JP5158675B2 - 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 - Google Patents
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一般に普及しているマグネシウム合金板は、強度向上、耐食性向上などのためにAl、Mnを適量含有する組成に調整されたマグネシウム合金を用いて、スラブ、押出材を板に圧延して得ているのが通常である。この他に、双ロール法で直接薄肉の板材を作製し、それを同様に圧延し合金板とする方法も知られている(例えば特許文献1、2参照)。
これらのマグネシウム合金板は耐食性が十分なものとは言えず、耐食性のさらなる改善が必要とされており、また、表面処理後の装飾性、耐磨耗性などの付与も含めて、化成処理や陽極酸化処理等の表面処理を施すことが必要とされ、一部では実用化されている。
Alは、鋳造性、強度等の機械的性質および耐食性の向上を目的として添加される。ただし、Al添加量が1%未満では、十分な鋳造性、強度および耐食性が得られない。一方、Alの添加量が11%を超えると、強度増加は飽和する。また、Al添加量が6%を超えると圧延工程における加工性が徐々に低下し、11%を超えると圧延が困難になる。これらの理由によりAlの含有量範囲を上記に定める。なお、強度増加の目的では、下限を3%とするのが望ましく、加工性の点から上限を9%とするのが望ましい。
Mnは耐食性を低下させる元素の影響を緩和する効果を有するものであるので、積極的に添加する。すなわち、Mnを添加することによって、耐食性を低下させる不純物元素であるFeの影響を緩和することができる。0.15%以上の含有により、この効果を効果的に得ることができる。ただし、0.5%を超えて含有すると製造時に粗大な金属間化合物が生成し、圧延性が悪化するので、Mnの含有量を0.15〜0.5%に定める。
Znは、Alと同様に、鋳造性と強度等の機械的性質の向上に寄与するので、所望により含有させる。0.1%以上の含有により、この効果を得ることができる。但し、Znの添加量が2.0%を超えると、鋳造性が低下するので上限を2.0%とする。なお、Znを積極的に含有させない場合でも、0.1%未満のZnを不純物として含み得る。
Ca、Sr、REは難燃性、耐熱性の向上に寄与するので、所望により1種類以上を含有させることができる。各元素はそれぞれ0.05〜2%の含有により、この効果を得ることができる。RE(希土類元素)としては、例えばイットリウム、ネオジウム、ランタン、セリウム、ミッシュメタル(例えば、La:15%、Ce:60%、Nd:15%、Pr+Sm:10%)などを用いることができる。
マグネシウム合金の耐食性には、Fe、Ni、Co、Cu、Clが悪影響を及ぼす。従って、これらの元素を耐食性に害がないとされる濃度に規制することが望ましく、Fe、Ni、Co、Cuは50ppm未満に、Clは20ppm未満に規制するのが望ましい。より好ましくはFe<40ppm、Cu、Ni、Co、Cl<20ppmに規制されていることが一層望ましい。
板厚表層部において最大サイズ10μm以上のAl−Mn化合物が形成されていると、化成皮膜や陽極酸化皮膜等の形成において皮膜が均等に形成されず、耐食性、表面処理性が低下するため、表層部のAl−Mn化合物の最大サイズを10μm未満に規制する。好適には5μm未満が望ましい。なお、板厚表層部のAl−Mn化合物のサイズは、光学顕微鏡でのミクロ組織観察により評価することができる。
板厚表層部において、Al−Mn化合物の占有面積率が1.0%以上になると、Al−Mn化合物のサイズが粗大でなくてもAl−Mn化合物とマトリックスとの間で局部電池を形成する絶対量が増加するため、腐食が進行し、糸錆を発生し易くなる。このため、板厚表層部におけるAl−Mn化合物の占有面積率は1.0%未満であるのが望ましい。より好ましくは、0.8%以下である。なお、板厚表層部のAl−Mn化合物の占有面積率は、Al−Mn化合物が占有する領域の単位面積あたりの割合、具体的にはマグネシウム合金板材の表層断面部をEPMA面分析したときにAl、Mn元素が検出される領域の単位面積あたりの割合を測定することにより評価できる。
双ロール法においても、鋳造時の溶解炉内の溶湯温度が650℃未満になるとAl−Mn化合物が晶出し始め、その低温のまま保持されると晶出した化合物が凝集成長し粗大化してしまう。さらに、溶解炉からロールに供給される過程においても同様に、溶湯温度が650℃を下回るとAl−Mn化合物が晶出し、凝集粗大化する。溶湯温度が800℃を超えると鋳造時に湯漏れを生じてしまい、健全な鋳造圧延板を得ることができない。より好ましくは680〜780℃が望ましい。
上記記載の溶湯温度を保持したまま、溶湯がロールに供給される際、ロールによる板材の冷却速度が100℃/秒を下回ると溶湯が凝固完了するまでの時間が長くなり、Al−Mn化合物が粗大化してしまう。また、冷却速度の上限は特に規定しないが、現状の設備や実際の製造条件を考慮すると600℃/秒を上回る冷却速度を得ることは難しい。好適には300〜600℃/秒とする。なお、冷却速度は連続鋳造圧延で作製した板材の板厚方向表層断面部の二次デンドライトアーム間隔(DAS)から算出した。二次デンドライトアーム間隔d(μm)と推定冷却速度V(℃/s)との関係は次式(1)で表される。
d=35.5V−0.31 …(1)
鋳造前のマグネシウム合金溶湯のアルゴンガスによる脱ガス処理は、介在物を除去し、溶湯を清浄化する作用を有する。1kgのマグネシウム合金溶湯に対するアルゴンガス総吹込み量が0.5以上でその効果が現れ、3.0より大きくなるとその効果が飽和する。アルゴンガス吹込み後は5分間以上の溶湯沈静化を行うが、5分未満では溶湯が沈静化しておらず、介在物の除去効果が小さくなってしまうため、5分以上の沈静化を行い介在物が溶湯表面に浮上するのを待つ。溶湯表面に浮上したドロス(介在物)は、予め乾燥させた柄杓等の治具により除去する。
質量%で、Al:1〜11%、Mn:0.15〜0.5%を含有し、さらに所望によりZn:0.1〜2.0%を含有し、残部がMgおよび不可避不純物からなるマグネシウム合金を用意し、該マグネシウム合金を溶解し、好適には冷却速度300℃/s以上の連続鋳造圧延によりマグネシウム合金板を製造する。双ロール法などの連続鋳造圧延によって作製したマグネシウム合金板は、ロールへの抜熱などによる急冷凝固のためにAl−Mn化合物の成長を抑制できる。また、最終凝固部が板厚方向中央部となるために比較的粗大な化合物は中央部に発生し、冷却の大きい表層部の化合物サイズは小さくなる。そのため、表面処理性への悪影響を抑制することが可能となる。さらに、連続鋳造圧延の際、炉からロールまでの間においても溶湯温度を管理する必要があり、Al−Mn化合物が晶出し始めない650℃以上の溶湯温度で溶湯をロール間に送り込むことで、Al−Mn化合物の晶出、凝集粗大化を抑制することが可能となる。
上記圧延工程前または圧延工程における熱間圧延後、温間圧延前に、均質化処理を行うことができる。均質化処理は、例えば370〜470℃で1時間以上加熱することにより行うことができる。該均質化処理により、急冷凝固されたマグネシウム合金板材における溶質元素のデンドライト・セル境界および板厚中心部での高濃度の偏析を解消することができ、その後の圧延性に優れたマグネシウム合金板材を得ることができる。
中間焼鈍は、例えば200〜350℃、1時間の加熱により行うことができる。
表1に示す組成(残部Mgおよびその他不可避不純物)のマグネシウム合金を溶解して、表1に示す鋳造冷却速度で双ロール法による連続鋳造圧延をして、鋳造圧延板(基板)を得た。この圧延板に、400℃×20時間の均質化処理を実施した後、熱間圧延、温間圧延により厚さ0.6mmの板とし、発明材(No.1〜18)および比較材(No.21〜25)を得た。尚、発明材および比較材は鋳造前のマグネシウム合金溶湯において、アルゴンガスによる脱ガス処理を行なった。脱ガス処理は1kgのマグネシウム合金溶湯に対するアルゴンガス総吹込み量(g)を0.5〜3.0とし、その後10分間の溶湯沈静化を行い、溶湯表面に発生したドロスを除去した。
2 桶
3 ノズル
4 双ロール
5 鋳造圧延板
Claims (4)
- 質量%で、Al:1〜11%、Mn:0.15〜0.5%を含有し、残部がMgおよび不可避不純物からなる組成を有し、前記不可避不純物中で、Fe、Ni、Co、Cuがそれぞれ50ppm未満、Clが20ppm未満に規制され、さらに、板厚表層部のAl−Mn化合物の最大サイズが10μm未満であり、前記板厚表層部の前記Al−Mn化合物の占有面積率が1.0%未満であることを特徴とする耐食性及び表面処理性に優れるマグネシウム合金板。
- 前記組成に、さらにZn:0.1〜2.0%を含有することを特徴とする請求項1に記載の耐食性及び表面処理性に優れるマグネシウム合金板。
- 前記組成に、さらに、Ca、Sr、REの1種類以上をそれぞれ0.05〜2%含有することを特徴とする請求項1または2に記載の耐食性及び表面処理性に優れるマグネシウム合金板。
- 請求項1〜3のいずれかに記載のマグネシウム合金板を製造する方法であって、マグネシウム合金溶湯より双ロール法によりマグネシウム合金板を製造する際、前記溶湯の温度を常に650〜800℃に保持した状態とし、650〜800℃の溶湯温度で該溶湯をロール間に送り込み、前記ロールによる冷却速度が100〜600℃/秒となるようにマグネシウム合金板を連続鋳造することを特徴とするマグネシウム合金板材の製造方法。
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