JP6474965B2

JP6474965B2 - 双ロール鋳造方法

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Publication number: JP6474965B2
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Inventors: 雅史野田; 善夫権田
Original assignee: GONDA METAL INDUSTRY CO., LTD.
Current assignee: GONDA METAL INDUSTRY CO., LTD.
Priority date: 2014-04-10
Filing date: 2014-04-10
Publication date: 2019-02-27
Anticipated expiration: 2034-04-10
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Description

本発明は、マグネシウム複合材料を一対の鋳造ロールにて鋳造する双ロール鋳造方法に関する。

マグネシウム合金は、軽量であるので、マグネシウム合金を加工用の素材として用いることにより、加工の際に鉄系材料に比べて省エネルギー化を実現することができる。また、マグネシウムは、海水中など、自然界に存在しており、資源量が豊富である。さらに、マグネシウム合金は、プラスチックと比較して、リサイクルしやすいことが知られている。

また、マグネシウム合金は、常温下で延性が低いことが知られている。これは、六方最密構造を有するマグネシウムの結晶構造による。そのため、鋳造や加熱を行う圧延などにより、所望の形状のマグネシウム合金が製造される。例えば、下記の特許文献１には、双ロール法により連続鋳造圧延を行うマグネシウム合金パイプの製造方法等が開示されている。

特開２０１２−７７３２０号公報

双ロール法は、溶解した金属材料である溶湯を、一対又は複数対のロールによって鋳造又は圧延するものである。図１１に示すように、双ロール鋳造装置１は、溶解した金属材料を保持する溶湯炉１０と、金属材料を鋳造するための一対の鋳造ロール２０と、を有して構成される。

溶湯炉１０は、溶解した金属材料を溶湯として保持するるつぼである。溶湯炉１０は、例えば、後述する一対の鋳造ロール２０が配置される方向の一端側に、開口部１１が形成される。開口部１１は、溶湯を一対の鋳造ロール２０の間に出すための出口となっている。

一対の鋳造ロール２０は、金属材料を鋳造するためのものである。一対の鋳造ロール２０は、回転可能な状態で配置される第一鋳造ロール２１と第二鋳造ロール２２とから構成されることとすることができる。

金属材料は、例えば溶解した金属材料を保持する溶湯炉１０で加熱され、溶解される。溶解された金属材料としての溶湯は、溶湯炉１０の一端側に設けられた開口部１１から出湯される。そして、開口部１１から出湯された溶湯は、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の間に供給され、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）によって押圧されながら一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の間を通過し、冷却され、所望の形状の合金が製造されることとなる。

ここで、双ロール法の特徴の１つとして、溶湯から熱を奪う効率、すなわち抜熱効率が高いことが知られている。溶湯が一対の鋳造ロール２０（２１，２２）と接触すること等により、溶湯から高い抜熱効率で熱が奪われ、溶湯は冷却される。上掲した特許文献１は、双ロール法の特徴の１つである高い抜熱効率を利用して、マグネシウム合金溶湯を極めて速く冷却することにより、粗大なＡｌ−Ｍｎ化合物が晶出するのを抑制すると記載されている。

しかしながら、上述した双ロール法の溶湯からの高い抜熱効率は、例えばマグネシウムにカルシウムなどを添加したマグネシウム複合材料を用いる場合に、マグネシウム相の冷却速度とカルシウムの析出物の析出速度との間に差を生じ易くする。そのため、析出物の析出の挙動により、双ロール法により得られる鋳造材に、リップルマークや割れが発生し易くなるという課題があった。さらに、放冷や急冷により鋳造材に発生した割れが深まるという課題があった。

また、双ロール法により得られる鋳造板材は、一般的に板厚中心部を境として凝固相を抱えている場合が多く、鋳造板材の内部に空隙や酸化界面、凝固偏析を形成している場合が多かった。そのような鋳造板材に圧延加工を施して薄板を製造しても、鋳造板材の空隙や界面が阻害物となり、疲労試験、衝撃試験や引張試験などの鋳造板材の機械的性質を測定する試験を精度良く行うことができないという課題があった。

そこで、本発明は上述した課題の存在に鑑みて成されたものであり、その目的は、リップルマークや割れの発生を防ぐとともに、空隙や酸化界面、凝固偏析の形成を抑制する双ロール鋳造方法を提供することにある。

本発明に係る双ロール鋳造方法は、溶解したマグネシウム複合材料を一対の鋳造ロールにて鋳造し、鋳造されたマグネシウム鋳造板材を得る双ロール鋳造方法であって、前記マグネシウム複合材料からの抜熱を抑制する抜熱抑制工程を有し、また、前記マグネシウム鋳造板材を覆う断熱材によって前記マグネシウム鋳造板材を覆い徐冷する工程を有し、当該双ロール鋳造方法を行う双ロール鋳造装置が、前記一対の鋳造ロールの下流側には、前記マグネシウム鋳造板材を搬送するためのコンベヤと、前記一対の鋳造ロールと前記コンベヤとの間に、前記マグネシウム鋳造板材を前記コンベヤに送り移すためのブリッジ部と、を備え、前記抜熱抑制工程は、前記一対の鋳造ロールの間を通過した後の前記マグネシウム複合材料の温度を、当該マグネシウム複合材料の固相線温度以上液相線温度以下とすること、前記一対の鋳造ロールの間に供給される前記マグネシウム複合材料の温度を、６１０℃以上７５０℃以下とした後に施されること、前記一対の鋳造ロールを加熱すること、前記マグネシウム複合材料が前記一対の鋳造ロールと接触する接触長を短くすること、および、前記ブリッジ部を加熱すること、により行われ、さらに、前記一対の鋳造ロールのロール周速度を５ｍ／ｍｉｎ以上２５ｍ／ｍｉｎ以下とすることで、鋳造されたマグネシウム鋳造板材が、当該マグネシウム鋳造板材の断面を走査型電子顕微鏡で観察したときに、粒界すべりが生じているように製造されることを特徴とするものである。

また、本発明に係る双ロール鋳造方法は、前記一対の鋳造ロールのロール周速度を１５ｍ／ｍｉｎ以上１８ｍ／ｍｉｎ以下とすることができる。

本発明によれば、リップルマークや割れが発生することを防ぐとともに空隙や酸化界面、凝固偏析の形成を抑制することができる双ロール鋳造方法および双ロール鋳造装置、ならびにその方法およびその装置を用いて製造されるマグネシウム鋳造板材を提供することができるようになる。

本実施形態に係る鋳造ロールの側面図である。本実施形態に係る双ロール鋳造装置の構成例を示す図である。本実施形態に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材のミクロ観察写真を示す図であり、図３中の分図（ａ）は、本実施形態に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材の板面のミクロ観察写真を示す図であり、図３中の分図（ｂ）および分図（ｃ）は、本実施形態に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材の断面のミクロ観察写真を示す図である。比較例としての従来技術に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材のミクロ観察写真を示す図であり、図４中の分図（ａ）は、比較例としての従来技術に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材の板面のミクロ観察写真を示す図であり、図４中の分図（ｂ）および分図（ｃ）は、比較例としての従来技術に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材の断面のミクロ観察写真を示す図である。本実施形態に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材のＳＥＭ観察写真を示す図であり、図５の分図（ａ）は、マグネシウム複合材料としてＡＭＸ６０２を用いて鋳造されたマグネシウム鋳造板材のＳＥＭ観察写真を示す図であり、図５中の分図（ｂ）は、分図（ａ）にて示されたマグネシウム鋳造板材のＳＥＭ観察写真の拡大組織を示す図である。本実施形態に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材のＳＥＭ−ＥＢＳＤ観察を示す図であり、図６中の分図（ａ）は、ＳＥＭ観察写真を示す図であり、図６の分図（ｂ）は、ＳＥＭ−ＥＢＳＤ観察写真を示す図である。本実施形態に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材の板厚中心部におけるＳＥＭ−ＥＢＳＤの観察および解析結果を示す図であり、図７の分図（ａ）は、本実施形態に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材の板厚中心部における微細組織を示す図であり、図７の分図（ｂ）は、本実施形態に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材の板厚中心部における微細組織の結晶方位差を示す図であり、図７の分図（ｃ）は、００１極の極点図を示す図である。本実施形態に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材の板厚方向端部におけるＳＥＭ−ＥＢＳＤの観察および解析結果を示す図であり、図８の分図（ａ）は、本実施形態に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材の板厚方向端部における微細組織を示す図であり、図８の分図（ｂ）は、本実施形態に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材の板厚方向端部における微細組織の結晶方位差を示す図であり、図８の分図（ｃ）は、００１極の極点図を示す図である。本実施形態に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材の断面を走査型電子顕微鏡で観察した写真を示す図であり、図９中の分図（ａ）は、マグネシウム複合材としてＡＭＸ６０２を用いて鋳造されたマグネシウム鋳造板材の断面を走査型電子顕微鏡で観察した写真を示す図であり、図９の分図（ｂ）は、マグネシウム複合材料としてＡＭＸ１００１を用いて鋳造されたマグネシウム鋳造板材の断面を走査型電子顕微鏡で観察した写真を示す図である。マグネシウム鋳造板材の溝のＳＥＭ観察写真を示す図であり、図１０中の分図（ａ）は、マグネシウム鋳造板材の表面のＳＥＭ観察写真を示す図であり、図１０の分図（ｂ）は、マグネシウム鋳造板材の裏面のＳＥＭ観察写真を示す図である。従来の双ロール鋳造装置の構成例を示す図である。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

発明者らは、上述した課題の解決のために鋭意研究を行った結果、双ロール法を利用するとともに、マグネシウム複合材料の抜熱を抑制し、マグネシウム複合材料の冷却速度を遅くすることにより、鋳造されたマグネシウム鋳造板材に対してリップルマークや割れが発生することを防ぐとともに、空隙や酸化界面、凝固偏析の形成を抑制することができるとの知見を得た。そこで、以下に記す実施形態では、発明者らが見出した双ロール鋳造方法および鋳造条件と、かかる双ロール鋳造方法および鋳造条件によって製造されたマグネシウム鋳造板材の特徴を示す分析結果および試験結果について説明することとする。

［本実施形態に係る双ロール鋳造方法］
本実施形態に係る双ロール鋳造方法は、溶解したマグネシウム複合材料を一対の鋳造ロール２０（２１，２２）にて鋳造し、鋳造されたマグネシウム鋳造板材を得るものであって、マグネシウム複合材料からの抜熱を抑制する抜熱抑制工程を有する。

マグネシウム複合材料は、マグネシウムを主成分とし、これにアルミニウム、亜鉛、マンガン、カルシウムなどが含まれる。マグネシウム複合材料としては、例えば、マグネシウムに対してアルミニウムを６％と、マンガン０．２％と、カルシウム２％とを添加したＡＭＸ６０２やマグネシウムに対してアルミニウム１０％と、マンガン０．２％と、カルシウム１％とを添加したＡＭＸ１００１などの材料を用いることができる。

マグネシウム複合材料は、例えば溶解したマグネシウム複合材料を保持する溶湯炉１０で加熱され、溶解される。溶解した溶湯としてのマグネシウム複合材料は、溶湯炉１０の一端側に設けられた開口部１１から出湯され、マグネシウム複合材料を鋳造するための一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の間に供給されることとなる（図１１参照）。

このとき、マグネシウム複合材料は、マグネシウム複合材料の成分組成に応じて６１０℃以上７５０℃以下に加熱されることが好ましい。後述する一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の間を通過した後のマグネシウム複合材料の温度を、当該マグネシウム複合材料の固相線温度以上液相線温度以下とするために好適なためである。

そして、本実施形態に係る双ロール鋳造方法では、マグネシウム複合材料を、マグネシウム複合材料の成分組成に応じて６１０℃以上７５０℃以下に加熱し、マグネシウム複合材料を一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の間に供給してからマグネシウム鋳造板材を製造するまでの間に、マグネシウム複合材料に対して、マグネシウム複合材料からの抜熱を抑制する抜熱抑制工程が施されることとなる。マグネシウム複合材料に対して抜熱抑制工程が施されることにより、マグネシウム相の冷却速度と析出物の析出速度と金属間化合物の形成速度との間に差が生じることを防ぐことができるようになる。マグネシウム相の冷却速度や析出物の析出速度、金属間化合物の形成速度の差が生じることを防ぐことにより、後述するように、金属間化合物がマグネシウム相に微細分散するとともに網状組織を形成しない良好な結晶組織を有するマグネシウム鋳造板材を得ることができるようになる。さらに、マグネシウム鋳造板材にリップルマークや割れ、マグネシウム鋳造板材の内部に形成されやすい凝固偏析が発生することを防ぐことができるようになる。したがって、本実施形態に係る双ロール鋳造方法によれば、健全なマグネシウム鋳造板材を製造することができることとなり、疲労試験、衝撃試験や引張試験などの鋳造板材の機械的性質を測定する試験を精度良く行うことができるようになる。

抜熱抑制工程では、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の間を通過した後のマグネシウム複合材料の温度を、当該マグネシウム複合材料の固相線温度以上液相線温度以下とすることが好適である。ここで、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の間を通過した後とは、特に限定されないが、マグネシウム複合材料が一対の鋳造ロール２０（２１，２２）から２００ｍｍから５００ｍｍ程度移動した地点のことを言い、当該地点において、マグネシウム複合材料の温度が当該マグネシウム複合材料の固相線温度以上液相線温度以下となっていることが好ましい。このような温度に設定することにより、急冷により現出する金属間化合物の網状組織の形成を抑制することができるようになる。金属間化合物の網状組織が形成された鋳造板材は、金属間化合物の網状組織が割れの起点となり、鋳造後の冷却により、鋳造板材の表面にリップルマークや微細な割れが生じることにつながる。したがって、本実施形態に係る双ロール鋳造方法によれば、鋳造板材の表面にリップルマークや割れが発生することを防ぐことができる。

なお、マグネシウム複合材料が一対の鋳造ロール２０（２１，２２）に接触した直後において、マグネシウム複合材料の表面が凝固していれば、マグネシウム複合材料の内部の温度は、液相線温度以上でも良い。すなわち、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の間を通過して板状となったマグネシウム鋳造板材は、その表面が凝固していれば良く、例えば、その内部は粘性を有する溶融体であっても良い。このような温度に設定することにより、マグネシウム相の冷却速度ならびに析出物の析出速度および金属間化合物の形成速度の差が生じることを防ぐことができるとともに、リップルマーク、割れの発生およびマグネシウム鋳造板材の内部に形成されやすい凝固偏析を防ぐことができるようになる。なお、マグネシウム複合材料の内部は、マグネシウム鋳造板材を鋳造した後の放冷や徐冷によって固化していくことになる。

また、抜熱抑制工程では、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）は、特に限定されないが、１５０℃以上３００℃以下に加熱されることとすることができる。このような温度に設定することにより、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）によるマグネシウム複合材料からの抜熱を抑制することができるようになる。そして、マグネシウム相の冷却速度と析出物の析出速度と金属間化合物の形成速度との間に差が生じることを防ぐことができるとともに、リップルマーク、割れの発生およびマグネシウム鋳造板材の内部に形成されやすい凝固偏析を防ぐことができるようになる。

さらに、抜熱抑制工程では、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）のロール周速度は、特に限定されないが、５ｍ／ｍｉｎ以上２５ｍ／ｍｉｎ以下とすることができ、１０ｍ／ｍｉｎ以上２０ｍ／ｍｉｎ以下とすることが好ましく、１５ｍ／ｍｉｎ以上１８ｍｉｎ以下とすることがより好ましい。このように、従来の双ロール鋳造方法よりも一対の鋳造ロール２０（２１，２２）のロール周速度を落とすことにより、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）によるマグネシウム複合材料からの抜熱を抑制することができるようになる。したがって、上述したように、マグネシウム相の冷却速度と析出物の析出速度と金属間化合物の形成速度との間に差が生じることを防ぐことができるとともに、リップルマーク、割れの発生およびマグネシウム鋳造板材の内部に形成されやすい凝固偏析を防ぐことができるようになる。

また、抜熱抑制工程では、マグネシウム複合材料が一対の鋳造ロール２０（２１，２２）と接触する接触長を短くすることにより行われることとすることができる。このような構成により、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）によるマグネシウム複合材料からの抜熱を抑制することができるようになる。そして、マグネシウム相の冷却速度と析出物の析出速度と金属間化合物の形成速度との間に差が生じることを防ぐことができるとともに、リップルマーク、割れの発生およびマグネシウム鋳造板材の内部に形成されやすい凝固偏析を防ぐことができるようになる。また、上述したように、マグネシウム複合材料が一対の鋳造ロール２０（２１，２２）に接触した直後において、マグネシウム複合材料の表面が凝固していれば、マグネシウム複合材料の内部の温度は、液相線温度以上でも良いこととなる。

一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の下流側には、図１および図２に示すように、マグネシウム鋳造板材を搬送するためのコンベヤ７１と、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）とコンベヤ７１との間に、マグネシウム鋳造板材をコンベヤ７１に送り移すためのブリッジ部７３と、を備えることとすることができる。そして、抜熱抑制工程は、ブリッジ部７３を加熱することにより行われることとすることができる。ブリッジ部７３を加熱することによって、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の間を通過して板状となったマグネシウム鋳造板材からの抜熱を抑制することができるようになる。

そして、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の間を通過して板状となったマグネシウム鋳造板材は、加熱されながら徐冷されることとすることができる。このように、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の間を通過して板状となったマグネシウム鋳造板材が急冷されることを防ぐことにより、割れのない健全なマグネシウム鋳造板材を得ることができるようになる。

また、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の間を通過して板状となったマグネシウム鋳造板材は、マグネシウム鋳造板材を覆う断熱材によって覆われ、徐冷されることとすることができる。このように、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の間を通過して板状となったマグネシウム鋳造板材が急冷されることを防ぐことにより、割れのない健全なマグネシウム鋳造板材を得ることができるようになる。

またさらに、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の間を通過して板状となったマグネシウム鋳造板材は、水をかけることにより徐冷されることとすることができる。マグネシウム鋳造板材にかけられる水は、特に限定されないが、例えば６０℃以上とすることができる。また、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の間を通過して板状となったマグネシウム鋳造板材にかけられる水は、霧状とすることができる。このように、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の間を通過して板状となったマグネシウム鋳造板材が急冷されることを防ぐことにより、割れのない健全なマグネシウム鋳造板材を得ることができるようになる。なお、マグネシウム鋳造板材にかけられる霧状の水の温度は、マグネシウム鋳造板材の割れを防ぐことができれば、特に限定されず、６０℃以上であっても良いし、６０℃以下であっても良い。

なお、本実施形態に係る双ロール鋳造方法では、マグネシウム複合材料が、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）を通過する直前および一対の鋳造ロール２０（２１，２２）に接触した直後まで、二枚板形状であっても一枚のマグネシウム鋳造板材として鋳造をすることができるようになっている。

以上、本実施形態に係る双ロール鋳造方法について、説明した。次に、本実施形態に係る双ロール鋳造装置１００の構成例について、図１および図２を用いて、説明する。ここで、図１は、本実施形態に係る鋳造ロールの側面図であり、図２は、本実施形態に係る双ロール鋳造装置の構成例を示す図である。なお、従来の双ロール鋳造装置１と同一又は類似する構成については、同じ符号を付し、説明を省略する場合がある。

［本実施形態に係る双ロール鋳造装置］
本実施形態に係る双ロール鋳造装置１００は、溶解したマグネシウム複合材料を保持する溶湯炉１０と、マグネシウム複合材料を鋳造するための一対の鋳造ロール２０（２１，２２）と、抜熱抑制手段９０と、を含んで構成される。

マグネシウム複合材料からの抜熱を抑制する抜熱抑制手段９０は、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）を加熱するための鋳造ロール加熱部３０と、マグネシウム複合材料と一対の鋳造ロール２０（２１，２２）とを接触する接触長を短くする接触長調節機構４０と、を有することとすることができる。

鋳造ロール加熱部３０は、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）を加熱するためのものである。そして、鋳造ロール加熱部３０は、例えば図１に示すように、第一鋳造ロール２１および第二鋳造ロール２２にそれぞれ設置されるホース３１，３２とすることができる。ホース３１，３２は、中空となっており、その内部に水や油などの熱媒体が供給されるようになっている。この熱媒体の温度を調節することによって、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）のそれぞれの鋳造ロール２１，２２を加熱することができるように構成される。鋳造ロール加熱部３０により加熱される一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の温度は、マグネシウム複合材料からの抜熱を抑制することができる温度であれば良い。なお、熱媒体として、例えば水を用いる場合には、特に限定されないが、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の温度を約９０℃とすることができる。

鋳造ロール加熱部３０は、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）を所定の温度に加熱することができるものであれば良く、例えば、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の周りに設置される電熱線３５とすることができる。電熱線３５に電流が流れることにより発生する熱によって、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）を加熱することとすることができる。また例えば、鋳造ロール加熱部３０は、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）に対して熱風を当てることにより、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）を加熱するものであっても良い。さらに例えば、鋳造ロール加熱部３０は、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の外側からガスなどを用いて加熱するものであっても良い。鋳造ロール加熱部３０により加熱される一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の温度は、マグネシウム複合材料からの抜熱を抑制することができる温度であれば良く、鋳造ロール加熱部３０として電熱線３５や熱風、ガス等を用いて一対の鋳造ロール２０（２１，２２）を加熱する場合には、特に限定されないが、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の温度を約１５０℃〜約３００℃とすることができる。

一対の鋳造ロール２０（２１，２２）を加熱することにより、上述した温度に加熱されるとともに溶解されたマグネシウム複合材料から一対の鋳造ロール２０（２１，２２）への抜熱を抑制することができるようになる。したがって、本実施形態に係る双ロール鋳造装置１００によれば、マグネシウム相の冷却速度と析出物の析出速度と金属間化合物の形成速度との間に差が生じることを防ぐことができるとともに、リップルマーク、割れの発生およびマグネシウム鋳造板材の内部に形成されやすい凝固偏析を防ぐことができるようになる。

接触長調節機構４０は、マグネシウム複合材料と一対の鋳造ロール２０（２１，２２）とを接触する接触長を短くするためのものである。この接触長調節機構４０は、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の間隔を調節する鋳造ロール間隔調節部５０と、溶湯炉１０の開口部１１から出湯されるマグネシウム複合材料の液圧を調節する液圧調節部６０と、を含むこととすることができる。

鋳造ロール間隔調節部５０は、図１に示すように、例えば、第一鋳造ロール２１の高さを調節するための第一鋳造ロール調節部５１を有することとすることができる。

ここで、第二鋳造ロール２２は、図１に示すように、第二鋳造ロール２２を軸支する軸受部２４を介して、ベース２５に設置されている。ベース２５は、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）などの基礎となるものである。

ベース２５には、第一鋳造ロール調節部５１を支持する支柱５３が設置される。支柱５３には、一端側にレールが設置されるレール板５５が設置される。レール板５５には、レール板に設けられたレール上を移動可能に配置される移動部５７が配置される。移動部５７は、第一鋳造ロール２１を軸支する軸受部２３を介して第一鋳造ロール２１に隣接されている。そして、移動部５７が移動すると、第一鋳造ロール２１も移動するように構成されている。

第一鋳造ロール調節部５１を操作することによって、軸受部２３および移動部５７がレール板５５上を摺動して、図１における紙面上下方向に移動し、第一鋳造ロール２１も図１における紙面上下方向に移動することとなる。したがって、第一鋳造ロール調節部５１によって、第一鋳造ロール２１と第二鋳造ロール２２との間隔を調節することができるようになっている。

液圧調節部６０は、溶湯炉１０の開口部１１から出湯されるマグネシウム複合材料の液圧を調節するためのものである。液圧調節部６０は、例えば、図１に示すように、溶湯炉１０に隣接して設置される。

接触長調節機構４０としての鋳造ロール間隔調節部５０および液圧調節部６０は、例えば、液圧調節部６０によって開口部１１から出湯されるマグネシウム複合材料の液圧を高めるとともに、鋳造ロール間隔調節部５０によって一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の間隔を狭くすることによって、マグネシウム複合材料と一対の鋳造ロール２０（２１，２２）とを接触する接触長を短くすることができるようになっている。そして、マグネシウム複合材料と一対の鋳造ロール２０（２１，２２）とを接触する接触長を短くすることによって、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）による抜熱を抑制することができるようになっている。

なお、本実施形態に係る一対の鋳造ロール２０（２１，２２）には、そのロール面に、溝２７が形成されている。一対の鋳造ロール２０（２１，２２）に溝２７を形成することにより、マグネシウム複合材料の割れを防ぐことができるとともに、マグネシウム複合材料を一対の鋳造ロール２０（２１，２２）から剥がすための離型剤を塗布することなくマグネシウム複合材料を一対の鋳造ロール２０（２１，２２）から剥がすことができるようになる。また、本実施形態に係る一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の近傍には、溝２７の間に塵などが付着することを防ぐために、溝２７に空気を噴射して塵などを吹き飛ばす空気噴射手段２９を備えることとすることができる。このような構成により、塵などがマグネシウム複合材料の内部に入り込むことを防ぐことができ、健全なマグネシウム鋳造板材を得ることができることとなる。

また、本実施形態に係る双ロール鋳造装置１００は、図１および図２に示すように、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の下流側に、マグネシウム鋳造板材を搬送するためのコンベヤ７１と、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）とコンベヤ７１との間にマグネシウム鋳造板材をコンベヤ７１に送り移すためのブリッジ部７３と、を備えることとすることができる。ブリッジ部７３は、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の間を通過したマグネシウム鋳造板材が完全に固化していない場合に、重力によりマグネシウム鋳造板材が下方に下がったり、湾曲したりすることを防ぐことができるものであれば、どのような形状であっても良い。また、ブリッジ部７３は、取外し可能に設置され、設置位置を変更することができるように構成しても良い。ブリッジ部７３を設置する場合、本実施形態に係る双ロール鋳造装置１００は、ブリッジ部７３を加熱するブリッジ部加熱部７５を備えることとすることができる。そして、ブリッジ部加熱部７５により加熱されたブリッジ部７３は、抜熱抑制手段９０に含まれることになる。

そして、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の間を通過して板状となったマグネシウム鋳造板材は、例えば、不図示の加熱装置によって加熱されながら徐冷されることとすることができる。また例えば、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の間を通過して板状となったマグネシウム鋳造板材は、マグネシウム鋳造板材を覆う断熱材（不図示）によって覆われ、徐冷されることとすることができる。さらに例えば、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の間を通過して板状となったマグネシウム鋳造板材は、マグネシウム鋳造板材に水を噴射する水噴射手段（不図示）によって、水をかけることにより徐冷されることとすることができる。不図示の水噴射手段によりマグネシウム鋳造板材にかけられる水は、特に限定されないが、約６０℃以上とすることができる。また、不図示の水噴射手段によってマグネシウム鋳造板材にかけられる水は、霧状とすることができる。なお、マグネシウム鋳造板材にかけられる霧状の水の温度は、マグネシウム鋳造板材の割れを防ぐことができれば、特に限定されず、６０℃以上であっても良いし、６０℃以下であっても良い。

このように、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の間を通過して板状となったマグネシウム鋳造板材が急冷されることを防ぐことにより、割れのない健全なマグネシウム鋳造板材を得ることができるようになる。

以上、本実施形態に係る双ロール鋳造装置１００の構成例について、説明した。

［マグネシウム鋳造板材］
次に、上述した抜熱抑制工程を施されて鋳造されたマグネシウム鋳造板材の特徴を示す分析結果および試験結果について説明することとする。

発明者らは、双ロール鋳造方法により得られたマグネシウム鋳造板材を切断して樹脂に埋め込み、顕微鏡にてミクロ観察した。その結果を、図３および図４に示す。ここで、図３中の分図（ａ）は、本実施形態に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材の板面のミクロ観察写真を示す図であり、図３中の分図（ｂ）および分図（ｃ）は、本実施形態に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材の断面のミクロ観察写真を示す図である。また、図４中の分図（ａ）は、比較例としての従来技術に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材の板面のミクロ観察写真を示す図であり、図４中の分図（ｂ）および分図（ｃ）は、比較例としての従来技術に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材の断面のミクロ観察写真を示す図である。

なお、本実施形態でのミクロ観察による金属組織の評価は、樹脂に埋め込まれたマグネシウム鋳造板材を腐食した上で、顕微鏡写真を撮影することによって得られたミクロ写真に基づき、腐食面に表れたミクロ組織を目視観察する方法で行った。

図３中の分図（ａ）ないし分図（ｃ）にて示されるように、本実施形態に係る双ロール鋳造方法で鋳造されたマグネシウム鋳造板材では、マグネシウム鋳造板材の板面および断面のいずれにおいても、割れや空隙の発生は確認されず、良好な等軸粒状結晶を有する均一組織を観察することができた。

一方、従来の双ロール鋳造方法を採用した場合には、図４中の分図（ａ）および分図（ｂ）にて示されるように、マグネシウム鋳造板材の板面には割れや空隙が観察された。また、図４中の分図（ｂ）および（ｃ）にて示されるように、板厚中心部に結晶粒状を有していない半凝固部が形成され、従来の双ロール鋳造方法により鋳造されたマグネシウム鋳造板材では、偏析の発生が観察された。

さらに、発明者らは、本実施形態に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材について、走査型電子顕微鏡（ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）を用いて、反射電子（ＢａｃｋｓｃａｔｔｅｒｅｄＥｌｅｃｔｒｏｎ）を観察することにより組成像の観察を行った。その結果を、図に示す。なお、本実施形態でのＳＥＭ観察は、鋳造方向に対して略垂直方向から観察を行った。ここで、図５の分図（ａ）は、マグネシウム複合材料としてＡＭＸ６０２を用いて鋳造されたマグネシウム鋳造板材のＳＥＭ観察写真を示す図であり、図５中の分図（ｂ）は、分図（ａ）にて示されたマグネシウム鋳造板材のＳＥＭ観察写真の拡大組織を示す図である。

図５中の分図（ａ）および分図（ｂ）にて示されるように、本実施形態に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材は、均一な等軸粒であり、ダイカスト（Ｄｉｅ−ｃａｓｔｉｎｇ：ＤＣ）鋳造材と異なり、デンドライト組織を呈していないことが分かった。また、図５の分図（ｂ）にて示されるように、本実施形態に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材は、巣などを有していないことが確認された。さらに、金属間化合物であるＡｌ_２Ｃａ化合物は、マグネシウム相に微細分散し、ＤＣ鋳造材と異なり、網状組織を呈していないことが分かった。なお、マグネシウム材料に添加する金属により、形成される金属間化合物は異なるが、同様の事象が観察された。

またさらに、発明者らは、本実施形態に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材について、ＳＥＭに後方電子散乱回折（ＥｌｅｃｔｒｏｎＢａｃｋＳｃａｔｔｅｒＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：ＥＢＳＤ）測定装置（株式会社ＴＬＳ社製、ＯＩＭＤａｔａＣｏｌｌｅｃｔｉｏｎ）を付属させ、ＳＥＭ−ＥＢＳＤにより微細組織を観察および測定した。なお、データ収集および解析ソフトは、ＯＩＭＡｎａｌｙｓｉｓを用いた。その結果を、図６〜図８に示す。ここで、図６は、本実施形態に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材のＳＥＭ−ＥＢＳＤ観察を示す図である。図６中の分図（ａ）は、ＳＥＭ観察写真を示す図であり、図６の分図（ｂ）は、ＳＥＭ−ＥＢＳＤ観察写真を示す図である。

図６にて示すように、本実施形態に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材は、板厚中心部と板厚方向端部とで結晶組織が異なっていることが分かった。この結果を踏まえ、発明者らは、本実施形態に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材について、板厚中心部と板厚方向端部とに分けて、ＳＥＭ−ＥＢＳＤ観察および解析を行った。その結果を図７および図８に示す。ここで、図７は、本実施形態に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材の板厚中心部におけるＳＥＭ−ＥＢＳＤの観察および解析結果を示す図であり、図７の分図（ａ）は、本実施形態に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材の板厚中心部における微細組織を示す図であり、図７の分図（ｂ）は、本実施形態に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材の板厚中心部における微細組織の結晶方位差を示す図であり、図７の分図（ｃ）は、００１極の極点図を示す図である。また、図８は、本実施形態に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材の板厚方向端部におけるＳＥＭ−ＥＢＳＤの観察および解析結果を示す図であり、図８の分図（ａ）は、本実施形態に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材の板厚方向端部における微細組織を示す図であり、図８の分図（ｂ）は、本実施形態に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材の板厚方向端部における微細組織の結晶方位差を示す図であり、図８の分図（ｃ）は、００１極の極点図を示す図である。

図７の分図（ａ）にて示されたマグネシウム鋳造板材の板厚中心部の組織は、平均粒径が２８μｍであり、面積頻度が３０μｍ以内で最大となった。そして、図７の分図（ｂ）にて示されたマグネシウム鋳造板材の板厚中心部の結晶方位差を解析した結果、結晶方位差が１５°以上である高傾角粒界が９５％であり、結晶方位差が５°以上１５°未満である低傾角粒界が５％であった。また、図７中の分図（ｃ）に示すように、マグネシウム鋳造板材の板厚中心部の結晶方位は、特定の方位を示しておらず、ランダムであることが分かった。

板厚中心部の組織について、鏡面研磨を行った場合に偏析が見られても、ＳＥＭ−ＥＢＳＤにより結晶方位解析を行うと、結晶粒は結合しており、良好な結晶組織が形成されていることを確認することができた。

一方、図８の分図（ａ）にて示されたマグネシウム鋳造板材の板厚方向端部の結晶組織は、平均粒径が１５０μｍであり、面積頻度が１００μｍ以上で最大となった。最大粒径は約２４０μｍであり、板厚中心部の結晶組織の方が、板厚方向端部の結晶組織より細かいことが分かった。そして、図８の分図（ｂ）にて示されたマグネシウム鋳造板材の板厚方向端部の結晶方位差を解析した結果、結晶方位差が１５°以上である高傾角粒界が９３．９％であり、結晶方位差が５°以上１５°未満である低傾角粒界が３．２％であり、結晶方位差が２°以上５°未満である亜粒界（サブグレイン）が２．９％であった。また、図８中の分図（ｃ）に示すように、マグネシウム鋳造板材の板厚方向端部の結晶方位は、マグネシウム鋳造板材の板厚中心部よりも集合組織が強くなっているが単に視野に占める特定方向の結晶粒が多いためであると考えられ、特定の方位は示しておらず、ランダムであることが分かった。

図８中の分図（ａ）および分図（ｂ）において、丸で囲まれている箇所は、顕微鏡では粗大粒と認識するが、ＳＥＭ−ＥＢＳＤによる結晶方位解析より、一部又は全部が低角粒界で囲まれたセル状の領域であるサブグレイン（亜粒界）の集合体であり、粗大粒の内部に明確なサブグレインを有していることが分かった。サブグレインを有する粗大粒は、板厚中心部から離れるほど、結晶粒内部への合体又は成長によりサブグレインが観察されなくなった。

以上より、図６にて示すように、板厚中心部と板厚方向端部とに接合界面のようなものが形成されているが、結晶構造としては接合状態にあるものと考えられる。これらの混粒状態は、圧延加工前の加熱処理又は加工中に解消されるものと考えられる。

本実施形態に係る双ロール鋳造方法では、結晶粒内変形や回復、再結晶が結晶組織の形成に作用していると考えられるが、変形機構としては、主に粒界すべり（ＧｒａｉｎＢｏｕｎｄａｒｙＳｌｉｄｉｎｇ：ＧＢＳ）が作用しているとも考えられる。ここで、図９は、本実施形態に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材の断面を走査型電子顕微鏡で観察した写真を示す図であり、図９中の分図（ａ）は、マグネシウム複合材としてＡＭＸ６０２を用いて鋳造されたマグネシウム鋳造板材の断面を走査型電子顕微鏡で観察した写真を示す図であり、図９の分図（ｂ）は、マグネシウム複合材料としてＡＭＸ１００１を用いて鋳造されたマグネシウム鋳造板材の断面を走査型電子顕微鏡で観察した写真を示す図である。図９にて示すように、マグネシウム鋳造板材は、一部に粒内の湾曲（粒内変形や粒内すべり）が観察された。

ＧＢＳが連続的に生じることで微細な空隙が形成され、空隙の成長又は合体に伴う割れを形成することから、連続的にＧＢＳが生じない必要がある。本実施形態に係る双ロール鋳造方法において、マグネシウム複合材料からの抜熱を抑制しても、全体的にではなく局所的に凝固相を組むことで、マグネシウム複合材料の内部で内部摩擦のような状態が作用し、ＧＢＳが変形機構になり得ることを示唆しているとともに、局所的な凝固相の現出により連続的なＧＢＳが生じることを防ぐことができると考えられる。

したがって、本実施形態に係る双ロール鋳造方法により鋳造されたマグネシウム鋳造板材は、マグネシウム結晶粒界やマグネシウム相と金属間化合物との界面において、ＧＢＳによる割れが生じないこととなる。

また、発明者らは、種々の成分組成を有するマグネシウム複合材料を一対の鋳造ロール２０（２１，２２）にて鋳造して得られるマグネシウム鋳造板材の機械的性質の測定を行った。その結果を、表１に示す。ここで、マグネシウム複合材料として、実施例１〜４はＡＭＸ６０２、実施例５〜８はＡＺ３１、実施例９〜１２はＡＺＸ３１１、実施例１３および１４はＡＺＸ６１１、実施例１５〜１７はＡＺＸ６１２、実施例１８および１９はＡＺＸ３１０．３、実施例２０〜２２はＡＭＸ１００１を用いた。また、降伏強度、極限引張強度および破断伸びの測定方法は、国際規格に基づいて行った。

マグネシウム鋳造板材の降伏強度は６０ＭＰａ以上１２０ＭＰａ以下であり、極限引張強度は９０ＭＰａ以上１９５ＭＰａ以下であり、破断伸びは１％以上１８％以下となっている。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。

例えば、本実施形態では、マグネシウム複合材料として、ＡＭＸ６０２、ＡＺ３１、ＡＺＸ３１１、ＡＺＸ６１１、ＡＺＸ６１２、ＡＺＸ３１０．３、およびＡＭＸ１００１を用いたが、これらに限定されず、例えばカルシウムなどを添加されたマグネシウムとすることができる。

また、例えば、抜熱抑制手段９０は、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の間を通過した後のマグネシウム複合材料の温度を、当該マグネシウム複合材料の固相線温度以上液相線温度以下とすることができれば良く、鋳造ロール加熱部３０のみから構成されることとしても良い。

さらに、例えば、本実施形態に係る双ロール鋳造装置１００は、離型剤を塗布することなくマグネシウム複合材料を一対の鋳造ロール２０（２１，２２）から剥がすことができるように、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）に形成される溝２７に加え、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の下流側に設置されるスクレイパー７７を備えることとすることができる。スクレイパー７７は、マグネシウム複合材料が鋳造ロール２１，２２に付着することを防止するためのものである。スクレイパー７７を用いる場合には、スクレイパー７７を加熱するスクレイパー加熱部７９を備えることとすることができる。スクレイパー加熱部７９は、スクレイパー７７を加熱するためのものであり、例えば、スクレイパー７７の周りに設置される電熱線とすることができる。電熱線に電流が流れることにより発生する熱によって、スクレイパー７７を加熱することとすることができる。スクレイパー加熱部７９を備え、スクレイパー加熱部７９によって加熱されたスクレイパー７７は、マグネシウム複合材料からの抜熱を抑制することができ、抜熱抑制手段９０に含まれることとなる。なお、スクレイパー７７は、特に限定されないが、第二鋳造ロール２２の下流側に設置されることが好ましい。なお、本実施形態に係る双ロール鋳造装置１００は、スクレイパー７７を設置しなくとも、マグネシウム鋳造板材を得ることが可能となっている。なお、例えば、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）側のブリッジ部７３の形状を、一対の鋳造ロール２０（２１，２２）の方向に向けて先細りにすることによって、ブリッジ部７３をスクレイパー７７として用いることもできるようになる。

またさらに、例えば、開口部１１に、溶湯炉１０にて溶解されたマグネシウム複合材料を出湯させるノズル８１を設置することとすることができる。このノズル８１は、ノズル８１を加熱するためのノズル加熱部８３を備えることとすることができる。そして、ノズル加熱部８３によりノズル８１が加熱されることによって、ノズル８１は、マグネシウム複合材料からの抜熱を抑制する抜熱抑制手段９０に含まれることとなる。

また、例えば、本実施形態に係る双ロール鋳造方法にて鋳造されたマグネシウム鋳造板材は、図１０に示すように、マグネシウム鋳造板材の表面および裏面に溝が形成されることとすることができる。このような溝は、鋳造ロール２０のロール表面に溝を形成することで、マグネシウム鋳造板材の表面および裏面に対してロール表面の溝とは逆の溝を形成することができる。マグネシウム鋳造板材の表面および裏面に溝を形成することによって、離型剤を用いることなく高速鋳造することができるようになる。なお、マグネシウム鋳造板材の表面および裏面に形成される溝の深さは、特に限定されないが、深過ぎると板圧制御が難しくなるため、マグネシウム鋳造板材の品質等も考慮して、０．２ｍｍ以下とすることが好ましく、０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下とすることがより好ましい。

その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１，１００双ロール鋳造装置、１０溶湯炉、１１開口部、２０鋳造ロール、２１第一鋳造ロール、２２第二鋳造ロール、２３，２４軸受部、２５ベース、２７溝、２９空気噴射手段、３０鋳造ロール加熱部、３１，３２ホース、３５電熱線、４０接触長調節機構、５０鋳造ロール間隔調節部、５１第一鋳造ロール調節部、５３支柱、５５レール板、５７移動部、６０液圧調節部、７１コンベヤ、７３ブリッジ部、７５ブリッジ部加熱部、７７スクレイパー、７９スクレイパー加熱部、８１ノズル、８３ノズル加熱部、９０抜熱抑制手段。

Claims

溶解したマグネシウム複合材料を一対の鋳造ロールにて鋳造し、鋳造されたマグネシウム鋳造板材を得る双ロール鋳造方法であって、
前記マグネシウム複合材料からの抜熱を抑制する抜熱抑制工程を有し、また、
前記マグネシウム鋳造板材を覆う断熱材によって前記マグネシウム鋳造板材を覆い徐冷する工程を有し、
当該双ロール鋳造方法を行う双ロール鋳造装置が、
前記一対の鋳造ロールの下流側には、前記マグネシウム鋳造板材を搬送するためのコンベヤと、
前記一対の鋳造ロールと前記コンベヤとの間に、前記マグネシウム鋳造板材を前記コンベヤに送り移すためのブリッジ部と、を備え、
前記抜熱抑制工程は、
前記一対の鋳造ロールの間を通過した後の前記マグネシウム複合材料の温度を、当該マグネシウム複合材料の固相線温度以上液相線温度以下とすること、
前記一対の鋳造ロールの間に供給される前記マグネシウム複合材料の温度を、６１０℃以上７５０℃以下とした後に施されること、
前記一対の鋳造ロールを加熱すること、
前記マグネシウム複合材料が前記一対の鋳造ロールと接触する接触長を短くすること、および、
前記ブリッジ部を加熱すること、
により行われ、さらに、
前記一対の鋳造ロールのロール周速度を５ｍ／ｍｉｎ以上２５ｍ／ｍｉｎ以下とすることで、
鋳造されたマグネシウム鋳造板材が、当該マグネシウム鋳造板材の断面を走査型電子顕微鏡で観察したときに、粒界すべりが生じているように製造されることを特徴とする双ロール鋳造方法。
請求項１に記載の双ロール鋳造方法において、
前記一対の鋳造ロールのロール周速度を１５ｍ／ｍｉｎ以上１８ｍ／ｍｉｎ以下とすることを特徴とする双ロール鋳造方法。