KR101404826B1 - 마그네슘 합금 코일재, 마그네슘 합금 코일재의 제조 방법 및 마그네슘 합금 부재 - Google Patents

마그네슘 합금 코일재, 마그네슘 합금 코일재의 제조 방법 및 마그네슘 합금 부재 Download PDF

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Abstract

평탄성이 우수한 마그네슘 합금 코일재 및 그 제조 방법, 이 코일재를 이용한 마그네슘 합금 부재 및 그 제조 방법을 제공한다. 마그네슘 합금으로 이루어진 판형재가 원통형으로 권취된 코일재이며, 그 내경이 1000 ㎜ 이하이다. 이 코일재로부터 절취한 휨량용 시험편(1)을 수평대(100)에 배치했을 때, 시험편(1)의 폭(w)에 대한, 양자 1, 100의 간극(110)에서의 연직 방향의 최대 거리(h)의 비율이 0.5% 이하이다. 이 코일재는, 마그네슘 합금을 연속 주조한 주조재에 압연을 실시하고, 얻어진 압연판에 온간 교정 가공을 실시하며, 얻어진 가공판을 원통형으로 권취할 때, 권취 직전의 온도를 100℃ 이하로 한 후 권취함으로써 제조할 수 있다. 권취 직전에 충분히 저온으로 함으로써, 권취 후의 판형재는, 권취 수가 많은 경우라도 폭 방향의 휨이 생기기 어렵고 또한, 권취 직경이 작은 경우라도 컬링이 생기기 어렵고 평탄성이 우수하다.

Description

마그네슘 합금 코일재, 마그네슘 합금 코일재의 제조 방법 및 마그네슘 합금 부재{MAGNESIUM ALLOY COIL STOCK, METHOD FOR PRODUCING MAGNESIUM ALLOY COIL STOCK, AND MAGNESIUM ALLOY STRUCTURAL MEMBER}
본 발명은, 마그네슘 합금 부재의 소재에 적합한 마그네슘 합금 코일재 및 그 제조 방법, 이 코일재에 의해 제조한 마그네슘 합금 부재 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 특히 평탄성이 우수하고, 프레스 성형품이라고 하는 마그네슘 합금 부재의 생산성 향상에 기여할 수 있는 마그네슘 합금 코일재에 관한 것이다.
마그네슘에 여러 가지의 첨가 원소를 첨가한 마그네슘 합금은, 경량이며, 비강도·비강성이 높고, 충격 흡수성이 우수하다. 이 때문에 마그네슘 합금은, 휴대 전화나 노트형 컴퓨터라고 하는 휴대용 전기·전자기기류의 하우징, 자동차용 부품 등의 각종 부재의 구성 재료로서 검토되고 있다. 마그네슘 합금은 육방정의 결정 구조(hcp 구조)를 갖기 때문에, 실온에서의 소성 가공성이 부족하므로, 마그네슘 합금으로 이루어진 부재는, 다이캐스트법이나 틱소몰드(thixomolding)법에 의한 주조재[예컨대 ASTM(미국 재료 시험 협회) 규격의 AZ91 합금]가 주류이다. 그러나, 상기 주조 방법에서는 얇은 판재, 특히 상기 각종 부재를 대량 생산함에 있어서, 그 소재에 적합한 긴 판재를 제조하는 것이 어렵다.
한편, ASTM 규격의 AZ31 합금으로 대표되는 전신(展伸)용 마그네슘 합금은, 비교적 소성 가공을 실시하기 쉽기 때문에, 그 합금으로 이루어진 주조판에 압연이나 프레스 가공이라고 하는 소성 가공을 실시하여 두께를 얇게 하는 것이 검토되고 있다. 특허문헌 1에서는, AZ91 합금과 같은 정도의 Al을 함유하는 합금으로 이루어진 압연판에 롤 레벨러에 의해 굽힘을 부여하고, 전단대를 잔존시킨 판재를 개시하고 있다. 이 판재는, 프레스 가공시에 재결정을 연속적으로 발생시킬 수 있어, 프레스 성형성이 우수하다. 또한 AZ91 합금이나 그 합금과 같은 정도의 Al을 함유하는 합금은, 내식성이나 강도가 높기 때문에, 이후, 전신재로서의 수요가 높아지는 것으로 기대된다.
특허문헌 1 : 국제 공개 제2009/001516호
마그네슘 합금 부재의 생산성을 향상시키는 것이 요구되고 있다.
마그네슘 합금 부재의 생산성을 향상시키 위해서는, 프레스 가공 등의 소성 가공이나 그 외 가공을 행함에 있어서, 가공 장치에 소재를 연속적으로 공급하는 것이 요구된다. 예컨대 긴 압연판 등의 판형재를 원통형으로 권취한 코일재를 소재로 이용함으로써, 상기 가공 장치에 소재를 연속적으로 공급할 수 있다.
그러나, 코일재에서는, 폭 방향의 휨이나 컬링(curling) 등에 의해 평탄성이 뒤떨어질 우려가 있다.
코일재의 권취 직경(내경)을 작게 하면, 긴 판재라도 소형으로 할 수 있기 때문에, 반송이나 상기 가공 장치에의 설치 등이 용이하고 또한, 상기 가공 장치에 대하여 하나의 코일재로부터 공급 가능한 소재량을 많게 할 수 있어, 마그네슘 합금 부재의 생산성을 보다 높일 수 있는 것으로 기대된다. 그러나, 권취 직경이 작으면, 특히 권취 직경이 1000 ㎜ 이하이면, 그 판형재에 컬링이 생기기 쉽고, 특히 판형재의 길이 방향으로 변형이나 휨을 가질 우려가 있다. 권취 수를 많게 하면, 권취 직경이 커지고, 상기 길이 방향의 변형이나 휨을 억제할 수 있지만, 후술하는 바와 같이 폭 방향의 휨이 생기기 쉬워진다.
상기 컬링 등의 변형이나 휨(굽힘)이 생긴 경우, 코일재를 풀어놓은 것만으로는 구부러져 있고 평탄해지지 않는다. 이러한 굽은 판형재를 가공 장치에 공급하면, 프레스 가공이라고 하는 소성 가공이나 펀칭 가공이라고 한, 형상을 변화시키기 위한 가공을 행함에 있어서, 가공 장치의 정해진 위치에 그 판형재를 정밀도 좋게 위치 결정하는 것이 어렵다. 그 결과, 소성 가공 부재를 정밀도 좋게 제조할 수 없어, 치수 불량에 의해 수율이 저하되고, 마그네슘 합금 부재의 생산성의 저하를 초래한다. 가공 장치에 판형재를 정밀도 좋게 배치하기 위해, 다른 교정 등의 가공을 행하면, 길이 방향의 변형이나 휨을 교정할 수 있지만, 공정 수의 증가에 의해, 마그네슘 합금 부재의 생산성의 저하를 초래한다. 또한, 마그네슘 합금판에서, 폭 방향의 변형이나 휨을 교정하는 적절한 가공 장치가 알려져 있지 않고, 폭 방향의 변형이나 휨을 제거하는 것은 어렵다.
그래서, 본 발명의 목적 중 하나는, 평탄성이 우수한 마그네슘 합금 코일재, 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기 코일재를 이용하여 얻어진 마그네슘 합금 부재, 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명자 등은, 프레스 성형품 등의 마그네슘 합금 부재의 소재로서, 마그네슘 합금으로 이루어진 코일재를 대상으로 하여, 특히 풀어놓은 상태의 판형재의 평탄성을 높이는 방법을 종종 검토하였다.
여기서, 마그네슘 합금에 압연이나 프레스 가공, 그 외 여러 가지의 소성 가공을 행하는 경우, 마그네슘 합금의 소성 가공성을 높이기 위해, 마그네슘 합금으로 이루어진 소재가 가열된 상태로 가공을 실시하는, 소위 온간(溫間) 가공을 행하는 것이 바람직하다. 예컨대 쌍롤 주조재 등의 소재에 온간 압연 가공을 실시하여, 얇고 긴 판재를 제조하는 것을 생각한다. 이 때, 예컨대 압연 공정에서 압연이 실시된 판형재를 가열 상태로 권취하면, 전술한 바와 같이 소성 변형성이 높여져 있기 때문에 변형하기 쉽고, 판형재에 컬링(휨)이 생기기 쉬워진다.
또한, 특히 폭이 넓은 판형재를 제조하는 경우 등에서는 판형재의 폭 방향에서 두께의 변동(두께 분포)이 생기기 쉽다. 폭 방향으로 두께의 변동이 있는 판형재를 순차 권취하면, 권취된 코일재의 직경도, 폭 방향으로 변동이 생겨, 균일한 원기둥형이 되지 않는다. 예컨대 판형재의 폭 방향의 중앙 부분의 두께가 가장자리 부분보다 두꺼운 경우, 권취한 코일재는, 폭 방향의 중앙 부분이 부풀어진 북 형상이 된다. 전술한 바와 같이 권취를 가열 상태에서 행한 경우, 상기 북 형상을 따른 휨이 판형재에 영구 변형으로서 잔류할 우려가 있다. 이 영구 변형이 폭 방향의 휨이 된다. 특히, 코일재를 구성하는 외측 턴은, 내측 턴의 변형이 누적되기 때문에, 권취 수가 많아질수록, 코일재의 폭 방향에서의 직경의 변동도 커지기 쉬워진다. 이 때문에 코일재를 구성하는 외측 턴일수록, 폭 방향의 휨이 커지는 경향이 있다.
폭 방향으로 두께의 변동이 적거나, 또는 실질적으로 없는 판형재여도, 온간 압연을 행하는 경우, 판형재의 폭 방향에서의 양단부는, 중앙부에 비해 차가워지기 쉽기 때문에, 이 온도차에 의해 판형재에서의 폭 방향의 열팽창량이 상이하고, 중앙부가 부풀어진 상태가 되기 쉽다. 즉, 두께의 변동이 적은 판형재라도, 전체가 균일한 온도가 될 때까지, 일시적으로 두께가 상이한 상태가 될 수 있다. 이러한 두께가 상이한 상태에서 권취함으로써, 전술한 바와 같이 코일재가 북 형상이 될 가능성이 있다. 그리고, 권취 후에 이 변형이 유지된 상태가 되면(영구 변형이 되어 잔류하면), 전술한 바와 같이 폭 방향의 휨이 될 가능성이 있다.
판형재가 짧은 경우, 컬링에 의한 변형이나 폭 방향의 휨이 문제가 되지 않는 경우도 있을 수 있다. 코일재로 하는 긴 판재에서는, 상기 변형이나 휨에 의해 평탄성이 저하되고, 코일재나 마그네슘 합금 부재의 생산성의 저하(제품의 수율 저하)를 초래한다.
이에 대하여, 온간 가공을 실시한 후, 원통형으로 권취하기 직전에 판형재를 특정한 낮은 온도로 한 후 권취하면, 코일재의 외형을 따른 폭 방향의 휨을 억제하거나 권취한 판형재에 컬링을 생기기 어렵게 할 수 있어, 일단 권취한 코일재를 풀어도, 그 판형재는 평탄성이 우수하다는 지견을 얻었다. 본 발명은, 이 지견에 기초하는 것이다.
본 발명의 마그네슘 합금 코일재는, 마그네슘 합금으로 이루어진 판형재가 원통형으로 권취된 것이고, 이 코일재의 내경이 1000 ㎜ 이하이며, 이하의 폭 방향의 휨량을 만족시킨다.
(폭 방향의 휨량)
상기 코일재를 구성하는 판형재 중, 최외주측에 위치하는 판형재를 길이: 300 ㎜로 절단하여 휨량용 시험편으로 하고, 이 휨량용 시험편을 수평대에 배치했을 때, 상기 수평대의 표면과, 그 휨량용 시험편의 일면에서 상기 수평대에 접촉하지 않는 지점으로서, 그 휨량용 시험편의 폭 방향에서의 연직 방향의 최대 거리를 h, 그 휨량용 시험편의 폭을 w로 하고, [상기 연직 방향의 최대 거리(h)/상기 휨량용 시험편의 폭(w)]×100을 폭 방향의 휨량(%)으로 할 때, 그 폭 방향의 휨량이 0.5% 이하이다.
본 발명의 코일재는, 내경이 1000 ㎜ 이하로 작고, 다층으로 권취한 경우라도 소형으로 할 수 있다. 또한 이 코일재는, 가장 폭 방향의 휨이 생기기 쉬운 최외주여도 휨량이 작고, 평탄성이 우수하다. 이 때문에 본 발명의 코일재는, 폭 방향의 휨을 시정하기 위한 처리를 행할 필요가 없다.
본 발명의 코일재의 일 형태로서, 그 코일재가 이하의 평탄도를 만족시키는 형태를 들 수 있다.
(평탄도)
상기 코일재를 구성하는 판형재 중, 최내주측에 위치하는 판형재를 길이: 1000 ㎜로 절단하여 평탄도용 시험편으로 하고, 이 평탄도용 시험편을 수평대에 배치했을 때, 상기 수평대의 표면과, 그 평탄도용 시험편의 일면에서 상기 수평대에 접촉하지 않는 지점의 연직 방향의 최대 거리를 평탄도로 하며, 그 평탄도가 5 ㎜ 이하이다.
상기 형태에 의하면, 판형재의 폭 방향 및 길이 방향 중 어디에나, 변형이나 휨이 적고, 평탄성이 우수하다. 본 발명의 코일재는, 전술한 바와 같이 내경이 1000 ㎜ 이하로 작고, 본 발명의 코일재 중, 최내주측의 판형재에는, 굽힘 반경이 500 ㎜ 이하라고 하는 비교적 급한 굽힘이 가해진 상태이다. 그러나, 본 발명의 코일재를 풀어 놓으면, 그 코일재를 구성하는 판형재는, 전술한 바와 같이 높은 평탄성을 갖고 있다. 즉, 상기 판형재는, 폭 방향의 휨뿐만 아니라, 컬링이 생기기 어렵거나, 또는 실질적으로 생기지 않는다. 따라서, 본 발명의 코일재를 풀어놓은 판형재를 그대로, 또는 간단한 교정 가공을 행한 것을, 프레스 가공이라고 하는 소성 가공이나 절단 등의 각종 가공을 행하는 가공 장치에 공급할 때, 정밀도 좋게 위치 결정할 수 있다.
이러한 본 발명의 코일재를 이용함으로써, 컬링 등에 의한 변형이나 휨을 제거하기 위한 교정 공정 자체를 생략하거나, 또는 교정 시간을 단축할 수 있다. 또한, 본 발명의 코일재를 이용함으로써, 소재를 소성 가공 장치에 연속적으로 공급할 수 있기 때문에, 상자 등의 입체 형상이나 판 등의 평면 형상 등, 여러 가지 형상의 마그네슘 합금 부재를 생산성 좋게 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명의 코일재는, 마그네슘 합금 부재의 소재에 적합하게 이용할 수 있고 또한, 마그네슘 합금 부재의 생산성의 향상에 기여할 수 있는 것으로 기대된다. 또한, 소재가 되는 본 발명의 코일재가 전술한 바와 같이 평탄성이 우수하기 때문에, 전술한 각종 가공을 정밀도 좋게 행하여, 치수 정밀도가 우수한 마그네슘 합금 부재가 얻어지는 것으로 기대된다.
본 발명의 일 형태로서, 상기 평탄도가 0.5 ㎜ 이하인 형태를 들 수 있다.
본 발명자 등이 조사한 바, 판형재의 두께 및 폭을 특정 범위로 하거나, 후술하는 바와 같이 특정 크기의 장력을 가한 상태로 교정 가공을 행함으로써, 평탄도가 더 작은 코일재가 얻어진다는 지견을 얻었다. 상기 형태에 의하면, 평탄도가 매우 작고, 평탄성이 더 우수하다.
상기 본 발명의 코일재나 후술하는 본 발명의 마그네슘 합금 부재, 후술하는 발명의 마그네슘 합금 코일재의 제조 방법에 이용하는 소재를 구성하는 마그네슘 합금은, Mg에 첨가 원소를 함유한 여러 가지 조성의 것(나머지부: Mg 및 불순물)을 들 수 있다. 첨가 원소는, 예컨대 Al, Zn, Mn, Si, Ca, Sr, Y, Cu, Ag, Ce, Sn, Li, Zr, Be, Ni, Au 및 희토류 원소(Y, Ce를 제외함)로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 들 수 있다. 첨가 원소가 많을수록, 강도나 내식성 등이 우수하지만, 너무 많으면 편석에 의한 결함이나 소성 가공성의 저하에 의해 균열 등이 생기기 쉬워지기 때문에, 첨가 원소의 합계 함유량은 20 질량% 이하가 바람직하다. 불순물은, 예컨대 Fe 등을 들 수 있다.
본 발명의 일 형태로서, 상기 마그네슘 합금은, 첨가 원소에 Al을 5.8 질량% 이상 12 질량% 이하 함유하는 형태를 들 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태로서, 상기 마그네슘 합금은, 첨가 원소에 Al을 8.3 질량% 이상 9.5 질량% 이하 함유하는 형태를 들 수 있다.
Al을 함유하는 Mg-Al계 합금은, 내식성이 우수하고, Al량이 많을수록 강도가 향상되며, 내식성도 우수한 경향이 있다. 그러나 Al이, 너무 많으면 굽힘을 포함하는 소성 가공성의 저하를 초래하여, 압연이나 교정 가공, 그 외 여러 가지의 소성 가공시에 균열 등이 생길 우려가 있다. 마그네슘 합금의 소성 가공성을 높이기 위해 상기 가공시의 마그네슘 합금의 온도를 높이면, 가열을 위한 에너지나 가열 시간이 필요하여, 생산성의 저하를 초래한다. 따라서, Al의 함유량은, 5.8 질량% 이상 12 질량% 이하가 바람직하고, 7.0 질량% 이상, 특히 8.3 질량% 이상 9.5 질량% 이하이면, 강도 및 내식성이 보다 우수하여 바람직하다. Mg-Al계 합금의 Al 이외의 첨가 원소의 합계 함유량은, 0.01 질량% 이상 10 질량% 이하, 특히 0.1 질량% 이상 5 질량% 이하가 바람직하다.
본 발명의 일 형태로서, 상기 코일재를 구성하는 판형재의 두께가 0.02 ㎜ 이상 3.0 ㎜ 이하이며, 상기 코일재를 구성하는 판형재의 폭이 50 ㎜ 이상 2000 ㎜ 이하인 형태를 들 수 있다. 또한, 상기 코일재를 구성하는 판형재의 두께가 0.3 ㎜ 이상 2.0 ㎜ 이하이며, 상기 코일재를 구성하는 판형재의 폭이 50 ㎜ 이상 300 ㎜ 이하인 형태를 들 수 있다.
상기 형태에 의하면, 예컨대 휴대용 전기·전자기기의 하우징 등의 소재에 적합하게 이용할 수 있다. 특히 두께가 0.3 ㎜∼2.0 ㎜, 폭이 300 ㎜ 이하를 만족시키는 형태에서는, 후술하는 바와 같이 특정 크기의 장력을 가하지 않고 교정 가공을 실시한 경우라도, 평탄도가 0.5 ㎜ 이하라고 하는 평탄성이 보다 우수한 코일재를 얻기 쉽다.
본 발명의 일 형태로서, 상기 코일재를 구성하는 판형재의 실온(20℃ 정도)에서의 인장 강도가 280 MPa 이상 450 MPa 이하를 만족시키는 형태를 들 수 있다. 또는, 본 발명의 일 형태로서, 상기 코일재를 구성하는 판형재의 실온(20℃ 정도)에서의 0.2% 내력이 230 MPa 이상 350 MPa 이하를 만족시키는 형태를 들 수 있다. 또는, 본 발명의 일 형태로서, 상기 코일재를 구성하는 판형재의 실온(20℃ 정도)에서의 신장이 1% 이상 15% 이하를 만족시키는 형태를 들 수 있다. 또는, 본 발명의 일 형태로서, 상기 코일재를 구성하는 판형재의 비커스 경도(Hv)가 65 이상 100 이하를 만족시키는 형태를 들 수 있다.
상기 형태에 의하면, 강도나 경도, 인성이라고 하는 기계적 특성이 우수하다. 따라서, 본 발명의 코일재는, 프레스 가공 등이 실시되어 형성되는 소성 가공 부재의 소재에 적합하게 이용할 수 있다. 또한, 얻어진 소성 가공 부재(본 발명의 마그네슘 합금 부재)도 고강도, 고경도, 고인성이다.
본 발명의 일 형태로서, 상기 코일재를 구성하는 판형재의 잔류 응력(절대값)이 0 MPa 초과 100 MPa 이하인 형태를 들 수 있다.
본 발명의 코일재가, 압연이 실시된 압연판으로 구성되어 있는 경우나 교정 가공이 실시된 가공판으로 구성되어 있는 경우, 그 코일재를 구성하는 판형재는, 평면의 임의의 방향으로 압축성의 잔류 응력을 갖는다. 대표적으로는, 상기 형태와 같이 0 MPa 초과 100 MPa 이하의 압축성의 잔류 응력을 갖는다. 잔류 응력을 가짐으로써, 상기 형태는, 소성 가공시에 동적 재결정화가 충분히 발생하여 소성 가공성이 우수하다. 이 잔류 응력의 값은, 상기 가공판인 것을 나타내는 지표로서 이용할 수 있는 경우가 있다고 생각된다.
상기 본 발명의 코일재는, 예컨대 이하의 본 발명의 제조 방법에 의해 제조할 수 있다. 본 발명의 마그네슘 합금 코일재의 제조 방법은, 이하의 준비 공정과, 온간 가공 공정과, 권취 공정을 포함한다.
준비 공정: 마그네슘 합금으로 이루어지는 소재판이 원통형으로 권취되어 이루어지는 소재 코일재를 준비하는 공정.
온간 가공 공정: 상기 소재 코일재를 풀어 상기 소재판을 연속적으로 조출하고, 조출된 상기 소재판의 온도가 100℃ 초과인 상태로 그 소재판에 가공을 실시하는 공정.
권취 공정: 상기 가공이 실시된 가공판을 권취하여, 내경이 1000 ㎜ 이하의 코일재를 형성하는 공정.
그리고, 상기 권취는, 상기 가공판에서 권취 직전의 온도를 100℃ 이하로 한 후 행한다. 특히, 권취 직전의 온도는 75℃ 이하가 바람직하다.
본 발명의 제조 방법에 의하면, 소재판이 100℃ 초과로 가열된 상태로 온간 가공을 행함으로써, 소재판의 가공성을 높일 수 있어, 원하는 가공을 양호하게 실시할 수 있다. 또한, 소재판으로서, 권취가 가능한 정도로 긴 코일재를 준비함으로써, 긴 가공판이 얻어진다. 그러나, 얻어진 가공판을 권취함에 있어서, 상기 가공시의 열이 가공판에 잔존함으로써, 가공판은, 소성 변형하기 쉬운 상태이다. 이것에 대하여, 본 발명의 제조 방법에서는, 권취 직전의 온도를 100℃ 이하, 바람직하게는 75℃ 이하로 함으로써, 소성 변형하기 어려워지며, 권취 후의 판형재가 실질적으로 변형하지 않거나, 또는 변형량이 적다. 즉, 본 발명의 제조 방법은, 폭 방향의 두께의 변동이 적거나, 또는 실질적으로 없는 판형재는 물론, 폭 방향의 두께의 변동이 있는 판형재(가열 상태로 권취하면 코일 외형이 북 형상 등의 비원기둥 형상이 될 우려가 있어, 폭 방향의 휨이 현저해지기 쉬운 판형재)여도, 폭 방향으로 큰 휨이 생기기 어렵고, 원기둥형의 코일재가 얻어지기 쉽다. 이와 같이 상기 본 발명의 제조 방법에 의하면, 코일재를 구성하는 판형재의 폭 방향의 휨·변형을 저감시킬 수 있고 또한, 길이 방향의 휨·변형도 저감시킬 수 있다.
권취 직전의 온도란, 코일재의 1턴째를 구성하는 판형재의 경우, 판형재에서 권취릴에 접하는 지점, 코일재의 2턴째 이후를 구성하는 판형재의 경우, 판형재에서 이미 권취된 코일 부분에 접하는 지점으로부터 상류측(온간 가공을 실시하는 가공 수단측)을 향해 정해진 범위(0 ㎜∼2000 ㎜ 정도가 바람직함)에서의 표면 온도로서, 판형재의 폭 방향의 평균 온도로 한다. 상기 표면 온도는, 열전대라고 하는 접촉식 온도 센서, 방사 온도계라고 하는 비접촉식 온도 센서를 이용하여, 용이하게 측정할 수 있다.
본 발명의 제조 방법의 일 형태로서, 상기 온간 가공 공정에서는, 조출된 상기 소재판의 온도가 150℃ 이상 400℃ 이하인 상태로 그 소재판에 압연 롤에 의해 압연을 실시하는 형태를 들 수 있다. 특히, 이 형태에서는, 상기 준비 공정에서 준비하는 상기 소재 코일재로서, 마그네슘 합금을 연속 주조한 주조재를 권취한 주조 코일재를 들 수 있다.
상기 형태에 의하면, 특정한 온도로 가열된 상태의 소재판에 압연을 실시하고, 얻어진 압연판을 권취하기 직전에 특정 온도로 함으로써(저온으로 함으로써), 예컨대 후술하는 교정 가공을 실시하지 않고, 평탄성이 우수한 마그네슘 합금 코일재(본 발명의 코일재)가 얻어진다. 이 형태에서는, 교정 공정을 생략하여도 좋고, 상기 코일재의 생산성이 우수하다. 이 형태에서는, 압연판으로 구성되는 코일재가 얻어진다. 또한, 연속 주조재로 구성되는 주조 코일재를 이용하는 형태에서는, 압연이라고 하는 소성 가공성이 우수함으로써, 양호하게 압연을 실시할 수 있고 또한, 압연 전의 소재판이 길기 때문에, 보다 긴 코일재를 얻기 쉽다.
본 발명의 제조 방법의 일 형태로서, 상기 준비 공정에서는, 상기 소재 코일재로서, 마그네슘 합금으로 이루어지는 압연판을 권취한 압연 코일재를 준비하고, 상기 온간 가공 공정에서는, 상기 압연판의 온도가 100℃ 초과 350℃ 이하인 상태로 그 압연판에 복수의 롤에 의해 온간 교정 가공을 실시하는 형태를 들 수 있다.
상기 형태에 의하면, 특정한 온도로 가열된 상태의 특정 소재판(압연판)에 교정 가공을 실시하고, 얻어진 교정 가공판을 권취하기 직전에 특정한 온도로 함으로써(저온으로 함으로써), 평탄성이 우수한 마그네슘 합금 코일재(본 발명의 코일재)가 얻어진다. 또한, 교정시에서의 압연판의 온도를 특정한 범위로 함으로써, 압연판은 소성 변형성이 우수하여 교정시에 균열 등이 생기기 어렵고, 압연에 의해 도입된 왜곡(전단대)을 충분히 잔존시킬 수 있다. 따라서, 이 형태에 의하면, 평탄성이 우수하고 또한, 표면성상이나 소성 가공성도 우수한 마그네슘 합금 코일재(본 발명의 코일재)가 얻어진다. 이 형태에서는, 교정 가공이 실시된 가공판으로 구성되는 코일재가 얻어진다.
상기 교정 가공을 행하는 본 발명의 제조 방법의 일 형태로서, 상기 교정 가공을 상기 압연판에 30 MPa 이상 150 MPa 이하의 장력을 가한 상태로 행하는 형태를 들 수 있다.
상기 형태에 의하면, 평탄성이 더 우수한 마그네슘 합금 코일재(본 발명의 코일재), 구체적으로는, 평탄도가 0.5 ㎜ 이하를 만족시키는 것을 제조할 수 있다.
상기 교정 가공을 행하는 본 발명의 제조 방법의 일 형태로서, 상기 준비 공정에서는, 상기 소재 코일재로서, 마그네슘 합금을 연속 주조한 주조재에 압연을 실시하고, 얻어진 압연판을 권취한 압연 코일재를 준비하는 형태를 들 수 있다.
상기 형태에 의하면, 전술한 바와 같이 연속 주조재로 구성되는 주조 코일재를 이용함으로써, 양호하게 압연을 실시할 수 있는, 긴 판재를 얻기 쉽다고 하는 효과를 나타낸다.
본 발명의 마그네슘 합금 코일재는, 평탄성이 우수하다. 본 발명의 마그네슘 합금 코일재의 제조 방법은, 상기 코일재를 생산성 좋게 제조할 수 있다. 본 발명의 마그네슘 합금 부재는, 각종 구성 부품에 적합하게 이용할 수 있다. 본 발명의 마그네슘 합금 부재의 제조 방법은, 본 발명의 마그네슘 합금 부재의 제조에 적합하게 이용할 수 있다.
도 1의 (a)는 코일재의 사시도, 도 1의 (b)는 폭 방향의 휨량의 측정 방법을 설명하는 모식도이다.
도 2는 평탄도의 측정 방법을 설명하는 모식도이다.
도 3은 소재에 교정 가공을 행하여 권취하는 수순을 모식적으로 도시하는 공정 설명도이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
[코일재]
(조성)
본 발명의 코일재나 후술하는 본 발명의 마그네슘 합금 부재를 구성하는 마그네슘 합금은, Mg을 모재로 하는, 즉 Mg을 50 질량% 이상 함유하고, 전술한 바와 같이 여러 가지의 첨가 원소를 함유한 형태를 취할 수 있다. Al을 함유하는 Mg-Al계 합금의 보다 구체적인 조성은, 예컨대 ASTM 규격에서의 AZ계 합금(Mg-Al-Zn계 합금, Zn: 0.2 질량%∼1.5 질량%), AM계 합금(Mg-Al-Mn계 합금, Mn: 0.15 질량%∼0.5 질량%), AS계 합금(Mg-Al-Si계 합금, Si: 0.01 질량%∼20 질량%), 그 외 Mg-Al-RE(희토류 원소)계 합금, AX계 합금(Mg-Al-Ca계 합금, Ca: 0.2 질량%∼6.0 질량%), AJ계 합금(Mg-Al-Sr계 합금, Sr: 0.2 질량%∼7.0 질량%) 등을 들 수 있다. Al을 5.8 질량% 이상 함유하는 AZ계 합금은, 예컨대 AZ61 합금, AZ80 합금, AZ91 합금(Al: 8.3 질량%∼9.5 질량%, Zn: 0.5 질량%∼1.5 질량%)을 들 수 있다. AZ91 합금은, AZ31 합금 등의 다른 Mg-Al계 합금과 비교하여 내식성이나 강도, 경도라고 하는 기계적 특성이 우수하고, 범용성도 있다. 단, Al의 함유량이 많은 것으로, 경도가 높아져 소성 가공성이 뒤떨어지고, 소성 가공시에 균열 등이 생기기 쉽기 때문에, AZ91 합금이나 그 합금과 같은 정도의 Al을 함유하는 합금에 대하여, 본 발명의 제조 방법을 적용함으로써, 평탄성이 우수하고 또한, 소성 가공성이 우수한 긴 판재가 얻어진다.
그 외, 본 발명의 코일재나 후술하는 본 발명의 마그네슘 합금 부재를 구성하는 마그네슘 합금이, Y, Ce, Ca, 및 희토류 원소(Y, Ce를 제외)로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 합계 0.001 질량% 이상, 바람직하게는 합계 0.1 질량% 이상 5 질량% 이하 함유하면, 내열성, 난연성이 우수하다.
(형태)
본 발명의 코일재를 구성하는 판형재의 대표적인 형태는, 주조재에 압연이 실시된 압연판, 이 압연판에 교정 가공이 더 실시된 가공판을 들 수 있다.
(내경)
내경이 작을수록 권취 수를 많게 하여도 소형인 코일재가 되지만, 특별한 제조 방법으로 하지 않으면 폭 방향의 휨이 생기기 쉽다고 생각된다. 한편, 내경이 1000 ㎜ 초과인 대직경의 코일재에서는, 그 코일재를 구성하는 판형재에 부여되는 굽힘이 완만하기 때문에, 특별한 제조 조건에 의해 제조하지 않아도 컬링(주로 길이 방향의 휨)이 생기기 어렵다고 생각된다. 본 발명의 코일재는 전술한 바와 같이 특별한 제조 방법에 의해 제조하기 때문에, 종래의 제조 방법에서는 폭 방향의 휨이나 컬링이 생기기 쉽다고 생각되는, 내경이 1000 ㎜ 이하의 코일재를 대상으로 한다. 내경이 작을수록 권취 수를 많게 하여도 소형인 코일재가 되고, 예컨대 내경이 300 ㎜ 이하로 하여도 좋다. 내경이 400 ㎜ 이상 700 ㎜ 이하인 코일재를 이용하기 쉽다고 생각된다. 본 발명의 코일재의 외경은, 코일의 과잉적인 대형화를 초래하지 않는 범위에서 적절하게 선택할 수 있어, 3000 ㎜ 이하, 특히 2000 ㎜ 이하가 이용하기 쉽다고 생각된다.
(두께 및 폭)
본 발명의 코일재를 구성하는 판형재의 두께나 폭은, 대표적으로는, 그 판형재에 의해 제조하는 마그네슘 합금 부재의 크기에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 예컨대 휴대용 전기·전자기기의 하우징 등의 소재에 상기 코일재를 이용하는 경우, 이 코일재를 구성하는 판형재의 두께는 0.02 ㎜ 이상 3.0 ㎜이하, 특히 0.1 ㎜ 이상 1 ㎜ 이하, 같은 판형재의 폭은 50 ㎜ 이상 2000 ㎜ 이하, 특히 100 ㎜ 이상, 또한 200 ㎜ 이상이 이용하기 쉽다고 생각된다. 또한, 전술한 바와 같이 판형재의 두께가 0.3 ㎜∼2.0 ㎜, 폭이 50 ㎜∼300 ㎜이면, 평탄성이 더 우수한 코일재를 제조하기 쉽다.
(폭 방향의 휨)
전술한 바와 같이 온간 가공 후에 특정한 온도로 하여 권취함으로써, 본 발명의 코일재는, 폭 방향의 휨이 작다. 휨량은 작을수록 바람직하고, 0.3% 이하가 보다 바람직하다. 폭 방향의 휨량의 측정은, 이하와 같이 행한다. 우선, 코일재를 설명한다. 코일재(10)는, 도 1의 (a)에 도시하는 바와 같이 긴 판형재(11)를 권취한 것이다. 코일재(10)에서, 도 1의 (a)에 화살표 A로 도시하는 방향, 즉 판형재(11)가 감기는 방향(권취 방향), 또는 풀려지는 방향[풀리는 방향(조출 방향)]이 판형재(11)의 길이 방향이며, 도 1의 (a)에 화살표 B로 도시하는 방향, 즉 상기 길이 방향에 직교하는 방향이 판형재(11)의 폭 방향이다.
코일재를 풀어 최외주로부터 길이 300 ㎜로 잘라낸 휨량용 시험편(1)을 준비한다. 이 휨량용 시험편(1)을 도 1의 (b)에 도시하는 바와 같이 수평대(평탄한 정반)(100) 위에 배치하고, 휨량용 시험편(1)의 폭 방향을 따라, 휨량용 시험편(1)에서 수평대(100)와 대향하는 면과 수평대(100)의 표면 사이에 생기는 간극(110)에 대해서, 연직 방향의 거리를 스테인리스제 스케일이나 간극 게이지라고 하는 측정기에 의해 측정한다. 측정한 상기 거리 중, 최대 거리: h[대부분은 휨량용 시험편(1)의 폭 방향의 중심(C) 지점에서의 연직 방향의 거리]를 구하고, 이 최대 거리(h)와 폭(w)과 전술한 식: (h/w)×100에 의해 휨량을 산출할 수 있다. 또한 판형재의 폭 방향의 휨은, 폭에도 의하지만, 판형재의 길이가 너무 길면 적정하게 나타내기 어려워지는 것으로 생각되기 때문에, 폭 방향의 휨을 적정하게 측정할 수 있도록, 폭 방향의 휨량의 측정에 이용하는 시험편의 길이는, 300 ㎜로 한다. 폭 방향의 휨을 보다 적정하게 측정하는 경우, 휨량용 시험편을 잘라낸 후, 길이 방향의 휨을 가능한 한 배제하기 위해 롤 레벨러 장치에 의해 냉간 교정을 실시하여도 좋다.
(평탄도)
본 발명의 코일재를 구성하는 판형재는, 전술한 바와 같이 평탄성이 우수하고, 가장 바람직한 형태로서는, 전술한 길이 1000 ㎜로 잘라낸 평탄도용 시험편의 일면이 실질적으로 전체면이 수평대에 접촉하는, 즉 전술한 평탄도가 실질적으로 0 ㎜인 형태를 들 수 있다. 평탄도가 작을수록 상기 판형재는 평탄성이 우수하기 때문에, 5 ㎜ 이하, 또한 3 ㎜ 이하, 특히 1 ㎜ 이하, 특히 0.5 ㎜ 이하가 보다 바람직하다. 평탄 정도의 측정에는 여러 가지 방법을 생각할 수 있지만, 본 발명에서는, 자신의 중량 변형에 의한 영향이 작은 것으로 생각되기 때문에, 전술한 방법을 채용한다.
평탄도의 측정은, 이하와 같이 행한다. 도 1의 (a)에 도시하는 코일재(10)를 풀어, 최내주로부터 길이 1000 ㎜로 잘라낸 평탄도용 시험편(2)(도 2)을 준비한다. 그리고, 도 2에 도시하는 바와 같이, 수평대(100) 위에, 평탄도용 시험편(2)을 배치하고, 평탄도용 시험편(2)에서 수평대(100)와 대향하는 면과, 수평대(100)의 표면 사이에 생기는 간극(110)에 대해서, 연직 방향의 거리를 전술한 바와 같이 간극 게이지라고 하는 측정기에 의해 측정하고, 측정값의 최대값(d)을 평탄도로 한다. 도 1, 2에서는, 각 시험편(1, 2)의 가장자리 부분이 수평대(100)에 근접하도록 배치한 상태를 도시하지만, 도 1, 2에 도시하는 각 시험편(1, 2)의 상하를 교체하여, 상기 가장자리 부분이 수평대(100)로부터 멀어지도록 배치한 상태로 폭 방향의 휨량이나 평탄도를 측정하여도 좋다. 또한 도 1, 2에서는 설명의 편의상, 간극(110)을 과장하여 도시한다.
평탄도용 시험편(2)은, 권취된 상태일 때에 외주측으로 되어 있던 면, 동일 내주측으로 되어 있던 면 중 어느 것을 수평대(100)에 접하는 면으로서 수평대(100)에 배치하여도 좋다. 상기 외주측으로 되어 있던 면을 수평대(100)에 접하는 면으로 하는 경우, 휨이 수평대(100)를 향해 볼록해지고(하향으로 볼록해지고), 시험편(2)의 가장자리 부분과 수평대(100) 사이에 간극이 생겨, 측정하기 쉽다.
코일재의 최내주측에 위치하는 판형재가 상기 특정 범위의 평탄도를 만족시키면, 그 판형재보다 외주에 위치하는 판형재는, 굽힘 직경이 크고, 완만한 굽힘이 가해진 상태이기 때문에, 컬링이 생기기 어렵게 되어 있다. 따라서, 상기 외주측의 판형재는, 상기 특정 범위의 평탄도를 만족시키기 때문에, 본 발명에서는, 평탄도의 측정에 있어서, 코일재의 최내주측의 판형재를 시험편으로 채용한다.
(기계적 특성)
〔인장 강도〕
본 발명의 코일재를 구성하는 판형재는, 조성이나 실시된 압연 등의 제조 조건에도 의하지만, 동일한 조성의 경우, 압연이 실시되고 있는 것으로 다이캐스트재나 틱소몰드재보다 강도가 우수하여, 예컨대 전술한 바와 같이 280 MPa 이상을 만족시킬 수 있다. 조성이나 제조 조건에 의해서는, 300 MPa 이상, 또한 320 MPa 이상을 만족시킬 수 있다. 실온(20℃ 정도)에서의 인장 강도가 450 MPa 이하이면, 신장 등의 인성도 충분히 가질 수 있어 바람직하다.
〔0.2% 내력〕
전술한 바와 같은 고강도인 판형재는, 0.2% 내력도 우수하고, 예컨대 전술한 바와 같이 230 MPa 이상을 만족시킬 수 있다. 조성이나 제조 조건에 의해서는, 0.2% 내력이 250 MPa 이상을 만족시킬 수 있다. 실온(20℃ 정도)에서의 0.2% 내력이 350 MPa 이하이면, 신장 등의 인성도 충분히 가질 수 있어 바람직하다.
〔신장〕
본 발명의 코일재를 구성하는 판형재는, 조성이나 제조 조건에도 의하지만, 전술한 바와 같이 고강도이면서, 우수한 신장을 갖는 형태로 할 수 있다. 신장이 높을수록, 코일형으로 권취할 때나 온간 교정 가공시의 균열을 저감시킬 수 있고 또한, 소성 가공시에도 균열 등이 생기기 어렵다. 예컨대 전술한 바와 같이 신장이 1% 이상, 또한 4% 이상, 특히 5% 이상, 특히 8% 이상인 형태를 들 수 있다. 인장 강도나 0.2% 내력이 높을수록 신장이 저하되는 경향이 있고, 신장의 상한은 15% 정도로 생각된다. 본 발명의 코일재가, 교정 가공이 실시된 가공판으로 구성되어 있는 경우, 신장이 작아도, 소성 가공시에 연속적인 재결정이 생기기 쉽고, 소성 가공성이 우수하다.
〔비커스 경도(Hv)〕
본 발명의 코일재를 구성하는 판형재는, 경도도 높은 경향이 있고, 예컨대 전술한 바와 같이 비커스 경도(Hv)가 65 이상, 또한 80 이상을 만족시키는 형태를 들 수 있다. 이러한 고경도재인 것으로, 본 발명의 코일재에 의해 제조된 마그네슘 합금 부재는, 흠집이 생기기 어렵다. 비커스 경도는, 후술하는 잔류 응력에 의해 주로 변화되어, 잔류 응력이 클수록, 고경도인 경향이 있고, 후술하는 압축 응력의 범위에서는, 비커스 경도(Hv)의 상한은 100으로 생각된다.
〔잔류 응력〕
상기 판형재가 압축성의 잔류 응력을 가지며, 그 값이 0 MPa 초과 100 MPa 이하, 특히 5 MPa 이상 30 MPa 이하인 경우, 프레스 가공이라고 하는 소성 가공을 행할 때의 온도 영역, 대표적으로는 200℃∼300℃의 온간 영역에서의 판형재의 신장이 100% 이상이 된다. 따라서, 이 판형재는, 여러 가지 형상에 대하여 충분히 소성 변형을 행하여, 소성 가공성이 우수하다.
[마그네슘 합금 부재]
본 발명의 코일재를 풀어, 그 코일재를 구성하는 판형재에 소성 가공을 실시하는 본 발명의 마그네슘 합금 부재의 제조 방법에 의해, 본 발명의 마그네슘 합금 부재가 얻어진다. 소성 가공은, 프레스 가공, 딥드로잉, 단조 가공, 굽힘 가공 등의 여러 가지 가공을 채용할 수 있다. 이러한 소성 가공이 실시된 본 발명의 마그네슘 합금 부재는, 대표적으로는, 그 전체에 소성 가공이 실시된 것, 예컨대 상자 등의 입체 형상의 소성 가공 부재를 들 수 있다. 그 외, 본 발명의 마그네슘 합금 부재는, 상기 판형재의 일부에만 소성 가공이 실시된 형태, 즉, 소성 가공부를 갖는 형태도 포함한다. 소성 가공은, 상기 판형재를 200℃∼300℃로 가열하여 실시하면, 균열 등이 생기 어렵고, 표면성상(表面性狀)이 우수한 마그네슘 합금 부재가 얻어진다. 또한, 전술한 바와 같이 고강도, 고인성인 본 발명의 코일재를 소재로 함으로써, 본 발명의 마그네슘 합금 부재도 고강도, 고인성이다.
그 외, 본 발명의 코일재를 풀어, 그 코일재를 구성하는 판형재에 적절하게 절단이나 펀칭 등의 형상을 변화시키는 여러 가지 가공을 실시함으로써, 판형의 마그네슘 합금 부재로 할 수 있다.
얻어진 마그네슘 합금 부재에, 화성 처리, 양극 산화 처리 등의 방식(防食) 처리, 도장, 연마, 다이아컷 가공 등의 표면 가공 등을 행하여, 내식성을 더 향상시키거나, 기계적 보호를 도모하거나, 장식성이나 의장성, 금속 질감을 높여 상품 가치를 높일 수 있다.
[제조 방법]
이하, 상기 본 발명의 제조 방법의 각 공정을 보다 상세히 설명한다.
{준비 공정}
준비 공정에서 준비하는 소재판에는, 주조재, 주조재에 압연을 실시한 압연판을 들 수 있다. 주조재를 이용하는 경우, 전술한 바와 같이 온간 가공은 압연을 들 수 있고, 압연판을 이용하는 경우, 전술한 바와 같이 온간 가공은 교정 가공을 들 수 있다. 어떻게든 본 발명의 코일재를 제조하기 위해서는, 대표적으로는 주조 공정과, 압연 공정을 포함한다.
(주조)
본 발명의 코일재의 출발재에는, 예컨대 잉곳 주조재를 이용할 수 있다. 그러나 본 발명의 코일재를 구성하는 판형재를 긴 판재로 하기 위해서는, 출발재가 되는 주조재도 긴 판재인 것이 바람직하다. 긴 판재가 얻어지는 주조 방법으로서, 연속 주조법이 바람직하다. 연속 주조법은, 급냉 응고가 가능하기 때문에, 첨가 원소의 함유량이 많은 경우라도 편석이나 산화물 등의 내부 결함을 저감시킬 수 있고, 압연 등의 소성 가공성이 우수한 주조재를 얻을 수 있기 때문에 바람직하다. 즉, 연속 주조재에서는, 압연 등의 소성 가공시에 상기 내부 결함이 기점이 되어 균열 등이 생기기 어렵다. 특히, AZ91 합금이나 그 합금과 동일한 정도의 Al을 함유하는 합금에서는, 주조 시간, 정출물(晶出物)이나 편석이 생기기 쉽고, 주조 후에 압연 등의 소성 가공을 실시하여도, 이들 정출물이나 편석이 잔존하기 쉽다. 그러나, 연속 주조재로 함으로써, Al이라고 하는 첨가 원소의 함유량이 많은 합금종이어도, 상기 정출물이나 편석을 저감시키기 쉽다. 연속 주조법에는, 쌍롤법, 트윈 벨트법, 벨트 앤드 휠법이라고 하는 여러 가지 방법이 있지만, 판형의 주조재의 제조에는, 쌍롤법이나 트윈 벨트법, 특히 쌍롤법이 적합하다. 특히 WO/2006/003899에 기재된 주조 방법으로 제조한 주조재를 이용하는 것이 바람직하다. 주조재의 두께, 폭, 길이는 원하는 압연판 등의 판형재가 얻어지도록 적절하게 선택할 수 있다. 주조재의 두께는, 너무 두꺼우면 편석이 생기기 쉽기 때문에, 10 ㎜ 이하, 특히 5 ㎜ 이하가 바람직하다. 주조재의 폭은, 제조 설비로 제조 가능한 폭으로 할 수 있다. 얻어진 연속 주조재도 원통형으로 권취하면, 다음 공정에 반송하기 쉽다. 권취시, 주조재에서 특히 감기 시작한 부분의 온도가 100℃∼200℃ 정도이면, AZ91 합금이라고 하는 균열이 생기기 쉬운 합금종이어도 구부러뜨리기 쉬워져 권취하기 쉽다.
(용체화 처리)
상기 주조재에 압연을 실시하기 전에 용체화 처리를 실시하면, 주조재의 조성을 균질화하거나, Al이라고 하는 원소를 포함하는 석출물을 재고용(固溶)시켜 인성을 높일 수 있다. 용체화 처리의 조건은, 가열 온도: 350℃ 이상, 특히 380℃ 이상 420℃ 이하, 유지 시간: 0.5시간 이상, 특히 1시간 이상 40시간 이하를 들 수 있다. Mg-Al계 합금인 경우, Al의 함유량이 많을수록 유지 시간을 길게 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 유지 시간으로부터의 냉각 공정에서, 수냉이나 충풍(衝風)이라고 하는 강제 냉각 등을 이용하여, 냉각 속도를 빠르게 하면(바람직하게는 50℃/min 이상), 조대(粗大)한 석출물의 석출을 억제할 수 있다. 주조 코일재를 이용하는 경우, 용체화 처리는 권취한 상태로 행하여도 좋고(배치 처리), 풀어 가열로 등에 연속적으로 주조재를 장입하여 행하여도 좋다(연속 처리).
(압연)
상기 주조재나 용체화 처리재에 실시하는 압연은, 그 주조재를 포함하는 소재(압연을 실시하는 대상)가 100℃ 초과, 특히 150℃ 이상 400℃ 이하로 가열된 상태로 행하는 온간 압연, 또는 열간 압연의 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 소재가 상기 온도로 가열된 상태로 압연을 행함으로써, 1패스(pass)당 압하율을 높인 경우에도 압연중에 균열 등이 생기기 어렵고 바람직하다. 150℃ 이상으로 함으로써, 압연시, 균열 등이 보다 생기기 어렵고, 가열 온도를 높일수록 균열 등이 적어지지만, 400℃ 초과시에는, 압연롤의 열 열화가 생기거나, 압연판 표면의 시징(seizing) 등에 의한 열화나 압연판을 구성하는 결정립의 조대화에 의해, 얻어지는 압연판의 기계적 특성의 저하 등을 초래한다. 따라서, 압연시의 소재의 온도는 350℃ 이하가 바람직하고, 300℃ 이하, 특히 280℃ 이하, 특히 150℃ 이상 250℃ 이하로 하면 상기 열적인 열화나 결정립의 조대화를 억제하기 쉽고, 200℃∼350℃, 특히 250℃ 이상, 특히 270℃ 이상 330℃ 이하로 하면 압연성이 우수하다. 소재를 상기 온도로 하기 위해서, 대표적으로는 소재를 가열하는 것을 들 수 있다. 소재의 가열에는, 분위기로(히트 박스) 등을 이용하는 것을 들 수 있다. 압연롤을 가열하여도 좋다. 압연롤의 가열 온도는 100℃∼250℃를 들 수 있다. 소재와 압연롤 쌍방을 가열하여도 좋다. 또한 압하율은, 압연 전의 소재의 두께를 t0, 압연 후의 압연판의 두께를 t1로 할 때, {(t0-t1)/t0}×100으로 나타내는 값이다.
압연은, 1패스여도 복수 패스 행하여도 좋지만, 1패스 이상은, 상기 온간 압연을 포함하는 것이 바람직하다. 복수 패스의 압연을 행하는 경우, 예컨대 소재(압연을 실시하는 대상)의 가열 온도나 압연롤의 온도, 압하율, 라인 속도 등의 조건을 패스마다 변경할 수 있다. 복수 패스의 압연을 행함으로써, 두께가 얇은 판형재가 얻어지고 또한, 판형재의 평균 결정 입자 직경을 작게 하거나(예컨대, 10 ㎛ 이하, 바람직하게는 5 ㎛ 이하), 프레스 가공이라고 하는 소성 가공성을 높일 수 있다. 원하는 두께 및 폭의 판형재가 얻어지도록, 패스 수, 각 패스의 압하율, 및 총압하율을 적절하게 선택하면 좋다. 예컨대 1패스당 압하율은, 5% 이상 40% 이하, 총압하율은, 75% 이상 85% 이하를 들 수 있다. 복수 패스의 압연을 행하는 경우, 패스간에 중간 열처리[가열 온도: 150℃∼350℃(바람직하게는 300℃ 이하), 유지 시간: 0.5시간∼3시간]를 행하여도 좋다. 또한, 상기 압연은, 윤활제를 적절하게 이용하면, 압연시의 마찰 저항을 저감시킬 수 있고, 압연판의 시징 등을 방지하여, 압연을 실시하기 쉽다.
그리고, 본 발명의 코일재를 압연판으로 구성하는 경우, 권취하기 직전의 압연판의 온도를 100℃ 이하의 저온으로 한 후 권취한다. 압연판이 100℃ 초과라고 하는 고온 상태이면, 소성 가공성이 높아져 압연판을 굽히기 쉽고, 권취 직경이 1000 ㎜ 이하라고 하는 작은 경우라도 권취하기 쉽지만, 권취된 압연판에는 폭 방향의 휨이나 컬링이 생겨, 평탄도가 뒤떨어진다. 이것에 대하여, 전술한 바와 같이 온간 압연을 실시함으로써 얻어진 압연판은, 소성 가공성이 우수하기 때문에 100℃ 이하에서도 충분히 구부러지기 때문에, 전술한 바와 같이 본 발명의 제조 방법의 일 형태에서는, 압연판을 100℃ 이하로 하여 권취한다. 이와 같이 비교적 저온으로 권취함으로써, 폭 방향의 휨이나 컬링이 생기기 어렵게 하여 평탄성이 우수한 본 발명의 코일재를 제조할 수 있다. 또한, 이 본 발명의 제조 방법에서는, 압연 후에 최종 열처리(어닐링)를 행하지 않고, 압연 후 100℃ 이하로 한 후 압연판을 권취함으로써, 압연에 의해 도입된 왜곡(전단대)이 어느 정도 압연판에 잔존한 상태로 할 수 있다. 상기 권취하기 직전의 압연판의 온도는 75℃ 이하, 또한 50℃ 이하가 보다 바람직하고, 하한을 실온 정도로 하면, 권취시에 균열 등이 생기기 어렵고 또한, 냉각을 위한 에너지가 과대해지는 것을 방지할 수 있다. 상기 왜곡이 잔존한 코일재를 프레스 가공이라고 하는 소성 가공의 소재로 함으로써, 소성 가공시에 동적인 재결정을 발생시킬 수 있어, 그 소재는, 소성 가공성이 우수하다.
상기 권취하기 직전의 압연판의 온도를 100℃ 이하로 하기 위해서는, 예컨대 압연 후, 권취하기 전까지의 압연판의 주행 거리를 길게 하여 자연 방냉에 의해 달성하거나, 저온의 공기를 송풍하는 충풍(공냉), 저온의 물을 분무하는 수냉, 수냉 롤이라고 하는 강제 냉각 수단을 이용하여, 강제 냉각에 의해 달성하는 것을 들 수 있다. 자연 방냉의 경우, 별도의 냉각 수단이 불필요하다. 강제 냉각의 경우, 권취하기 직전의 판형재가 정해진 온도가 되도록, 압연 후, 권취하기 직전까지의 임의의 위치, 즉 압연롤에서의 압연판의 주행 방향 하류측(압연롤의 출구측)과 권취릴 사이의 임의의 위치에 강제 냉각 수단을 배치하면 좋다. 예컨대 권취릴의 입구 근방에 강제 냉각 수단을 배치하는 것을 들 수 있다. 강제 냉각의 경우, 냉각 속도를 제어하기 쉽고 또한, 압연판의 주행 거리를 짧게 할 수 있기 때문에, 설비의 소형화를 도모할 수 있다.
복수 패스의 압연을 행하는 경우, 소재(압연 도중의 압연판)의 조출 및 권취를 복수회 반복하게 된다. 이 경우, 상기 100℃ 이하에서의 권취 횟수는 1회라도 복수회라도 좋고, 예컨대 패스마다 100℃ 이하의 상태로 압연판을 권취하여도 좋다. 최종 패스의 압연 후에만, 100℃ 이하에서의 권취를 행하여도, 휨이나 변형을 충분히 저감시킬 수 있고 또한, 가열 효율이 좋고, 코일재의 생산성이 우수하다.
전술한 바와 같이 압연 공정에 의해, 휨이나 변형이 적고, 평탄성이 우수한 코일재가 얻어지지만, 이 코일재를 풀어, 후술하는 교정 가공을 더 실시하면, 평탄성을 보다 향상시킬 수 있어, 휨이나 변형(특히 길이 방향의 휨)이 보다 적거나, 또는 실질적으로 갖고 있지 않은 마그네슘 합금판을 제조할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 특정한 조건으로 권취한 압연 코일재를 구성하는 압연판이 평탄성이 우수함 으로써, 그 압연판을 교정 가공 장치에 공급하기 쉽고, 코일재의 생산성이 우수하다.
(전처리)
본 발명의 코일재를 교정 가공이 실시된 가공판으로 구성하는 경우, 압연 후에 얻어진 압연 코일재에 그대로 교정 가공을 실시하여도 좋지만, 교정 전에 연삭 처리를 실시하여, 압연판의 표면에 존재하는 흠집이나 부착되어 있는 가공유(예컨대, 윤활제), 상기 표면에 형성된 산화층 등을 제거하여, 상기 표면을 청정하고 평활하게 할 수 있다. 이러한 표면성상이 우수한 판형재는, 교정 가공을 균일적으로 실시하기 쉽다. 또한, 예컨대 후술하는 바와 같이 교정 가공에 이용하는 한 쌍의 교정롤간의 갭을 비교적 크게 하여 압입량이 작은 경우에도, 상기 표면성상이 우수한 판재를 교정 가공에 제공함으로써, 평탄성이 우수한 코일재를 얻기 쉽다. 연삭 처리는, 예컨대 연삭 벨트를 이용한 습식 처리를 들 수 있다.
(교정)
본 발명의 코일재를 교정 가공이 실시된 가공판으로 구성하는 경우, 압연 코일재를 소재로 하고, 그 교정 가공을 전술한 바와 같이 100℃ 초과 350℃ 이하라고 하는 온간에서 행하며, 권취하기 직전의 상기 가공판의 온도를 100℃ 이하의 저온으로 한 후 권취한다.
상기 교정 가공은, 압연 후, 압연판을 권취함으로써 그 압연판에 생긴 컬링이나 폭 방향의 휨의 수정·제거, 압연시에 도입된 왜곡(잔류 왜곡)량의 조정 등에 의해, 평탄성의 향상, 또한 전단대의 유지에 의한 양호한 소성 가공성의 유지를 목적으로서 행한다. 이 교정 가공시의 소재(압연판)의 온도가 100℃ 초과인 것으로, 소성 변형성이 우수하고, 상기 폭 방향의 휨이나 컬링의 교정을 충분히 행하여 평탄화할 수 있어, 상기 온도가 높을수록 소성 가공성을 높일 수 있다. 그러나 상기 온도가 350℃를 초과하는 경우에서는, 압연에 의해 도입된 왜곡이 가열에 의해 해방되어 전단대가 소재에 충분히 존재할 수 없어, 프레스 가공 등의 소성 가공시에 연속적인 재결정이 생기기 어려워진다. 상기 온도는 150℃ 이상 300℃ 이하가 바람직하고, 특히 마그네슘 합금은 200℃ 이상 300℃ 이하의 온도 영역에서 높은 신장을 갖기 때문에 200℃∼300℃가 보다 바람직하다. 소재를 상기 온도로 하기 위해서, 대표적으로는, 소재를 가열하는 것을 들 수 있다. 교정 가공시의 소재의 가열에는, 예컨대 온풍을 충만시킨 가열로나 통전 가열 장치 등의 가열 수단을 이용하는 것을 들 수 있다. 상기 가열 수단에 의해 가열한 소재를 교정 가공 수단까지 반송하여, 교정 가공을 실시하는 구성으로 하여도 좋지만, 상기 가열 수단과 교정 가공 수단을 연속적으로 배치하면, 소재의 온도 저하를 억제할 수 있어 바람직하다. 또는 교정 가공을 실시하는 복수의 롤을 상기 가열로에 수납하고, 소재를 가열로에 도입함으로써 소재를 가열한 후, 상기 롤에 도입하는 구성으로 하여도 좋다.
상기 교정 가공은, 소재를 사이에 두도록 배치되는 인접하는 한 쌍의 교정롤을 1조 이상 통과시켜 굽힘을 부여함으로써 행하는 것을 들 수 있다. 예컨대 특허문헌 1에 기재되는 왜곡 부여 수단을 이용할 수 있다. 교정 가공 후에 얻어지는 가공판의 평탄도나 가공판에 존재하는 전단대의 양의 조정은, 예컨대 상기 교정롤의 직경, 통과시키는 교정롤의 수, 상기 한 쌍의 교정롤간 갭(양 교정롤에 의한 압입량), 소재의 진행 방향에서 인접하는 교정롤간 거리, 소재의 주행 속도 등을 조정하는 것을 들 수 있다. 예컨대 교정롤의 직경: φ10 ㎜∼φ50 ㎜ 정도, 교정롤의 합계 수: 10개∼40개 정도, 압입량: -4.0 ㎜∼0 ㎜ 정도를 들 수 있다.
또한, 소재에 특정한 크기의 장력을 가한 상태로 상기 교정 가공을 실시하면, 평탄도가 0.5 ㎜ 이하라고 하는 평탄성이 더 우수한 마그네슘 합금 코일재가 얻어진다. 여기서, 압연 코일재라고 하는 긴 소재에 연속적으로 교정 가공을 실시하는 경우, 조출릴에 소재를 설치하여 풀어 놓고, 권취릴로 권취함으로써, 그 소재를, 조출릴과 권취릴 사이를 주행시켜 교정 가공을 행하는 것을 들 수 있다. 상기 주행을 위해 소재에 가해지는 장력은 실질적으로 0이며(3 MPa 이하 정도), 실질적으로 장력이 가해져 있지 않은 상태이다. 이에 대하여, 30 MPa 이상의 장력을 가함으로써, 평탄성을 더 향상시킬 수 있고, 장력이 커질수록 평탄성을 높일 수 있는 경향이 있다. 한편, 장력을 150 MPa 이하로 함으로써 소재가 파단되지 않고, 평탄성을 높일 수 있다. 보다 바람직한 장력은, 40 MPa 이상 120 MPa 이하이다. 장력은, 상기 조출릴 및 권취릴의 회전 속도에 의해 조정하거나, 댄서롤을 구비하는 장력 조정 장치를 적절하게 이용할 수 있다.
그리고, 상기 교정 가공 후 권취 직전의 상기 가공판의 온도를, 전술한 바와 같이 자연 방냉이나 강제 냉각 수단을 이용하여, 100℃ 이하, 또한 75℃ 이하, 바람직하게는 50℃ 이하의 저온으로 한 후 권취한다. 이렇게 함으로써, 휨이나 변형이 적은 판형재를 포함하는 코일재가 얻어진다. 이 형태에서도, 압연 후에 최종 열처리(어닐링)를 행하지 않고, 교정 가공을 행함으로써, 얻어진 코일재는, 전술한 바와 같이 압연에 의해 도입된 왜곡(전단대)이 어느 정도 잔존한 상태이다. 따라서, 이 코일재를 소성 가공 부재의 소재로 하면, 전술한 바와 같이 소성 가공시에 동적인 재결정을 발생시킬 수 있다.
상기 주조 후의 용체화 처리 이후, 최종 제품(마그네슘 합금 부재)이 얻어질 때까지의 공정에서, 마그네슘 합금으로 이루어지는 소재가 150℃∼300℃로 유지되는 총 합계 시간을 0.5시간∼12시간으로 하고, 300℃ 초과의 가열이 이루어지지 않도록 하면, 미세한 금속간 화합물(예컨대, 평균 입경: 0.5 ㎛ 이하)이 균일적으로 분산된 조직(예컨대, 상기 금속간 화합물의 합계 면적 비율이 11% 이하인 조직)으로 할 수 있다. 이러한 조직을 갖는 마그네슘 합금 부재는, 내식성이나 내충격성이 우수하다.
(그 외 처리)
얻어진 평탄성이 우수한 코일재는, 그대로라도 프레스 가공 등의 소성 가공 부재의 소재에 이용할 수 있다. 이 코일재에 프레스 가공 등의 소성 가공이나 절단 등의 여러 가지 가공을 실시하기 전에, 전술한 습식 벨트 연마 등의 연삭 처리를 실시하여 표면 상태를 양호하게 하여도 좋다. 연삭 처리에 의해, 전술한 바와 같이 소재 표면의 흠집이나 가공유, 산화층 등을 제거하여, 청정하고 평활한 표면을 갖는 코일재로 할 수 있다. 또한, 상기 소성 가공이나 절단 등의 여러 가지 가공 전에, 또는 가공 후에, 화성 처리나 양극 산화 처리 등의 방식(防食) 처리를 실시할 수 있다. 그 외, 상기 온간 교정 후, 다른 냉간 교정을 실시하여도 좋다. 냉간 교정을 행함으로써, 평탄도를 보다 작게 할 수 있다. 이 냉간 교정 가공에는, 시판되는 냉간에서 이용되는 롤 레벨러 장치를 이용할 수 있다.
이하, 시험예를 들어, 본 발명의 보다 구체적인 실시형태를 설명한다.
<시험예 1>
여러 가지의 조건으로 마그네슘 합금으로 이루어진 판형재를 제작하고, 평탄도, 기계적 특성을 조사하였다.
이 시험에서는, 마그네슘 합금으로서, AZ91 합금 상당의 조성으로 이루어지는 코일재 및 시트재를 제작하였다. 또한, 비교로서, 시판되는 AZ91 합금으로 이루어지는 다이캐스트판(두께: 0.6 ㎜): 시료 No.200, 및 시판되는 AZ31 합금판(두께: 0.6 ㎜, 코일재를 절단한 것): 시료 No.300을 준비하였다.
[코일재: 시료 No.1, 2]
코일재는, 이하와 같이 제작하였다. AZ91 합금 상당의 조성의 잉곳(시판품)을 불활성 분위기중에서 650℃∼700℃로 가열하여 용탕(溶湯)을 제작하고, 이 용탕을 이용하여 불활성 분위기 내에서 쌍롤 연속 주조법에 의해, 긴 주조판(두께 4 ㎜)을 제작하여, 코일형으로 권취하였다. 이 주조 코일재에 400℃×24 시간의 용체화 처리를 실시하였다.
용체화 처리가 실시된 코일재를 소재로 하고, 풀기/감기를 반복하여 복수 패스의 압연을 실시하였다. 압연은 어느 패스나, 5%/패스∼40%/패스, 소재의 가열 온도: 150℃∼250℃, 롤 온도: 100℃∼250℃로 하고, 상기 용체화 처리 이후의 제조 공정에서, 150℃∼300℃의 온도 영역으로 유지하는 총 합계 시간이 0.5시간∼12시간이 되도록 하였다. 얻어진 압연판(두께: 0.6 ㎜, 폭: 210 ㎜)을 권취 직경(내경): 500 ㎜(≤1000 ㎜)로서 코일형으로 권취하였다. 또한 압연 전, 또는 압연 도중의 적절한 때에 소재의 양 가장자리를 적절하게 절단하면, 가장자리 균열이 생겨도, 압연에 의해 가장자리 균열이 진전되는 것을 방지할 수 있어, 수율을 향상시킬 수 있다.
얻어진 압연판을 조출릴에 배치하여 풀고, 교정 가공을 더 실시하며, 얻어진 가공판을 권취릴에 의해 원통형으로 권취하고, 그 가공판으로 이루어진 코일재를 제작하여, 이 코일재를 시료 No.1, 2로 하였다. 상기 교정 가공은, 도 3에 도시하는 바와 같이 압연 코일재를 풀고, 소재가 되는 압연판(3)을 가열 가능한 가열로(30)와, 가열된 소재에 연속적으로 굽힘을 부여하는 하나 이상의 교정롤(32)을 갖는 롤부를 구비하는 롤 레벨러 장치(31)를 이용하여 행한다. 상기 롤부는, 상하에 대향하여 지그재그형으로 배치된 복수의 교정롤(32)을 구비한다. 여기서는, 시료 No.1에서는, 소재를 사이에 두도록 배치된 한 쌍의 롤에 의한 압입량[롤 직경과 그 한 쌍의 롤의 중심간 거리(x)와의 차]을 3 ㎜, 시료 No.2에서는 2 ㎜로 하였다.
소재[압연판(3)]는, 도 3에 도시하는 화살표 방향으로 반송되고, 가열로(30) 안에서 미리 가열된 상태가 되어 롤 레벨러 장치(31)에 보내지고, 롤부의 상하의 교정롤(32) 사이를 통과할 때마다, 이들 롤(32)에 의해 순차 굽힘이 부여된다. 이 시험에서는, 상기 가열로 안에서 상기 압연판을 200℃로 가열한 상태로 상기 반복 굽힘을 부여하였다. 또한, 시료 No.1에서는, 소재에 실질적으로 장력을 가하지 않는 상태(조출릴과 권취릴 사이를 주행 가능한 정도의 장력만 존재하는 상태)로 상기 롤부를 통과시키고, 시료 No.2에서는, 50 MPa의 장력을 가한 상태로 상기 롤부를 통과시켰다. 그리고, 상기 롤 레벨러 장치(31)의 하류측으로서, 권취릴(도시 생략) 앞에 냉각 기구(33)(여기서는 충풍 수단)를 설치해 두고, 롤 레벨러 장치(31)로부터 배출된 가공판(4)을 냉각한 후 상기 권취릴에 의해 권취하였다. 이 시험에서는, 냉각 기구(33)를 통과한 가공판(4)이 권취릴에 접하는 지점 또는 이미 권취된 코일 부분에 접하는 지점(40)부터, 냉각 기구(33)측(상류측)을 향해 거리(L)=1000 ㎜의 지점에 온도 센서(5)를 배치하였다. 그리고, 상기 권취릴에 권취되기 직전의 가공판의 온도를 온도 센서(5)로 측정하고, 이 온도가 100℃ 이하[여기서는 실온(20℃ 정도)∼50℃까지의 온도]가 되도록, 가공판의 주행 속도에 따라 풍량을 조정하였다. 시료 No.1, 2 각각에 대해서, 이러한 코일재를 복수개 제작하였다.
또한, 상기 권취릴에 권취되기 직전의 가공판의 온도는, 예컨대 비접촉식의 온도 센서를 권취릴 근방에 배치함으로써 용이하게 측정할 수 있다. 여기서는, 가공판의 폭 방향으로 복수의 온도 센서(5)를 배치하고, 가공판의 폭 방향의 평균 온도를 상기 권취 직전의 온도로 하였다. 또한, 교정 가공 전에 소재의 양 가장자리를 적절하게 절단하면, 압연 등에 의해 가장자리 균열이 생기고 있어도, 교정 가공에 의해 가장자리 균열이 진전되는 것을 방지할 수 있어, 수율을 향상시킬 수 있다.
[시트재: 시료 No.100]
시트재는, 이하와 같이 제작하였다. AZ91 합금 상당의 조성의 잉곳(시판품)을 불활성 분위기 내에서 650℃∼700℃로 가열하여 용탕을 제작하고, 이 용탕을 이용하여 불활성 분위기 내에서 쌍롤 연속 주조법에 의해 주조판을 제작하며, 정해진 길이로 절단하여, 두께 4 ㎜의 주조판을 복수개 준비하였다. 각 주조판에 400℃×24 시간의 용체화 처리를 실시한 후, 복수 패스의 압연을 실시하여, 두께 0.6 ㎜의 압연판을 제작하였다. 압연의 조건은, 전술한 시료 No.1, 2의 코일재와 마찬가지로 하였다. 얻어진 각 압연판에 전술한 롤 레벨러 장치를 이용하여, 시료 No.1과 같은 조건(압입량을 3 ㎜)으로 온간 교정을 실시하고, 얻어진 가공판(폭: 210 ㎜, 길이: 1000 ㎜)을 시료 No.100으로 하였다.
≪평탄도≫
제작된 시료 No.1, 2의 코일재, 및 시료 No.100의 시트재의 평탄도를 측정하였다. 코일재에 대해서는, 풀어 놓아 최내주측에 위치하는 판형재를 길이: 1000 ㎜로 절단하여 시험편으로 하고, 이 시험편을, 권취된 상태일 때에 외주측으로 되어 있던 면을 수평대에의 배치면으로서 수평대에 배치한다. 그리고, 수평대의 표면과, 시험편의 배치면에서 접촉하지 않는 지점 사이의 연직 방향의 최대 거리를 측정하고, 이것을 이 시험편의 평탄도로 한다. n=3의 평균값을 표 1에 나타낸다. 시트재에 대해서도 마찬가지로 수평대에 배치하여 전술한 바와 같이 평탄도를 측정하고, n=3의 평균값을 표 1에 나타낸다.
《기계적 특성》
준비한 시료 No.1, 2, 100, 200, 300에 대해서, 실온(약 20℃)하에서 인장 시험을 행하여(표점 거리 GL=50 ㎜, 인장 속도: 5 ㎜/min), 인장 강도(MPa), 0.2% 내력(MPa), 신장(%)을 측정하였다(평가수: 모두 n=3). 이 시험에서는, 각 시료(두께: 0.6 ㎜)로부터 JIS 13B호의 판형 시험편[JIS Z 2201(1998)]을 제작하여, JIS Z 2241(1998)의 금속 재료 인장력 시험 방법에 기초하여 상기 인장 시험을 행하였다. 시료 No.1, 2의 코일재 및 시료 No.300의 AZ31 합금판에 대해서는, 풀어진 코일재의 길이 방향(여기서는 압연 방향에 해당), 시료 No.100의 시트재는 압연 방향이 길어지도록 제작한 시험편(RD)과, 폭 방향(압연 방향에 직교하는 방향)이 길어지도록 제작한 시험편(TD)을 준비하였다. 시료 No.200의 주조판에 대해서는, 임의의 방향을 길게 하여 시험편을 제작하였다. n=3의 평균값을 표 1에 나타낸다.
시료 No.1, 2의 코일재, 시료 No.100의 시트재에 대해서 비커스 경도(Hv)를 측정하였다. 이 시험에서는, 길이 방향(압연 방향)으로 절단한 종단면, 폭 방향(압연 방향에 직교하는 방향)으로 절단한 횡단면에서, 표면으로부터 판두께 방향으로0.05 ㎜까지의 표층 부분을 제외하는 중앙 부분에 대해서 복수점(여기서는 각 단면에 대해 5점, 합계 10점)의 비커스 경도를 측정하고, 그 평균값을 표 1에 나타낸다.
시료 No.1, 2의 코일재, 시료 No.100의 시트재, 시료 No.300의 AZ31 합금판에 대해서 잔류 응력을 측정하였다. 잔류 응력은, 이하의 미소부 X선 응력 측정 장치를 이용하여, (1004)면을 측정면으로 하고, sin2Ψ법으로 측정을 행하였다. 측정은, 각 시험편의 압연 방향에 대해서 행하고, 측정 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1에서 마이너스(-)의 수치는, 압축성의 잔류 응력을 도시한다. 측정 조건을 이하에 나타낸다.
사용 장치: 미소부 X선 응력 측정 장치(주식회사 리가크제 MSF-SYSTEM)
사용 X선: Cr-Kα(V 필터)
여기 조건: 30 kV 20 ㎃
측정 영역: φ2 ㎜(사용된 콜리메이터 직경)
측정법: sin2Ψ법(평행 경사법(iso-inclination method), 요동 있음)
Ψ=0˚, 10˚, 15˚, 20˚, 25˚, 30˚, 35˚, 40˚, 45˚
측정면: Mg(1004)면
사용 상수: 영률=45,000 MPa, 프와송비=0.306
측정 지점: 샘플의 중앙부
측정 방향: 압연 방향
Figure 112012038766186-pct00001
표 1에 나타내는 바와 같이, 권취 직전에 100℃ 이하로 냉각하여 권취한 시료 No.1, 2의 코일재는, 풀어도 평탄도가 작고, 평탄성이 우수한 것을 알 수 있다. 특히, 시료 No.1, 2의 코일재는, 권취하지 않은 시료 No.100의 시트재와 같은 정도, 또는 그 이하의 평탄도를 갖고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 제작한 시료 No.1, 2의 코일재를 풀어, 최외주에 위치하는 판형재를 각각 길이 300 ㎜로 절단하여, 폭 방향의 휨량을 측정한 바{[최대 거리(h)/폭: 210 ㎜]×100(%)}, 모두 0.5% 이하였다. 이와 같이 온간 가공을 실시한 후, 권취 직전에 특정 온도로 한 후 권취함으로써, 권취 직경이 1000 ㎜ 이하로 소직경이어도, 컬링이 생기기 어렵고, 다층으로 감아도 폭 방향의 휨이 생기기 어려우며, 평탄성이 우수한 코일재가 얻어지는 것을 알 수 있다. 또한, 시료 No.1, 2의 코일재는, 그 외관을 육안으로 확인한 바, 균열 등이 없고, 표면성상도 우수했다.
또한, 시료 No.1, 2의 코일재는, 길이 방향(압연 방향) 및 폭 방향 중 어디에서도 인장 강도, 0.2% 내력, 및 신장이 높고 또한, 상기 방향의 차이에 의한 값의 차가 작은 것을 알 수 있다. 얻어진 코일재는, 인장 강도가 높고 또한 신장도 높으며, 고강도와 고인성을 밸런스 좋게 구비하는 것을 알 수 있다. 그 외, 얻어진 코일재는, 압축성의 잔류 응력을 갖고 있는 것을 알 수 있다.
또한, 특정한 크기의 장력을 가한 상태로 교정 가공을 실시함으로써, 평탄도가 0.5 ㎜ 이하이고, 평탄성이 더 우수한 코일재가 얻어지는 것을 알 수 있다. 또한 특정한 크기의 장력을 가한 상태로 교정 가공을 실시함으로써, 압축성의 잔류 응력이 큰 것, 즉 전단대가 많이 존재하는 코일재가 얻어지는 것을 알 수 있다.
얻어진 코일재에 프레스 가공이나 펀칭 가공을 실시하여 마그네슘 합금 부재를 제작한 바, 이들 마그네슘 합금 부재도, 인장 강도가 높고 또한 신장도 높으며, 고강도와 고인성을 밸런스 좋게 구비한다. 특히, 특정한 크기의 장력을 가한 상태로 교정 가공을 실시한 시료 No.2의 코일재를 이용한 경우, 소성 가공성이 더 우수했다.
<시험예 2>
이하의 조건으로 AZ91 합금 상당의 조성으로 이루어지는 코일재를 제작하였다. 이 시험에서는, 시험예 1과 마찬가지로, 쌍롤 연속 주조법을 이용하여, 주조 코일재(두께 5 ㎜)를 제작하고, 제작된 코일재에, 400℃×24 시간의 용체화 처리를 실시하였다. 용체화 처리 후의 코일재를 소재로 하고, 250℃의 상태의 소재판에, 두께 0.6 ㎜가 될 때까지 복수 패스의 압연을 연속하여 실시하여, 긴 압연판을 제작하고, 코일형으로 권취하였다(폭: 210 ㎜). 이 시험에서는, 최종 패스의 권취시, 20℃의 냉풍을 압연판에 가하여, 강제적으로 100℃ 이하까지 공냉시킨 후 권취하였다. 권취된 압연 코일재를 200℃로 예열하고, 200℃로 가열한 압연 코일재를 풀어, 압연판에 시험예 1의 시료 No.1과 같은 조건으로, 교정 가공을 실시하였다. 그리고, 교정 가공을 실시한 가공판에 20℃의 냉풍을 가하여, 강제적으로 100℃ 이하까지 냉각한 후 권취하였다. 얻어진 코일재로부터, 시험예 1과 마찬가지로 평탄도용 시험편(길이: 1000 ㎜, 폭: 210 ㎜) 및 휨량용 시험편(길이: 300 ㎜, 폭: 210 ㎜)을 제작하고, 평탄도 및 폭 방향의 휨량을 측정한 바, 평탄도: 1.0 ㎜ 이하, 휨량: 0.5% 이하였다. 또한 휨량용 시험편에 대하여, 냉간에서 롤 레벨러 장치에 의해 냉간 교정 가공을 실시하여, 폭 방향의 휨이 적절하게 측정될 수 있는 상태로서 폭 방향의 휨량을 측정한 바, 휨량: 0.5% 이하였다.
또한, 전술한 실시형태는, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 적절하게 변경하는 것이 가능하며, 전술한 구성으로 한정되지는 않는다. 예컨대 마그네슘 합금의 조성(첨가 원소의 종류, 함유량), 코일재의 내경, 판형재의 두께, 폭 등을 적절하게 변경할 수 있다. 또한, 상기 교정 가공을 실시하는 대신에, 압연판의 권취 직전의 온도를 특정한 온도로서 권취하는 공정을 포함하는 제조 방법을 이용할 수 있다.
본 발명의 마그네슘 합금 부재는, 각종 전기·전자기기류의 구성 부재, 특히 휴대용이나 소형인 전기·전자기기류의 하우징, 고강도인 것이 요구되는 여러 가지 분야의 부재, 예컨대 자동차나 항공기라고 하는 수송기기의 구성 부재에 적합하게 이용할 수 있다. 본 발명의 마그네슘 합금 코일재는, 상기 본 발명의 마그네슘 합금 부재의 소재에 적합하게 이용할 수 있다. 본 발명의 마그네슘 합금 부재의 제조 방법, 및 본 발명의 마그네슘 합금 코일재의 제조 방법은, 상기 본 발명의 마그네슘 합금 부재의 제조, 상기 본 발명의 마그네슘 합금 코일재의 제조에 적합하게 이용할 수 있다.
1: 휨량용 시험편, 2: 평탄도용 시험편, 10: 코일재, 11: 판형재, 3: 압연판, 30: 가열로, 31: 롤 레벨러 장치, 32: 교정롤, 33: 냉각 기구, 4: 가공판, 40:가공판과 권취릴 또는 코일 부분에 접하는 지점, 5: 온도 센서, 100: 수평대, 110: 간극

Claims (22)

  1. 마그네슘 합금으로 이루어지는 판형재가 원통형으로 권취된 마그네슘 합금 코일재로서,
    상기 코일재의 내경은 1000 ㎜ 이하이고,
    이하의 폭 방향의 휨량을 만족시키는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 코일재.
    (폭 방향의 휨량)
    상기 코일재를 구성하는 판형재 중, 최외주측에 위치하는 판형재를 길이: 300 ㎜로 절단하여 휨량용 시험편으로 하고, 이 휨량용 시험편을 수평대에 배치했을 때, 상기 수평대의 표면과, 그 휨량용 시험편의 일면에서 상기 수평대에 접촉하지 않는 지점으로서, 그 휨량용 시험편의 폭 방향에서의 연직 방향의 최대 거리를 h, 그 휨량용 시험편의 폭을 w로 하고, [상기 연직 방향의 최대 거리(h)/상기 휨량용 시험편의 폭(w)]×100을 폭 방향의 휨량(%)으로 할 때, 그 폭 방향의 휨량이 0.5% 이하이다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 코일재는, 이하의 평탄도를 만족시키는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 코일재.
    (평탄도)
    상기 코일재를 구성하는 판형재 중, 최내주측에 위치하는 판형재를 길이: 1000 ㎜로 절단하여 평탄도용 시험편으로 하고, 이 평탄도용 시험편을 수평대에 배치했을 때, 상기 수평대의 표면과, 그 평탄도용 시험편의 일면에서 상기 수평대에 접촉하지 않는 지점의 연직 방향의 최대 거리를 평탄도로 하며, 그 평탄도가 5 ㎜ 이하이다.
  3. 제2항에 있어서, 상기 평탄도는 0.5 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 코일재.
  4. 제1항에 있어서, 상기 마그네슘 합금은, 첨가 원소에 Al을 5.8 질량% 이상 12 질량% 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 코일재.
  5. 제1항에 있어서, 상기 마그네슘 합금은, 첨가 원소에 Al을 8.3 질량% 이상 9.5 질량% 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 코일재.
  6. 제1항에 있어서, 상기 코일재를 구성하는 판형재의 두께는 0.02 ㎜ 이상 3.0 ㎜ 이하이며,
    상기 코일재를 구성하는 판형재의 폭은 50 ㎜ 이상 2000 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 코일재.
  7. 제1항에 있어서, 상기 코일재를 구성하는 판형재의 두께는 0.3 ㎜ 이상 2.0 ㎜ 이하이며,
    상기 코일재를 구성하는 판형재의 폭은 50 ㎜ 이상 300 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 코일재.
  8. 제1항에 있어서, 상기 코일재를 구성하는 판형재의 인장 강도는 280 MPa 이상 450 MPa 이하인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 코일재.
  9. 제1항에 있어서, 상기 코일재를 구성하는 판형재의 0.2% 내력은 230 MPa 이상 350 MPa 이하인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 코일재.
  10. 제1항에 있어서, 상기 코일재를 구성하는 판형재의 신장은 1% 이상 15% 이하인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 코일재.
  11. 제1항에 있어서, 상기 코일재를 구성하는 판형재의 비커스 경도(Hardness Vickers)는 65 이상 100 이하인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 코일재.
  12. 제1항에 있어서, 상기 코일재를 구성하는 판형재의 잔류 응력은 0 MPa 초과 100 MPa 이하인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 코일재.
  13. 마그네슘 합금으로 이루어진 소재판이 원통형으로 권취되어 이루어지는 소재 코일재를 준비하는 준비 공정과,
    상기 소재 코일재를 풀어 상기 소재판을 연속적으로 조출하고, 조출된 상기 소재판의 온도가 100℃ 초과인 상태로 그 소재판에 가공을 실시하는 온간 가공 공정과,
    상기 가공이 실시된 가공판을 권취하여, 내경이 1000 ㎜ 이하의 코일재를 형성하는 권취 공정을 포함하고,
    상기 권취는, 상기 가공판에서 권취 직전의 온도를 100℃ 이하로 한 후 행하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 코일재의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 준비 공정에서는, 상기 소재 코일재로서, 마그네슘 합금으로 이루어진 압연판을 권취한 압연 코일재를 준비하고,
    상기 온간 가공 공정에서는, 상기 압연판의 온도가 100℃ 초과 350℃ 이하인 상태로 그 압연판에 복수의 롤에 의해 온간 교정 가공을 실시하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 코일재의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 온간 교정 가공은, 상기 압연판에 30 MPa 이상 150 MPa 이하의 장력을 가한 상태로 행하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 코일재의 제조 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 준비 공정에서는, 상기 소재 코일재로서, 마그네슘 합금을 연속 주조한 주조재에 압연을 실시하고, 얻어진 압연판을 권취한 압연 코일재를 준비하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 코일재의 제조 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 온간 가공 공정에서는, 조출된 상기 소재판의 온도가 150℃ 이상 400℃ 이하인 상태로 그 소재판에 압연롤에 의해 압연을 실시하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 코일재의 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 준비 공정에서는, 상기 소재 코일재로서, 마그네슘 합금을 연속 주조한 주조재를 권취한 주조 코일재를 준비하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 코일재의 제조 방법.
  19. 제13항에 있어서, 상기 권취 직전의 온도를 75℃ 이하로 하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 코일재의 제조 방법.
  20. 제13항에 있어서, 상기 마그네슘 합금은, 첨가 원소에 Al을 5.8 질량% 이상 12 질량% 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 코일재의 제조 방법.
  21. 제1항에 기재된 마그네슘 합금 코일재를 풀고, 상기 판형재에 소성 가공을 실시하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 부재의 제조 방법.
  22. 제21항에 기재된 제조 방법에 의해 얻어진 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 부재.
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