JP5173347B2 - マグネシウム合金熱間圧延方法及びマグネシウム合金熱間圧延装置 - Google Patents

Description

本発明は、マグネシウム合金熱間圧延方法及びマグネシウム合金熱間圧延装置に関する。

マグネシウム合金からマグネシウムシートを製造するには、例えば直径３００〜４００ｍｍ、長さ５００〜６００ｍｍ程度の丸棒状のビレットを、熱間押出しにより例えば厚さ１０ｍｍ以下の厚板に成形し、該厚板を所定長さ（例えば３ｍ）に切断して切板材とし、該切板材を粗圧延により厚さ１ｍｍ以下にまで圧延する。

ところで、マグネシウム合金は、常温で圧延するには圧力を大きくしても割れやすいことから、熱間にて圧延するのが好ましい。
マグネシウム合金を熱間圧延する装置の従来例としては、特許文献１の図１や特許文献２の図１に開示されたものがある。
これらの特許文献に開示された熱間圧延装置は、マグネシウム合金を往復させながら圧延する圧延機と、該圧延機の上流側及び下流側に配された２つの加熱炉とを備えており、該加熱炉によってマグネシウム合金を所定温度に加熱して、圧延機にて圧延している。
特許第３５２１８６３号公報 特許第３８２１０７４号公報

しかし、上記特許文献に開示された熱間圧延装置では、圧延機の両側に加熱炉があるのみであるので、往復圧延によってマグネシウム切板材が長尺化するに従って、マグネシウム切板材の端が加熱炉からはみ出すようになり、このはみ出した部分が冷めてしまうという不都合がある。なぜなら、マグネシウム切板材の熱間圧延中の温度変動は、仕上がり品の寸法精度不良や品質低下を招いてしまうからである。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、マグネシウム合金の熱間圧延中の温度変動による製品の品質低下を防止することができるマグネシウム熱間圧延方法及び装置を提案することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明では、以下の手段を採用した。
第１の発明としては、圧延機の上流側に配されてマグネシウム板を加熱する上流側加熱炉と、前記圧延機の下流側に配されて前記マグネシウム板を加熱する下流側加熱炉との間で、前記マグネシウム板を往復圧延する第１圧延工程と、前記上流側加熱炉の更に上流側に配されて前記上流側加熱炉により加熱された前記マグネシウム板を搬送，保温する上流側保温装置と、前記下流側加熱炉の更に下流側に配されて前記下流側加熱炉により加熱された前記マグネシウム板を搬送，保温する下流側保温装置との間で、上下流側各板端部を保温しつつ前記マグネシウム板を往復圧延する第２圧延工程と、を有することを特徴とするマグネシウム合金熱間圧延方法を採用した。

次に、上記マグネシウム合金熱間圧延方法において、所定厚さに圧延された前記マグネシウム板に対して、前記下流側保温装置の下流側に配された張力付与装置により張力を付与しつつ、前記下流側保温装置の更に下流側に配された巻取機により巻き取る巻取工程を有する方法を採用した。

また、第２の発明としては、マグネシウム板を往復圧延する圧延機と、前記圧延機の上流側に配されて前記マグネシウム板を加熱する上流側加熱炉と、前記圧延機の下流側に配されて前記マグネシウム板を加熱する下流側加熱炉と、前記上流側加熱炉の更に上流側に配されて前記上流側加熱炉により加熱された前記マグネシウム板の搬送かつ上流側端部を保温する上流側保温装置と、前記下流側加熱炉の更に下流側に配されて前記下流側加熱炉により加熱された前記マグネシウム板の搬送かつ下流側端部を保温する下流側保温装置と、を備えることを特徴とするマグネシウム合金熱間圧延装置を採用した。

次に、上記マグネシウム合金熱間圧延装置において、前記圧延機と前記上流側加熱炉の間及び前記圧延機と前記下流側加熱炉の間にそれぞれ複数組配されて前記マグネシウム板を厚さ方向に挟んで搬送速度を調節するピンチロールを備えるものを採用した。

また、上記マグネシウム合金熱間圧延装置において、前記圧延機のワークロール及び前記圧延機の上下流に設置された複数組のピンチロールは加熱ロールであるものを採用した。

また、上記マグネシウム合金熱間圧延装置において、前記下流側保温装置の下流側に配されて前記マグネシウム板に張力を付与する張力付与装置と、前記張力付与装置の更に下流側に配されて前記マグネシウム板を巻き取る巻取機と、を備えるものを採用した。

本発明によれば、マグネシウム板の略全長にわたって加熱・保温しながら圧延するので、マグネシウム板の温度降下を抑え、熱間圧延中の温度変動による製品の寸法精度不良、品質低下を防止することができ、仕上がり品の品質を良好に保つことができる。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態における熱間圧延装置１００（マグネシウム合金熱間圧延装置）の概略構成を示す概略正面図である。
図１に示すように、本実施形態に係る熱間圧延装置１００は、圧延機１、第１加熱炉２、第２加熱炉３、ピンチロール４、第１テーブルローラ５、第２テーブルローラ６、巻取機７及びピンチロール８を備えている。

圧延機１は、並列し対向する一対のワークロール１ａと、該ワークロール１ａを回転駆動させる駆動源（図示せず）とを有している。
ワークロール１ａは、表面温度を適温に昇温された加熱ロールであって、該ワークロール１ａ間を通過するマグネシウム切板材Ｍ０（マグネシウム板）を一方向に送り出しながら、マグネシウム切板材Ｍ０に所定圧力を付与する。これにより、圧延機１は、マグネシウム切板材Ｍ０を厚み圧下させつつ長尺化させる。
また、圧延機１は、マグネシウム切板材Ｍ０の送り方向を所定のタイミングで反転させて、往復圧延を行う。これにより、圧延機１は、マグネシウム切板材Ｍ０を例えば厚さ６ｍｍ、長さ３ｍ程度から厚さ１ｍｍ、長さ１８ｍ程度にまで圧延する。
なお、本熱間圧延装置１００のワークである上記マグネシウム切板材Ｍ０（マグネシウム板）は、マグネシウム合金からなる板材である。

第１加熱炉２（上流側加熱炉）は、圧延機１の上流側に配された加熱炉であって、第２加熱炉３（下流側加熱炉）は、圧延機１の下流側に配された加熱炉である。
これらの一対の加熱炉２，３は、圧延前のマグネシウム切板材Ｍ０の長さ以上の長さを有し、ヒータ及び搬送ローラ（共に図示せず）を備えており、ヒータによりマグネシウム切板材Ｍ０を所定温度（１００〜３５０℃程度、２００〜３００℃が好適）に加熱し、搬送ローラによりマグネシウム切板材Ｍ０を搬送するものである。

ピンチロール４は、表面温度を適温に昇温された加熱ロールであって、圧延機１による往復圧延に伴って往復運動するマグネシウム切板材Ｍ０を補助搬送するものである。このようなピンチロール４は、圧延機１と第１加熱炉２との間と、圧延機１と第２加熱炉３との間とに、それぞれ複数組配されている。
これらのピンチロール４は、搬送速度の調節によって、圧延機１で圧延されるマグネシウム切板材Ｍ０に適切な張力を付与する。

第１テーブルローラ５（上流側保温装置）は、第１加熱炉２の上流側に配され、第２テーブルローラ６（下流側保温装置）は、第２加熱炉３の下流側に配されており、これらの各テーブルローラ５，６は、搬送ローラ５ａ，６ａと保温カバー５ｂ，６ｂとを有している。
マグネシウム切板材Ｍ０は、圧延機１でリバース圧延されて長くなると、端部が加熱炉２，３からはみ出す。テーブルローラ５，６は、マグネシウム切板材Ｍ０の加熱炉２，３からはみ出した端部を、搬送ローラ５ａ，６ａで搬送・支持すると共に保温カバー５ｂ，６ｂによって覆って外気より遮断することにより、マグネシウム切板材Ｍ０の熱を逃がさないよう保温する。また、リバース圧延時、前パスの端部保温部は、次の逆パスでは加熱炉内に入り、前パスの端部加熱部は、次の逆パスでは保温装置内にあり、またこれを交互に繰り返すことにより、端部の温度低下を小さくすることができる。

巻取機７は、マグネシウム切板材Ｍ０が圧延された後の製造物、つまりマグネシウムシートＭ１（マグネシウム板）を巻き取るものである。
ピンチロール８（張力付与装置）は、巻取機７の手前に配されて、マグネシウムシートＭ１の搬送速度を調節することにより、巻取機７の巻取方向と逆方向にマグネシウムシートＭ１に張力を付与するものである。

このような構成において、熱間圧延装置１００は、マグネシウム切板材Ｍ０の粗圧延を行う。以下、熱間圧延装置１００の動作について説明する。

まず、本熱間圧延装置１００によって圧延される対象であるマグネシウム切板材Ｍ０は、例えば直径３００〜４００ｍｍ、長さ５００〜６００ｍｍ程度の丸棒状のビレットを熱間押出し（１００〜３００℃程度、２００℃程度が好適）によって、例えば厚さ１０ｍｍ以下（例えば６ｍｍ）の厚板に成形し、該厚板を所定長さ（例えば３ｍ）に切断することにより、製造されたものである。
熱間押出しにより成形されたマグネシウム切板材Ｍ０を構成するマグネシウムの結晶粒は、押出されることによって機械的に微細化されているため、高強度で高品質であって、割れにくく、プレス成形性が良好である。

マグネシウム切板材Ｍ０は、第１テーブルローラ５から第１加熱炉２へと搬送され、第１加熱炉２内で所定温度（１００〜３５０℃程度、２００〜３００℃が好適）に加熱されて、圧延機１へと搬送される。
圧延機１は、マグネシウム切板材Ｍ０を圧延しながら第２加熱炉３へと搬送する。マグネシウム切板材Ｍ０の温度は、第１加熱炉２から第２加熱炉３まで移動する間に幾分降下するが、ワークロール１ａ及び複数のピンチロール４が加熱ロールであり、また、第２加熱炉３内で上記所定温度に加熱しなおされるので、温度変動は少ない。

熱間圧延装置１００は、圧延機１をマグネシウム切板材Ｍ０の終端が通過すると、圧延方向を反転する。熱間圧延装置１００は、これを繰返してマグネシウム切板材Ｍ０を往復圧延し、マグネシウム切板材Ｍ０を順次厚み圧下させて、マグネシウムシートＭ１を製造する。
ここで、下記の表１に、本熱間圧延装置１００による粗圧延の各種数値の具体例を示す。

上記の具体例において、マグネシウム切板材Ｍ０の材質はＡＺ３１Ｂ、寸法は厚さ６．００ｍｍ、幅３００ｍｍ、長さ３０００ｍｍであり、ワークロール１ａの直径は４００ｍｍ、バレル長さは５００ｍｍであり、ピンチロール４の直径は２５０ｍｍである。
また、上記例では、加熱炉２，３での加熱温度は２２０℃、ピンチロール４及びワークロール１ａはヒータ内蔵の加熱ロールであり、表面温度を２００℃にされている。
そして、上記例は、５パス（２往復半）の往復圧延によって、厚さ６．００ｍｍのマグネシウム切板材Ｍ０を厚さ１．０１ｍｍのマグネシウムシートＭ１にし、５パスの後、巻取機７によって巻き取ったものである。

マグネシウム切板材Ｍ０は、圧延されるに従って長尺化し、圧延機１を終端が通過するとき、始端を含む端部が加熱炉２，３からはみ出すようになる。
テーブルローラ５，６は、加熱炉２，３からはみ出した端部を、搬送ローラ５ａ，６ａで支持すると共に、保温カバー５ｂ，６ｂによって保温する。

これを図１により更に詳しく説明すると、例えば、圧延前に長さＬ０であったマグネシウム切板材Ｍ０が、長さＬ１となるまでは区間Ａ１で圧延され（第１圧延工程）、長さＬ１を超えて長さＬ２となるまで区間Ａ２で圧延され（第２圧延工程）、そして巻き取られる（巻取工程）。
即ち、本熱間圧延装置１００は、マグネシウム切板材Ｍ０が長さＬ０〜Ｌ１の間は、第１圧延工程によって、区間Ａ１つまり第１加熱炉２〜圧延機１〜第２加熱炉３の間で往復圧延し、マグネシウム切板材Ｍ０が長さＬ１を超えてＬ２となるまで、第２圧延工程によって、区間Ａ２つまり第１テーブルローラ５〜第１加熱炉２〜圧延機１〜第２加熱炉３〜第２テーブルローラ６の間で往復圧延し、そして、仕上がり品つまりマグネシウムシートＭ１を巻取機７で巻き取る。

これにより、マグネシウム切板材Ｍ０は、全長にわたって加熱ないし保温されて、略一定範囲の温度に保たれる。よって、マグネシウム切板材Ｍ０の温度変動による製品の品質低下を防止することができ、仕上がり品、つまりマグネシウムシートＭ１の品質を良好に保つことができる。

ところで、圧延中のマグネシウム切板材Ｍ０は、高温であるため柔らかく、圧延機１以外の箇所でも高圧がかかれば圧痕が残るおそれがあるが、本熱間圧延装置１００では、マグネシウム切板材Ｍ０を複数組のピンチロール４により複数箇所で挟むことにより各ピンチロール４が挟む力を小さく分散して、ピンチロール４による圧痕を残すおそれを少なくしている。

そして、マグネシウム切板材Ｍ０が所定厚さ（例えば１ｍｍ程度）まで厚み圧下されてマグネシウムシートＭ１となったら、本熱間圧延装置１００は、巻取機７により、マグネシウムシートＭ１を巻き取り、コイル材とする。
その際、ピンチロール８は、巻取機７で巻き取られるマグネシウムシートＭ１に所定の張力が加わるように、マグネシウムシートＭ１の搬送速度を調節して、巻取機７の巻取方向と逆方向にマグネシウムシートＭ１に引張力を付与する。

このような熱間圧延装置１００によれば、マグネシウム切板材Ｍ０の略全長にわたって加熱・保温しながら圧延するので、マグネシウム切板材Ｍ０の温度降下を抑え、熱間圧延中の温度変動による製品の品質低下を防止することができ、仕上がり品、つまりマグネシウムシートＭ１の品質を良好に保つことができる。

なお、本実施形態では、ピンチロール８を張力付与装置としているが、実施にあたっては、マグネシウムシートＭ１を平坦化するレベラーが張力付与装置であってもよい。
ここで、レベラーとは、図２に示すように、３個以上のローラによって、断面が２段の蜂の巣状となるよう互い違いに組み合わせ、それらのロールの間にシート状の材料を通過させることによって平坦化させるものである。

本発明の一実施形態における熱間圧延装置の概略構成を示す概略正面図である。 レベラーの概略構成を示す模式図である。

符号の説明

１００…熱間圧延装置（マグネシウム熱間圧延装置）、 １…圧延機、 ２…第１加熱炉（上流側加熱炉）、 ３…第２加熱炉（下流側加熱炉）、 ４…ピンチロール（送りローラ対）、 ５…第１テーブルローラ（上流側保温装置）、 ６…第２テーブルローラ（下流側保温装置）、 ７…巻取機、 ８…ピンチロール（張力付与装置）、 Ｍ０…マグネシウム切板材（マグネシウム板）、 Ｍ１…マグネシウムシート（マグネシウム板）

Claims (6)

1. 圧延機の上流側に当該圧延機から上流側端部までの距離が第１の長さＬ１となるように配されてマグネシウム板を加熱する上流側加熱炉と、前記圧延機の下流側に当該圧延機から下流側端部までの距離が前記第１の長さＬ１となるように配されて前記マグネシウム板を加熱する下流側加熱炉との間で、前記マグネシウム板を往復圧延する第１圧延工程と、
   前記上流側加熱炉の更に上流側に前記圧延機から上流側端部までの距離が第２の長さＬ２となるように配されて前記上流側加熱炉により加熱された前記マグネシウム板を搬送，保温する上流側保温装置と、前記下流側加熱炉の更に下流側に前記圧延機から下流側端部までの距離が前記第２の長さＬ２となるように配されて前記下流側加熱炉により加熱された前記マグネシウム板を搬送，保温する下流側保温装置との間で、上下流側各板端部を保温しつつ前記マグネシウム板を往復圧延する第２圧延工程と、を有し、
   前記マグネシウム板の長さが前記第１の長さＬ１となるまでは前記第１圧延工程を行い、前記マグネシウム板の長さが前記前記第１の長さＬ１を超えて前記第２の長さＬ２となるまでは前記第２圧延工程を行うことを特徴とするマグネシウム合金熱間圧延方法。
2. 所定厚さに圧延された前記マグネシウム板に対して、前記下流側保温装置の下流側に配された張力付与装置により張力を付与しつつ、前記下流側保温装置の更に下流側に配された巻取機により巻き取る巻取工程を有す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熱間圧延方法。
3. マグネシウム板を往復圧延する圧延機と、
   前記圧延機の上流側に当該圧延機から上流側端部までの距離が第１の長さＬ１となるように配されて前記マグネシウム板を加熱する上流側加熱炉と、
   前記圧延機の下流側に当該圧延機から下流側端部までの距離が前記第１の長さＬ１となるように配されて前記マグネシウム板を加熱する下流側加熱炉と、
   前記上流側加熱炉の更に上流側に前記圧延機から上流側端部までの距離が第２の長さＬ２となるように配されて前記上流側加熱炉により加熱された前記マグネシウム板の搬送かつ上流側端部を保温する上流側保温装置と、
   前記下流側加熱炉の更に下流側に前記圧延機から下流側端部までの距離が前記第２の長さＬ２となるように配されて前記下流側加熱炉により加熱された前記マグネシウム板の搬送かつ下流側端部を保温する下流側保温装置と、
   を備え、
   前記マグネシウム板の長さが前記第１の長さＬ１となるまでは、前記上流側加熱炉と前記下流側加熱炉との間で前記圧延機により前記マグネシウム板を往復圧延し、前記マグネシウム板の長さが前記前記第１の長さＬ１を超えて前記第２の長さＬ２となるまでは、前記上流側保温装置と前記下流側保温装置との間で前記圧延機により前記マグネシウム板を往復圧延することを特徴とするマグネシウム合金熱間圧延装置。
4. 前記圧延機と前記上流側加熱炉の間及び前記圧延機と前記下流側加熱炉の間にそれぞれ複数組配されて前記マグネシウム板を厚さ方向に挟んで搬送速度を調節するピンチロールを備えることを特徴とする請求項３に記載のマグネシウム合金熱間圧延装置。
5. 前記圧延機のワークロール及び前記圧延機の上下流に設置された複数組のピンチロールは加熱ロール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合金熱間圧延装置。
6. 前記下流側保温装置の下流側に配されて前記マグネシウム板に張力を付与する張力付与装置と、
   前記張力付与装置の更に下流側に配されて前記マグネシウム板を巻き取る巻取機と、
   を備えることを特徴とする請求項３又は４に記載のマグネシウム合金熱間圧延装置。

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