JPH06293944A - プレス成形性に優れたマグネシウム合金薄板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プレス成形性に優れた希土類金属、ジルコニ
ウム、亜鉛を特定量含有するマグネシウム合金薄板を得
る。 【構成】 重量％で希土類金属０．５〜１．５％、ジル
コニウム０．１〜０．６％、亜鉛２．０〜４．０％を含
有し、残部が実質的にマグネシウムからなる合金を溶
解、鋳造し、その鋳塊を熱間圧延した後、１８０〜２３
０℃の温度範囲で総圧下率４０〜７０％の温間圧延を加
えることにより、プレス成形性に優れたマグネシウム合
金薄板を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車車体および部
品、あるいは電気、電子機器の筐体などの製造に特に適
した、優れたプレス成形性を有する成形加工用マグネシ
ウム合金薄板の製造法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球環境問題に端を発し、自動車
の燃費改善の検討が各自動車メーカーで積極的に進めら
れている。燃費の改善には車体の軽量化が最も有効であ
り、マグネシウム合金等の軽金属を自動車車体および部
品に採用する気運も高まってきている。また、電気、電
子機器についても携帯性等の観点から軽量化が積極的に
進められている。

【０００３】マグネシウムは、実用金属中で最も密度が
小さく、機械的強度に優れていることから、軽量化に最
適な金属材料であるが、ダイキャスト製品が自動車部品
として僅かに用いられているだけで、薄板材が使用され
ることはほとんどなかった。この原因の一つとして、プ
レス成形性が劣ることが挙げられる。金属がプレス加工
等により塑性変形するためには、ある定まった結晶方向
にずれる辷り変形が生じることが必要である。マグネシ
ウムの結晶構造は、稠密六方晶で、底面、柱面、錐面の
３種の辷り系があるが、常温では底面辷りしか起こらな
いため、プレス成形はほとんど不可能である。高温にな
ると他の辷り系が働くようになり、一般的には２２５℃
以上の高温でプレス成形加工が可能になるといわれてい
る。

【０００４】しかしながら、代表的なマグネシウム合金
薄板であるＪＩＳ規格のＭＰ１（３％Ａｌ−１％Ｚｎ−
Ｍｇ）およびＭＰ７（２％Ａｌ−１％Ｚｎ−Ｍｇ）の場
合、２２５℃でプレス加工を行っても成形性は、鉄やア
ルミニウム合金に比べて劣っており、複雑な形状に成形
することは困難である。なお、プレス温度を高めると加
工性は向上するが、表面が酸化してしまうという問題が
生じる。これに対し、プレス成形性を抜本的に改善する
目的で、リチウムを約１４％添加して結晶構造を稠密六
方晶から変形の容易な体心立方晶に変化させた合金が、
ＡＳＴＭ規格のＬＡ１４１Ａとして知られている。この
合金はプレス成形性に優れているが、リチウムという極
めて活性な金属を使用するため、工業的に大量に取り扱
うには安全上問題があるばかりでなく、コスト的にも問
題がある。

【０００５】本発明に関わるマグネシウム合金の特徴
は、希土類金属を添加したことにある。マグネシウム合
金に希土類金属を添加することは一般的に行われてお
り、例えばＡＳＴＭ規格のＥＺ３３Ａには耐熱性を向上
させる目的で、希土類金属が約３％添加されている。し
かしながら、この合金は鋳物用であって、圧延加工はで
きない。展伸用合金としては、希土類金属を約０．２％
添加した合金がＡＳＴＭ規格のＺＥ１０Ａとして知られ
ているが、これは溶接性を改善したマグネシウム合金で
ある。また、特公昭４１−１１９６１号公報には、亜鉛
１．５〜３．２５％、希土類金属０．７〜１．５％、ジ
ルコニウム０．０５〜０．８％を含有する機械的強さが
改善されたマグネシウム基合金が開示されているが、こ
の合金は熱間押出用合金であって、薄板製造を念頭に置
いた合金ではない。以上述べたように、プレス成形性の
改善を目的として希土類金属を添加したマグネシウム合
金薄板はこれまで知られていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、マグネシウ
ム合金薄板における、上述のような問題点を解決するた
めになされたものであって、軽量で機械的強度に優れて
いるというマグネシウム合金の特徴を損なうことなく、
温間プレス成形性を向上させた、具体的には表面酸化が
実用上問題にならない温度、すなわち２００℃における
限界絞り比（ＬＤＲ）が３．０以上で、深絞り性の良好
なアルミキルド鋼板に匹敵するプレス成形性を持つ、自
動車車体および部品、あるいは電気、電子機器の筐体の
製造に好適なマグネシウム合金薄板を提供するものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前述のような課題を解決
するため、本発明者等は、添加元素および圧延工程の検
討を詳細に行い、本発明を完成させるに至った。具体的
には、希土類金属０．５〜１．５％、ジルコニウム０．
１〜０．６％、亜鉛２．０〜４．０％を含有し、残部が
実質的にマグネシウムからなる合金を溶解、鋳造し、そ
の鋳塊を熱間圧延した後、１８０〜２３０℃の温度範囲
で総圧下率４０〜７０％の温間圧延を加えることを特徴
とする、プレス成形性に優れたマグネシウム合金薄板の
製造方法である。

【０００８】本発明の合金を製造するのに適した希土類
金属は、市販のいわゆるミッシュメタルでよい。ミッシ
ュメタルは、原鉱石の産地によっても異なるが、Ｃｅが
約半量で残りが主としてＬａ，Ｎｄ，Ｐｒからなり、価
格が比較的安く入手しやすいことから本発明合金の製造
には好適である。

【０００９】以下、本発明を詳細に説明する。先ず、合
金成分の添加理由と成分範囲の限定理由について説明す
る。希土類金属は、本発明の目的であるマグネシウム合
金薄板のプレス成形性を高めるのに必須の成分であり、
０．５％以上の含有によって、その添加量に見合った効
果を得ることができる。しかしながら、１．５％を超え
て過剰に添加した場合は、高温における強度が高くなり
すぎるため、プレス成形性は逆に低下してしまう。この
ため希土類金属の添加量は、０．５〜１．５％とする。

【００１０】亜鉛は、機械的強度を高めるのに有効な元
素であるばかりか、希土類金属を添加した合金の熱間お
よび温間圧延を可能ならしめるために適量必要な成分で
ある。亜鉛と希土類金属がマグシネウム中に共存する
と、三者の複合化合物となって、結晶粒界に析出する。
この化合物は比較的延性があり、圧延時に割れ発生源と
なることはない。一方、亜鉛を添加せずに希土類金属を
添加すると、希土類金属とマグネシウムの化合物が結晶
粒界に析出する。この化合物は硬く脆いため、熱間圧延
割れの原因となる。しかしながら、亜鉛を過剰に添加し
た場合も脆弱な化合物が生成し圧延が困難となる。この
ため亜鉛の添加量は、２．０〜４．０％とする。

【００１１】ジルコニウムは、鋳塊の結晶粒を微細化す
る作用を持つ。鋳塊の結晶粒が細かいほど圧延後の結晶
粒も細かくなり、プレス成形性が向上する。更に、結晶
粒が微細化するとマグネシウム合金薄板の機械的強度お
よび靭性は向上する。結晶粒を微細化するには適正な添
加範囲があり、ジルコニウムが０．１％未満では微細化
の効果は得られない。また、０．６％以上を超えて過剰
に添加しても合金中に溶解せずに沈殿してしまい、機械
的強度、靭性に悪影響を及ぼす。

【００１２】次に、製造条件の限定理由を説明する。温
間圧延はプレス成形性を向上させるために重要なプロセ
スであり、適正な温度で適度な圧延加工を加えると、プ
レス成形性は著しく向上する。温度が低過ぎる場合には
圧延加工によって割れが発生し、総圧下率を高めること
ができない。また、温度が高過ぎる場合には、総圧下率
を著しく高くしないとプレス成形性は向上しない。薄板
の温間加工は、圧延時の温度降下が著しく、加工温度を
維持するために圧延工程の途中で再加熱が必要となる。
総圧下率が高くなれば圧延回数が増えるため、再加熱の
回数も増え、生産性を阻害するほかエネルギーコストの
面でも問題がある。以上の観点から温間圧延の温度は、
１８０〜２３０℃、好ましくは１８０〜２００℃がよ
い。また、総圧下率は、４０〜７０％、好ましくは４０
〜６０％がよい。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を実施例に基いてさらに説明す
る。表１に示す成分のマグネシウム合金を溶製、厚さ６
０ｍｍのスラブに鋳造した。合金Ａ〜Ｅは、本発明合
金、合金Ｆは、希土類金属が本発明合金より少ない合
金、合金Ｇは、希土類金属が多い合金、合金Ｈは、亜鉛
が少ない合金、合金Ｉは、ジルコニウムが少ない合金、
合金Ｊは、最も一般的な薄板用マグネシウム合金である
ＪＩＳ ＭＰ１に相当する合金である。

【００１４】

【表１】 スラブ表面を研削した後、温風循環式加熱炉に挿入し４
６０℃に加熱、３０分間均熱した後、１パス当たり約２
０％の圧下率で１０パスの圧延を行い、７ｍｍ厚の熱延
板とした。圧延温度は４６０〜４００℃で、各パス前に
表面温度計で板の温度を測定し、温度が４００℃以下に
なった場合は圧延せずに加熱炉に挿入し、４６０℃に加
熱した後、圧延を継続した。この圧延途上で合金Ｆおよ
びＩは、割れてしまい、板に加工することができなかっ
た。

【００１５】圧延できた合金については圧延終了後、板
表面を再び研削した後、二回目の熱間圧延を行ない３ｍ
ｍの薄板にした。この時の圧延温度は、３８０〜３４０
℃であり、圧延パス数は６パス、１パス当たりの圧下率
は約２０％である。次いで、この薄板を希硝酸液で酸洗
し、所定の総圧下率に対応した板厚、すなわち、総圧下
率３０％の場合は１．４ｍｍ、６０％の場合は２．５ｍ
ｍまで研磨した後、表２に示す条件で温間圧延を行な
い、１ｍｍ厚の薄板を得た。温間圧延は、１パス当たり
２〜５％の圧下率で、１５〜３０パス行った。なお、圧
延温度を一定にするため、１パス毎に温風循環式加熱炉
で加熱した。

【００１６】以上のようにして得られた薄板について、
プレス成形性を評価するため、２００℃で６０ｍｍ角の
角筒絞りを行い、限界絞り比（ＬＤＲ）を測定した。ま
た、圧延方向と平行にＪＩＳ６号引張試験片を採取し、
常温および２００℃で引張試験を行った。引張試験のひ
ずみ速度は、１．７×１０^-3ｓｅｃ^-1である。２００℃
における限界絞り比（ＬＤＲ）と引張試験の結果を、表
２に示す。

【００１７】

【表２】 本発明例１〜５は、いずれも２００℃の限界絞り比（Ｌ
ＤＲ）が３．０以上であり、伸びも１２０％以上である
ことから、２００℃以上の温間プレスを行えば、複雑形
状のプレス成形が可能である。また、２０℃の引張強さ
伸びも良好である。一方、比較例１〜３は、合金組成が
本発明合金の組成範囲外であるため、２００℃のＬＤＲ
は小さく、複雑形状にプレス加工することは困難であ
る。また、比較例４〜６はいずれも合金組成は本発明合
金の組成範囲内にあるが、比較例４は温間圧延の温度が
下限より低かったため総圧下率で３０％の温間圧延を加
えた時点で圧延割れが生じ、材質試験はできなかった。
比較例５は温間圧延の総圧下率が下限より小さかったた
め、また、比較例６は圧延温度が上限より高すぎたた
め、いずれもＬＤＲは小さい。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、プレス成形性に優れた
マグネシウム合金薄板を得ることができ、従来プレス成
形性に問題があるため適用できなかった、自動車車体お
よび部品、あるいは電気、電子機器等の筐体等にマグネ
シウム合金薄板を使用することが可能となり、自動車等
の軽量化に大いに貢献するものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％で、希土類金属０．５〜１．５％、
   ジルコニウム０．１〜０．６％、亜鉛２．０〜４．０％
   を含有し、残部が実質的にマグネシウムからなる合金を
   溶解、鋳造し、その鋳塊を熱間圧延した後、１８０〜２
   ３０℃の温度範囲で総圧下率４０〜７０％の温間圧延を
   加えることを特徴とする、プレス成形性に優れたマグネ
   シウム合金薄板の製造方法。