KR20170068431A - 마그네슘 합금, 마그네슘 합금판, 마그네슘 합금 부재, 및 마그네슘 합금의 제조 방법 - Google Patents

마그네슘 합금, 마그네슘 합금판, 마그네슘 합금 부재, 및 마그네슘 합금의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20170068431A
KR20170068431A KR1020177004623A KR20177004623A KR20170068431A KR 20170068431 A KR20170068431 A KR 20170068431A KR 1020177004623 A KR1020177004623 A KR 1020177004623A KR 20177004623 A KR20177004623 A KR 20177004623A KR 20170068431 A KR20170068431 A KR 20170068431A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
magnesium alloy
compound
less
particles
temperature
Prior art date
Application number
KR1020177004623A
Other languages
English (en)
Inventor
유키히로 오이시
노조무 가와베
미치마사 미야나가
에이스케 히로
Original Assignee
스미토모덴키고교가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 스미토모덴키고교가부시키가이샤 filed Critical 스미토모덴키고교가부시키가이샤
Publication of KR20170068431A publication Critical patent/KR20170068431A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C23/00—Alloys based on magnesium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B3/00—Rolling materials of special alloys so far as the composition of the alloy requires or permits special rolling methods or sequences ; Rolling of aluminium, copper, zinc or other non-ferrous metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/001—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths of specific alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
    • B22D21/02—Casting exceedingly oxidisable non-ferrous metals, e.g. in inert atmosphere
    • B22D21/04—Casting aluminium or magnesium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C23/00—Alloys based on magnesium
    • C22C23/02—Alloys based on magnesium with aluminium as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/06—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of magnesium or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)

Abstract

질량%로, Al을 1% 이상 12% 이하, Mn을 0.1% 이상 5% 이하 함유하고, Al과 Mn을 포함하는 화합물의 입자가 분산된 조직을 구비하며, 상기 화합물의 입자의 평균 입경(粒徑)이 0.3 ㎛ 이상 1 ㎛ 이하이고, 상기 화합물의 입자의 면적 비율이 3.5% 이상 25% 이하인 마그네슘 합금.

Description

마그네슘 합금, 마그네슘 합금판, 마그네슘 합금 부재, 및 마그네슘 합금의 제조 방법{MAGNESIUM ALLOY, MAGNESIUM ALLOY SHEET, MAGNESIUM ALLOY STRUCTURAL MEMBER, AND METHOD FOR PRODUCING MAGNESIUM ALLOY}
본 발명은 케이스나 각종 부품 등의 구성 재료에 적합한 마그네슘 합금, 케이스나 각종 부품 등의 2차 가공재의 소재(1차 가공재)에 적합한 마그네슘 합금판, 케이스나 각종 부품 등의 2차 가공재에 적합한 마그네슘 합금 부재, 및 마그네슘 합금의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 내충격성, 기계적 특성, 소성 가공성이 우수하면서 생산성도 우수한 마그네슘 합금, 마그네슘 합금판, 마그네슘 합금 부재에 관한 것이다.
경량이며 비강도, 비강성이 우수한 마그네슘 합금이, 휴대 전화나 노트형 퍼스널 컴퓨터와 같은 휴대용 전자·전기 기기류의 케이스나 자동차 부품 등의 각종의 부품의 구성 재료에 이용되고 있다.
마그네슘 합금은, 금속 중에서도 경량이며 비강도가 높고, 우수한 충격 흡수성을 가지면서, 활성 Mg(마그네슘)에 여러 가지 원소가 첨가되어 있음으로써 내식성도 우수하여, 상기 각종의 부품의 구성 재료에 바람직하다. 특히, Al(알루미늄)을 함유하는 Mg-Al계 합금은, 마그네슘 합금 중에서도 강도 및 내식성이 우수하여, 상기 구성 재료에 바람직하다.
특허문헌 1은, Al과 Mn(망간)을 함유하는 마그네슘 합금으로 이루어지고, 상온뿐만 아니라 저온에서도 내충격성, 기계적 특성이 우수한 마그네슘 합금판을 개시하고 있다.
이 마그네슘 합금판은, Al과 Mn을 포함하는 화합물[주로 정출물(晶出物)이며, 이하, Al-Mn 정출물이라고 부르는 경우가 있음]이 매우 미세하고 또한 매우 적으며, 바람직하게는 실질적으로 존재하지 않는다. 그 때문에, 이 마그네슘 합금판은, 조대(粗大)한 Al-Mn 정출물에서 기인하는 균열 등이 발생하기 어렵고, 내충격성, 기계적 특성이 우수한 데다가, 프레스 가공 등의 소성(塑性) 가공성도 우수하다.
일본 특허 공개 제2011-006754호 공보
내충격성, 강도나 내력, 신율(elongation)과 같은 기계적 특성, 압연이나 프레스 가공과 같은 소성 가공의 가공성이 우수한 마그네슘 합금으로서, 생산성도 우수한 마그네슘 합금의 개발이 요망되고 있다.
특허문헌 1에 개시되는 마그네슘 합금판은, 전술한 바와 같이 내충격성 등이 우수하지만, Al-Mn 정출물을 저감하기 위해서, 용탕(溶湯) 온도를 700℃로 높게 하고 있다. 여기서, Al-Mn 정출물은, 이론상, Al과 Mn을 포함하는 마그네슘 합금의 용탕의 온도가 630℃ 근방, 특히 630℃를 하회하는 온도인 경우에 가장 용이하게 생성되거나, 성장하거나 한다. 그 때문에, 상기 용탕의 온도를 630℃보다 충분히 높게 함으로써, 바람직하게는 690℃를 초과함으로써, Al-Mn 정출물의 생성 및 성장을 효과적으로 방지할 수 있다. 그러나, 용탕의 온도를 높게 하면, (α) 용탕이 산화되기 쉬워지고, 산화물의 생성이나 혼입에 의한 수율 저하를 초래하며, (β) 산화 방지를 위해서 분위기를 고진공 등으로 하면, Mg는 증기압이 높기 때문에 용탕이 취급하기 어려워져, 작업성의 저하를 초래하고, (γ) 용탕을 고온으로 유지하기 위한 에너지가 많이 들며, (δ) 용탕이 고온인 것에 따른 설비의 열 열화가 빨라지는 등의 점에서, 생산성을 향상시키는 것이 어렵다. 또한, 상기 (α)∼(δ)의 점은, 비용의 증대도 초래할 수 있다.
그래서, 본 발명의 목적의 하나는, 내충격성, 기계적 특성, 소성 가공성이 우수하면서, 생산성도 우수한 마그네슘 합금을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 내충격성, 기계적 특성, 소성 가공성이 우수하면서, 생산성도 우수한 마그네슘 합금판을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 내충격성, 기계적 특성이 우수하면서, 생산성도 우수한 마그네슘 합금 부재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 내충격성, 기계적 특성, 소성 가공성이 우수한 마그네슘 합금을 생산성 좋게 제조할 수 있는 마그네슘 합금의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따른 마그네슘 합금은, 질량%로, Al을 1% 이상 12% 이하, Mn을 0.1% 이상 5% 이하 함유하고, Al과 Mn을 포함하는 화합물의 입자가 분산된 조직을 구비하며, 상기 화합물의 입자의 평균 입경(粒徑)이 0.3 ㎛ 이상 1 ㎛ 이하이고, 상기 화합물의 입자의 면적 비율이 3.5% 이상 25% 이하이다.
본 발명의 일 양태에 따른 마그네슘 합금의 제조 방법은, 질량%로, Al을 1% 이상 12% 이하, Mn을 0.1% 이상 5% 이하 함유하는 마그네슘 합금의 용탕을 연속 주조하는 공정을 포함한다. 이 제조 방법에서는, 주형에 접촉하기 직전의 상기 용탕의 온도를 630℃ 이상 690℃ 이하로 하고, 상기 용탕의 냉각 속도를 560℃/초 이상으로 한다.
상기한 마그네슘 합금은, 내충격성, 기계적 특성, 소성 가공성이 우수하면서, 생산성도 우수하다. 상기한 마그네슘 합금의 제조 방법은, 내충격성, 기계적 특성, 소성 가공성이 우수한 마그네슘 합금을 생산성 좋게 제조할 수 있다.
도 1에 있어서, 상측 도면은 실시형태의 마그네슘 합금판(시료 No.1-1)의 단면을 주사형 전자 현미경(SEM)으로 관찰한 현미경 사진[이차 전자상(電子像)]이고, 하측 도면은 이 이차 전자상의 콘트라스트를 변환한 2치화 화상이다.
도 2는 실시형태의 마그네슘 합금판(시료 No.1-1)의 단면을 SEM으로 관찰한 현미경 사진(반사 전자상)이다.
도 3은 실시형태의 마그네슘 합금판(시료 No.1-1)의 단면에 대해, 전자총의 가속 전압을 15 ㎸로 했을 때의 전계 방출형 전자선 마이크로 애널라이저(FE-EPMA)에 의한 조성 맵핑으로, Mn의 농도 분포를 나타낸다.
도 4는 도 3에 나타낸 FE-EPMA(15 ㎸)에 의한 조성 맵핑을 이용하여 작성한 Mn의 농도(Mn 카운트수)와 각 농도의 빈도 및 누적 빈도를 나타내는 막대그래프이다.
도 5에 있어서, 좌측 도면은 실시형태의 마그네슘 합금판(시료 No.1-1)의 단면에 대해, 전자총의 가속 전압을 5 ㎸로 했을 때의 FE-EPMA에 의한 조성 맵핑으로, Mn의 농도 분포를 나타내고, 우측 도면은 조성 맵핑을 행한 영역과 동일한 영역을 SEM으로 관찰한 현미경 사진(반사 전자상)이다.
도 6은 도 5에 나타낸 FE-EPMA(5 ㎸)에 의한 조성 맵핑을 이용하여 작성한 Mn의 농도(Mn 카운트수)와 각 농도의 빈도 및 누적 빈도를 나타내는 막대그래프이다.
도 7은 내충격 시험의 시험 방법을 설명하는 설명도이다.
본 발명자들은, 특히 강도와 내식성이 우수한 조성으로서 Al과 Mn을 포함하는 마그네슘 합금을 대상으로 하여, 여러 가지 제조 조건으로 이 마그네슘 합금을 제조하고, 내충격성, 기계적 특성, 소성 가공성이 우수한 마그네슘 합금의 조직을 검토하였다. 그 결과, Al과 Mn을 포함하는 화합물(Al-Mn 정출물)이 특정한 범위에서 존재하고, 또한 상기 화합물이 특정한 범위의 크기인 조직이면, 상기 화합물이 매우 적거나 또는 실질적으로 존재하지 않는 마그네슘 합금과 동등 정도의 내충격성, 기계적 특성, 소성 가공성을 갖는다고 하는 지견을 얻었다. 즉, 상기 화합물이 비교적 미세하고, 균일하게 분산되어 있으며, 소정량 포함되는 조직이면, 상기 화합물이 매우 적거나 또는 실질적으로 존재하지 않는 마그네슘 합금과 동등 정도의 내충격성, 기계적 특성, 소성 가공성을 갖는다고 할 수 있다. 또한, 이러한 특정한 조직을 갖는 마그네슘 합금은, 연속 주조를 행하고, 주형에 접촉할 때까지의 용탕의 온도를 가능한 한 낮게 하며, 또한 냉각 속도를 매우 빠르게 한다고 하는 특정한 주조 공정을 거침으로써 제조할 수 있다고 하는 지견을 얻었다. 이 제조 방법은, 용탕을 비교적 저온으로 함으로써, 용탕이 고온인 경우에 발생할 수 있는 전술한 (α)∼(δ)의 문제점 등을 저감할 수 있기 때문에, 내충격성, 기계적 특성, 소성 가공성이 우수한 마그네슘 합금의 생산성을 향상시킬 수 있다고 할 수 있다. 본 발명은 이들 지견에 기초한 것이다. 처음으로 본 발명의 실시형태의 내용을 열기(列記)하여 설명한다.
(1) 본 발명의 일 양태에 따른 마그네슘 합금은, 질량%로, Al을 1% 이상 12% 이하, Mn을 0.1% 이상 5% 이하 함유하고, Al과 Mn을 포함하는 화합물의 입자가 분산된 조직을 구비한다. 이 마그네슘 합금은, 상기 화합물의 입자의 평균 입경이 0.3 ㎛ 이상 1 ㎛ 이하이고, 상기 화합물의 입자의 면적 비율이 3.5% 이상 25% 이하이다.
상기 화합물의 입자의 평균 입경은, 광학 현미경의 관찰상(觀察像)을 이용하여 측정한다.
상기 화합물의 입자의 면적 비율은, 마그네슘 합금의 단면에 대해, 전자총의 가속 전압을 5 ㎸ 또는 15 ㎸로 했을 때의 FE-EPMA에 의한 조성 맵핑을 이용하여 측정한다. 측정 방법의 상세한 것은 후술한다.
상기한 마그네슘 합금은, Al 및 Mn을 특정한 범위에서 함유함으로써 강도가 우수한 데다가 내식성도 우수하다. 특히, 상기한 마그네슘 합금은, Al과 Mn을 포함하는 화합물의 입자가 특정한 범위에서 어느 정도 존재하지만 미세하다. 그 때문에, 상기한 마그네슘 합금은, 낙하 등의 충격이 가해지거나, 압연이나 프레스 가공 등의 소성 가공을 행하거나 한 경우에, 상기 입자가 균열 등의 기점이 되기 어렵고, 강도, 내력, 신율과 같은 기계적 특성, 내충격성 및 소성 가공성이 우수하다. 또한, 상기한 마그네슘 합금은, 전술한 미세한 화합물의 입자가 분산된 분산 강화 조직을 갖는다고 할 수 있고, 이 분산 강화 조직에 의해 내력이 높아짐으로써, 상기 충격에 의해 움푹 패이기 어려운 점에서도 내충격성이 우수하다. 그리고, 상기한 특정한 조성 및 조직을 갖는 상기한 마그네슘 합금은, 예컨대, 후술하는 특정한 주조 공정을 거쳐 제조함으로써, 생산성도 우수하다.
(2) 상기한 마그네슘 합금의 일례로서, 상기 화합물의 입자의 최대 직경이 2.5 ㎛ 미만인 형태를 들 수 있다.
상기 형태는, Al과 Mn을 포함하는 화합물의 입자가 어느 정도 존재하지만, 어느 쪽의 입자도 충분히 작다. 따라서, 상기 형태는, 조대한 화합물 입자를 기점으로 하는 균열 등이 발생하기 어렵고, 내충격성, 강도나 내력, 신율 등의 기계적 특성, 소성 가공성이 보다 우수하다.
(3) 상기한 마그네슘 합금의 일례로서, 상기 마그네슘 합금의 평균 결정 입경이 10 ㎛ 이하인 형태를 들 수 있다.
상기 형태는, 결정 자체가 미세하기 때문에, 조대한 결정 입자를 기점으로 하는 균열 등도 발생하기 어렵고, 내충격성, 강도나 내력, 신율 등의 기계적 특성, 소성 가공성이 보다 우수하다.
(4) 본 발명의 일 양태에 따른 마그네슘 합금판은, 상기 (1)∼(3) 중 어느 하나에 따른 마그네슘 합금으로 이루어진다.
상기한 마그네슘 합금의 일례인 상기한 마그네슘 합금판은, 전술한 특정한 조직을 갖는 마그네슘 합금으로 구성되어 있기 때문에, 내충격성, 강도나 내력, 신율과 같은 기계적 특성, 프레스 가공 등의 소성 가공에 대한 가공성이 우수한 데다가, 생산성도 우수하다. 이러한 상기한 마그네슘 합금판은, 프레스 가공 등의 소성 가공이 실시되는 2차 가공재(예컨대, 후술하는 마그네슘 합금 부재 등)의 소재에 적합하게 이용할 수 있다.
(5) 본 발명의 일 양태에 따른 마그네슘 합금 부재는, 상기 (1)∼(3) 중 어느 하나에 따른 마그네슘 합금으로 이루어지고, 적어도 일부에 소성 가공이 실시된 소성 가공부를 갖는다.
상기한 마그네슘 합금의 일례인 상기한 마그네슘 합금 부재는, 전술한 특정한 조직을 갖는 마그네슘 합금으로 구성되어 있기 때문에, 내충격성, 강도나 내력, 신율과 같은 기계적 특성이 우수한 데다가, 생산성도 우수하다. 또한, 상기한 마그네슘 합금 부재는, 프레스 가공 등의 소성 가공을 실시할 때에 균열 등이 발생하기 어려운 점에서도 생산성이 우수하다.
(6) 본 발명의 일 양태에 따른 마그네슘 합금의 제조 방법은, 질량%로, Al을 1% 이상 12% 이하, Mn을 0.1% 이상 5% 이하 함유하는 마그네슘 합금의 용탕을 연속 주조하는 공정을 포함한다. 이 제조 방법에서는, 주형에 접촉하기 직전의 상기 용탕의 온도를 630℃ 이상 690℃ 이하로 하고, 상기 용탕의 냉각 속도를 560℃/초 이상으로 한다.
상기한 마그네슘 합금의 제조 방법은, Al 및 Mn을 특정한 범위에서 함유하는 마그네슘 합금의 용탕을 이용함으로써, 강도와 내식성이 우수한 마그네슘 합금을 제조할 수 있다. 특히, 상기한 마그네슘 합금의 제조 방법에서는, 종래보다 용탕의 온도를 낮게 하여, Al과 Mn을 포함하는 화합물(Al-Mn 정출물)을 생성하기 쉬운 온도로 하면서도, 냉각 속도를 매우 빠르게 함으로써, 응고 과정에 있는 재료가 630℃ 근방으로 유지되는 시간을 짧게 할 수 있다. 그 결과, 상기한 마그네슘 합금의 제조 방법은, 합금 중에 Al-Mn 정출물을 적절한 양만큼 생성시킬 수 있고, Al-Mn 정출물의 입자의 성장을 억제하여, 비교적 미세한 Al-Mn 정출물의 입자, 대표적으로는 평균 입경이 1 ㎛ 이하인 Al-Mn 정출물의 입자로 할 수 있다. 또한, 상기한 마그네슘 합금의 제조 방법에서는, 이러한 미세한 Al-Mn 정출물의 입자를 균일하게 분산시킬 수 있다.
여기서, 용탕의 온도가 높아도, 냉각 속도가 느리면, Al-Mn 정출물의 입자가 성장하여, 예컨대, 최대 직경이 2.5 ㎛ 이상인 조대 입자가 편재하는 조직이 된다. 이 조대 입자가 균열 등의 기점이 될 수 있다. 또한, Al 및 Mn이 조대 입자에 포함됨으로써, 미세 입자에 필요한 Al양 및 Mn양을 확보할 수 없어, 미세 입자를 충분히 존재시킬 수 없는 결과, 미세한 Al-Mn 정출물의 분산 강화 효과를 적절히 얻을 수 없다고 생각된다. 따라서, 이러한 조대한 Al-Mn 정출물이 국소적으로 존재하는 마그네슘 합금에서는, 내충격성, 기계적 특성, 소성 가공성의 저하를 초래할 수 있다. 이에 비해, 상기한 마그네슘 합금의 제조 방법은, 통상 모상(母相)의 마그네슘 합금보다 고경도의 Al-Mn 정출물의 입자의 분산 강화에 의해 강도나 내력과 같은 기계적 특성, 내충격성이 우수한 마그네슘 합금을 제조할 수 있다. 또한, 상기한 마그네슘 합금의 제조 방법은, Al-Mn 정출물의 입자를 미세하게 할 수 있고, 미세 입자가 균열 등의 기점이 되기 어렵기 때문에, 신율 등의 인성(靭性), 내충격성, 소성 가공성도 우수한 마그네슘 합금을 제조할 수 있다.
또한, 상기한 마그네슘 합금의 제조 방법은, 용탕의 온도가 비교적 낮음으로써, (α') 용탕의 산화를 억제하기 쉬워 산화물에 의한 수율 저하를 저감할 수 있고, (β') 작업성이 우수하며, (γ') 용탕의 보온에 필요한 에너지를 저감할 수 있고, (δ') 제조 설비의 열 열화를 저감할 수 있다. 덧붙여, 상기한 마그네슘 합금의 제조 방법은, 연속 주조를 행하기 때문에 마그네슘 합금을 양산할 수 있는 데다가, 냉각 속도를 빠르게 하여 미세한 결정 조직으로 하기 쉬운 점에서도, 내충격성, 기계적 특성, 소성 가공성이 우수한 마그네슘 합금을 제조하기 쉽다. 이러한 점에서, 상기한 마그네슘 합금의 제조 방법은, 내충격성, 기계적 특성, 소성 가공성이 우수한 마그네슘 합금을 생산성 좋게 제조할 수 있다고 할 수 있다.
[본 발명의 실시형태의 상세]
이하, 본 발명의 실시형태에 따른 마그네슘 합금, 마그네슘 합금판, 마그네슘 합금 부재, 및 마그네슘 합금의 제조 방법을 순서대로 설명한다. 이하, 원소의 함유량의 단위는, 질량%로 한다.
(마그네슘 합금, 마그네슘 합금판, 마그네슘 합금 부재)
· 조성
실시형태의 마그네슘 합금은, 첨가 원소로서 적어도 Al과 Mn의 양방을 함유하는 조성으로 하는 것을 특징의 하나로 한다. 제조 과정에서 특정한 크기의 Al과 Mn을 포함하는 화합물(Al-Mn 정출물)을 특정량 생성할 수 있으면, Al 및 Mn을 포함하는 조성에 더하여, 후술하는 제2 첨가 원소를 포함할 수 있다. 어느 쪽의 조성도, 잔부(殘部)는 Mg 및 불가피 불순물로 하고, Mg의 함유량을 50% 초과로 한다.
Al의 함유량은 1% 이상 12% 이하로 한다. Al을 이 범위에서 함유함으로써, 특히 강도와 같은 기계적 특성 및 내식성이 우수하다. Al의 함유량은, 상기 범위에서 많을수록 강도나 내식성이 우수하기 때문에, 3% 이상, 5% 이상, 5.5% 이상, 7% 이상으로 할 수 있다. Al의 함유량이 8.3% 이상 9.5% 이하인 마그네슘 합금, 예컨대, ASTM 규격의 AZ91 합금은, Al의 함유량이 3% 정도의 마그네슘 합금, 예컨대, ASTM 규격의 AZ31 합금과 비교하여 기계적 특성 및 내식성이 더욱 우수하다. 한편, Al의 함유량은, 상기 범위에서 적을수록 굽힘 등의 소성 가공을 행하기 쉬운 경향이 있기 때문에, 7% 이하, 또한 4% 이하로 할 수 있다. 강도와 가공성의 밸런스가 우수한 Al의 함유량으로서는, 5.5% 이상 12% 이하를 들 수 있다. 합금 중의 Al의 일부는, 대표적으로는 Al과 Mn을 포함하는 화합물, Al과 Mg를 포함하는 화합물과 같은 금속간 화합물 등의 화합물로서 존재하고, 타부(他部)는 Mg에 고용되어 존재한다.
Mn의 함유량은 0.1% 이상 5% 이하로 한다. Mn을 이 범위에서 함유함으로써, 내식성이 우수하다. Mn의 함유량은, 상기 범위에서 많을수록 내식성이 우수하기 때문에, 0.15% 이상으로 할 수 있다. Mn의 함유량은, 많을수록 Al과 Mn을 포함하는 화합물이 생성되기 쉬워지거나, 성장하기 쉬워지거나 하여 Al의 고용량이 저감하거나, 조대한 화합물 입자가 존재하기 쉬워지기 때문에, 2% 이하, 1.5% 이하, 또한 1% 이하로 할 수 있다. Mn의 함유량이 0.2% 이상 0.5% 이하이면, 상기 화합물의 과잉 생성이나 성장을 효과적으로 억제할 수 있을 것으로 기대된다.
제2 첨가 원소로서는, Zn(아연), Ca(칼슘), Si(규소), Be(베릴륨), Sr(스트론튬), Y(이트륨), Ag(은), Sn(주석), Zr(지르코늄), Ce(세륨), Au(금) 및 희토류 원소(Y, Ce를 제외함)에서 선택된 1종 이상의 원소를 들 수 있다. 구체적인 함유량은, Zn은 0.2% 이상 7.0% 이하, Ca는 0.2% 이상 6.0% 이하, Si는 0.2% 이상 1.0% 이하, Be는 0.0001% 이상 0.002% 이하, Sr은 0.2% 이상 7.0% 이하, Y는 1.0% 이상 6.0% 이하, Ag는 0.5% 이상 3.0% 이하, Sn은 0.01% 이상 2.0% 이하, Zr은 0.1% 이상 1.0% 이하, Ce는 0.05% 이상 1.0% 이하, 희토류 원소(Y, Ce를 제외함)는 1.0% 이상 3.5% 이하를 들 수 있다.
상기 제2 첨가 원소를 함유하는 경우에는, 열거한 원소군 중, 1종의 원소만을 함유하거나, 또는 2종 이상의 원소를 조합하여 함유할 수 있다. 제2 첨가 원소를 함유하면, 강도나 신율 등의 기계적 특성(예컨대, Zn, Zr 등), 고온 강도나 내크리프성(예컨대, Si, 희토류 원소, Ag 등), 난연성(예컨대, Ca 등) 등의 여러 가지 특성이 우수하고, 결정의 미세화나 열간 균열의 억제(예컨대, Zr 등)와 같은 효과를 나타낼 수 있다. 제2 첨가 원소를 함유하는 조성이어도, Al 및 Mn을 전술한 특정한 범위에서 함유하고, 특히 후술하는 특정한 제조 조건으로 제조함으로써, Al과 Mn을 포함하는 특정한 크기의 화합물을 특정량 포함하고, 또한 이들 화합물의 입자가 균일하게 분산된 마그네슘 합금으로 할 수 있다.
Al과 Mn을 포함하는 마그네슘 합금의 보다 구체적인 조성으로서, 예컨대, 이하를 들 수 있다.
· ASTM 규격에 있어서의 AM계 합금(AM60 합금, AM100 합금 등)
· ASTM 규격에 있어서의 AZ계 합금(AZ61 합금, AZ80 합금, AZ81 합금, AZ91 합금 등)
AZ계 합금은, Al 및 Mn에 더하여, 제2 첨가 원소로서 Zn을 0.2% 이상 1.5% 이하 포함한다. AZ계 합금은, Al의 함유량이 많을수록, 강도나 내력과 같은 기계적 특성, 내식성이 우수한 경향이 있고, Al의 함유량이 적을수록, 소성 가공성이 우수한 경향이 있다.
· 조직
실시형태의 마그네슘 합금은, Al과 Mn을 포함하는 화합물로 이루어지고, 비교적 미세한 입자가 균일하게 분산된 조직을 갖는 것을 특징의 하나로 한다. Al과 Mn을 포함하는 화합물은, 주로 주조 시에 생성되는 정출물이다. 이 정출물은, 고경도이고, 일단 생성되면, 그 후의 제조 과정에서 크기나 함유량을 변화시키는 것이 곤란하다. 그래서, 실시형태의 마그네슘 합금은, 예컨대, 후술하는 특정한 주조 조건으로 함으로써, 상기 화합물(정출물)의 크기 및 함유량을 제어한다.
‥ 화합물의 조성
Al과 Mn을 포함하는 화합물은, Al 및 Mn만의 금속간 화합물, Al 및 Mn에 더하여 철(Fe) 등을 더 포함하는 금속간 화합물을 들 수 있다. 후자의 금속간 화합물에 포함되는 Fe는, 불가피 불순물이다. 이들 화합물의 조성은, 예컨대, 에너지 분산 X선 분석법(EDX)이나, 오제 전자 분광법(AES) 등에 의해 성분 분석을 행함으로써 확인할 수 있다.
‥ 화합물의 크기
Al과 Mn을 포함하는 화합물은, 실시형태의 마그네슘 합금의 매트릭스 중에 입자로서 존재한다. 이 화합물의 입자의 평균 입경은 0.3 ㎛ 이상 1 ㎛ 이하로 한다. 상기 평균 입경이 이 범위 내에 있음으로써, 상기 화합물의 입자가 조직의 분산 강화재로서 양호하게 기능하고, 균열의 기점 등이 되기 어려우며, 내충격성, 기계적 특성, 소성 가공성이 우수하다. 상기 평균 입경은, 0.3 ㎛ 이상 0.9 ㎛ 이하, 또한 0.35 ㎛ 이상 0.8 ㎛ 이하로 할 수 있다.
Al과 Mn을 포함하는 화합물의 최대 직경은 2.5 ㎛ 미만이 바람직하다. 2.5 ㎛ 이상의 조대 입자가 존재하지 않음으로써, 이러한 조대 입자를 기점으로 하는 균열 등이 발생하기 어렵고, 이 조대 입자에서 기인하는 내충격성, 기계적 특성, 소성 가공성의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 상기 조대 입자가 존재하는 것에 따른 미세 입자의 함유량의 저하를 억제할 수 있고, 미세 입자를 적절히 포함할 수 있다. 이러한 점에서, 내충격성, 기계적 특성, 소성 가공성이 우수한 마그네슘 합금으로 할 수 있다. 상기 화합물이 작을수록 균열 등의 기점이 되는 조대 입자가 적고, 미세 입자가 적절히 존재하는 조직이 되기 쉽기 때문에, 상기 최대 직경은 2 ㎛ 이하, 또한 1.5 ㎛ 이하, 1.2 ㎛ 이하, 나아가서는 1 ㎛ 이하가 바람직하다. 상기 화합물의 평균 입경이 전술한 범위 내에 있고, 또한 상기 화합물의 최대 직경이 2.5 ㎛ 미만, 바람직하게는 2 ㎛ 이하이면, 상기 화합물의 크기의 변동이 작고, 균일한 크기라고 할 수 있다. 그 때문에, 이 형태는, 상기 화합물의 크기의 변동에서 기인하는 특성의 변동도 억제할 수 있고, 양호한 특성을 가질 수 있다.
‥ 화합물의 함유량
Al과 Mn을 포함하는 화합물의 함유량은, 마그네슘 합금의 단면을 취하고, 이 단면에 있어서의 상기 화합물의 면적 비율로 규정하여, 3.5% 이상 25% 이하로 한다. 면적 비율이 3.5% 이상이면, 상기 화합물이 마그네슘 합금 중에 충분히 존재하여, 상기 화합물의 입자에 의한 분산 강화 효과를 양호하게 얻을 수 있다. 면적 비율이 25% 이하이면, 상기 화합물이 적절히 존재하여, 상기 화합물이 과잉으로 존재하는 것에서 기인하는 합금의 취화(脆化), Al 고용량의 저하에 따른 내식성의 저하 등을 억제하여, 내충격성, 기계적 특성, 소성 가공성이 우수하다.
상기 면적 비율은, 이하와 같이 측정한다. 마그네슘 합금의 단면을 취하고, 이 단면으로부터 이하의 관찰 시야(예컨대, 195 ㎛×195 ㎛의 정사각형 형상의 영역)를 취하며, 이 관찰 시야에 대해 FE-EPMA에 의한 조성 맵핑을 행하여 Mn의 농도 분포를 취한다. 그리고, 관찰 시야 내의 Mn은 실질적으로 모두가 Al과 Mn을 포함하는 화합물로서 존재한다고 추정하고, 상기 관찰 시야에 대한 Mn의 면적 비율을 Al과 Mn을 포함하는 화합물의 면적 비율로 간주한다. 즉, 상기 조성 맵핑에 의한 Mn의 농도 분포를 이용하여, 상기 화합물의 면적 비율을 구한다. 구체적인 산출 방법은 후술한다.
상기 관찰 시야는, 마그네슘 합금의 표면으로부터 내부를 향해, 마그네슘 합금의 두께의 30%까지의 영역을 표층 영역으로 하고, 이 표층 영역에서 선택한다. 관찰 시야를 표층 영역에서 선택하는 이유는, 균열 등이 발생하는 영역이나 낙하 등의 충격을 직접 받는 영역 등이 통상, 상기 표층 영역이라고 생각되기 때문이다.
상기 Mn의 농도 분포는, FE-EPMA에 이용하는 전자총의 가속 전압에 의해 변화하고, 상기 가속 전압이 클수록 취득하는 정보량이 많아지며, Mn의 농도(레벨)가 커지는 경향이 있다. 즉, 상기 가속 전압의 대소에 따라, 상기 면적 비율의 대소도 변화할 수 있다. 그래서, 상기 면적 비율의 측정 시에, 전자총의 가속 전압은, 15 ㎸ 이하로 한다.
예컨대, 전자총의 가속 전압을 15 ㎸로 하여 상기 단면의 관찰 시야에 대해 FE-EPMA에 의한 조성 맵핑을 행했을 때의 상기 면적 비율은, 9.5% 이상, 또한 10% 이상 25% 이하, 15% 이상 24% 이하를 들 수 있다.
예컨대, 전자총의 가속 전압을 5 ㎸로 하여 상기 단면의 관찰 시야에 대해 FE-EPMA에 의한 조성 맵핑을 행했을 때의 상기 면적 비율은, 3.5% 이상 15% 이하, 또한 4.0% 이상 12% 이하, 5.0% 이상 10% 이하를 들 수 있다.
‥ 결정 입경
실시형태의 마그네슘 합금의 일례로서, 미세한 결정 조직을 갖는 형태를 들 수 있다. 예컨대, 평균 결정 입경이 10 ㎛ 이하를 만족시키는 조직을 들 수 있다. 평균 결정 입경이 10 ㎛ 이하이면, 조대한 결정 입자가 실질적으로 존재하지 않아, 조대한 결정 입자에서 기인하는 균열도 저감할 수 있다. 따라서, 이 형태는, 내충격성, 강도나 신율 등의 기계적 특성, 소성 가공성이 보다 우수하다. 결정 입자가 작을수록, 조대한 결정 입자에서 기인하는 균열을 효과적으로 저감할 수 있고, 예컨대, 평균 결정 입경은 6 ㎛ 이하, 특히 4 ㎛ 이하로 할 수 있다. 평균 결정 입경의 하한은, 예컨대, 2 ㎛, 또한 1 ㎛를 들 수 있다. 결정 입경을 미세하게 하기 위해서는, 주조 이후에 압연 등의 소성 가공을 행하는 것이 효과적이다. 즉, 미세한 결정 조직을 갖는 마그네슘 합금으로서, 대표적으로는 압연판, 이 압연판을 프레스 가공한 프레스 가공재 등을 들 수 있다. 그 외에, 주조 공정에서의 냉각 속도를 빠르게 하거나(560℃/초 이상, 나아가서는 600℃/초 이상), 전술한 제2 첨가 원소를 포함하거나 하면, 결정 입경을 더욱 미세하게 하기 쉬울 것으로 기대된다.
· 제조 과정에서 구별한 사양
실시형태의 마그네슘 합금의 구체적인 사양을 제조 과정에서 구별하면, (1) 주조재, (2) 주조재에 압연 등의 소성 가공(1차 가공)을 실시한 1차 가공재(압연재 등), (3) 1차 가공재에 각종의 처리를 실시한 처리재, 예컨대, 연마, 교정, 변형 제거 등을 목적으로 한 열처리, 방식 처리(화성 처리, 양극 산화 처리), 장식용 가공 처리(다이아몬드 컷트나 헤어라인과 같은 절삭 가공이나 에칭, 쇼트 블라스트 등), 도장 처리, (4) 1차 가공재나 상기 처리재에 프레스 가공 등의 소성 가공(2차 가공)을 실시한 2차 가공재(실시형태의 마그네슘 합금 부재), (5) 2차 가공재에 방식 처리, 도장, 장식용 가공 등의 표면 처리를 실시한 표면 처리재(실시형태의 마그네슘 합금 부재) 등을 들 수 있다. 압연재 등의 1차 가공재나 상기 처리재는, 전술한 바와 같이 평균 결정 입경이 주조재보다 작고, 균열 등이 발생하기 어렵기 때문에, 프레스 가공재 등의 2차 가공재의 소재에 적합하게 이용할 수 있다. 1차 가공재는, 대표적으로는 그 전체에 소성 가공이 실시되어 있어, 그 전체가 소성 가공부라고 할 수 있다. 2차 가공재는, 소재의 일부에만 소성 가공이 실시된 소성 가공부를 구비하는 형태(예컨대, 만곡부 등을 갖는 프레스 가공재), 소재 전체에 걸쳐 소성 가공이 실시된 형태(예컨대, 원통형으로 구부려진 가공재 등)를 들 수 있다.
· 형상
실시형태의 마그네슘 합금의 구체적인 형상으로서, 예컨대, 평행한 한 쌍의 일면 및 타면을 구비하는 판재(板材)(실시형태의 마그네슘 합금판)를 들 수 있다. 상기 일면 및 타면은, 평면이 대표적이지만, 굽힘 등의 가공을 가함으로써 곡면으로 할 수 있다. 판재의 평면 형상은, 직사각형 형상이 대표적이지만, 펀칭 등 함으로써 원형, 그 외의 형상으로 할 수 있다. 판재는, 전술한 제조 과정에서 구별하면, (1) 주조재, (2) 1차 가공재(압연판 등), (3) 처리재, (4) 2차 가공재, (5) 표면 처리재 중 어느 것도 취할 수 있다. 2차 가공재의 구체적인 형상으로서, 예컨대, 바닥면부와 바닥면부로부터 세워져 설치되는 측벽부를 구비하는 단면 ] 형상의 부재(판 부분을 갖는 부재) 등을 들 수 있다.
· 크기
실시형태의 마그네슘 합금이 판재(실시형태의 마그네슘 합금판)나, 이 판재의 적어도 일부에 프레스 가공 등의 소성 가공이 실시된 부재(실시형태의 마그네슘 합금 부재)인 경우, 두께가 5 ㎜ 이하인 형태를 들 수 있다. 판재의 두께란, 상기 일면과 타면 사이의 평균 거리를 말한다. 판재가 압연 등의 소성 가공을 거친 경우에는, 즉 1차 가공재나 2차 가공재 등인 경우에는, 전체에 걸쳐 두께가 똑같이 되기 쉬운 데다가, 두께를 더욱 얇게 하기 쉽다. 예컨대, 두께가 3 ㎜ 이하 정도, 또한 2.5 ㎜ 이하인 형태를 들 수 있다. 판재의 두께가 두꺼울수록, 강도나 강성이 우수하다. 판재의 두께가 얇을수록(바람직하게는 2 ㎜ 이하, 또한 1.5 ㎜ 이하, 나아가서는 1.2 ㎜ 이하), 박형, 경량의 1차 가공재나 2차 가공재 등으로 할 수 있다. 판재의 두께의 하한은, 0.1 ㎜ 이상, 또한 0.3 ㎜ 이상을 들 수 있다. 원하는 용도에 따라 주조 조건이나 압연 조건 등을 조정하여, 최종적으로 얻어지는 판재의 두께를 선택하면 된다. 판재나 부재의 전체에 걸쳐 두께가 똑같은 형태 외에, 두께가 상이한 부분을 갖는 형태(예컨대, 관통 구멍을 갖는 형태, 홈 또는 돌기를 갖는 형태 등)로 할 수 있다.
· 특성
실시형태의 마그네슘 합금은, 강도, 내력, 신율과 같은 기계적 특성이 우수하다. 예컨대, 실시형태의 마그네슘 합금의 일례로서, 인장 강도(실온)가 270 ㎫ 이상, 0.2% 내력(실온)이 200 ㎫ 이상, 파단 신율(실온)이 5% 이상 중 적어도 하나, 바람직하게는 3개 모두를 만족시키는 형태를 들 수 있다. 이러한 형태로서, 전술한 압연 등의 소성 가공을 거친 것, 즉 1차 가공재나 2차 가공재 등을 들 수 있다. 조성이나 제조 과정 등에 따라서도 달라지지만, Al을 5% 이상 함유하거나, 압연 등의 소성 가공을 거치거나 함으로써, 인장 강도가 280 ㎫ 이상 450 ㎫ 이하, 0.2% 내력이 230 ㎫ 이상 350 ㎫ 이하, 파단 신율이 5% 이상 15% 이하 중 적어도 하나, 바람직하게는 3개 모두를 만족시킬 수 있다.
실시형태의 마그네슘 합금은, 낙하 등의 충격을 받았을 때에 움푹 패이기 어렵다. 예컨대, 후술하는 내충격 시험을 행한 경우에 패임량이 적고, 0.63 ㎜ 미만을 만족시킨다. 실시형태의 마그네슘 합금이 전술한 압연 등의 소성 가공을 거친 경우에는, 즉 1차 가공재나 2차 가공재 등인 경우에는, 패임량이 더욱 적어 0.6 ㎜ 이하, 또한 0.55 ㎜ 이하를 만족시킨다.
(마그네슘 합금의 제조 방법)
실시형태의 마그네슘 합금의 제조 방법은, Al과 Mn을 포함하는 화합물이라고 하는 특정한 조성의 화합물을 특정한 크기로 하고, 또한 특정량 함유하는 조직을 형성하기 위해서, 특정한 주조 공정을 포함하는 것을 특징의 하나로 한다. 구체적으로는, 이 주조 공정은, (1) 연속 주조를 행하고, (2) 용탕의 온도를 비교적 낮게 하며, (3) 용탕의 냉각 속도를 매우 빠르게 한다고 하는 3가지 조건을 구비한다. 이하, 주조 공정을 상세히 설명하고, 다음으로 주조 이후의 공정을 설명한다.
· 주조 공정
‥ 연속 주조
실시형태의 마그네슘 합금의 제조 방법에서는, Al과 Mn을 전술한 특정한 범위에서 포함하는 특정한 조성의 마그네슘 합금의 용탕을 준비하고, 연속 주조를 행한다. 연속 주조는, 급랭 응고가 가능하며, 산화물이나 편석 등을 저감할 수 있는 데다가 조대한 정출물의 생성을 저감하기 쉽고, Al과 Mn을 포함하는 화합물을 전술한 특정한 크기로 제어하기 쉽다. 구체적인 연속 주조법으로서는, 쌍롤법 등을 들 수 있다. 쌍롤법은, 주조판의 제조에 적합하다. 쌍롤법은, 주조판의 두께를 얇게 하거나(바람직하게는 5 ㎜ 이하), 롤 온도를 낮게 하거나(바람직하게는 100℃ 이하), 롤의 재질을 조정하거나 등을 함으로써, 냉각 속도를 빠르게 할 수 있다.
‥ 용탕의 온도
주형에 접촉하기 직전의 용탕의 온도는 630℃ 이상 690℃ 이하로 한다. 하한의 규정 이유는, 상기 용탕의 온도가 630℃를 하회하면, Al과 Mn을 포함하는 화합물이 매우 생성되기 쉬워지기 때문이다. 상한의 규정 이유는, 690℃를 상회하는 온도로 하면, 용탕 온도가 지나치게 높아, 생산성의 저하를 초래하기 때문이다. 상기 용탕의 온도를 상기한 범위로 함으로써, 응고 과정에서 Al과 Mn을 포함하는 화합물을 양호하게 생성할 수 있고, 적절한 양(전술한 특정한 함유량)으로 할 수 있다. 상기 화합물을 충분히 생성하기 위해서는, 상기 용탕의 온도는 가능한 한 낮은 것이 바람직하고, 685℃ 이하, 또한 680℃ 이하, 나아가서는 675℃ 이하가 바람직하다. 상기 용탕의 온도를 635℃ 이상, 또한 640℃ 이상, 나아가서는 645℃ 이상으로 하면, 상기 화합물의 과잉 생성이나 조대화를 억제하기 쉬워, 상기 화합물의 함유량이나 크기를 제어하기 쉽다. 이러한 점에서, 생산성을 높일 수 있을 것으로 기대된다. Al의 함유량이 적어질수록 용해 온도가 높아지는 경향이 있기 때문에, 조성에 따라, 전술한 범위 내에서 상기 용탕의 온도를 조정한다.
주형에 접촉할 때까지 용탕(溶湯)은, 용해로(爐), 이송 홈통, 유지로(爐) 등의 설비에 유지된다. 이들 용탕을 유지하는 설비에서의 용탕의 온도를 균일하게 하는, 즉 630℃ 이상 690℃ 이하의 범위에서 선택되는 온도로 하면, 온도 제어가 행하기 쉽다. 또한, 이 온도 범위는 종래보다 낮기 때문에, 설비의 열손상을 억제하기 쉽고, 설비의 장수명화를 도모할 수 있다. 이러한 점에서, 생산성의 향상, 비용의 삭감 등을 기대할 수 있다.
‥ 냉각 속도
전술한 비교적 저온의 용탕을 560℃/초 이상의 냉각 속도로 급랭한다. 이러한 급랭을 행함으로써, 응고 과정에 있어서, Al과 Mn을 포함하는 화합물이 생성되기 쉬운 온도 영역인 630℃ 근방의 유지 시간을 충분히 짧게 하여, 상기 화합물의 과잉 생성이나 조대화를 효과적으로 억제하여, 비교적 미세한 상기 화합물이 어느 정도 존재하는 조직을 양호하게 형성할 수 있다. 냉각 속도는 빠를수록 바람직하고, 600℃/초 이상, 또한 620℃/초 이상, 나아가서는 650℃/초 이상으로 할 수 있다. 이러한 급랭 응고를 행하여 얻어진 주조재는, 적어도 그 표층 영역이, 전술한 특정한 크기를 갖는 상기 화합물이 균일하게 분산된 분산 강화 조직, 나아가서는 결정도 미세한 조직을 갖는다.
냉각 속도는, DAS(dendrite arm spacing)를 이용하여 산출한다. 여기서, 마그네슘 합금에 대해, α, β를 조성에 기초한 상수, d(㎛)를 DAS, V(℃/초)를 냉각 속도로 할 때, 이하의 관계식 (1)을 이용할 수 있다.
d=α×V-β… 관계식 (1)
예컨대, ASTM 규격의 AZ계 합금에서는, 상기 관계식 (1)에 있어서의 α=35.5, β=0.31이고, 냉각 속도 VAZ는, DAS를 dAZ로 나타내어, 이하와 같이 표시된다.
dAZ=35.5×VAZ -0.31
여러 가지 조성이나 크기(두께, 폭 등)의 테스트 피스를 이용하여, DAS와 냉각 속도의 관계를 미리 구하여, 상관 데이터를 작성해 두고, 이 상관 데이터를 참조하여, 원하는 냉각 속도가 되도록 냉각 조건을 조정하면 우수한 작업성을 얻게 된다.
560℃/초 이상의 냉각 속도를 실현하는 수법으로서, 예컨대, 이하를 들 수 있다. (1) 주형의 표면 온도를 낮게 한다(예컨대, 100℃ 이하, 또한 80℃ 이하). 예컨대, 수냉 등의 강제 냉각이 가능한 주형으로 함으로써, 주형의 표면 온도를 낮게 유지할 수 있다. (2) 주조재의 크기를 작게 한다. 예컨대, 주조판에서는, 두께를 5 ㎜ 이하, 또한 4.5 ㎜ 이하, 나아가서는 4 ㎜ 이하로 한다. (3) 냉각 능력이 높은 재료로 이루어지는 주형을 이용한다. 예컨대, 열전도율이 높은 재료로 이루어지는 주형을 이용하면, 방열성이 우수하기 때문에 냉각 속도를 빠르게 할 수 있다.
주조 공정(냉각 공정도 포함함)은, 마그네슘 합금의 산화 등을 방지하기 위해서, 불활성 가스 분위기에서 행하는 것이 바람직하다.
· 주조 이후의 공정
‥ 압연 공정
실시형태의 마그네슘 합금을 압연재(대표적으로는 압연판)로 하는 경우, 전술한 주조재(대표적으로는 주조판)에 적어도 1패스(pass)의 압연 가공을 실시한다. 즉, 실시형태의 마그네슘 합금의 제조 방법의 일례로서, 전술한 주조 공정과, 연속 주조에 의해 얻어진 주조재에 적어도 1패스의 압연을 실시하는 공정(이하, 압연 공정이라고 부르는 경우가 있음)을 포함하는 형태를 들 수 있다. 적어도 1패스는, 압연 온도를 200℃ 이상 400℃ 이하로 하는 온간 압연으로 하는 것이 바람직하다. 압연 공정의 패스수, 1패스당 압하율(壓下率), 총 압하율 등은, 원하는 두께의 압연판 등이 얻어지도록 적절히 선택할 수 있다. 상기 주조재에 압연 가공을 실시함으로써, 주조 조직이 아니라 압연 조직(대표적으로는 재결정 조직)으로 할 수 있다. 또한, 압연을 행함으로써, (1) 평균 결정 입경이 20 ㎛ 이하, 또한 10 ㎛ 이하인 미세 조직이 얻어지기 쉽고, (2) 주조 시의 편석, 수축공(shrinkage cavity), 공극(포어)과 같은 내부 결함, 표면 결함 등을 저감하여 우수한 표면 성상(性狀)을 얻을 수 있으며, (3) 미세한 재결정 조직으로 함으로써 강도나 내식성을 더욱 높이기 쉽다고 하는 효과도 기대할 수 있다. 이러한 압연 공정을 거친 압연판은, 적어도 그 표층 영역이, 보다 미세한 결정 조직을 갖고, 또한 전술한 특정한 크기이며, Al과 Mn을 포함하는 화합물이 균일하게 분산된 분산 강화 조직을 갖는다. 압연 공정 후, 전술한 연마, 교정, 방식 처리, 도장, 장식용 가공, 변형 제거 등을 목적으로 한 열처리 등의 적어도 하나의 부가 가공을 실시하는 공정을 포함할 수 있다.
‥ 2차 가공 공정
실시형태의 마그네슘 합금을 소성 가공 부재로 하는 경우, 상기 압연판(연마나 교정 등의 부가 가공이 실시되어 있어도 좋음)의 적어도 일부에 소성 가공을 실시한다. 즉, 실시형태의 마그네슘 합금의 제조 방법의 일례로서, 전술한 주조 공정과, 전술한 압연 공정과, 이 압연 공정을 거친 소재의 적어도 일부에 소성 가공(2차 가공)을 실시하는 공정을 포함하는 형태를 들 수 있다.
구체적인 소성 가공(2차 가공)은, 프레스 가공(딥 드로잉 가공, 펀칭 가공, 업셋팅 등), 단조 가공, 굽힘 가공 등을 들 수 있다. 이 소성 가공은, 가공 온도를 200℃ 이상 280℃ 이하로 하는 온간 가공으로 하면, 소재(대표적으로는 상기 압연판)의 소성 가공성을 높여 정밀도 좋게 소성 가공(2차 가공)을 행할 수 있기에 바람직하다. 또한, 온간 가공으로 하면, 소재의 조직이 조대한 재결정 조직이 되는 것을 저감하여 기계적 특성이나 내식성의 열화를 저감할 수 있다. 소성 가공(2차 가공)은, 소재의 일부에만 실시할 수도 있고, 전체에 실시할 수도 있다. 2차 가공 공정 후, 전술한 연마, 방식 처리, 도장, 장식용 가공, 변형 제거 등을 목적으로 한 열처리 등의 적어도 하나의 부가 가공을 실시하는 공정을 포함할 수 있다.
이하, 시험예를 들어, 실시형태의 마그네슘 합금, 및 그 제조 방법을 보다 구체적으로 설명한다.
[시험예 1]
표 1에 나타낸 여러 가지 조성의 마그네슘 합금을 이용하여, 여러 가지 조건으로 마그네슘 합금판, 및 이 마그네슘 합금판에 프레스 가공을 실시하여 프레스 가공재를 제작하고, 얻어진 마그네슘 합금판의 조직 관찰, 인장 시험(상온), 내충격 시험(상온), 프레스 가공성의 양부 확인, 생산성의 양부 판정을 행하였다.
각 원소의 함유량은 질량 비율(질량%)을 나타낸다.
· 표 1에 나타낸 AZ91이란, ASTM 규격의 AZ91 합금 상당의 Al, Mn, Zn을 포함하는 마그네슘 합금이다. 여기서는, Al을 9.1%, Mn을 0.16%, Zn을 0.72% 포함한다.
· 표 1에 나타낸 AZX911이란, ASTM 규격의 AZ91 합금 상당의 Al, Mn, Zn을 포함하고, 또한 Ca를 포함하는 마그네슘 합금이다. 여기서는, Al을 9.0%, Mn을 0.16%, Zn을 0.74%, Ca를 1.0% 포함한다.
· 표 1에 나타낸 AZ61이란, ASTM 규격의 AZ61 합금 상당의 Al, Mn, Zn을 포함하는 마그네슘 합금이다. 여기서는, Al을 6.1%, Mn을 0.22%, Zn을 0.70% 포함한다.
· 표 1에 나타낸 AM60이란, ASTM 규격의 AM60 합금 상당의 Al, Mn을 포함하는 마그네슘 합금이다. 여기서는, Al을 6.2%, Mn을 0.20% 포함한다.
여기서는, 쌍롤 연속 주조→압연→프레스 가공이라고 하는 제조 공정을 거쳐, 주조판(마그네슘 합금판), 압연판(마그네슘 합금판), 프레스 가공재(마그네슘 합금 부재)를 제작하였다. 구체적으로는, 표 1에 나타낸 여러 가지 조성의 마그네슘 합금의 잉곳을 불활성 분위기 중에서 용해하여 용탕을 준비한다. 용탕에 있어서의 주형에 접촉하기 직전의 온도[이하, 탕온(湯溫)이라고 부른다. ℃]를 표 1에 나타낸다. 여기서는, 용해로와, 용탕을 유지하는 유지로와, 유지로로부터 주형(한 쌍의 롤)으로 이송하는 이송부를 구비하는 설비를 이용하고, 이송부 내의 용탕의 온도를 상기 「탕온」으로 한다. 이송부의 용탕의 온도는, 설비의 설정 온도로 한다. 이 용탕을 주형(롤)에 접촉시켜 응고하여, 두께 5.0 ㎜의 주조판을 제작한다.
주조 공정에서의 냉각 속도(℃/초)를 표 1에 나타낸다. 시료 No.1-1∼No.1-5, No.1-101, No.1-201은, 롤 온도, 롤 주속(周速), 주조 속도 등을 조정함으로써, 냉각 속도를 변화시켰다. 시료 No.1-1∼No.1-5, No.1-101은, 수냉 주형을 이용하여, 롤 온도가 100℃ 이하가 되도록 롤을 냉각하면서 주조를 행한다.
얻어진 각 주조판에 복수 패스의 온간 압연을 실시하여, 두께 0.7 ㎜의 압연판을 제작한다. 온간 압연의 조건은, 압연 온도를 200℃ 이상 400℃ 이하, 1패스당 압하율을 5% 이상 20% 이하, 총 압하율을 86%로 한다.
얻어진 각 압연판을 200 ㎜×30 ㎜로 절단하여, 프레스용 소재로 하고, 이 소재에 프레스 가공[사각 컵 드로잉 가공(square cup drawing)]을 실시하여, 천판부(天板部)와, 천판부로부터 연장되는 다리부를 구비하는 단면 [ 형상의 프레스 가공재를 제작한다. 프레스 조건은, 가열 온도를 250℃, 천판부와 다리부를 잇는 모서리(R)를 2 ㎜로 한다.
한편, 전술한 연속 주조 후의 주조판에, 조성을 균질화하기 위한 열처리(용체화 처리)나 시효 처리 등을 실시하거나, 압연 도중에 중간 열처리를 실시하거나, 최종의 압연 후에 최종 열처리를 실시하거나 할 수 있다. 또한, 압연판에 교정을 실시하여 평탄도를 향상시키거나, 연마를 실시하여 표면을 보다 평활하게 하거나 할 수 있다.
· 조직 관찰
얻어진 각 시료의 압연판에 대해, 이하와 같이 금속 조직을 관찰하였다. 압연판의 두께 방향에 평행한 면에서 절단하여 단면(종단면)을 취한다. 이 단면은, 시판의 크로스 섹션 폴리셔(CP) 가공 장치를 이용하여 행한 CP 단면으로 한다. 이 CP 단면에 대해, 표면으로부터 두께 방향으로 판 두께의 30%까지의 영역을 표층 영역으로 하고(여기서는 0.7 ㎜×0.3=0.21 ㎜), 표층 영역으로부터 임의로 관찰 시야를 취한다. 도 1의 상측 도면은, 시료 No.1-1의 압연판에 대해, 선택한 관찰 시야를 SEM으로 관찰한 이차 전자상(電子像)을 나타내고, 하측 도면은 이 이차 전자상을 2치화한 2치화 상(像)을 나타낸다. 도 2는 선택한 관찰 시야를 SEM으로 관찰한 반사 전자상을 나타낸다.
도 1의 상측 도면에 나타낸 바와 같이 미세한 결정 조직 중에 다수의 대소의 입자가 분산되어 존재하는 것을 알 수 있다. 구체적으로는, 옅은 회색으로 표시되는 비교적 큰 입자(최대 길이가 0.1 ㎛∼1 ㎛ 정도)와, 백색으로 표시되는 비교적 작은 입자가 존재하는 것을 알 수 있다. 이들 입자의 성분 분석을 행한 결과, 비교적 큰 입자(옅은 회색)는, Al과 Mg를 포함하는 화합물(β상, 주로 석출물)이고, β상보다 작은 입자(백색)는, Al과 Mn을 포함하는 화합물(Al-Mn 정출물)이다. 흰 입자의 존재 상태를 파악하기 쉽도록, 도 1의 하측 도면에 나타낸 바와 같이 콘트라스트를 변환한 결과, 흰 입자가 결정 조직 중에 균일하게 분산되어 존재하는 것을 알 수 있다. 또한, 흰 입자는 β상보다 작고, 또한 β상보다 양이 적으나, 소정량 존재하는 것을 알 수 있다. 이러한 점은, 도 2로부터도 파악할 수 있다. 도 2에 나타낸 SEM의 반사 전자상에서도, 옅은 회색의 입자와 백색의 입자가 존재하는 것, 흰 입자가 옅은 회색의 입자보다 작고, 옅은 회색의 입자보다 양이 적으나, 소정량 존재하는 것을 알 수 있다. 이러한 점에서, 시료 No.1-1의 압연판은, Al과 Mn을 포함하는 화합물(Al-Mn 정출물)이 비교적 작고, 또한 비교적 적으나, 소정량 존재하는 것, 또한 균일하게 분산되어 있는 것을 알 수 있다. 시료 No.1-2∼No.1-5의 압연판도, 시료 No.1-1의 압연판과 동일한 조직, 즉, 미세한 결정 조직이며, 비교적 작은 Al-Mn 정출물이 소정량 존재하고, 또한 균일하게 분산된 조직이다.
시료 No.1-101의 압연판은, Al과 Mn을 포함하는 화합물(Al-Mn 정출물)이 매우 적다. 시료 No.1-201의 압연판은, Al과 Mn을 포함하는 화합물이 매우 적으나, 조대한 입자가 존재한다.
얻어진 각 시료의 압연판에 대해 광학 현미경의 관찰상(觀察像)을 이용하여, 평균 결정 입경을 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. 평균 결정 입경의 측정은, 「강철-결정 입도의 현미경 시험 방법 JIS G 0551(2005), 직선 시험선에 의한 절단법」에 기초하여 행하였다. 관찰상에, 압연판의 두께 방향에 평행하게 직선을 긋고, 결정 입자에 있어서 이 직선을 절단하는 선분을 입경으로 하여 조사한 결과, 시료 No.1-1∼No.1-5의 압연판의 평균 결정 입경은 10 ㎛ 이하이다. 이것으로부터, 시료 No.1-1∼No.1-5의 압연판은 모두, 결정 입자가 미세한 것을 알 수 있다.
얻어진 각 시료의 압연판에 대해, SEM상(이차 전자상을 변환한 2치화 상)으로부터 전술한 흰 입자를 Al과 Mn을 포함하는 화합물(Al-Mn 정출물)로서 추출하고, 추출한 Al-Mn 정출물의 입자의 평균 입경(㎛), 최대 직경(㎛)을 조사하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. Al-Mn 정출물의 입경은, 추출한 입자의 면적 상당 원을 직경으로 하고, 관찰 시야(여기서는 전술한 표층 영역에서 선택한 195 ㎛×195 ㎛의 정사각형의 영역)에 존재하는 모든 입자의 직경의 평균을 Al-Mn 정출물의 평균 입경으로 한다. 또한, 상기 모든 입자의 직경 중, 가장 큰 값을 Al-Mn 정출물의 최대 직경으로 한다.
얻어진 각 시료의 압연판에 대해, 전술한 CP 단면에서 선택한 관찰 시야에 대해, FE-EPMA에 의한 조성 맵핑을 작성하고, Mn의 농도 분포를 조사하였다. 여기서는, 전자총의 가속 전압이 상이한 2가지 조건으로 Mn의 농도를 분석하였다. 조건을 이하에 나타낸다.
(1) 전자총의 가속 전압: 15 ㎸, 조사 전류: 100 ㎁, 계측 시간: 50 ㎳, 측정 원소: Mn(LiFH), 측정 영역: 195 ㎛×195 ㎛의 정사각형의 영역
(2) 전자총의 가속 전압: 5 ㎸, 조사 전류: 100 ㎁, 계측 시간: 500 ㎳, 측정 원소: Mn(TAPH), 측정 영역: 24 ㎛×24 ㎛의 정사각형의 영역
한편, 가속 전압이 작은 조건 (2)는, 조건 (1)보다 측정 영역을 작게 하였으나, 조건 (2)의 측정 영역을 조건 (1)과 동일한 크기로 한 경우라도, 측정 결과(Mn의 농도 분포)에 큰 차이가 발생하지 않는 것을 확인한다.
도 3은 시료 No.1-1의 압연판에 대해, 가속 전압을 15 ㎸로 한 조건 (1)을 이용한 경우의 FE-EPMA에 의한 Mn의 조성 맵핑이다. 도 3의 우측에 컬러 스케일을 나타낸다. 이 조성 맵핑은, Mn의 농담을 백색∼분홍색∼적색∼주황색∼황색∼녹색∼수색(水色)∼청색∼흑색의 색별로 나타내며, 백색에 가까운 색일수록, Mn의 농도가 높은 것을 의미하고, 흑색에 가까운 색일수록, Mn의 농도가 낮은 것을 나타낸다. 도 3에서는, Mn의 최고 농도를 나타내는 지점의 Mn의 Level을 135로 하고, Mn을 포함하지 않는 지점의 Mn의 Level을 0으로 하며, 각 지점의 Mn의 농도를 최고 농도 즉 Level:135에 대한 상대값으로 나타낸다. 그리고, 각 Level의 존재 비율을 면적 비율(Area %)로 나타낸다. 도 3의 조성 맵핑에 나타낸 바와 같이, 흑색의 배경 중에 적색∼청색이 입자형으로 뭉쳐진 영역이 다수 존재하는 것을 알 수 있다. 그리고, 도 3의 조성 맵핑에 나타낸 적색∼청색의 입자형의 영역의 존재 위치와, 동일한 관찰 시야에 있어서의 SEM상(반사 전자상)에 나타낸 흰 입자(도 2 참조)의 존재 위치를 비교 참조하면, 조성 맵핑에 나타낸 적색∼청색의 입자형의 영역은, Al과 Mn을 포함하는 화합물(Al-Mn 정출물)에 포함된다고 할 수 있다. 이것으로부터, 시료 No.1-1의 압연판에 있어서의 Mn은 Al-Mn 정출물로서 존재한다고 생각된다. 그래서, 여기서는, Mn은 전부 Al과의 화합물로서 존재하는 것으로 취급한다.
도 4는 도 3에 나타낸 Mn의 조성 맵핑(15 ㎸)을 이용하여 작성한 Mn의 각 Level(Mn 카운트수)의 빈도 및 누적 빈도를 나타내는 그래프이다. 도 4의 그래프에 있어서 횡축은, Mn의 Level(0∼135. 도 4에서는 110까지 표시)을 나타내고, 좌측 종축은, Mn의 각 Level의 빈도, 우측 종축은, Mn의 각 Level의 누적 빈도(%)를 나타낸다.
누적 빈도는, Mn의 각 Level의 면적 비율(Area %)에 등가라고 할 수 있다. 여기서, Mn의 Level의 평균 SLevel을 취한 결과, SLevel≒10이며, 전체적으로 Mn의 농도가 매우 낮은 것을 알 수 있다. 따라서, Mn의 Level이 평균 SLevel 정도인 영역은, 노이즈로서 취급함으로써 Mn을 보다 적절히 추출할 수 있다고 생각된다. 나아가서는, Al과 Mn을 포함하는 화합물(Al-Mn 정출물)을 보다 적절히 추출할 수 있다고 할 수 있다. 그래서, 여기서는, Mn의 Level의 표준 편차 σLevel을 구하고, 평균 SLevel+3σLevel을 임계값으로 하며, Mn의 Level이 평균 SLevel+3σLevel 이상인 영역을 Al-Mn 정출물로서 취급한다. 그리고, 평균 SLevel+3σLevel(여기서는 11.3) 이상의 누적 빈도(%)를 Al-Mn 정출물의 면적 비율(%, 15 ㎸)로서 취급한다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
도 5의 좌측 도면은, 시료 No.1-1의 압연판에 대해, 가속 전압을 5 ㎸로 한 조건 (2)를 이용한 경우의 FE-EPMA에 의한 Mn의 조성 맵핑이고, 우측 도면은, 동일한 관찰 시야에 있어서의 SEM상(반사 전자상)을 나타낸다. 이 도 5의 조성 맵핑도, 도 3과 마찬가지로 Mn의 농도를 색별로 나타낸다. 도 5의 조성 맵핑에서는, Mn의 최고 농도를 나타내는 지점의 Mn의 Level을 55로 하고, Mn을 포함하지 않는 지점의 Mn의 Level을 0으로 하며, 각 Level의 존재 비율을 면적 비율(Area %)로 나타낸다. 한편, 도 5의 좌측 도면에 나타낸 조성 맵핑에서는, 전자총의 조사 에너지가 조건 (1)보다 작음으로써, 채취되는 Mn의 정보량이 조건 (1)의 경우보다 적기 때문에, Mn의 최고 Level이 55로 작으나, 도 5의 좌측 도면에 나타낸 바와 같이 Mn의 농담을 파악할 수 있는 것, 도 3의 조성 맵핑과 마찬가지로 적색∼청색이 입자형으로 뭉쳐 존재하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 5의 좌측 도면의 조성 맵핑에 나타낸 적색∼청색의 입자형의 영역의 존재 위치와, 도 5의 우측 도면의 SEM상(반사 전자상)에 나타낸 흰 입자의 존재 위치를 비교 참조하면, 이 조성 맵핑에 나타낸 적색∼청색의 입자형의 영역은, Al과 Mn을 포함하는 화합물(Al-Mn 정출물)이라고 할 수 있다.
도 6은 도 5의 좌측 도면에 나타낸 Mn의 조성 맵핑(5 ㎸)을 이용하여 작성한 Mn의 각 Level(Mn 카운트수)의 빈도 및 누적 빈도를 나타내는 그래프이다. 도 6의 그래프에 있어서 횡축은, 도 4의 그래프와 마찬가지로 Mn의 Level(0∼55. 도 6에서는 50까지 표시)을 나타내고, 좌측 종축은, Mn의 각 Level의 빈도, 우측 종축은, Mn의 각 Level의 누적 빈도(%)를 나타낸다. 여기서도, Mn의 Level의 평균 SLevel 및 표준 편차 σLevel을 구하고, 평균 SLevel+3σLevel을 임계값으로 하며, 평균 SLevel+3σLevel(여기서는 12) 이상의 누적 빈도(%)를 Al과 Mn을 포함하는 화합물(Al-Mn 정출물)의 면적 비율(%, 5 ㎸)로서 구하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
시료 No.1-1∼No.1-5의 프레스 가공재에 있어서, 굽힘 등이 실질적으로 부여되지 않은 천판부에 대해, 압연판과 마찬가지로 금속 조직을 관찰한 결과, 압연판과 같은 정도로 미세한 결정 조직을 가지며, Al과 Mn을 포함하는 화합물(Al-Mn 정출물)이 분산된 조직을 갖고 있었다. 또한, 이 천판부의 평균 결정 입경, 상기 화합물의 평균 입경, 최대 직경, 면적 비율은, 압연판과 같은 정도의 값이며, 실질적으로 압연판의 조직을 갖고 있다고 할 수 있다.
시료 No.1-1∼No.1-5의 주조판에 대해, 압연판과 마찬가지로 금속 조직을 관찰한 결과, 압연판보다 결정 입자가 크지만 미세한 결정 조직을 갖고 있었다. 시료 No.1-1∼No.1-5의 주조판도, 적어도 그 표층 영역은, Al과 Mn을 포함하는 화합물이 균일하게 분산된 조직을 갖고 있었다. 상기 화합물의 평균 입경, 최대 직경, 면적 비율(15 ㎸, 5 ㎸)을 조사한 결과, 압연판과 같은 정도의 값이었다. 이것으로부터, 시료 No.1-1∼No.1-5의 압연판에 존재하는 상기 화합물은, 주조판에 있어서의 상기 화합물을 실질적으로 유지하고 있다고 할 수 있다.
· 인장 시험(상온, 20℃ 정도)
얻어진 각 시료의 압연판(두께: 0.7 ㎜)으로부터 JIS 13B호의 판형 시험편[JIS Z 2201(1998)]을 제작하고, JIS Z 2241(1998)의 금속 재료 인장 시험 방법에 기초하여 인장 시험[표점 거리(GL)=50 ㎜]을 행하였다. 여기서는, 인장 강도(㎫), 0.2% 내력(㎫), 파단 신율(%)을 측정하였다(평가수: 모두 n=1). 그 결과를 표 2에 나타낸다.
· 내충격 시험(실온, 20℃ 정도)
얻어진 각 시료의 압연판(두께: 0.7 ㎜)으로부터 30 ㎜×30 ㎜의 판편(板片)을 잘라내고, 이 잘라낸 판편을 시험편으로 한다. 이 시험에서는, 도 7에 도시된 바와 같이, 수평 면에 직경(d)=20 ㎜의 원구멍(21)을 갖는 지지대(20)를 준비하였다. 원구멍(21)의 깊이는 후술하는 원기둥 막대(10)가 충분히 삽입 가능한 크기로 하였다. 이 원구멍(21)을 막도록 시험편(1)을 배치하고, 이 상태에서, 시험편(1)으로부터 높이 200 ㎜의 지점에, 중량 100 g, 선단 r=5 ㎜, 세라믹스제의 원기둥 막대(10)를, 그 중심축과, 원구멍(21)의 중심축이 동축이 되도록 배치하였다. 그리고, 시험편(1)을 향해, 상기 배치 지점(높이 200 ㎜)으로부터 원기둥 막대(10)를 자유 낙하시킨 후, 시험편(1)의 패임량을 측정한다. 패임량(㎜)은, 시험편(1)의 대향하는 양변을 연결하는 직선을 취하고, 이 직선으로부터 가장 움푹 패인 부분까지의 거리를, 포인트 마이크로미터를 이용하여 측정하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
· 가공성
얻어진 각 시료의 프레스 가공재(사각 컵 드로잉재)에 있어서 모서리(R) 부분의 균열의 유무를 육안으로 확인하고, 균열이 없는 경우를 Good, 균열이 있는 경우를 Bad라고 평가하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
· 생산성
주조 공정에 있어서, 용탕 온도가 690℃ 이하인 경우를 생산성이 좋다고 판정한다.
Figure pct00001
Figure pct00002
표 1에 나타낸 바와 같이, Al과 Mn을 포함하는 화합물의 입자의 평균 입경이 0.3 ㎛ 이상 1 ㎛ 이하이고, 상기 화합물의 입자의 면적 비율이 FE-EPMA의 분석에 있어서 3.5% 이상 25% 이하인 시료 No.1-1∼No.1-5는 모두, 상기 화합물이 매우 적은 시료 No.1-101과 같은 정도의 강도, 내력, 신율, 및 소성 가공성을 갖고 있고, 조성에 상관없이, 고강도 및 고인성이며 소성 가공성도 우수한 것을 알 수 있다. 이 시험에서는 시료 No.1-1∼No.1-5는 모두, 인장 강도가 300 ㎫ 이상, 0.2% 내력이 230 ㎫ 이상, 파단 신율이 6% 초과이다. 이러한 시료 No.1-1∼No.1-5는 모두, 사각 컵 드로잉 가공과 같은 프레스 가공을 행한 경우에 균열이나 크랙이 발생하기 어려운 것을 알 수 있다. 또한, 시료 No.1-101과 비교하여 상기 화합물의 입자의 면적 비율이 큰 시료 No.1-1∼No.1-5는 모두, 패임량이 0.5 ㎜ 이하이고, 시료 No.1-101보다 내충격성이 우수하다. 시료 No.1-1∼No.1-5가 이와 같이 내충격성, 기계적 특성, 소성 가공성이 우수한 이유의 하나로서, 상기 화합물이 어느 정도 존재하여도 비교적 미세하였기 때문에, 1. 분산 강화 효과를 양호하게 얻을 수 있었기 때문이고, 2. 상기 화합물이 균열 등의 기점이 되기 어려웠기 때문이라고 생각된다.
또한, 시료 No.1-1∼No.1-5에 대해 이하의 것을 알 수 있다.
상기 화합물의 최대 직경이 1.2 ㎛ 이하이다. 이것으로부터, 상기 화합물을 기점으로 하는 균열 등을 보다 효과적으로 억제할 수 있었다고 생각된다.
결정도 미세하고, 평균 결정 입경이 10 ㎛ 이하이다. 이것으로부터, 조대한 결정 입자를 기점으로 하는 균열 등을 효과적으로 억제할 수 있었던 점에서도, 내충격성, 기계적 특성, 소성 가공성이 우수하다고 생각된다.
연속 주조 시에, 용탕의 온도가 낮음으로써, 설비의 열 열화를 억제할 수 있다. 이것으로부터, 생산성도 우수하다고 할 수 있다.
또한, 이 시험으로부터, FE-EPMA의 분석 시에, 전자총의 가속 전압을 5 ㎸로 한 경우, 15 ㎸로 한 경우 모두, 시료 No.1-1∼No.1-5는, 시료 No.1-101, 1-201과 비교하여 면적 비율이 높아, Al과 Mn을 포함하는 화합물이 충분히 존재하는 것을 알 수 있다.
이 시험에서는 5 ㎸로 한 경우, 시료 No.1-1∼No.1-5의 면적 비율은 5% 이상이고, 3.5% 미만인 시료 No.1-101, 1-201보다 높다.
이 시험에서는 15 ㎸로 한 경우, 시료 No.1-1∼No.1-5의 면적 비율은 10% 이상이고, 9.4% 이하인 시료 No.1-101, 1-201보다 높다.
그리고, 이러한 내충격성, 기계적 특성, 소성 가공성, 나아가서는 생산성도 우수한 마그네슘 합금은, 전술한 바와 같이 주형에 접촉하기 직전의 용탕의 온도를 630℃ 이상 690℃ 이하로 비교적 낮게 하고, 또한 용탕의 냉각 속도를 560℃/초 이상의 급랭으로 함으로써 제조할 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 이 시험으로부터, 용탕의 온도나 냉각 속도를 전술한 범위 내에서 조정함으로써, 조성을 변경해도, Al과 Mn을 포함하는 화합물이 전술한 특정량 및 특정한 평균 입경을 만족시키면, 내충격성, 기계적 특성, 소성 가공성을 갖는 마그네슘 합금을 생산성 좋게 제조할 수 있는 것을 알 수 있다.
한편, 용탕의 온도를 매우 높게 하여도, 냉각 속도가 550℃/초 미만으로 느린 시료 No.1-201은, 시료 No.1-1과 비교하여 Al과 Mn을 포함하는 화합물이 적으나, 조대한 입자(여기서는 2.5 ㎛ 이상)가 존재하는 것을 알 수 있다. 또한, 이 시료 No.1-201은, 동일한 조성의 시료 No.1-1과 비교하여 내충격성, 기계적 특성, 소성 가공성이 뒤떨어지는 것을 알 수 있다. 이러한 결과가 된 이유로서, 응고 시에 상기 화합물이 생성이나 성장하기 쉬운 온도 영역인 630℃ 근방으로 유지되는 시간이 길어졌기 때문이라고 생각된다. 또한, 성장하여 생긴 조대한 상기 화합물의 입자가 균열 등의 기점이 되거나, 미세한 화합물에 의한 분산 강화 효과가 불충분하거나 함으로써, 내충격성, 기계적 특성, 소성 가공성을 저하시켰다고 생각된다.
한편, 시료 No.1-101은, 용탕의 온도를 높게 하고, 또한 냉각 속도를 빠르게 함으로써, Al과 Mn을 포함하는 화합물이 매우 적어지는 것을 알 수 있다. 또한, 시료 No.1-101은, 동일한 조성의 시료 No.1-1과 비교하여 특히 내충격성이 뒤떨어진다. 이 이유는, 미세한 화합물에 의한 분산 강화가 불충분했기 때문이라고 생각된다.
시료 No.1-1∼No.1-5의 프레스 가공재에 대해, 천판부로부터 전술한 압연판과 동일한 시험편을 제작하고, 압연판과 마찬가지로 인장 시험(실온), 내충격 시험(실온)을 행한 결과, 압연판과 대략 같은 정도의 결과가 되었다. 즉, 프레스 가공재도, 내충격성, 기계적 특성이 우수하였다. 이러한 이유의 하나로서, 프레스 가공재의 적어도 일부가 압연판의 조직을 실질적으로 유지하고 있는, 즉, 미세한 결정 조직을 갖고, 또한 특정한 크기의 Al과 Mn을 포함하는 화합물이 균일하게 분산된 조직을 갖고 있기 때문이라고 생각된다.
한편, 본 발명은 전술한 예시에 한정되는 것은 아니며, 청구범위에 의해 명시되며, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다. 예컨대, 전술한 시험예에 있어서, 조성(첨가 원소의 종류, 함유량), 마그네슘 합금판의 형상, 크기(두께, 길이, 폭 등), 제조 조건 (주조 조건에서는 주형의 사양, 주형의 온도, 탕온, 냉각 속도, 주조판의 두께 등) 등을 적절히 변경할 수 있다.
본 발명의 마그네슘 합금 및 마그네슘 합금판은, 예컨대, 프레스 가공, 굽힘, 단조 등의 여러 가지 소성 가공이 실시되는 소성 가공 부재(마그네슘 합금 부재)의 소재에 적합하게 이용할 수 있다. 특히, 이 마그네슘 합금판은, 경량이나 박형, 고강도, 제진성(制振性) 등의 특성이 요망되는 부재, 예컨대, 각종의 전자·전기 기기류[퍼스널 컴퓨터(PC), 태블릿형 PC, 스마트폰이나 접이식 휴대 전화 등의 휴대 전화, 디지털 카메라 등)의 케이스, 커버 등의 외장 부재, 자동차나 항공기와 같은 수송 기기의 구성 부재, 골격 부재, 가방, 여러 가지 보호 케이스 등의 소재에 적합하게 이용할 수 있다. 본 발명의 마그네슘 합금 및 마그네슘 합금 부재는, 예컨대, 상기 케이스 등의 외장 부재, 상기 수송 기기의 구성 부재, 골격 부재, 가방, 보호 케이스 등에 적합하게 이용할 수 있다. 본 발명의 마그네슘 합금의 제조 방법은, 상기 마그네슘 합금판이나 상기 마그네슘 합금 부재와 같은 마그네슘 합금의 제조에 적합하게 이용할 수 있다.
1: 시험편 10: 원기둥 막대
20: 지지대 21: 원구멍

Claims (6)

  1. 질량%로, Al을 1% 이상 12% 이하, Mn을 0.1% 이상 5% 이하 함유하고,
    Al과 Mn을 포함하는 화합물의 입자가 분산된 조직을 구비하며,
    상기 화합물의 입자의 평균 입경(粒徑)이 0.3 ㎛ 이상 1 ㎛ 이하이고,
    상기 화합물의 입자의 면적 비율이 3.5% 이상 25% 이하인, 마그네슘 합금.
  2. 제1항에 있어서, 상기 화합물의 입자의 최대 직경이 2.5 ㎛ 미만인, 마그네슘 합금.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 마그네슘 합금의 평균 결정 입경이 10 ㎛ 이하인, 마그네슘 합금.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 마그네슘 합금으로 이루어지는 마그네슘 합금판.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 마그네슘 합금으로 이루어지고, 적어도 일부에 소성 가공이 실시된 소성 가공부를 갖는 마그네슘 합금 부재.
  6. 질량%로, Al을 1% 이상 12% 이하, Mn을 0.1% 이상 5% 이하 함유하는 마그네슘 합금의 용탕(溶湯)을 연속 주조하는 공정을 포함하고,
    주형에 접촉하기 직전의 상기 용탕의 온도를 630℃ 이상 690℃ 이하로 하며,
    상기 용탕의 냉각 속도를 560℃/초 이상으로 하는, 마그네슘 합금의 제조 방법.
KR1020177004623A 2014-10-15 2015-09-24 마그네슘 합금, 마그네슘 합금판, 마그네슘 합금 부재, 및 마그네슘 합금의 제조 방법 KR20170068431A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014211259A JP6465338B2 (ja) 2014-10-15 2014-10-15 マグネシウム合金、マグネシウム合金板、マグネシウム合金部材、及びマグネシウム合金の製造方法
JPJP-P-2014-211259 2014-10-15
PCT/JP2015/076885 WO2016059950A1 (ja) 2014-10-15 2015-09-24 マグネシウム合金、マグネシウム合金板、マグネシウム合金部材、及びマグネシウム合金の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20170068431A true KR20170068431A (ko) 2017-06-19

Family

ID=55746498

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177004623A KR20170068431A (ko) 2014-10-15 2015-09-24 마그네슘 합금, 마그네슘 합금판, 마그네슘 합금 부재, 및 마그네슘 합금의 제조 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20170283915A1 (ko)
EP (1) EP3208356B1 (ko)
JP (1) JP6465338B2 (ko)
KR (1) KR20170068431A (ko)
CN (1) CN106715736A (ko)
WO (1) WO2016059950A1 (ko)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6649665B2 (ja) * 2015-10-19 2020-02-19 権田金属工業株式会社 マグネシウム合金製造方法、マグネシウム合金圧延材、およびマグネシウム合金成形体
JP6760584B2 (ja) * 2016-06-24 2020-09-23 不二ライトメタル株式会社 マグネシウム合金の押し出し加工部材
KR101889018B1 (ko) 2016-12-23 2018-09-20 주식회사 포스코 마그네슘 합금 판재 및 이의 제조방법
WO2019039502A1 (ja) * 2017-08-24 2019-02-28 キヤノン株式会社 反射光学素子およびステレオカメラ装置
JP2019174781A (ja) 2017-08-24 2019-10-10 キヤノン株式会社 反射光学素子およびステレオカメラ装置
US11268173B2 (en) 2017-11-17 2022-03-08 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Magnesium alloy and magnesium alloy member
KR102043786B1 (ko) 2017-12-26 2019-11-12 주식회사 포스코 마그네슘 합금 판재 및 이의 제조방법
US20220001653A1 (en) * 2019-03-22 2022-01-06 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Covers for electronic devices
CN111455243A (zh) * 2020-05-21 2020-07-28 东北大学 一种高Mn含量的Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金及其制备方法
CN114908278A (zh) * 2021-02-08 2022-08-16 通用汽车环球科技运作有限责任公司 镁合金和锻造组件

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101982259B (zh) * 2004-06-30 2013-04-17 住友电气工业株式会社 镁合金材料的制造方法
KR100993840B1 (ko) * 2008-01-30 2010-11-11 포항공과대학교 산학협력단 고강도 마그네슘 합금 판재 및 그 제조방법
JP2010156007A (ja) * 2008-12-26 2010-07-15 Mitsubishi Alum Co Ltd 耐食性及び表面処理性に優れるマグネシウム合金板材とその製造方法
JP2011006754A (ja) * 2009-06-26 2011-01-13 Sumitomo Electric Ind Ltd マグネシウム合金板
JP5648885B2 (ja) * 2009-07-07 2015-01-07 住友電気工業株式会社 マグネシウム合金板、マグネシウム合金部材、及びマグネシウム合金板の製造方法
JP5522400B2 (ja) * 2009-12-11 2014-06-18 住友電気工業株式会社 マグネシウム合金材
JP2011236497A (ja) * 2010-04-16 2011-11-24 Sumitomo Electric Ind Ltd 耐衝撃部材
JP2012077320A (ja) * 2010-09-30 2012-04-19 Mitsubishi Alum Co Ltd 曲げ加工用マグネシウム合金板材およびその製造方法ならびにマグネシウム合金パイプおよびその製造方法
US9222161B2 (en) * 2010-11-16 2015-12-29 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Magnesium alloy sheet and method for producing same
JP5522000B2 (ja) * 2010-11-22 2014-06-18 住友電気工業株式会社 マグネシウム合金部材
JP5880811B2 (ja) * 2011-06-22 2016-03-09 住友電気工業株式会社 マグネシウム合金鋳造材、マグネシウム合金鋳造コイル材、マグネシウム合金展伸材、マグネシウム合金接合材、マグネシウム合金鋳造材の製造方法、マグネシウム合金展伸材の製造方法、及びマグネシウム合金部材の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106715736A (zh) 2017-05-24
WO2016059950A1 (ja) 2016-04-21
JP2016079451A (ja) 2016-05-16
US20170283915A1 (en) 2017-10-05
EP3208356B1 (en) 2018-10-24
EP3208356A1 (en) 2017-08-23
JP6465338B2 (ja) 2019-02-06
EP3208356A4 (en) 2017-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20170068431A (ko) 마그네슘 합금, 마그네슘 합금판, 마그네슘 합금 부재, 및 마그네슘 합금의 제조 방법
JP5880811B2 (ja) マグネシウム合金鋳造材、マグネシウム合金鋳造コイル材、マグネシウム合金展伸材、マグネシウム合金接合材、マグネシウム合金鋳造材の製造方法、マグネシウム合金展伸材の製造方法、及びマグネシウム合金部材の製造方法
JP4189687B2 (ja) マグネシウム合金材
WO2019189558A1 (ja) 電子・電気機器用銅合金、電子・電気機器用銅合金板条材、電子・電気機器用部品、端子、及び、バスバー
CN102803533B (zh) 镁合金片
WO2010103971A1 (ja) マグネシウム合金部材
KR20110070884A (ko) 마그네슘 합금 성형체 및 마그네슘 합금판
JP6010454B2 (ja) アルミニウム合金線
KR101785121B1 (ko) 마그네슘 합금판
EP3395458A1 (en) Magnesium alloy sheet and method for manufacturing same
JP2017160542A (ja) マグネシウム合金鋳造材、マグネシウム合金鋳造コイル材、マグネシウム合金展伸材、マグネシウム合金部材、マグネシウム合金接合材、及びマグネシウム合金鋳造材の製造方法
JP2008138249A (ja) マグネシウム合金材およびその製造方法
KR20130122943A (ko) 마그네슘 합금판, 및 그 제조 방법
WO2019189534A1 (ja) 電子・電気機器用銅合金、電子・電気機器用銅合金板条材、電子・電気機器用部品、端子、及び、バスバー
CN110468306B (zh) 铝合金线材及其制造方法
KR20150125729A (ko) 마그네슘 합금재
KR20120115532A (ko) 마그네슘 합금판
KR20180046764A (ko) 핫스탬핑 알루미늄 케이스의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 핫스탬핑 알루미늄 케이스
JP5688674B2 (ja) マグネシウム合金コイル材、マグネシウム合金板、及びマグネシウム合金コイル材の製造方法
JP6136037B2 (ja) マグネシウム合金鋳造材、マグネシウム合金鋳造コイル材、マグネシウム合金展伸材、マグネシウム合金接合材、マグネシウム合金鋳造材の製造方法、マグネシウム合金展伸材の製造方法、及びマグネシウム合金部材の製造方法
CN110785506A (zh) 镁合金板材及其制造方法
KR20160089794A (ko) 소성 가공 전 시효 처리에 의한 고강도 마그네슘 합금 가공재 제조방법 및 이에 의해 제조된 고강도 마그네슘 합금 가공재
JP7156475B2 (ja) 合金部材
WO2021210510A1 (ja) マグネシウム合金板、マグネシウム合金成形体、マグネシウム合金板の製造方法、及びマグネシウム合金成形体の製造方法
JP5892212B2 (ja) マグネシウム合金板、マグネシウム合金部材、及びマグネシウム合金板の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application