明は、請求項１記載の発明において、前記温間圧延または熱間および温間圧延工程途中に中間焼鈍工程を有することを特徴とする。

請求項３記載のプレス成形性に優れたマグネシウム合金板の製造方法の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記急速短時間加熱焼鈍で得られるマグネシウム合金板は、結晶粒径が５μｍ以下であることを特徴とする。

本発明のプレス成形性に優れたマグネシウム合金板の製造方法の発明によれば、質量％で、Ａｌ：１〜６．５％、Ｚｎ：０．２〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜０．５％を含有し、残部がＭｇおよび不可避不純物からなる組成を有するマグネシウム合金溶湯を板厚３〜１０ｍｍの帯状板に連続鋳造圧延した後、均質化熱処理を施し、その後、温間圧延または熱間および温間圧延をし、さらに冷間圧延をし、その後、１０℃／秒以上の加熱速度で昇温させて２５０〜４５０℃で３０秒以下保持する急速短時間加熱焼鈍を行うので、従来の厚いスラブから加熱と熱間圧延や温間圧延を繰り返す方法に比べて加熱と熱間圧延の回数が少なくマグネシウム合金板を製造でき、微細な結晶粒からなるマグネシウム合金板を極めて効率的に製造することができる。そうして得られたマグネシウム合金板は、プレス成形性に優れ、複雑な形状の成形品を容易に成形することができる。

以下に、本発明のプレス成形性に優れたマグネシウム合金板（以下「マグネシウム合金板」という。）の製造方法の一実施形態について説明する。

本発明のマグネシウム合金板は、質量％で、Ａｌ：１〜６．５％、Ｚｎ：０．２〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜０．５％を含有し、残部がＭｇおよび不可避不純物からなる組成を有し、その結晶粒径が５μｍ以下であることを特徴とするものである。その成分および結晶粒径の限定理由を以下に説明する。

Ａｌ：１〜６．５％
Ａｌは、１〜６．５％の範囲内で添加されていることが望ましく、２〜４％の範囲内で添加されていることがより好ましい。Ａｌは、鋳造性、強度等の機械的性質および耐食性の向上を目的として積極的に添加されるものであるが、Ａｌの添加量が６．５％を超えると、圧延工程における加工性が低下する。また、Ａｌの添加量が１％未満では、十分な鋳造性、強度および耐食性が得られない。

Ｚｎ：０．２〜２．０％
Ｚｎは、０．２〜２．０％の範囲内で添加されていることが好ましい。Ｚｎは、Ａｌと同様に、鋳造性と強度等の機械的性質の向上に寄与するものであるが、Ｚｎの添加量が２．０％を超えると、鋳造性が低下する。また、Ｚｎの添加量が０．２％未満では、強度が低下することがあり、その結果としてプレス成形性が低下することがある。

Ｍｎ：０．１〜０．５％
Ｍｎは、０．１〜０．５％の範囲内で添加されていることが好ましい。Ｍｎは、耐食性を低下させる元素の影響を緩和する効果を有するものである。すなわち、Ｍｎを添加することによって、耐食性を低下させる不純物元素であるＦｅの影響を緩和することができ、上記の範囲内で添加することによって、その効果を最も発揮することができ、０．５％を超えると連続鋳造圧延時に粗大な金属間化合物が生成し、圧延性が悪化する。

結晶粒径：５μｍ以下
マグネシウム合金の機械的性質は結晶粒径に強く依存し、結晶粒径が小さいほど強度も伸びも高くなる。結晶粒径が５μｍ超では十分なプレス成形性が得られない。

次に、本発明のマグネシウム合金板の製造方法は、図１に示すように、マグネシウム合金溶湯を双ロール法などにより、板厚３〜１０ｍｍの帯状板に連続鋳造圧延し、次いで均質化熱処理を施し、その後、温間圧延または熱間および温間圧延と、冷間圧延により所定の厚さとした後、急速短時間加熱焼鈍を行うことに特徴を有するものである。

連続鋳造圧延工程は、後述するマグネシウム合金の溶湯を、例えば水冷された一対のロールの間に供給し、連続的に薄い帯状板に鋳造圧延する工程である。本発明においては、連続鋳造圧延工程によって、極めて効率的なマグネシウム合金板の製造を可能にしたものである。本発明としては双ロールによる連続鋳造圧延方法が好適なものとして挙げられるが、特定の方法に限定されるものではない。また、双ロール法においては、例えば溶解炉で得られるマグネシウム合金溶湯をタンディッシュに供給し、該タンディッシュから供給されるマグネシウム合金溶湯を双ロールで圧延する。

均質化熱処理工程は急冷凝固された連続鋳造圧延板におけるＡｌ、Ｚｎ溶質元素のデンドライト・セル境界および板厚中心部での高密度の偏析を解消する熱処理である。熱処理条件としては３７０〜４７０℃の温度範囲で１時間以上行うのが好ましい。この熱処理により上記偏析が解消され、その後の圧延性とプレス成形性に優れたマグネシウム合金板を得ることができる。

熱間／温間圧延工程は、所定の厚さの連続鋳造圧延板を所定の厚さのマグネシウム合金板に加工するための工程である。ここで、３００℃以上での圧延を熱間圧延、３００℃未満での圧延を温間圧延とする。最終温間圧延工程での圧下率としては、５０％以上の圧下率を特に好ましく適用できる。この圧下率は、一回（一パス）の圧延であっても複数回の圧延であってもよく特に限定されない。

中間焼鈍工程は、熱間圧延工程と温間圧延工程の間に、あるいは温間圧延工程の途中に設けることができる。温間圧延工程では、温間圧延での圧下率が８０％を超える場合に設けるのが好ましい。一の温間圧延工程での圧下率が８０％以下であっても、二以上の温間圧延工程でのトータルの圧下率が８０％を超える場合には、中間焼鈍工程を設け、その後に最終温間圧延工程を設けることが好ましい。
なお、中間焼鈍の条件としては、３００〜３５０℃の温度範囲で１〜８時間または３５０〜４５０℃の温度範囲で１分以下を例示することができる。中間焼鈍は、バッチ炉、連続炉のいずれであってもよい。

冷間圧延工程は蓄積ひずみエネルギーを高めることにより再結晶の駆動力を増すと同時に、板厚精度を上げるための工程であり、合金組成により５〜１０％の圧下率が望ましい。

上記工程を経たマグネシウム合金板には、常法と異なる特殊な熱処理を施す。急速短時間加熱焼鈍における昇温速度は１０℃／秒以上とするのが望ましい。これはこの範囲で急速加熱することにより結晶粒細微化の効果があり、一方、１０℃／秒未満では結晶粒が粗大となり、成形性が低下するためである。また、加熱温度は２５０〜４５０℃とするのが望ましい。これは２５０℃未満では全面再結晶が起こらず、一方、４５０℃超では結晶粒が粗大化し、成形性が低下するためである。さらに、上記温度に到達した後は、３０秒以内に冷却するのが望ましい。これは３０秒を超えて上記温度域に到達すると、結晶粒が粗大となり、成形性が低下するためである。なお、上記冷却過程では急冷（例えば強制空冷以上）するのが望ましく、少なくとも２５０℃に低下するまでは、１０℃／秒以上の冷却速度で冷却するのが望ましい。

こうした本発明のマグネシウム合金板の製造方法により、所望の厚さのマグネシウム合金板を極めて効率的に製造することができる。製造されるマグネシウム合金板は、従来材よりも高強度、高延性のものとなり、加温して絞り加工するに最適な状態を実現でき、難易度の高い部品形状の成形が可能となる。その結果、複雑な形状からなる電子部品ケース等の用途に好ましく適用することができる。

以下に、実施例と比較例によって本発明を更に詳しく説明する。
（実施例）
双ロール法により、表１に示す合金組成からなるマグネシウム合金溶湯から、厚さ５ｍｍの帯状板を連続鋳造圧延した。得られた鋳造圧延板に４５０℃で８時間の均質化処理を施した後、一部は熱間圧延（圧延後板厚２．０ｍｍ）、温間圧延（圧延後板厚０．６４ｍｍ）と冷間圧延により厚さ０．６０ｍｍの板とした。その後、昇温速度約２０℃／秒の急速加熱により３５０℃まで加熱し、この温度で５秒保持し、強制空冷することにより本発明に係るマグネシウム合金板を得た（実施例１）。また、一部は上記と同様にして厚さ２ｍｍまで熱間圧延し、次いで３００℃で１時間の中間焼鈍を行った後、温間圧延（圧延後板厚０．６４ｍｍ）と冷間圧延により厚さ０．６０ｍｍの板とし、その後上記と同条件の急速短時間加熱焼鈍することにより本発明に係るマグネシウム合金板を得た（実施例２）。

こうして得られたマグネシウム合金板を、長さ８７ｍｍ×幅８４ｍｍ×コーナーＲ１０ｍｍのプレス成形用の試験片に加工した。

（比較例１）
実施例１に示した製造工程における最終焼鈍を３５０℃、１時間で行った以外は同条件にて供試材を作製した。

（比較例２）
通常の溶解法により、表１に示す成分組成からなるマグネシウム合金を溶製し、厚さ６０ｍｍのスラブを作製した。このスラブを４６０℃に加熱した後、１パス当たり５〜３０％の圧下率で厚さ３０ｍｍになるまで熱間圧延を行った。このときの熱間圧延においては、材料温度が４００℃以上になるように維持させた。次に、熱間圧延された板材を研削した後、パス間に設けた加熱炉により、その板厚を３４０〜３８０℃の温度に維持させつつ圧延を行い、厚さ３ｍｍの板材に加工した。さらに、温度２００〜２３０℃、１パス当たりの圧下率２〜５％の温間圧延を繰り返し行い、厚さ０．６０ｍｍのマグネシウム合金板を得た。
こうして得られた比較例２のマグネシウム合金板に上記と同条件の急速短時間加熱焼鈍を施した後、長さ８７ｍｍ×幅８４ｍｍ×コーナーＲ１０ｍｍのプレス成形用の試験片に加工した。

（プレス成形性の評価）
プレス成形性を評価するプレス成形型としては、０．２ｍｍのコーナーＲを有し且つその中心部分に深さ０．５ｍｍのエンボス文字を成形品に形成できるエンボス成形部を有する、深さ７ｍｍの角型のプレス成形型を用いた。
プレス成形については、上記のプレス成形型を使用し、上述の実施例および比較例であられたプレス成形用の試験試料を、表２に示す温度で所定時間保持した状態で、１２０ｍｍ／分のプレス速度でプレス成形した。なお、プレス成形用の試験試料の加温は、プレス成形型に埋め込んだ１ｋＷ×４本のヒーターによって行い、試験試料の表面に最も近い側のプレス成形型に埋め込んだ熱電対によって測定した。
プレス成形性は、加工量が最も大きくなるコーナー部分に割れが発生するか否かによって評価した。割れが発生しない場合には○とし、割れが発生した場合には×とした。その結果を表２に示した。

（評価結果）
表２の結果からも明らかなように、本発明のマグネシウム合金板の製造方法によって製造されたプレス成形用の試験試料（実施例１、２）は、加温した状態でプレス成形を行った際の割れの発生は見られなかった。一方、急速短時間加熱焼鈍を採用しなかったプレス成形用の試験材料（比較例１）と、従来のマグネシウム合金板の製造方法によって製造されたプレス成形用の試験試料（比較例２）は、加温した状態でプレス成形を行った際の割れの発生が見られた。

本発明の一実施形態の製造工程を示す図である。

Claims

質量％で、Ａｌ：１〜６．５％、Ｚｎ：０．２〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜０．５％を含有し、残部がＭｇおよび不可避不純物からなる組成を有するマグネシウム合金溶湯を板厚３〜１０ｍｍの帯状板に連続鋳造圧延した後、均質化熱処理を施し、その後、温間圧延または熱間および温間圧延をし、さらに冷間圧延をし、その後、１０℃／秒以上の加熱速度で昇温させて２５０〜４５０℃で３０秒以下保持する急速短時間加熱焼鈍を行うことを特徴とするプレス成形性に優れたマグネシウム合金板の製造方法。
前記温間圧延または熱間および温間圧延工程途中に中間焼鈍工程を有することを特徴とする請求項１記載のプレス成形性に優れたマグネシウム合金板の製造方法。
前記急速短時間加熱焼鈍で得られるマグネシウム合金板は、結晶粒径が５μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のプレス成形性に優れたマグネシウム合金板の製造方法。