JP6758383B2 - マグネシウム合金板材、およびその製造方法 - Google Patents

Description

マグネシウム合金板材、およびその製造方法に関する。

現在、国際社会における二酸化炭素排出制限と新再生エネルギーの重要性が懸案に浮上しており、これにより、構造材料（ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｍａｔｅｒｉａｌ）の一種である軽量化合金は非常に魅力的な研究分野として認識されている。

特に、アルミニウムおよび鉄鋼などの他の構造材料よりも、マグネシウムはその密度が１．７４ｇ／ｃｍ^３と最も軽い金属に相当し、振動吸収能、電磁波遮蔽能などの多様な利点があり、これを活用するための関連業界の研究が活発に行われている。

このようなマグネシウムが含まれている合金は、現在、電子機器分野だけでなく、自動車分野に主に応用されているが、耐食性、難燃性、および成形性に根本的な問題があり、その応用範囲をさらに拡大するには限界があるのが現状である。

特に、成形性に関連し、マグネシウムはＨＣＰ構造（Ｈｅｘａｇｏｎａｌ Ｃｌｏｓｅｄ Ｐａｃｋｅｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）であって、常温でのスリップシステムが十分でなく、加工工程に困難が多い。つまり、マグネシウムの加工工程では多くの熱が必要であり、これは工程費用の増加につながるのである。

一方、マグネシウム合金の中でも、ＡＺ系合金は、アルミニウム（Ａｌ）および亜鉛（Ｚｎ）を含むものであり、ある程度の適正な強度および延性の物性を確保していながらも安価な方に属し、商用化されたマグネシウム合金に相当する。

しかし、前記言及した物性は、あくまでもマグネシウム合金の中で適正な程度であることを意味し、競争素材のアルミニウム（Ａｌ）に比べて低い強度である。

したがって、ＡＺ系マグネシウム合金の低い成形性および強度などの物性を改善する必要があるが、まだそれに関する研究が不足しているのが現状である。

強度および成形性が改善されたマグネシウム合金板材、およびその製造方法を提供しようとする。

本発明の一実施形態に係るマグネシウム合金板材は、Ａｌ：２．７〜５重量％、Ｚｎ：０．７５〜１重量％、Ｃａ：０．１〜１重量％、およびＭｎ：１重量％以下（０重量％を除く）を含有し、残りはＭｇおよび不可避不純物からなる。

Ｃａ：０．３〜０．８重量％を含有することができる。

マグネシウム合金板材は、Ａｌ：２０〜２５重量％、Ｃａ：５〜１０重量％、Ｍｎ：０．１〜０．５重量％、Ｚｎ：０．５〜１重量％、および残りＭｇを含むＡｌ−Ｃａ二次相粒子を含むことができる。

Ａｌ−Ｃａ二次相粒子の平均粒径は、０．０１〜４μｍであってもよい。

Ａｌ−Ｃａ二次相粒子は、前記マグネシウム合金板材の面積１００μｍ^２あたり５〜１５個含むことができる。

マグネシウム合金板材は、結晶粒を含み、結晶粒の平均粒径は、５〜３０μｍであってもよい。

マグネシウム合金板材の厚さは、０．４〜３ｍｍであってもよい。

本発明の一実施形態に係るマグネシウム合金板材の製造方法は、Ａｌ：２．７〜５重量％、Ｚｎ：０．７５〜１重量％、Ｃａ：０．１〜１重量％、およびＭｎ：１重量％以下（０重量％を除く）を含有し、残りはＭｇおよび不可避不純物からなる溶湯を鋳造して鋳造材を製造する段階；鋳造材を均質化熱処理する段階；および均質化処理された鋳造材を温間圧延する段階；を含む。

前記鋳造材を製造する段階；において、圧下力は、０．２ｔ／ｍｍ^２以上であってもよい。より具体的には、１ｔ／ｍｍ^２以上であってもよい。さらにより具体的には、１〜１．５ｔ／ｍｍ^２以上であってもよい。

鋳造材を３５０〜５００℃の温度で１〜２８時間均質化熱処理を実施できる。より具体的には、１８〜２８時間均質化熱処理することができる。

１５０〜３５０℃の温度で温間圧延することができる。より具体的には、２００〜３００℃の温度で温間圧延することができる。

温間圧延を複数回行い、１回あたり１０〜３０％の圧下率で温間圧延することができる。

複数回の温間圧延の途中に中間焼鈍する段階を１回以上さらに含んでもよい。

中間焼鈍する段階は、３００〜５００℃の温度で実施できる。より具体的には、４５０〜５００℃の温度で実施できる。さらにより具体的には、１〜１０時間実施できる。

温間圧延する段階の後、後熱処理する段階をさらに含んでもよい。

後熱処理する段階は、３００〜５００℃で１〜１０時間実施できる。

本発明の一実施形態のマグネシウム合金板材の製造方法は、全１００ｗｔ％に対して、Ａｌ：２．７ｗｔ％以上５ｗｔ％以下、Ｚｎ：０．７５ｗｔ％以上１ｗｔ％以下、Ｃａ：０．１ｗｔ％以上１ｗｔ％以下、Ｍｎ：０ｗｔ％超過１ｗｔ％以下、および残部の不可避不純物とマグネシウムを含む母合金を準備する段階；前記母合金を鋳造して鋳造材を製造する段階；前記鋳造材を均質化熱処理する段階；前記均質化熱処理された鋳造材を圧延して圧延材を製造する段階；前記圧延材を後熱処理する段階；および前記後熱処理された圧延材にスキンパスを実施してマグネシウム合金板材を製造する段階；を含むことができる。

前記後熱処理された圧延材にスキンパスを実施してマグネシウム合金板材を製造する段階；において、前記スキンパスは、１回実施され、前記スキンパスは、２５０℃〜３５０℃の温度範囲で実施される。

前記後熱処理された圧延材にスキンパスを実施してマグネシウム合金板材を製造する段階；により、前記製造されたマグネシウム合金板材は、前記圧延材の厚さに対して、２〜１５％の圧下率で圧延される。さらにより具体的には、前記製造されたマグネシウム合金板材は、前記圧延材の厚さに対して、２〜６％の圧下率で圧延される。

前記鋳造材を均質化熱処理する段階；は、３００℃〜４００℃の温度区間での１次熱処理段階；および４００℃〜５００℃の温度区間での２次熱処理段階；を含むことができる。

３００℃〜４００℃の温度区間での１次熱処理段階；は、５時間〜２０時間実施される。

４００℃〜５００℃の温度区間での２次熱処理段階；は、５時間〜２０時間実施される。

前記均質化熱処理された鋳造材を圧延して圧延材を製造する段階；により、前記鋳造材は、０．４〜３ｍｍの厚さ範囲まで圧延される。

前記均質化熱処理された鋳造材を圧延して圧延材を製造する段階；により、前記鋳造材は、１回〜１５回圧延される。

前記均質化熱処理された鋳造材を圧延して圧延材を製造する段階；は、１５０℃〜３５０℃で実施される。

前記圧延材を後熱処理する段階；により、前記圧延材は、３００℃〜５５０℃の温度範囲で１時間〜１５時間焼鈍される。

前記マグネシウム合金板材の限界ドーム高さ（ＬＤＨ）が７ｍｍ以上であってもよい。さらにより具体的には、前記マグネシウム合金板材の限界ドーム高さ（ＬＤＨ）が８ｍｍ以上であってもよい。

前記マグネシウム合金板材の（０００１）面を基準として最大集合強度が１〜４であってもよい。また、前記マグネシウム合金板材の降伏強度は、１７０〜３００ＭＰａであってもよい。

本発明の一実施形態によれば、既存のマグネシウム合金板材で生成されやすい中心偏析が除去され、成形性が改善されたマグネシウム合金板材を提供することができる。

また、本発明の一実施形態によれば、マグネシウム合金板材内の集合組織が均一に分散し、成形性が改善されたマグネシウム合金板材を提供することができる。

さらに、本発明の他の実施形態によれば、マグネシウム合金板材内にＡｌ−Ｃａ系二次相粒子が形成され、強度が向上したマグネシウム合金板材を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るマグネシウム合金板材の製造方法は、商用化されたマグネシウム合金の製造工程を制御し、強度および成形性に優れたマグネシウム合金板材を提供することができる。これにより、今後自動車部品またはＩＴモバイル機器にも適用可能である。

図１は、本発明の一実施形態に係るマグネシウム合金板材の製造方法の概略的なフローチャートである。 図２は、実施例１で製造したマグネシウム合金板材の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ；Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真である。 図３は、比較例１で製造したマグネシウム合金板材の走査電子顕微鏡写真である。 図４は、実施例１で製造したマグネシウム合金板材の二次電子顕微鏡（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）写真である。 図５は、実施例１で製造したマグネシウム合金板材の限界ドーム高さ（ｌｉｍｉｔｉｎｇ ｄｏｍｅ ｈｅｉｇｈｔ）を測定した結果の写真である。 図６は、実施例１で製造したマグネシウム合金板材のＸＲＤ分析器で結晶方位を分析した結果である。 図７は、比較例１で製造したマグネシウム合金板材のＸＲＤ分析器で結晶方位を分析した結果である。 図８は、実施例１で製造したマグネシウム合金板材のＥＢＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）写真である。 図９は、スキンパス工程での圧下率に応じた表面をＥＢＳＤで分析した結果である。 図１０は、本願の実施例および比較例の（０００１）面の集合強度を示すものである。

第１、第２および第３などの用語は、多様な部分、成分、領域、層および／またはセクションを説明するために使用されるが、これらに限定されない。これらの用語は、ある部分、成分、領域、層またはセクションを他の部分、成分、領域、層またはセクションと区別するためにのみ使用される。したがって、以下に述べる第１部分、成分、領域、層またはセクションは、本発明の範囲を逸脱しない範囲内で第２部分、成分、領域、層またはセクションと言及される。

ここで使用される専門用語は、単に特定の実施例を言及するためのものであり、本発明を限定することを意図しない。ここで使用される単数形態は、文章がこれと明確に反対の意味を示さない限り、複数形態も含む。明細書で使用される「含む」の意味は、特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素および／または成分を具体化し、他の特性、領域、整数、段階、動作、要素および／または成分の存在や付加を除外させるわけではない。

別途に定義しなかったが、これに使用される技術用語および科学用語を含むすべての用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が一般に理解する意味と同じ意味を有する。普通使用される辞書に定義された用語は、関連技術文献と現在開示された内容に符合する意味を有すると追加解釈され、定義されない限り、理想的または非常に公式的な意味で解釈されない。

また、特に言及しない限り、％は、重量％（ｗｔ％）を意味する。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施例について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施例に限定されない。

本発明の一実施形態に係るマグネシウム合金板材は、Ａｌ：２．７〜５重量％、Ｚｎ：０．７５〜１重量％、Ｃａ：０．１〜１重量％、Ｍｎ：１重量％以下（０重量％を除く）を含有し、残りはＭｇおよび不可避不純物からなる。

以下、本発明の一実施形態における成分含有量の数値限定理由について説明する。

まず、アルミニウム（Ａｌ）は、マグネシウム合金板材の機械的物性を向上させ、溶湯の鋳造性を改善させる。Ａｌが過度に多く添加されると、鋳造性が急激に悪化する問題が発生し、Ａｌが過度に少なく添加されると、マグネシウム合金板材の機械的物性が悪化する問題が発生しうる。したがって、前述した範囲でＡｌの含有量範囲を調節することができる。

亜鉛（Ｚｎ）は、マグネシウム合金板材の機械的物性を向上させる。Ｚｎが過度に多く添加されると、表面欠陥および中心偏析が多量生成されて鋳造性が急激に悪化する問題が発生し、Ｚｎが過度に少なく添加されると、マグネシウム合金板材の機械的物性が悪化する問題が発生しうる。したがって、前述した範囲でＺｎの含有量範囲を調節することができる。

カルシウム（Ｃａ）は、マグネシウム合金板材に難燃性を付与する。Ｃａが過度に多く添加されると、溶湯の流動性を減少させて鋳造性が悪化し、Ａｌ−Ｃａ系金属間物質からなる中心偏析が生成され、マグネシウム合金板材の成形性を悪化させる問題が発生し、Ｃａが過度に少なく添加されると、難燃性が十分に与えられない問題が発生しうる。したがって、前述した範囲でＣａの含有量範囲を調節することができる。さらに具体的には、Ｃａは、０．３〜０．８重量％含まれる。

マンガン（Ｍｎ）は、マグネシウム合金板材の機械的物性を向上させる。Ｍｎが過度に多く添加されると、放熱性が低下すると同時に、均一分布制御が困難になる問題が発生しうる。したがって、前述した範囲でＭｎの含有量範囲を調節することができる。

本発明の一実施形態に係るマグネシウム合金板材は、Ａｌ：２０〜２５重量％、Ｃａ：５〜１０重量％、Ｍｎ：０．１〜０．５重量％、Ｚｎ：０．５〜１重量％、および残りＭｇを含むＡｌ−Ｃａ二次相粒子を含むことができる。一般に、マグネシウムにＡｌおよびＣａを添加して合金化する場合、Ａｌ−Ｃａ金属間化合物からなる中心偏析が生成され、成形性を大きく低下させる。反面、本発明の一実施形態に係るマグネシウム合金板材は、Ａｌ−Ｃａ二次相粒子を含むことによって、成形性を向上させることができる。Ａｌ−Ｃａ二次相粒子の平均粒径は、０．０１〜４μｍになってもよい。前述した範囲で成形性がさらに向上できる。また、Ａｌ−Ｃａ二次相粒子は、前記マグネシウム合金板材の面積１００μｍ^２あたり５〜１５個含まれる。前述した範囲の個数でＡｌ−Ｃａ二次相粒子を含むことによって、マグネシウム合金板材の成形性をさらに向上させることができる。前述したＡｌ−Ｃａ二次相粒子を得るためには、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｎ、およびＣａの組成範囲、均質化熱処理時の温度および時間条件、温間圧延時の温度および圧延率などが精密に調節される必要がある。

マグネシウム合金板材は、結晶粒を含み、結晶粒の平均粒径は、５〜３０μｍになってもよい。前述した範囲で成形性がさらに向上できる。前述した大きさの結晶粒径を得るためには、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｎ、およびＣａの組成範囲、均質化熱処理時の温度および時間条件、温間圧延時の温度および圧延率などが精密に調節される必要がある。

また、本発明の一実施形態に係るマグネシウム合金板材の限界ドーム高さ（ｌｉｍｉｔｉｎｇ ｄｏｍｅ ｈｅｉｇｈｔ）は、７ｍｍ以上であってもよい。より具体的には、８ｍｍ以上、さらに具体的には、８〜１０ｍｍであってもよい。

一般に、限界ドーム高さとは、材料の成形性（特に、圧縮性）を評価する指標として活用され、このような限界ドーム高さが増加するほど材料の成形性が向上することを意味する。

前記限定された範囲は、マグネシウム合金板材内の結晶粒方位分布度が増加したことに起因して、一般に知られたマグネシウム合金板材に比べて顕著に高い限界ドーム高さである。

また、本発明の一実施形態に係るマグネシウム合金板材の厚さは、０．４〜３ｍｍになってもよい。

図１は、本発明の一実施形態に係るマグネシウム合金板材の製造方法のフローチャートを概略的に示す。図１のマグネシウム合金板材の製造方法のフローチャートは単に本発明を例示するためのものであり、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、マグネシウム合金板材の製造方法を多様に変形することができる。

本発明の一実施形態に係るマグネシウム合金板材の製造方法は、Ａｌ：２．７〜５重量％、Ｚｎ：０．７５〜１重量％、Ｃａ：０．１〜１重量％、およびＭｎ：１重量％以下（０重量％を除く）を含有し、残りはＭｇおよび不可避不純物からなる溶湯を鋳造して鋳造材を製造する段階Ｓ１０と、鋳造材を均質化熱処理する段階Ｓ２０と、均質化処理された鋳造材を温間圧延する段階Ｓ３０とを含む。その他、必要に応じて、マグネシウム合金板材の製造方法は、他の段階をさらに含んでもよい。

まず、段階Ｓ１０では、Ａｌ：２．７〜５重量％、Ｚｎ：０．７５〜１重量％、Ｃａ：０．１〜１重量％、およびＭｎ：１重量％以下（０重量％を除く）を含有し、残りはＭｇおよび不可避不純物からなる溶湯を鋳造して鋳造材を製造する。

各成分の数値限定理由については前述したものと同じであるので、繰り返される説明を省略する。

この時、前記鋳造材を製造する方法は、ダイカスト、ストリップキャスティング、ビレット鋳造、遠心鋳造、傾動鋳造、砂型鋳造、ダイレクトチルキャスティング（Ｄｉｒｅｃｔ ｃｈｉｌｌ ｃａｓｔｉｎｇ）、またはこれらの組み合わせの方法を利用することができる。より具体的には、ストリップキャスティング法を利用することができる。ただし、これに制限するものではない。

より具体的には、前記鋳造材を製造する段階；において、圧下力は、０．２ｔ／ｍｍ^２以上であってもよい。さらにより具体的には、１ｔ／ｍｍ^２以上であってもよい。さらにより具体的には、１〜１．５ｔ／ｍｍ^２以上であってもよい。

鋳造して鋳造材を製造することができる。この時、鋳造材が凝固すると同時に圧下力を受けるようになるが、この時、圧下力を前記範囲に調節することによって、マグネシウム合金板材の成形性を向上させることができる。段階Ｓ２０では、鋳造材を均質化熱処理する。この時、熱処理条件は、３５０〜５００℃の温度で１〜２８時間熱処理することができる。より具体的には、１８〜２８時間均質化熱処理することができる。温度が低すぎると、うまく均質化処理がされず、Ｍｇ_１７Ａｌ_１２のようなベータ相が基地に固溶しない問題が発生しうる。温度が高すぎると、鋳造材内に凝縮しているベータ相が溶けて火災が発生したり、マグネシウム板材に空孔が発生したりしうる。したがって、前述した温度範囲内で均質化熱処理することができる。

段階Ｓ３０では、均質化処理された鋳造材を温間圧延する。この時、温間圧延の温度条件は、１５０〜３５０℃になってもよい。温度が低すぎると、エッジクラックが多数生じる問題が発生しうる。温度が高すぎると、量産に不適な問題が発生しうる。したがって、前述した温度範囲内で温間圧延することができる。

温間圧延する段階Ｓ３０は、複数回行うことができ、１回あたり１０〜３０％の圧下率で温間圧延することができる。複数回温間圧延を実施することによって、最終的に０．４ｍｍの薄い厚さまで圧延可能である。

複数回の温間圧延の途中に中間焼鈍する段階を１回以上さらに含んでもよい。中間焼鈍する段階をさらに含むことによって、マグネシウム合金板材の成形性をさらに向上させることができる。具体的には、中間焼鈍する段階は、３００〜５００℃の温度で１〜１０時間実施できる。より具体的には、４５０〜５００℃の温度で実施できる。前述した範囲でマグネシウム合金板材の成形性がさらに向上できる。

温間圧延する段階Ｓ３０の後、後熱処理する段階をさらに含んでもよい。後熱処理する段階をさらに含むことによって、マグネシウム合金板材の成形性をさらに向上させることができる。後熱処理する段階は、３００〜５００℃で１〜１０時間実施できる。前述した範囲でマグネシウム合金板材の成形性がさらに向上できる。

本発明の一実施形態に係るマグネシウム合金板材の製造方法は、全１００ｗｔ％に対して、Ａｌ：２．７ｗｔ％以上５ｗｔ％以下、Ｚｎ：０．７５ｗｔ％以上１ｗｔ％以下、Ｃａ：０．１ｗｔ％以上０．７ｗｔ％以下、Ｍｎ：０ｗｔ％超過１ｗｔ％以下、および残部の不可避不純物とマグネシウムを含む母合金を準備する段階；前記母合金を鋳造して鋳造材を製造する段階；前記鋳造材を均質化熱処理する段階；前記均質化熱処理された鋳造材を圧延して圧延材を製造する段階；前記圧延材を後熱処理する段階；および前記後熱処理された圧延材にスキンパスを実施してマグネシウム合金板材を製造する段階；を含むことができる。

まず、全１００ｗｔ％に対して、Ａｌ：２．７ｗｔ％以上５ｗｔ％以下、Ｚｎ：０．７５ｗｔ％以上１ｗｔ％以下、Ｃａ：０．１ｗｔ％以上０．７ｗｔ％以下、Ｍｎ：０ｗｔ％超過１ｗｔ％以下、および残部の不可避不純物とマグネシウムを含む母合金を準備する段階；において、前記母合金は、すでに商用化されたＡＺ３１合金、ＡＬ５０８３合金、またはこれらの組み合わせであってもよい。ただし、これに制限されるわけではない。

次に、前記母合金を鋳造して鋳造材を製造する段階；を実施できる。

より具体的には、前記母合金を６５０〜７５０℃の温度範囲で溶解して溶湯を準備することができる。この後、前記溶湯を鋳造して鋳造材を製造することができる。この時、前記鋳造材の厚さは、３〜７ｍｍであってもよい。

この時、前記鋳造材を製造する方法は、ダイカスト、ストリップキャスティング、ビレット鋳造、遠心鋳造、傾動鋳造、砂型鋳造、ダイレクトチルキャスティング（Ｄｉｒｅｃｔ ｃｈｉｌｌ ｃａｓｔｉｎｇ）、またはこれらの組み合わせの方法を利用することができる。より具体的には、ストリップキャスティング法を利用することができる。ただし、これに制限するものではない。

より具体的には、前記鋳造材を製造する段階；において、圧下力は、０．２ｔ／ｍｍ^２以上であってもよい。さらにより具体的には、１ｔ／ｍｍ^２以上であってもよい。さらにより具体的には、１〜１．５ｔ／ｍｍ^２以上であってもよい。

この後、前記鋳造材を均質化熱処理する段階；を実施できる。

より具体的には、前記鋳造材を均質化熱処理する段階；は、３００℃〜４００℃の温度区間での１次熱処理段階；および４００℃〜５００℃の温度区間での２次熱処理段階；を含むことができる。さらにより具体的には、３００℃〜４００℃の温度区間での１次熱処理段階；は、５時間〜２０時間実施される。また、４００℃〜５００℃の温度区間での２次熱処理段階；は、５時間〜２０時間実施される。

前記温度範囲で１次熱処理段階を実施することによって、鋳造段階で発生したＭｇ−Ａｌ−Ｚｎ三元系パイ相を除去することができる。前記三元系パイ相が存在する場合、後の工程に悪影響を及ぼすことがある。また、前記温度範囲で２次熱処理段階を実施することによって、スラブ内の応力を解くことができる。加えて、スラブ内の鋳造組織の再結晶形成をさらに活発に誘導することができる。

この後、前記均質化熱処理された鋳造材を圧延して圧延材を製造する段階；を実施できる。

前記熱処理されたスラブは、１回〜１５回の圧延により、０．４〜３ｍｍの厚さ範囲まで圧延される。また、前記圧延は、１５０℃〜３５０℃で実施される。

より具体的には、圧延温度が１５０℃未満の場合、圧延時、表面にクラックを誘発させることがあり、３５０℃を超える場合、実際の量産設備に適しないことがある。そのため、１５０℃〜３５０℃で圧延される。

次に、前記圧延材を中間焼鈍する段階；を実施できる。前記圧延段階で数回圧延される時、パスとパスとの間の区間において３００℃〜５５０℃の温度範囲で１時間〜１５時間熱処理することができる。例えば、２回圧延後、１回中間焼鈍して、最終目標厚さまで圧延することができる。他の例として、３回圧延後、１回焼鈍して、最終目標厚さまで圧延することができる。より具体的には、圧延された鋳造材を前記温度範囲で焼鈍する場合、圧延によって発生した応力を解くことができる。したがって、目的とする鋳造材の厚さまで数回圧延することができる。

最後に、前記後熱処理された圧延材にスキンパスを実施してマグネシウム合金板材を製造する段階；を行うことができる。より具体的には、スキンパスとは、調質圧延またはテンパーローリングともいい、熱処理後に冷間圧延鋼板に生じた変形柄を除去し、硬度を向上させるために、軽い圧力で冷間圧延することを意味する。

したがって、本発明の一実施形態では、２５０℃〜３５０℃の温度範囲で１回スキンパスを実施できる。より具体的には、スキンパスを実施して製造された前記マグネシウム合金板材は、前記圧延材の厚さに対して、２〜１５％の圧下率で圧延され、さらにより具体的には、２〜６％の圧下率で圧延される。より具体的には、前記温度および圧力条件下で圧延する場合、弱い基底面集合組織の（０００１）集合組織の発達を低下させるので、成形性を確保することができる。

加えて、前記焼鈍された圧延材にスキンパスを実施してマグネシウム合金板材を製造する段階；により製造されたマグネシウム合金板材は、前記圧延されたスラブの厚さに対して、２〜１５％の圧下率で圧延される。より具体的には、２〜６％の圧下率で圧延される。

前記圧下率で圧延する場合、集合組織強度の変化を最小化し、強度を向上させることができる。より具体的には、圧下率が２〜６％の時、集合組織強度の変化が最も少なく、降伏強度は、１７０〜３００ＭＰａであってもよい。また、限界ドーム高さ（ＬＤＨ）値は、８〜９ｍｍであってもよい。

ただし、圧下率が２〜１５％の場合、降伏強度は、２５０〜２８０ＭＰａであってもよいが、集合組織がやや発達するので、限界ドーム高さ（ＬＤＨ）値は、７〜８ｍｍであってもよい。これは、図９に開示されているように、６〜１５％の圧下率で圧延する場合、ダブルツイニングまたは転位によって硬化現象が発生するからである。より具体的には、圧下率が２〜１５％の場合、マグネシウム合金板材の全面積１００％に対して、双晶組織の面積分率は、５％以下であってもよい。さらにより具体的には、６〜１５％の圧下率で圧延する場合、マグネシウム合金板材の全面積１００％に対して、双晶組織の面積分率は、５〜２０％であってもよい。前記図９に開示された組織写真で黒色が双晶組織を意味し、前述のように、双晶と転位によってマグネシウム合金板材の強度を維持し、成形性も向上させることができるのである。

したがって、１５％の圧下率を超えて圧延される場合、（０００１）面の集合組織が再び発達して成形性を低下させることがある。これは、圧延時の温度範囲が低い時に生じる現象と同一でありうる。したがって、本発明の一実施形態に係る温度範囲および圧下率の条件下でスキンパスを実施できる。

また、前記限界ドーム高さ（Ｌｉｍｉｔ Ｄｏｍｅ Ｈｅｉｇｈｔ、ＬＤＨ）とは、板材の成形性、特にプレス性を評価する指標であって、試験片に変形を加えて、変形した高さを測定して成形性を測定することができる。

より具体的には、本発明の一実施形態に係る限界ドーム高さ（ＬＤＨ）は、直径５０ｍｍの試験片の外周部を１０ＫＮの力で固定した後、２０ｍｍの直径を有する球状パンチを用いて、常温、５〜１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で変形を加えて、ディスク状試験片が破断するまでパンチが移動した距離つまり、試験片の変形した高さを測定したものである。

以下、本発明の好ましい実施例および比較例を記載する。しかし、下記の実施例は本発明の好ましい一実施例に過ぎず、本発明が下記の実施例に限定されるものではない。

実施例１
Ａｌ３．０重量％、Ｚｎ０．８重量％、Ｃａ０．６重量％、Ｍｎ０．５重量％を含み、残りはＭｇおよび不可避不純物からなる溶湯を、圧下力が１．２ｔ／ｍｍ^２の２つの冷却ロールの間に通過させて、マグネシウム鋳造材を製造した。

マグネシウム鋳造材を４００℃で２４時間均質化熱処理を実施し、２５０℃の温度、１５％の圧下率で温間圧延した後、４５０℃で１時間中間焼鈍した後、再び２５０℃の温度、１５％の圧下率で温間圧延して、最終厚さ０．７ｍｍのマグネシウム合金板材を製造した。

比較例１
Ａｌ３．０重量％、Ｚｎ０．８重量％を含むことを除けば、実施例１と同様に実施して、マグネシウム合金板材を製造した。

試験例１：マグネシウム合金板材をなす微細組織の観察
実施例１および比較例１で製造したマグネシウム合金板材の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ；Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真を、図２および図３にそれぞれ示した。

実施例１（図２）の場合、マグネシウム合金板材に中心偏析がほとんど生成されなかったのに対し、比較例１（図３）の場合、中心偏析が多量発生したことを確認することができる。このような中心偏析は、マグネシウム合金板材の成形性を顕著に低下させる要因になる。

実施例１で製造したマグネシウム合金板材の二次電子顕微鏡（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）写真を、図４に示した。

図４の白点部分がＡｌ−Ｃａ二次相粒子である。白点部分を分析した結果、Ｍｇ６５．６２重量％、Ａｌ２４．６１重量％、Ｃａ８．７５重量％、Ｍｎ０．３６重量％、Ｚｎ０．６６重量％と分析された。

試験例２：マグネシウム合金板材の限界ドーム高さの測定
限界ドーム高さは、実施例および比較例の各マグネシウム合金板材を上部ダイと下部ダイとの間に挿入し、各試験片の外周部を５ｋＮの力で固定し、潤滑油は公知のプレス油を用いた。そして、３０ｍｍの直径を有する球状パンチを用いて、５〜１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で変形を加え、各試験片が破断するまでパンチを挿入した後、この破断時の各試験片の変形高さを測定する方式で行った。

図５は、実施例１で製造したマグネシウム合金板材の限界ドーム高さを測定した結果の写真である。

試験例３：結晶粒方位の分析
実施例１および比較例１で製造したマグネシウム合金板材をＸＲＤ分析器でそれぞれの結晶粒の結晶方位を確認して、それぞれ図６および図７に示した。

実施例１（図６）の場合、等高線が広く広がっており、板材内の結晶粒の結晶方位が広く多様に存在することを確認することができる。したがって、実施例１の成形性が優れていることを確認することができる。反面、比較例１（図７）の場合、（０００１）ｐｅａｋが集中していることを確認することができる。

実施例１のＥＢＳＤ写真を撮影して、図８に示した。＜ｂ＞に示されるように、各結晶粒ごとに結晶方位差（ｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）の値が均等に分布することが分かり、各結晶粒が多様な結晶方位を有していることを確認することができる。

実施例２
Ａｌ：３％、Ｚｎ：１％、Ｃａ：１％、Ｍｎ：０．３％、および残部はマグネシウムと不可避不純物を含む母合金を準備した。

前記母合金を鋳造して鋳造材を製造した。前記鋳造材を３５０℃で１０時間１次均質化熱処理した。前記１次均質化熱処理された鋳造材を４５０℃、１０時間２次均質化熱処理した。前記均質化熱処理された鋳造材を圧延して圧延材を製造した。この後、前記圧延材を４００℃で１０時間後熱処理した。

最後に、前記後熱処理された圧延材にスキンパスを実施してマグネシウム板材を製造し、前記スキンパスの実施温度および圧下率は、下記表１の通りである。

試験例４：スキンパスの圧下率および温度に応じた機械的物性の比較実験

前記表１に開示されているように、成分および組成が同一のマグネシウム合金にスキンパスを実施した結果、成形性の大きな変化なく降伏強度を向上させたことが分かる。より具体的には、成形性とは、延伸率および限界ドーム高さの数値で比較することができる。

加えて、これは集合強度の変化を最小化することによって、成形性を確保できたものであり、前記集合強度は、本願の図１０に開示された通りである。

図１０は、本願の実施例および比較例の（０００１）面の集合強度を示すものである。

前記図１０に開示されているように、比較例２ａおよび２ｃの場合、集合組織の強度変化が大きい結果、前記表１に開示されているように、降伏強度は増加したことが分かる。ただし、延伸率が急激に低下することによって、成形性がやや減少することが分かる。

したがって、前記表１および本願の図１０に開示されているように、本願は、集合組織の強度変化を最小化し、成形性を確保できることを確認した。

実施例３
実施例１と比較して、下記表２に開示された条件のみ異ならせて、マグネシウム合金板材を製造した。その結果、実施例３により製造されたマグネシウム合金板材の機械的物性を、下記表３に開示した。

その結果、均質化焼鈍時間、圧延温度、および中間焼鈍温度条件を満足しなかった比較例３ａ〜３ｄの場合、本願の実施例に比べて成形性に劣ることを確認した。それだけでなく、降伏強度も本願の実施例に劣ることが分かる。比較例３ｃの場合、結晶粒の大きさ４０μｍ水準と他の比較例に比べて比較的に成形性に優れていたが、本願の実施例に及ばない水準であった。

本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で製造可能であり、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は本発明の技術的な思想や必須の特徴を変更することなく他の具体的な形態で実施できることを理解するであろう。そのため、以上に述べた実施例はあらゆる面で例示的なものであり、限定的でないと理解しなければならない。

Claims (14)

1. Ａｌ：２．７〜５重量％、Ｚｎ：０．７５〜１重量％、Ｃａ：０．１〜１重量％およびＭｎ：１重量％以下（０重量％を除く）を含有し、残りはＭｇおよび不可避不純物からなるマグネシウム合金板材であり、
   前記マグネシウム合金板材は、Ａｌ：２０〜２５重量％、Ｃａ：５〜１０重量％、および残りはＭｇ及び不可避不純物を含むＡｌ−Ｃａ二次相粒子を含み、
   前記マグネシウム合金板材は、結晶粒を含み、前記結晶粒の平均粒径は、５〜３０μｍである、マグネシウム合金板材。
2. 前記マグネシウム合金板材の限界ドーム高さ（ＬＤＨ）が７ｍｍ以上である、請求項１に記載のマグネシウム合金板材。
3. 前記Ｃａを０．３〜０．８重量％含有する、請求項１または２に記載のマグネシウム合金板材。
4. 前記Ａｌ−Ｃａ二次相粒子の平均粒径は、０．０１〜４μｍである、請求項１から３のいずれか１項に記載のマグネシウム合金板材。
5. 前記Ａｌ−Ｃａ二次相粒子は、前記マグネシウム合金板材の面積１００μｍ^２あたり５〜１５個含む、請求項１から４のいずれか１項に記載のマグネシウム合金板材。
6. Ａｌ：２．７〜５重量％、Ｚｎ：０．７５〜１重量％、Ｃａ：０．１〜１重量％およびＭｎ：１重量％以下（０重量％を除く）を含有し、残りはＭｇおよび不可避不純物からなるマグネシウム合金板材であり、
   前記マグネシウム合金板材の面積１００％に対して、双晶組織の面積分率は、２０％以下ある、マグネシウム合金板材。
7. 前記マグネシウム合金板材の（０００１）面を基準として最大集合強度が１〜４である、請求項６に記載のマグネシウム合金板材。
8. 前記マグネシウム合金板材の降伏強度は、１７０〜３００ＭＰａである、請求項６に記載のマグネシウム合金板材。
9. 請求項１から５のいずれか１項に記載のマグネシウム合金板材を製造するための方法であって、
   Ａｌ：２．７〜５重量％、Ｚｎ：０．７５〜１重量％、Ｃａ：０．１〜１重量％、およびＭｎ：１重量％以下（０重量％を除く）を含有し、残りはＭｇおよび不可避不純物からなる溶湯を鋳造して鋳造材を製造する段階；
   前記鋳造材を均質化熱処理する段階；および
   均質化熱処理された鋳造材を温間圧延する段階を含み、
   前記鋳造材を３５０〜５００℃の温度で１〜２８時間均質化熱処理を実施し、
   前記温間圧延は１５０〜３５０℃の温度であり、
   前記温間圧延を複数回行い、
   さらに、複数回の温間圧延の途中に１回以上の中間焼鈍をする段階を含む、マグネシウム合金板材の製造方法。
10. 前記温間圧延は、１回あたり１０〜３０％の圧下率で行う、請求項９に記載のマグネシウム合金板材の製造方法。
11. 前記中間焼鈍する段階は、３００〜５００℃の温度で１〜１０時間実施する、請求項９または１０に記載のマグネシウム合金板材の製造方法。
12. 全１００重量％に対して、Ａｌ：２．７重量％以上５重量％以下、Ｚｎ：０．７５重量％以上１重量％以下、Ｃａ：０．１重量％以上１重量％以下、Ｍｎ：０重量％超過１重量％以下、および残部である不可避不純物とマグネシウムを含む母合金を準備する段階；
    前記母合金を鋳造して鋳造材を製造する段階；
    前記鋳造材を均質化熱処理する段階；
    前記均質化熱処理された鋳造材を温間圧延して圧延材を製造する段階；
    前記圧延材を後熱処理する段階；および
    前記後熱処理された圧延材にスキンパスを実施してマグネシウム合金板材を製造する段階；を含み、
    前記後熱処理された圧延材にスキンパスを実施してマグネシウム合金板材を製造する段階により、前記製造されたマグネシウム合金板材は、前記圧延材の厚さに対して、２〜１５％の圧下率で圧延されたものであり、
    前記鋳造材を均質化熱処理する段階は、３００℃〜４００℃の温度区間での１次熱処理段階；および４００℃〜５００℃の温度区間での２次熱処理段階；を含み、
    前記３００℃〜４００℃の温度区間での１次熱処理段階は、５時間〜２０時間実施され、
    前記４００℃〜５００℃の温度区間での２次熱処理段階は、５時間〜２０時間実施され、
    前記後熱処理された圧延材にスキンパスを実施してマグネシウム合金板材を製造する段階において、前記スキンパスは、２５０℃〜３５０℃の温度範囲で実施されるものであり、
    前記圧延材を後熱処理する段階により、前記圧延材は、１時間〜１５時間焼鈍されるものである、マグネシウム合金板材の製造方法。
13. 前記温間圧延は、１５０℃〜３５０℃で行われる、請求項１２に記載のマグネシウム合金板材の製造方法。
14. 前記後熱処理は、３００℃〜５５０℃の温度範囲で１時間〜１５時間で行われる、請求項１２または１３に記載のマグネシウム合金板材の製造方法。

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