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特開2022-190959マグネシウム合金板、マグネシウム合金プレス加工品、及びマグネシウム合金板の製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022190959
(43)【公開日】2022-12-27
(54)【発明の名称】マグネシウム合金板、マグネシウム合金プレス加工品、及びマグネシウム合金板の製造方法
(51)【国際特許分類】
C22C 23/02 20060101AFI20221220BHJP
C22F 1/06 20060101ALI20221220BHJP
C22C 1/02 20060101ALI20221220BHJP
C22F 1/00 20060101ALN20221220BHJP
【ＦＩ】
C22C23/02
C22F1/06
C22C1/02 503L
C22F1/00 681
C22F1/00 682
C22F1/00 691B
C22F1/00 691C
C22F1/00 623
C22F1/00 604
C22F1/00 685A
C22F1/00 694B
C22F1/00 694A
C22F1/00 630A
C22F1/00 630K
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021099505
(22)【出願日】2021-06-15
(71)【出願人】
【識別番号】000002130
【氏名又は名称】住友電気工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100100147
【弁理士】
【氏名又は名称】山野 宏
(74)【代理人】
【識別番号】100116366
【弁理士】
【氏名又は名称】二島 英明
(72)【発明者】
【氏名】内原 武志
(72)【発明者】
【氏名】宮永 倫正
(72)【発明者】
【氏名】吉田 貴志
(72)【発明者】
【氏名】加古 博紀
(57)【要約】
【課題】プレス加工性に優れるマグネシウム合金板を提供する。
【解決手段】７質量％以上１０質量％未満のアルミニウムと、０．０１質量％以上０．５質量％以下のストロンチウムとを含み、残部がマグネシウム及び不可避不純物からなるマグネシウム合金からなる組成と、マグネシウムの酸化物と、アルミニウムとストロンチウムとを含む金属間化合物とを含む組織とを備え、前記マグネシウムの酸化物の最大径が２０μｍ以上の前記マグネシウムの酸化物の平均個数が１ｃｍ２あたり５．０個未満であり、前記金属間化合物の平均粒径が２μｍ以上５μｍ未満の前記金属間化合物の平均個数が４００μｍ２あたり５．０個未満であり、かつ、前記金属間化合物の平均粒径が５μｍ以上の前記金属間化合物の平均個数が４００μｍ２あたり１．０個未満である、マグネシウム合金板。
【選択図】図２
【解決手段】７質量％以上１０質量％未満のアルミニウムと、０．０１質量％以上０．５質量％以下のストロンチウムとを含み、残部がマグネシウム及び不可避不純物からなるマグネシウム合金からなる組成と、マグネシウムの酸化物と、アルミニウムとストロンチウムとを含む金属間化合物とを含む組織とを備え、前記マグネシウムの酸化物の最大径が２０μｍ以上の前記マグネシウムの酸化物の平均個数が１ｃｍ２あたり５．０個未満であり、前記金属間化合物の平均粒径が２μｍ以上５μｍ未満の前記金属間化合物の平均個数が４００μｍ２あたり５．０個未満であり、かつ、前記金属間化合物の平均粒径が５μｍ以上の前記金属間化合物の平均個数が４００μｍ２あたり１．０個未満である、マグネシウム合金板。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
７質量％以上１０質量％未満のアルミニウムと、０．０１質量％以上０．５質量％以下のストロンチウムとを含み、残部がマグネシウム及び不可避不純物からなるマグネシウム合金からなる組成と、
マグネシウムの酸化物と、アルミニウムとストロンチウムとを含む金属間化合物とを含む組織とを備え、
前記マグネシウムの酸化物の最大径が２０μｍ以上の前記マグネシウムの酸化物の平均個数が１ｃｍ２あたり５．０個未満であり、
前記金属間化合物の平均粒径が２μｍ以上５μｍ未満の前記金属間化合物の平均個数が４００μｍ２あたり５．０個未満であり、かつ、前記金属間化合物の平均粒径が５μｍ以上の前記金属間化合物の平均個数が４００μｍ２あたり１．０個未満である、
マグネシウム合金板。
マグネシウムの酸化物と、アルミニウムとストロンチウムとを含む金属間化合物とを含む組織とを備え、
前記マグネシウムの酸化物の最大径が２０μｍ以上の前記マグネシウムの酸化物の平均個数が１ｃｍ２あたり５．０個未満であり、
前記金属間化合物の平均粒径が２μｍ以上５μｍ未満の前記金属間化合物の平均個数が４００μｍ２あたり５．０個未満であり、かつ、前記金属間化合物の平均粒径が５μｍ以上の前記金属間化合物の平均個数が４００μｍ２あたり１．０個未満である、
マグネシウム合金板。
【請求項2】
前記マグネシウム合金の平均結晶粒径が１０．０μｍ以下である請求項１に記載のマグネシウム合金板。
【請求項3】
０．２％耐力が２４０ＭＰａ以上であること、及び引張強度が３３８ＭＰａ以上であることの少なくとも一方を満たす請求項１又は請求項２に記載のマグネシウム合金板。
【請求項4】
伸びが７．０％以上である請求項３に記載のマグネシウム合金板。
【請求項5】
０．２％耐力が２４８ＭＰａ以上であり、かつ、伸びが８．０％以上である請求項１又は請求項２に記載のマグネシウム合金板。
【請求項6】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のマグネシウム合金板からなるマグネシウム合金プレス加工品。
【請求項7】
７質量％以上１０質量％未満のアルミニウムと、０．０１質量％以上０．５質量％以下のストロンチウムとを含み、残部がマグネシウム及び不可避不純物からなるマグネシウム合金の溶湯を作製する工程と、
前記溶湯を鋳造して鋳造材を作製する工程と、
前記鋳造材を溶体化処理する工程と、
前記溶体化処理した鋳造材を圧延して圧延材を作製する工程とを備え、
前記溶湯を作製する工程は、
溶解炉にて、前記マグネシウムと前記アルミニウムとを溶解して第一の溶湯を作製する第一の工程と、
前記第一の溶湯を前記溶解炉から前記溶解炉の下流側に配置された添加炉に移送する第二の工程と、
前記添加炉にて、前記第一の溶湯に前記ストロンチウムを添加して前記溶湯を作製する第三の工程とを備える、
マグネシウム合金板の製造方法。
前記溶湯を鋳造して鋳造材を作製する工程と、
前記鋳造材を溶体化処理する工程と、
前記溶体化処理した鋳造材を圧延して圧延材を作製する工程とを備え、
前記溶湯を作製する工程は、
溶解炉にて、前記マグネシウムと前記アルミニウムとを溶解して第一の溶湯を作製する第一の工程と、
前記第一の溶湯を前記溶解炉から前記溶解炉の下流側に配置された添加炉に移送する第二の工程と、
前記添加炉にて、前記第一の溶湯に前記ストロンチウムを添加して前記溶湯を作製する第三の工程とを備える、
マグネシウム合金板の製造方法。
【請求項8】
前記添加炉において、前記溶湯に含まれる前記ストロンチウムの濃度をＸ、前記溶湯が雰囲気と接触する表面積をＭｓ、前記溶湯の体積をＭｖとしたとき、
前記表面積と前記体積との比であるＭｓ／Ｍｖが、－０．００３５×Ｘ＋０．００５３以下を満たす請求項７に記載のマグネシウム合金板の製造方法。
前記表面積と前記体積との比であるＭｓ／Ｍｖが、－０．００３５×Ｘ＋０．００５３以下を満たす請求項７に記載のマグネシウム合金板の製造方法。
【請求項9】
前記第一の工程、及び前記第三の工程の少なくとも一方の工程において、
前記第一の溶湯、及び前記溶湯の少なくとも一方に、核生成物質を導入する工程を含む請求項７又は請求項８に記載のマグネシウム合金板。
前記第一の溶湯、及び前記溶湯の少なくとも一方に、核生成物質を導入する工程を含む請求項７又は請求項８に記載のマグネシウム合金板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、マグネシウム合金板、マグネシウム合金プレス加工品、及びマグネシウム合金板の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１及び特許文献２は、アルミニウムとストロンチウムとを含むマグネシウム合金板を開示する。特許文献３は、マグネシウム圧延材などのマグネシウム合金材を製造するマグネシウム合金材の製造方法を開示する。特許文献３に記載された製造方法は、溶解工程と、移送工程と、鋳造工程と、圧延工程とを備える。溶解工程はマグネシウム合金を溶解炉で溶解して溶湯とする。移送工程は溶解炉から溶湯を湯だめに移送する。鋳造工程は、湯だめから注湯口を介して可動鋳型に溶湯を供給して凝固させ、鋳造材を連続的に製造する。圧延工程は、鋳造材に圧延ロールにて圧延加工を施す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００８－３０８７０３号公報
【特許文献2】国際公開第２０１８／２３５５９１号
【特許文献3】国際公開第２００６／００３８９９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
プレス加工性に優れるマグネシウム合金が求められている。
【0005】
マグネシウム合金は軽量である。中でも、アルミニウムを多く含むマグネシウム合金は、高強度で、耐食性に優れる。アルミニウムを多く含むマグネシウム合金としては、代表的にはＡＳＴＭ規格のＡＺ９１合金が挙げられる。マグネシウム合金からなるマグネシウム合金板は、軽量化が要求されている携帯機器の筐体や自動車用部品などの素材として期待されている。
【0006】
しかしながら、アルミニウムを多く含むマグネシウム合金板は加工性に劣る。このようなマグネシウム合金板は、プレス加工により筐体などの目的の形状に成形した際に、割れが発生し易い。
【0007】
本開示は、プレス加工性に優れるマグネシウム合金板を提供することを目的の一つとする。本開示は、上記マグネシウム合金板からなるマグネシウム合金プレス加工品を提供することを別の目的の一つとする。本開示は、プレス加工性に優れるマグネシウム合金板を製造できるマグネシウム合金板の製造方法を提供することを更に別の目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示のマグネシウム合金板は、７質量％以上１０質量％未満のアルミニウムと、０．０１質量％以上０．５質量％以下のストロンチウムとを含み、残部がマグネシウム及び不可避不純物からなるマグネシウム合金からなる組成と、マグネシウムの酸化物と、アルミニウムとストロンチウムとを含む金属間化合物とを含む組織とを備え、前記マグネシウムの酸化物の最大径が２０μｍ以上の前記マグネシウムの酸化物の平均個数が１ｃｍ２あたり５．０個未満であり、前記金属間化合物の平均粒径が２μｍ以上５μｍ未満の前記金属間化合物の平均個数が４００μｍ２あたり５．０個未満であり、かつ、前記金属間化合物の平均粒径が５μｍ以上の前記金属間化合物の平均個数が４００μｍ２あたり１．０個未満である。
【0009】
本開示のマグネシウム合金プレス加工品は、本開示のマグネシウム合金板からなる。
【0010】
本開示のマグネシウム合金板の製造方法は、７質量％以上１０質量％未満のアルミニウムと、０．０１質量％以上０．５質量％以下のストロンチウムとを含み、残部がマグネシウム及び不可避不純物からなるマグネシウム合金の溶湯を作製する工程と、前記溶湯を鋳造して鋳造材を作製する工程と、前記鋳造材を溶体化処理する工程と、前記溶体化処理した鋳造材を圧延して圧延材を作製する工程とを備え、前記溶湯を作製する工程は、溶解炉にて、前記マグネシウムと前記アルミニウムとを溶解して第一の溶湯を作製する第一の工程と、前記第一の溶湯を前記溶解炉から前記溶解炉の下流側に配置された添加炉に移送する第二の工程と、前記添加炉にて、前記第一の溶湯に前記ストロンチウムを添加して前記溶湯を作製する第三の工程とを備える。
【発明の効果】
【0011】
本開示のマグネシウム合金板はプレス加工性に優れる。本開示のマグネシウム合金プレス加工品はプレス加工による割れが少ない。本開示のマグネシウム合金板の製造方法はプレス加工性に優れるマグネシウム合金板を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明者らは、アルミニウムとストロンチウムとを含むマグネシウム合金板のプレス加工性の向上について鋭意研究を重ねた結果、以下の知見を得た。
【0014】
ストロンチウムは、マグネシウム合金の伸びや強度を向上させる効果がある。ストロンチウムはマグネシウム合金の結晶粒を微細にする。その結果、マグネシウム合金板の伸びが向上する。また、ストロンチウムは、アルミニウムと反応して金属間化合物を形成する。マグネシウム合金中にアルミニウムとストロンチウムとを含む金属間化合物が析出することで、マグネシウム合金板の強度が向上する。
【0015】
一般的に、マグネシウム合金板のプレス加工性を向上するためには、結晶粒が微細な結晶組織であること、プレス加工時に破壊の起点となる欠陥が少ないことが重要である。欠陥としては、非金属介在物、金属間化合物などが挙げられる。非金属介在物は、代表的にはマグネシウムの酸化物である。金属間化合物は、アルミニウムとストロンチウムとを含む金属間化合物が挙げられる。アルミニウムとストロンチウムとを含む金属間化合物は、例えば、Ａｌ４Ｓｒ、Ａｌ２Ｓｒなどの形で存在する。マグネシウムの酸化物や金属間化合物が粗大な粒子であるほど、破壊の起点となり易い。
【0016】
本発明者らは、アルミニウムとストロンチウムとを含むマグネシウム合金板をプレス加工したときの割れの発生原因を調べた。プレス加工により割れが発生した部位と、割れが発生していない部位とを、光学顕微鏡を用いて断面観察した。その結果、割れが発生した部位では、最大径が２０μｍ以上の粗大なマグネシウムの酸化物が多く含まれていた。また、プレス加工により割れが発生した部位を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察した。その結果、割れが発生した部位では、平均粒径が２μｍ以上のアルミニウムとストロンチウムとを含む金属間化合物が多く分布しており、その中には、平均粒径が５μｍ以上の粗大なものも多く観察された。マグネシウム合金の組織に含まれるマグネシウムの酸化物及び金属間化合物のそれぞれのサイズ及びそれぞれの個数が割れの発生原因になっていると考えられる。
【0017】
マグネシウム合金板にマグネシウムの酸化物が形成される理由としては、次の要因が考えられる。マグネシウムは酸化し易い金属である。溶解炉でマグネシウム合金を溶解して溶湯を作製するときは、マグネシウムの酸化を防ぐために、マグネシウム合金の溶湯の表面と大気中の酸素との接触を極力避ける必要がある。そこで、例えば、溶解炉内の雰囲気を酸素濃度が低い不活性ガス雰囲気としたり、溶湯の表面に六フッ化硫黄（ＳＦ６）ガスなどの防燃ガスを吹き付けて保護膜を形成したりすることが行われている。しかし、原料の投入時や除滓時など、溶解炉内に大気が流入することがある。溶湯表面で、流入した大気中の酸素と溶湯中のマグネシウムとが反応してマグネシウムの酸化物が形成され得る。特に、マグネシウム合金を連続的に溶解、鋳造する連続鋳造は、原料を随時投入しながら実施されるため、溶解炉内に大気が流入し易い。マグネシウムの酸化物がより形成され易い。マグネシウム合金を溶解する工程で溶湯中にマグネシウムの酸化物が巻き込まれる結果、マグネシウム合金板にマグネシウムの酸化物が混入することがある。
【0018】
更に、ストロンチウムを添加すると、マグネシウムが活性化され、マグネシウムの酸化物がより生じ易くなる。そのため、ストロンチウムを添加したマグネシウム合金板では、マグネシウムの酸化物の混入を回避することは難しい。ストロンチウムを多く含むマグネシウム合金板は、粗大なマグネシウムの酸化物を含み易い。
【0019】
本開示は、上記知見に基づいてなされたものである。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
【0020】
［本開示の実施形態の説明］
（１）本開示の実施形態に係るマグネシウム合金板は、７質量％以上１０質量％未満のアルミニウムと、０．０１質量％以上０．５質量％以下のストロンチウムとを含み、残部がマグネシウム及び不可避不純物からなるマグネシウム合金からなる組成と、マグネシウムの酸化物と、アルミニウムとストロンチウムとを含む金属間化合物とを含む組織とを備え、前記マグネシウムの酸化物の最大径が２０μｍ以上の前記マグネシウムの酸化物の平均個数が１ｃｍ２あたり５．０個未満であり、前記金属間化合物の平均粒径が２μｍ以上５μｍ未満の前記金属間化合物の平均個数が４００μｍ２あたり５．０個未満であり、かつ、前記金属間化合物の平均粒径が５μｍ以上の前記金属間化合物の平均個数が４００μｍ２あたり１．０個未満である。
（１）本開示の実施形態に係るマグネシウム合金板は、７質量％以上１０質量％未満のアルミニウムと、０．０１質量％以上０．５質量％以下のストロンチウムとを含み、残部がマグネシウム及び不可避不純物からなるマグネシウム合金からなる組成と、マグネシウムの酸化物と、アルミニウムとストロンチウムとを含む金属間化合物とを含む組織とを備え、前記マグネシウムの酸化物の最大径が２０μｍ以上の前記マグネシウムの酸化物の平均個数が１ｃｍ２あたり５．０個未満であり、前記金属間化合物の平均粒径が２μｍ以上５μｍ未満の前記金属間化合物の平均個数が４００μｍ２あたり５．０個未満であり、かつ、前記金属間化合物の平均粒径が５μｍ以上の前記金属間化合物の平均個数が４００μｍ２あたり１．０個未満である。
【0021】
本開示のマグネシウム合金板は、アルミニウムとストロンチウムとをそれぞれ特定の範囲で含むマグネシウム合金からなり、特定の組織を有することで、プレス加工性に優れる。
【0022】
マグネシウム合金は、アルミニウムを特定の範囲で含むことで、強度が高く、耐食性に優れる。ストロンチウムを特定の範囲で含むことで、マグネシウム合金の結晶粒を微細化することができる。微細な結晶組織が得られることから、マグネシウム合金板の伸びが向上する。このようなマグネシウム合金板は、延性に優れているため、プレス加工性が向上する。アルミニウムとストロンチウムとを含むことで、アルミニウムとストロンチウムとを含む金属間化合物が析出する。マグネシウム合金の組織中に上記金属間化合物が微細に分散することにより、マグネシウム合金板の強度が向上する。アルミニウムの含有量が１０．０質量％未満である、又は、ストロンチウムの含有量が０．５質量％以下であることで、上記金属間化合物が過剰に生成されたり、粗大化したりすることを抑制できる。
【0023】
マグネシウム合金の組織は、特定のサイズのマグネシウムの酸化物が少なく、かつ、特定のサイズのアルミニウムとストロンチウムとを含む金属間化合物が少ない。上記特定の組織を有するマグネシウム合金板はプレス加工によって割れが発生し難い。
【0024】
（２）本開示のマグネシウム合金板の一形態として、前記マグネシウム合金の平均結晶粒径が１０．０μｍ以下でもよい。
【0025】
上記の形態は、微細な結晶組織を有することから、延性に優れる。このようなマグネシウム合金板はプレス加工性に優れる。
【0026】
（３）本開示のマグネシウム合金板の一形態として、０．２％耐力が２４０ＭＰａ以上であること、及び引張強度が３３８ＭＰａ以上であることの少なくとも一方を満たしてもよい。
【0027】
上記の形態は、高い強度を有する。
【0028】
（４）上記（３）に記載のマグネシウム合金板の一形態として、伸びが７．０％以上でもよい。
【0029】
上記の形態は、伸びが高いことから、延性に優れる。このようなマグネシウム合金板はプレス加工性が向上する。
【0030】
（５）本開示のマグネシウム合金板の一形態として、０．２％耐力が２４８ＭＰａ以上であり、かつ、伸びが８．０％以上でもよい。
【0031】
上記の形態は、耐力と伸びの両方が高く、優れた機械的特性を有する。
【0032】
（６）本開示のマグネシウム合金プレス加工品は、上記（１）から（５）のいずれか１つに記載のマグネシウム合金板からなる。
【0033】
本開示のマグネシウム合金プレス加工品はプレス加工による割れが少ない。本開示のマグネシウム合金プレス加工品は、上述した本開示のマグネシウム合金板を素材に使用しているから、プレス加工によって割れが発生し難い。
マグネシウム合金プレス加工品とは、マグネシウム合金板を曲げ、絞りなどによってプレス加工したものをいう。曲げとは、マグネシウム合金板を所定の形状に曲げる加工である。絞りとは、マグネシウム合金板を所定の容器形状に成形する加工である。
マグネシウム合金プレス加工品とは、マグネシウム合金板を曲げ、絞りなどによってプレス加工したものをいう。曲げとは、マグネシウム合金板を所定の形状に曲げる加工である。絞りとは、マグネシウム合金板を所定の容器形状に成形する加工である。
【0034】
（７）本開示のマグネシウム合金板の製造方法は、７質量％以上１０質量％未満のアルミニウムと、０．０１質量％以上０．５質量％以下のストロンチウムとを含み、残部がマグネシウム及び不可避不純物からなるマグネシウム合金の溶湯を作製する工程と、前記溶湯を鋳造して鋳造材を作製する工程と、前記鋳造材を溶体化処理する工程と、前記溶体化処理した鋳造材を圧延して圧延材を作製する工程とを備え、前記溶湯を作製する工程は、溶解炉にて、前記マグネシウムと前記アルミニウムとを溶解して第一の溶湯を作製する第一の工程と、前記第一の溶湯を前記溶解炉から前記溶解炉の下流側に配置された添加炉に移送する第二の工程と、前記添加炉にて、前記第一の溶湯に前記ストロンチウムを添加して前記溶湯を作製する第三の工程とを備える。
【0035】
本開示のマグネシウム合金板の製造方法は、プレス加工性に優れるマグネシウム合金板を製造できる。上記製造方法は、マグネシウム合金の溶湯を作製する工程において、溶解炉でストロンチウムを添加するのではなく、溶解炉と別に設けた添加炉でストロンチウムを添加する。溶解炉で作製する第一溶湯はストロンチウムを含まないため、ストロンチウムを添加した溶湯に比べてマグネシウムの酸化物の生成が抑制される。また、添加炉でストロンチウムを添加してマグネシウム合金の溶湯とした後、添加炉から鋳造するまでの時間が短くなる。ストロンチウムを含むマグネシウム合金の溶湯が大気中の酸素と接触する機会が減るため、溶湯中にマグネシウムの酸化物が生じ難くなる。マグネシウム合金板に粗大なマグネシウムの酸化物が混入することを抑制できる。
【0036】
（８）本開示のマグネシウム合金板の製造方法の一形態として、前記添加炉において、前記溶湯に含まれる前記ストロンチウムの濃度をＸ、前記溶湯が雰囲気と接触する表面積をＭｓ、前記溶湯の体積をＭｖとしたとき、前記表面積と前記体積との比であるＭｓ／Ｍｖが、－０．００３５×Ｘ＋０．００５３以下を満たしてもよい。
【0037】
上記の形態は、マグネシウムの酸化物の発生を効果的に抑制できる。溶湯中のストロンチウムの濃度、即ち含有量が高いほど、マグネシウムの酸化物がより生じ易くなる。そのため、溶湯中のマグネシウムの酸化物が過剰に生成されたり、粗大化したりする傾向がある。一方で、溶湯の体積に対する溶湯の表面積が小さいほど、溶湯全体に対する雰囲気との接触面積が小さくなる。添加炉内に大気が流入したとしても、溶湯全体に対するマグネシウムの酸化物の量が減少する。溶湯の表面積Ｍｓと体積Ｍｖとの比Ｍｓ／Ｍｖが－０．００３５×Ｘ＋０．００５３以下を満たすことで、マグネシウムの酸化物を低減できる。
【0038】
（９）本開示のマグネシウム合金板の製造方法の一形態として、前記第一の工程、及び前記第三の工程の少なくとも一方の工程において、前記第一の溶湯、及び前記溶湯の少なくとも一方に、核生成物質を導入する工程を含んでもよい。
【0039】
上記の形態は、微細な結晶組織が得られる。核生成物質は、マグネシウム合金の溶湯が凝固開始時に異質核生成の核となる物質である。溶湯中に核生成物質を含むことで、凝固時に核生成物質を起点として凝固核が生成する。溶湯中に核生成物質が分散していることで、結晶粒を微細化できる。
【0040】
［本開示の実施形態の詳細］
本開示のマグネシウム合金板、マグネシウム合金プレス加工品、及びマグネシウム合金板の製造方法の具体例を、図面を参照して説明する。図中の同一符号は同一又は相当部分を示す。
なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本開示のマグネシウム合金板、マグネシウム合金プレス加工品、及びマグネシウム合金板の製造方法の具体例を、図面を参照して説明する。図中の同一符号は同一又は相当部分を示す。
なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0041】
＜マグネシウム合金板＞
図１、図２を参照して、実施形態に係るマグネシウム合金板１を説明する。図１に示すマグネシウム合金板１は、マグネシウム合金からなる板材である。本実施形態では、マグネシウム合金板１は圧延材である。マグネシウム合金板１の特徴の一つは、特定の組成と、図２に示すような特定の組織１０とを備える点にある。マグネシウム合金板１は、特定の組成と特定の組織とを有することで、プレス加工性に優れる。以下、詳細に説明する。
図１、図２を参照して、実施形態に係るマグネシウム合金板１を説明する。図１に示すマグネシウム合金板１は、マグネシウム合金からなる板材である。本実施形態では、マグネシウム合金板１は圧延材である。マグネシウム合金板１の特徴の一つは、特定の組成と、図２に示すような特定の組織１０とを備える点にある。マグネシウム合金板１は、特定の組成と特定の組織とを有することで、プレス加工性に優れる。以下、詳細に説明する。
【0042】
（組成）
マグネシウム合金板１の組成は、アルミニウム（Ａｌ）と、ストロンチウム（Ｓｒ）とを含み、残部がマグネシウム（Ｍｇ）及び不可避不純物からなるマグネシウム合金からなる。マグネシウム合金は、更にＺｎ（亜鉛）、Ｍｎ（マンガン）などの元素を含んでもよい。
マグネシウム合金板１の組成は、アルミニウム（Ａｌ）と、ストロンチウム（Ｓｒ）とを含み、残部がマグネシウム（Ｍｇ）及び不可避不純物からなるマグネシウム合金からなる。マグネシウム合金は、更にＺｎ（亜鉛）、Ｍｎ（マンガン）などの元素を含んでもよい。
【0043】
（Ａｌ）
Ａｌは、主として、マグネシウム合金板１の耐食性を向上する。Ａｌの含有量は７質量％以上１０質量％未満である。
Ａｌは、主として、マグネシウム合金板１の耐食性を向上する。Ａｌの含有量は７質量％以上１０質量％未満である。
【0044】
Ａｌの含有量が７質量％以上であることで、耐食性を高めることができる。Ａｌの含有量が多いほど、耐食性を高め易い。Ａｌの含有量は、耐食性を高める点で、例えば７．５質量％以上、更に８質量％以上が好ましい。Ａｌは、Ｓｒと化合して、ＡｌとＳｒとを含む金属間化合物を形成する。ＡｌとＳｒとを含む金属間化合物は、代表的にはＡｌ４Ｓｒ、Ａｌ２Ｓｒである。以下、「ＡｌとＳｒとを含む金属間化合物」を「Ａｌ－Ｓｒ化合物」と記載する場合がある。マグネシウム合金板１中に、Ａｌ－Ｓｒ化合物が析出することで、マグネシウム合金板１の強度が向上する。
【0045】
Ａｌの含有量が１０質量％未満であることで、Ａｌ－Ｓｒ化合物が過剰に生成されたり、粗大化したりすることを抑制できる。Ａｌ－Ｓｒ化合物に起因するプレス加工時の割れの発生を低減できる。Ａｌの含有量は、更に９．７質量％以下、９．５質量％以下が好ましい。Ａｌの含有量は、例えば７．５質量％以上９．７質量％以下、更に８質量％以上９．５質量％以下が好ましい。
【0046】
（Ｓｒ）
Ｓｒは、主として、マグネシウム合金の結晶粒を微細化する。Ｓｒの含有量は０．０１質量％以上０．５質量％以下である。
Ｓｒは、主として、マグネシウム合金の結晶粒を微細化する。Ｓｒの含有量は０．０１質量％以上０．５質量％以下である。
【0047】
Ｓｒの含有量が０．０１質量％以上であることで、マグネシウム合金の結晶粒を微細化できる。微細な結晶組織が得られることから、マグネシウム合金板１の伸びが向上する。このようなマグネシウム合金板１は、延性に優れているため、プレス加工性が向上する。結晶組織の微細化に伴い、Ｍｇ－Ａｌ化合物が微細になるという効果も期待できる。Ｓｒの含有量が多いほど、結晶粒が微細になる。Ｓｒの含有量は、更に０．０２質量％以上、０．０５質量％以上、０．１質量％以上が好ましい。
【0048】
Ｓｒの含有量が０．５質量％以下であることで、Ａｌ－Ｓｒ化合物が過剰に生成されたり、粗大化したりすることを抑制できる。Ａｌ－Ｓｒ化合物に起因するプレス加工時の割れの発生を低減できる。Ｓｒの含有量は、更に０．４８質量％以下、０．４５質量％以下、０．４質量％以下が好ましい。Ｓｒの含有量は、例えば０．０２質量％以上０．４８質量％以下、更に０．０５質量％以上０．４５質量％以下、０．１質量％以上０．４０質量％以下が好ましい。
【0049】
（Ｚｎ）
Ｚｎは、主として、耐食性の向上に寄与する。Ｚｎの含有量は、例えば０．１質量％以上０．７５質量％以下である。Ｚｎの含有量が０．１質量％以上であることで、耐食性を高めることができる。Ｚｎの含有量が多いほど、耐食性を高め易い。Ｚｎの含有量は、更に０．１５質量％以上、０．２質量％以上が好ましい。Ｚｎを過剰に含有すると、伸びが低下するなど機械的特性が低下するおそれがある。Ｚｎの含有量が０．７５質量％以下であれば、機械的特性の低下を抑制できる。Ｚｎの含有量は、更に０．７４質量％以下、０．７３質量％以下が好ましい。Ｚｎの含有量は、例えば０．１５質量％以上０．７４質量％以下、更に０．２質量％以上０．７３質量％以下が好ましい。
Ｚｎは、主として、耐食性の向上に寄与する。Ｚｎの含有量は、例えば０．１質量％以上０．７５質量％以下である。Ｚｎの含有量が０．１質量％以上であることで、耐食性を高めることができる。Ｚｎの含有量が多いほど、耐食性を高め易い。Ｚｎの含有量は、更に０．１５質量％以上、０．２質量％以上が好ましい。Ｚｎを過剰に含有すると、伸びが低下するなど機械的特性が低下するおそれがある。Ｚｎの含有量が０．７５質量％以下であれば、機械的特性の低下を抑制できる。Ｚｎの含有量は、更に０．７４質量％以下、０．７３質量％以下が好ましい。Ｚｎの含有量は、例えば０．１５質量％以上０．７４質量％以下、更に０．２質量％以上０．７３質量％以下が好ましい。
【0050】
（Ｍｎ）
Ｍｎは、主として、耐食性の向上に寄与する。Ｍｎの含有量は、例えば０．１質量％以上０．５質量％以下である。Ｍｎは、Ａｌと、不可避不純物として含まれる鉄（Ｆｅ）と化合して金属間化合物を形成する。この金属間化合物とＭｇとの電位差は、ＦｅとＭｇとの電位差よりも小さい。ＭｇとＦｅとの電位差に起因する腐食が抑制されることから、耐食性を改善できる。Ｍｎの含有量は、更に０．１５質量％以上、０．２質量％以上が好ましい。Ｍｎを過剰に含有すると、かえって耐食性が低下するおそれがある。Ｍｎの含有量が０．５質量％以下であれば、耐食性の低下を抑制し易い。Ｍｎの含有量は、更に０．４５質量％以下、０．４質量％以下が好ましい。Ｍｎの含有量は、例えば０．１５質量％以上０．４５質量％以下、更に０．２質量％以上０．４質量％以下が好ましい。
Ｍｎは、主として、耐食性の向上に寄与する。Ｍｎの含有量は、例えば０．１質量％以上０．５質量％以下である。Ｍｎは、Ａｌと、不可避不純物として含まれる鉄（Ｆｅ）と化合して金属間化合物を形成する。この金属間化合物とＭｇとの電位差は、ＦｅとＭｇとの電位差よりも小さい。ＭｇとＦｅとの電位差に起因する腐食が抑制されることから、耐食性を改善できる。Ｍｎの含有量は、更に０．１５質量％以上、０．２質量％以上が好ましい。Ｍｎを過剰に含有すると、かえって耐食性が低下するおそれがある。Ｍｎの含有量が０．５質量％以下であれば、耐食性の低下を抑制し易い。Ｍｎの含有量は、更に０．４５質量％以下、０．４質量％以下が好ましい。Ｍｎの含有量は、例えば０．１５質量％以上０．４５質量％以下、更に０．２質量％以上０．４質量％以下が好ましい。
【0051】
マグネシウム合金板１の組成は、例えば、グロー放電発光分析装置を用いて測定できる。
【0052】
（組織）
マグネシウム合金板１の組織１０（図２）は、マグネシウムの酸化物１１と、Ａｌ－Ｓｒ化合物１２とを含む。マグネシウムの酸化物は、代表的にはＭｇＯである。マグネシウムの酸化物は、ＭｇＯ以外にも、ＭｇＯ２やマグネシウム複合酸化物が含まれる。マグネシウム複合酸化物は、Ｍｇ以外の金属元素を含む酸化物であり、例えば、ＭｇＡｌ２Ｏ４などが挙げられる。以下、「マグネシウムの酸化物」を「Ｍｇ酸化物」と記載する場合がある。
マグネシウム合金板１の組織１０（図２）は、マグネシウムの酸化物１１と、Ａｌ－Ｓｒ化合物１２とを含む。マグネシウムの酸化物は、代表的にはＭｇＯである。マグネシウムの酸化物は、ＭｇＯ以外にも、ＭｇＯ２やマグネシウム複合酸化物が含まれる。マグネシウム複合酸化物は、Ｍｇ以外の金属元素を含む酸化物であり、例えば、ＭｇＡｌ２Ｏ４などが挙げられる。以下、「マグネシウムの酸化物」を「Ｍｇ酸化物」と記載する場合がある。
【0053】
（Ｍｇ酸化物）
Ｍｇ酸化物１１は、例えば、製造過程で、マグネシウム合金の溶湯と大気中の酸素（Ｏ）とが接触することによって形成されたものである。組織１０において、Ｍｇ酸化物１１の最大径Ｄａが２０μｍ以上のＭｇ酸化物１１の平均個数は１ｃｍ２あたり５．０個未満である。このような粗大なＭｇ酸化物１１が多いと、プレス加工時の割れの起点となり易い。最大径Ｄａが２０μｍ以上のＭｇ酸化物１１の平均個数が１ｃｍ２あたり５．０個未満であることで、プレス加工によって割れが発生し難い。上記粗大なＭｇ酸化物１１の平均個数が少ないほど、割れの発生をより低減できる。上記粗大なＭｇ酸化物１１の平均個数は１ｃｍ２あたり、更に４．５個以下、４．０個以下が好ましい。上記粗大なＭｇ酸化物１１の平均個数はゼロ（０）でもよい。
Ｍｇ酸化物１１は、例えば、製造過程で、マグネシウム合金の溶湯と大気中の酸素（Ｏ）とが接触することによって形成されたものである。組織１０において、Ｍｇ酸化物１１の最大径Ｄａが２０μｍ以上のＭｇ酸化物１１の平均個数は１ｃｍ２あたり５．０個未満である。このような粗大なＭｇ酸化物１１が多いと、プレス加工時の割れの起点となり易い。最大径Ｄａが２０μｍ以上のＭｇ酸化物１１の平均個数が１ｃｍ２あたり５．０個未満であることで、プレス加工によって割れが発生し難い。上記粗大なＭｇ酸化物１１の平均個数が少ないほど、割れの発生をより低減できる。上記粗大なＭｇ酸化物１１の平均個数は１ｃｍ２あたり、更に４．５個以下、４．０個以下が好ましい。上記粗大なＭｇ酸化物１１の平均個数はゼロ（０）でもよい。
【0054】
（Ｍｇ酸化物の平均個数の測定方法）
Ｍｇ酸化物の平均個数の測定は、マグネシウム合金板１の任意の部位の断面を観察することにより行う。観察する断面は、例えばマグネシウム合金板１の厚さ方向に沿った断面とする。断面の観察には、光学顕微鏡を用いる。１つの断面のうち、１ｃｍ２の領域を観察する。断面積が１ｃｍ２未満の場合は断面全体を観察する。観察した断面の画像を画像処理して、Ｍｇ酸化物の粒子を全て抽出する。各Ｍｇ酸化物の粒子の外接円を求める。この外接円の直径を各Ｍｇ酸化物の最大径Ｄａとする。断面１ｃｍ２あたり、最大径Ｄａが２０μｍ以上のＭｇ酸化物の個数を求める。断面積が１ｃｍ２未満の場合は、その個数を１ｃｍ２あたりに換算する。そして、異なる複数の断面について、同じようにして最大径Ｄａが２０μｍ以上のＭｇ酸化物の個数を求める。それぞれの断面１ｃｍ２あたりにおける最大径Ｄａが２０μｍ以上のＭｇ酸化物の個数の平均をＭｇ酸化物の平均個数とする。観察する断面の数は、例えば１０以上とする。観察する複数の断面のそれぞれの面積を合計した総面積は、例えば３．０ｃｍ２以上とする。
Ｍｇ酸化物の平均個数の測定は、マグネシウム合金板１の任意の部位の断面を観察することにより行う。観察する断面は、例えばマグネシウム合金板１の厚さ方向に沿った断面とする。断面の観察には、光学顕微鏡を用いる。１つの断面のうち、１ｃｍ２の領域を観察する。断面積が１ｃｍ２未満の場合は断面全体を観察する。観察した断面の画像を画像処理して、Ｍｇ酸化物の粒子を全て抽出する。各Ｍｇ酸化物の粒子の外接円を求める。この外接円の直径を各Ｍｇ酸化物の最大径Ｄａとする。断面１ｃｍ２あたり、最大径Ｄａが２０μｍ以上のＭｇ酸化物の個数を求める。断面積が１ｃｍ２未満の場合は、その個数を１ｃｍ２あたりに換算する。そして、異なる複数の断面について、同じようにして最大径Ｄａが２０μｍ以上のＭｇ酸化物の個数を求める。それぞれの断面１ｃｍ２あたりにおける最大径Ｄａが２０μｍ以上のＭｇ酸化物の個数の平均をＭｇ酸化物の平均個数とする。観察する断面の数は、例えば１０以上とする。観察する複数の断面のそれぞれの面積を合計した総面積は、例えば３．０ｃｍ２以上とする。
【0055】
（Ａｌ－Ｓｒ化合物）
Ａｌ－Ｓｒ化合物１２は、マグネシウム合金に含まれるＡｌとＳｒとが化合して形成されたものである。組織１０において、Ａｌ－Ｓｒ化合物１２の平均粒径Ｄｂが２μｍ以上のＡｌ－Ｓｒ化合物１２の平均個数は次の要件を満たす。平均粒径Ｄｂが２μｍ以上５μｍ未満のＡｌ－Ｓｒ化合物１２の平均個数が４００μｍ２あたり５．０個未満であり、かつ、平均粒径Ｄｂが５μｍ以上のＡｌ－Ｓｒ化合物１２の平均個数が４００μｍ２あたり１．０個未満である。平均粒径Ｄｂが２μｍ以上のＡｌ－Ｓｒ化合物１２は、プレス加工時の割れの起点となり得る。平均粒径Ｄｂが２μｍ以上５μｍ未満の中サイズのＡｌ－Ｓｒ化合物１２が多く存在したり、平均粒径Ｄｂが５μｍ以上の粗大なＡｌ－Ｓｒ化合物１２が存在したりすると、割れの起点となり易い。上記中サイズのＡｌ－Ｓｒ化合物１２の平均個数が４００μｍ２あたり５．０個未満であることで、プレス加工によって割れが発生し難い。上記中サイズのＡｌ－Ｓｒ化合物１２の平均個数が少ないほど、割れの発生をより低減できる。上記中サイズのＡｌ－Ｓｒ化合物１２の平均個数は４００μｍ２あたり、更に４．８個以下、４．５個以下が好ましい。上記粗大なＡｌ－Ｓｒ化合物１２の平均個数が４００μｍ２あたり１．０個未満であることで、プレス加工によって割れが発生し難い。上記粗大なＡｌ－Ｓｒ化合物１２の平均個数が少ないほど、割れの発生をより低減できる。上記粗大なＡｌ－Ｓｒ化合物１２の平均個数は４００μｍ２あたり、更に０．８個以下、０．７個以下が好ましい。上記中サイズのＡｌ－Ｓｒ化合物１２の平均個数、及び上記粗大なＡｌ－Ｓｒ化合物１２の平均個数は、ゼロ（０）でもよい。
Ａｌ－Ｓｒ化合物１２は、マグネシウム合金に含まれるＡｌとＳｒとが化合して形成されたものである。組織１０において、Ａｌ－Ｓｒ化合物１２の平均粒径Ｄｂが２μｍ以上のＡｌ－Ｓｒ化合物１２の平均個数は次の要件を満たす。平均粒径Ｄｂが２μｍ以上５μｍ未満のＡｌ－Ｓｒ化合物１２の平均個数が４００μｍ２あたり５．０個未満であり、かつ、平均粒径Ｄｂが５μｍ以上のＡｌ－Ｓｒ化合物１２の平均個数が４００μｍ２あたり１．０個未満である。平均粒径Ｄｂが２μｍ以上のＡｌ－Ｓｒ化合物１２は、プレス加工時の割れの起点となり得る。平均粒径Ｄｂが２μｍ以上５μｍ未満の中サイズのＡｌ－Ｓｒ化合物１２が多く存在したり、平均粒径Ｄｂが５μｍ以上の粗大なＡｌ－Ｓｒ化合物１２が存在したりすると、割れの起点となり易い。上記中サイズのＡｌ－Ｓｒ化合物１２の平均個数が４００μｍ２あたり５．０個未満であることで、プレス加工によって割れが発生し難い。上記中サイズのＡｌ－Ｓｒ化合物１２の平均個数が少ないほど、割れの発生をより低減できる。上記中サイズのＡｌ－Ｓｒ化合物１２の平均個数は４００μｍ２あたり、更に４．８個以下、４．５個以下が好ましい。上記粗大なＡｌ－Ｓｒ化合物１２の平均個数が４００μｍ２あたり１．０個未満であることで、プレス加工によって割れが発生し難い。上記粗大なＡｌ－Ｓｒ化合物１２の平均個数が少ないほど、割れの発生をより低減できる。上記粗大なＡｌ－Ｓｒ化合物１２の平均個数は４００μｍ２あたり、更に０．８個以下、０．７個以下が好ましい。上記中サイズのＡｌ－Ｓｒ化合物１２の平均個数、及び上記粗大なＡｌ－Ｓｒ化合物１２の平均個数は、ゼロ（０）でもよい。
【0056】
（Ａｌ－Ｓｒ化合物の平均個数の測定方法）
Ａｌ－Ｓｒ化合物の平均個数の測定は、マグネシウム合金板１の任意の部位の断面を観察することにより行う。観察する断面は、例えばマグネシウム合金板１の厚さ方向に沿った断面とする。断面の観察には、ＳＥＭを用いる。１つの断面のうち、４００μｍ２の領域を観察する。４００μｍ２の領域は、具体的には、２０μｍ四方の領域である。観察した断面の画像を画像処理して、Ａｌ－Ｓｒ化合物の粒子を全て抽出する。各Ａｌ－Ｓｒ化合物の粒子の面積を求める。この面積に等しい円の直径を各Ａｌ－Ｓｒ化合物の平均粒径Ｄｂとする。断面４００μｍ２あたり、平均粒径Ｄｂが２μｍ以上５μｍ未満のＡｌ－Ｓｒ化合物の個数を求める。断面４００μｍ２あたり、平均粒径Ｄｂが５μｍ以上のＡｌ－Ｓｒ化合物の個数を求める。そして、異なる複数の断面について、同じようにして、平均粒径Ｄｂが２μｍ以上５μｍ未満のＡｌ－Ｓｒ化合物の個数と、平均粒径Ｄｂが５μｍ以上のＡｌ－Ｓｒ化合物の個数を求める。それぞれの断面４００μｍ２あたりにおける平均粒径Ｄｂが２μｍ以上５μｍ未満のＡｌ－Ｓｒ化合物の個数の平均をそのサイズのＡｌ－Ｓｒ化合物の平均個数とする。また、それぞれの断面４００μｍ２あたりにおける平均粒径Ｄｂが５μｍ以上のＡｌ－Ｓｒ化合物の個数の平均をそのサイズのＡｌ－Ｓｒ化合物の平均個数とする。観察する断面の数は、例えば１０以上とする。
Ａｌ－Ｓｒ化合物の平均個数の測定は、マグネシウム合金板１の任意の部位の断面を観察することにより行う。観察する断面は、例えばマグネシウム合金板１の厚さ方向に沿った断面とする。断面の観察には、ＳＥＭを用いる。１つの断面のうち、４００μｍ２の領域を観察する。４００μｍ２の領域は、具体的には、２０μｍ四方の領域である。観察した断面の画像を画像処理して、Ａｌ－Ｓｒ化合物の粒子を全て抽出する。各Ａｌ－Ｓｒ化合物の粒子の面積を求める。この面積に等しい円の直径を各Ａｌ－Ｓｒ化合物の平均粒径Ｄｂとする。断面４００μｍ２あたり、平均粒径Ｄｂが２μｍ以上５μｍ未満のＡｌ－Ｓｒ化合物の個数を求める。断面４００μｍ２あたり、平均粒径Ｄｂが５μｍ以上のＡｌ－Ｓｒ化合物の個数を求める。そして、異なる複数の断面について、同じようにして、平均粒径Ｄｂが２μｍ以上５μｍ未満のＡｌ－Ｓｒ化合物の個数と、平均粒径Ｄｂが５μｍ以上のＡｌ－Ｓｒ化合物の個数を求める。それぞれの断面４００μｍ２あたりにおける平均粒径Ｄｂが２μｍ以上５μｍ未満のＡｌ－Ｓｒ化合物の個数の平均をそのサイズのＡｌ－Ｓｒ化合物の平均個数とする。また、それぞれの断面４００μｍ２あたりにおける平均粒径Ｄｂが５μｍ以上のＡｌ－Ｓｒ化合物の個数の平均をそのサイズのＡｌ－Ｓｒ化合物の平均個数とする。観察する断面の数は、例えば１０以上とする。
【0057】
（平均結晶粒径）
マグネシウム合金板１を構成するマグネシウム合金の平均結晶粒径Ｄｃは、例えば１０．０μｍ以下である。このようなマグネシウム合金板１は、微細な結晶組織を有することで、プレス加工性に優れる。平均結晶粒径Ｄｃが小さいほど、０．２％耐力や引張強度といった強度や伸びが向上し、プレス加工性が向上する。平均結晶粒径Ｄｃは、更に８．０μｍ以下、７．０μｍ以下が好ましい。平均結晶粒径Ｄｃの下限は特に限定されないが、例えば３．０μｍ以上である。ここでいう平均結晶粒径は、圧延後の平均結晶粒径である。
マグネシウム合金板１を構成するマグネシウム合金の平均結晶粒径Ｄｃは、例えば１０．０μｍ以下である。このようなマグネシウム合金板１は、微細な結晶組織を有することで、プレス加工性に優れる。平均結晶粒径Ｄｃが小さいほど、０．２％耐力や引張強度といった強度や伸びが向上し、プレス加工性が向上する。平均結晶粒径Ｄｃは、更に８．０μｍ以下、７．０μｍ以下が好ましい。平均結晶粒径Ｄｃの下限は特に限定されないが、例えば３．０μｍ以上である。ここでいう平均結晶粒径は、圧延後の平均結晶粒径である。
【0058】
（平均結晶粒径の測定方法）
平均結晶粒径Ｄｃの測定は、例えばライン法を利用できる。ライン法を利用する場合、マグネシウム合金板１の任意の部位の断面を光学顕微鏡で観察する。断面は、例えばマグネシウム合金板１の厚さ方向に沿った断面とする。観察した断面の画像に所定の長さの測定用直線を引き、測定用直線によって切断される結晶粒の個数を求める。測定用直線の長さは、この直線によって切断される結晶粒が１００個以上となる長さとする。測定用直線の長さを結晶粒の個数で除した値を１つの断面での平均結晶粒径Ｄｃとする。そして、異なる複数の断面について、同じようにして平均結晶粒径Ｄｃを測定する。それぞれの断面における平均結晶粒径Ｄｃの平均を最終的な測定結果とする。平均結晶粒径Ｄｃを測定する断面の数は、例えば１０以上とする。
平均結晶粒径Ｄｃの測定は、例えばライン法を利用できる。ライン法を利用する場合、マグネシウム合金板１の任意の部位の断面を光学顕微鏡で観察する。断面は、例えばマグネシウム合金板１の厚さ方向に沿った断面とする。観察した断面の画像に所定の長さの測定用直線を引き、測定用直線によって切断される結晶粒の個数を求める。測定用直線の長さは、この直線によって切断される結晶粒が１００個以上となる長さとする。測定用直線の長さを結晶粒の個数で除した値を１つの断面での平均結晶粒径Ｄｃとする。そして、異なる複数の断面について、同じようにして平均結晶粒径Ｄｃを測定する。それぞれの断面における平均結晶粒径Ｄｃの平均を最終的な測定結果とする。平均結晶粒径Ｄｃを測定する断面の数は、例えば１０以上とする。
【0059】
（機械的特性）
マグネシウム合金板１は、以下の機械的特性を有することが挙げられる。
マグネシウム合金板１は、以下の機械的特性を有することが挙げられる。
【0060】
（０．２％耐力）
０．２％耐力は、例えば２４０ＭＰａ以上である。０．２％耐力が２４０ＭＰａ以上であるマグネシウム合金板１は、高い耐力を有することから、塑性変形し難い。０．２％耐力は高いほど好ましい。０．２％耐力は、２４８ＭＰａ以上、２５０ＭＰａ以上が好ましい。０．２％耐力の上限は特に設けないが、例えば３００ＭＰａ以下である。
０．２％耐力は、例えば２４０ＭＰａ以上である。０．２％耐力が２４０ＭＰａ以上であるマグネシウム合金板１は、高い耐力を有することから、塑性変形し難い。０．２％耐力は高いほど好ましい。０．２％耐力は、２４８ＭＰａ以上、２５０ＭＰａ以上が好ましい。０．２％耐力の上限は特に設けないが、例えば３００ＭＰａ以下である。
【0061】
（引張強度）
引張強度は、例えば３３８ＭＰａ以上である。引張強度が３３８Ｐａ以上であるマグネシウム合金板１は、高い強度を有することから、破断し難い。引張強度は高いほど好ましい。引張強度は、３４０ＭＰａ以上、３４５ＭＰａ以上が好ましい。引張強度の上限は特に設けないが、例えば４００ＭＰａ以下である。
引張強度は、例えば３３８ＭＰａ以上である。引張強度が３３８Ｐａ以上であるマグネシウム合金板１は、高い強度を有することから、破断し難い。引張強度は高いほど好ましい。引張強度は、３４０ＭＰａ以上、３４５ＭＰａ以上が好ましい。引張強度の上限は特に設けないが、例えば４００ＭＰａ以下である。
【0062】
０．２％耐力が２４０ＭＰａ以上であること、及び引張強度が３３８ＭＰａ以上であることの両方を満たす場合は、強度に優れて好ましい。
【0063】
（伸び）
伸びは、例えば７．０％以上である。伸びが７．０％以上あるマグネシウム合金板１は、延性に優れる。伸びは高いほど好ましい。伸びは、８．０％以上、８．５％以上が好ましい。伸びの上限は特に設けないが、例えば１５％以下である。ここでいう伸びは、破断伸びのことである。
伸びは、例えば７．０％以上である。伸びが７．０％以上あるマグネシウム合金板１は、延性に優れる。伸びは高いほど好ましい。伸びは、８．０％以上、８．５％以上が好ましい。伸びの上限は特に設けないが、例えば１５％以下である。ここでいう伸びは、破断伸びのことである。
【0064】
０．２％耐力が２４８ＭＰａ以上であり、かつ、伸びが８．０％以上であるマグネシウム合金板１は、耐力と伸びの両方が高く、優れた機械的特性を有する。
【0065】
〈測定方法〉
０．２％耐力、引張強度、及び伸びは、ＪＩＳ Ｚ ２２４１：２０１１「金属材料引張試験方法」に準拠して、引張試験を行って測定する。測定は室温で行う。室温は２０℃±１５℃である。試験片は、ＪＩＳ １３Ｂ号の板状片とし、マグネシウム合金板１の任意の箇所から採取する。なお、マグネシウム合金板１の周縁及びその近傍の領域を除いて試験片をとると、適正な測定が行い易い。試験片は、例えば、マグネシウム合金板１の周縁から５ｍｍ以上離れた内側の領域からとる。
０．２％耐力、引張強度、及び伸びは、ＪＩＳ Ｚ ２２４１：２０１１「金属材料引張試験方法」に準拠して、引張試験を行って測定する。測定は室温で行う。室温は２０℃±１５℃である。試験片は、ＪＩＳ １３Ｂ号の板状片とし、マグネシウム合金板１の任意の箇所から採取する。なお、マグネシウム合金板１の周縁及びその近傍の領域を除いて試験片をとると、適正な測定が行い易い。試験片は、例えば、マグネシウム合金板１の周縁から５ｍｍ以上離れた内側の領域からとる。
【0066】
＜マグネシウム合金プレス加工品＞
図３を参照して、実施形態に係るマグネシウム合金プレス加工品２を説明する。以下、「マグネシウム合金プレス加工品」を単に「プレス加工品」と記載する場合がある。プレス加工品２は、上述した実施形態に係るマグネシウム合金板１からなる。プレス加工品２は、マグネシウム合金板１をプレス加工機を用いてプレス加工したものである。プレス加工品２は、用途などに応じて、種々の大きさ、種々の形状を採用できる。本実施形態では、プレス加工品２は、上側が開口する矩形の箱形状である。図３に示すプレス加工品２は、底板部２０と側板部２１との間に角部２５が形成されている。
図３を参照して、実施形態に係るマグネシウム合金プレス加工品２を説明する。以下、「マグネシウム合金プレス加工品」を単に「プレス加工品」と記載する場合がある。プレス加工品２は、上述した実施形態に係るマグネシウム合金板１からなる。プレス加工品２は、マグネシウム合金板１をプレス加工機を用いてプレス加工したものである。プレス加工品２は、用途などに応じて、種々の大きさ、種々の形状を採用できる。本実施形態では、プレス加工品２は、上側が開口する矩形の箱形状である。図３に示すプレス加工品２は、底板部２０と側板部２１との間に角部２５が形成されている。
【0067】
プレス加工品２は、上述したマグネシウム合金板１を素材に使用しているから、プレス加工によって割れが発生し難い。プレス加工品２はプレス加工による割れが少ない。
【0068】
＜マグネシウム合金板の製造方法＞
上述したマグネシウム合金板１は、実施形態に係るマグネシウム合金板の製造方法によって製造できる。以下、実施形態のマグネシウム合金板の製造方法を説明する。実施形態のマグネシウム合金板の製造方法は、図５に示すように、溶解工程Ｓ１と、鋳造工程Ｓ２と、溶体化工程Ｓ３と、圧延工程Ｓ４とを備える。以下、詳細に説明する。
上述したマグネシウム合金板１は、実施形態に係るマグネシウム合金板の製造方法によって製造できる。以下、実施形態のマグネシウム合金板の製造方法を説明する。実施形態のマグネシウム合金板の製造方法は、図５に示すように、溶解工程Ｓ１と、鋳造工程Ｓ２と、溶体化工程Ｓ３と、圧延工程Ｓ４とを備える。以下、詳細に説明する。
【0069】
まず、図４を参照して、実施形態のマグネシウム合金板の製造方法に利用する連続鋳造装置４の一例を説明する。連続鋳造装置４は、溶解炉４１と、移送管４２と、添加炉４３と、タンディッシュ４４と、鋳型５とを備える。溶解炉４１及び添加炉４３は、ＡｌとＳｒとを含むマグネシウム合金の溶湯３を作製するためのものである。溶解炉４１では、ＭｇとＡｌとを溶解して第一の溶湯３１を作製する。添加炉４３では、第一の溶湯３１にＳｒ１０１を添加して溶湯３を作製する。溶解炉４１と添加炉４３との間は移送管４２を介してつながっている。移送管４２は、溶解炉４１から第一の溶湯３１を添加炉４３に移送する。添加炉４３は、溶解炉４１の下流側に配置されている。具体的には、溶解炉４１とタンディッシュ４４との間に設けられている。添加炉４３は、溶湯３を出湯口４３ｇからタンディッシュ４４に供給する。タンディッシュ４４は、溶湯３を注湯口４４ｔから鋳型５に注入する。鋳型５は、溶湯３を鋳造して鋳造材６を作製する。
【0070】
実施形態のマグネシウム合金板の製造方法の特徴の１つは、溶解工程Ｓ１において、溶解炉４１でＳｒを添加するのではなく、溶解炉４１の下流側に配置された添加炉４３でＳｒ１０１を添加する点にある。Ｓｒ１０１を添加した後、溶湯３が大気中の酸素と接触する機会を減らすことができるので、Ｍｇ酸化物の発生を抑制できる。
【0071】
（溶解工程）
溶解工程Ｓ１は、マグネシウム合金の溶湯３を作製する工程である。マグネシウム合金の溶湯３は、７質量％以上１０質量％未満のＡｌと、０．０１質量％以上０．５質量％以下のＳｒとを含む。溶湯３の組成は、上述したマグネシウム合金板の組成になるように調整したものである。実施形態の製造方法では、溶解工程Ｓ１は、図５に示すように、第一の工程Ｓ１１と、第二の工程Ｓ１２と、第三の工程Ｓ１３とを備える。
第一の工程Ｓ１１は、溶解炉４１にて、ＭｇとＡｌとを溶解して第一の溶湯３１を作製する工程である。
第二の工程Ｓ１２は、第一の溶湯３１を溶解炉４１から添加炉４３に移送する工程である。
第三の工程Ｓ１３は、添加炉４３にて、第一の溶湯３１にＳｒ１０１を添加して溶湯３を作製する工程である。
溶解工程Ｓ１は、マグネシウム合金の溶湯３を作製する工程である。マグネシウム合金の溶湯３は、７質量％以上１０質量％未満のＡｌと、０．０１質量％以上０．５質量％以下のＳｒとを含む。溶湯３の組成は、上述したマグネシウム合金板の組成になるように調整したものである。実施形態の製造方法では、溶解工程Ｓ１は、図５に示すように、第一の工程Ｓ１１と、第二の工程Ｓ１２と、第三の工程Ｓ１３とを備える。
第一の工程Ｓ１１は、溶解炉４１にて、ＭｇとＡｌとを溶解して第一の溶湯３１を作製する工程である。
第二の工程Ｓ１２は、第一の溶湯３１を溶解炉４１から添加炉４３に移送する工程である。
第三の工程Ｓ１３は、添加炉４３にて、第一の溶湯３１にＳｒ１０１を添加して溶湯３を作製する工程である。
【0072】
〈第一の工程〉
第一の工程Ｓ１１で作製する第一の溶湯３１は、ＭｇとＡｌとを含む溶湯であって、Ｓｒを含まない。溶解炉４１に投入する原料１００は、例えば、Ｍｇ、Ａｌ、ＭｇとＡｌとを含むマグネシウム合金などが挙げられる。ＭｇとＡｌとを含むマグネシウム合金としては、例えばＡＺ９１合金などが挙げられる。その他、必要に応じて、Ｚｎ、Ｍｎなどを加えてもよい。原料１００の形態は、インゴットでもペレットでも粉末でもよい。第一の溶湯３１の組成は、第三の工程Ｓ１３でＳｒ１０１を添加したときに、溶湯３の組成が所定の組成になるように調整する。
第一の工程Ｓ１１で作製する第一の溶湯３１は、ＭｇとＡｌとを含む溶湯であって、Ｓｒを含まない。溶解炉４１に投入する原料１００は、例えば、Ｍｇ、Ａｌ、ＭｇとＡｌとを含むマグネシウム合金などが挙げられる。ＭｇとＡｌとを含むマグネシウム合金としては、例えばＡＺ９１合金などが挙げられる。その他、必要に応じて、Ｚｎ、Ｍｎなどを加えてもよい。原料１００の形態は、インゴットでもペレットでも粉末でもよい。第一の溶湯３１の組成は、第三の工程Ｓ１３でＳｒ１０１を添加したときに、溶湯３の組成が所定の組成になるように調整する。
【0073】
第一の溶湯３１の作製は、Ｍｇ酸化物の生成を抑制するため、溶解炉４１内の雰囲気を酸素濃度が低い不活性ガス雰囲気としたり、第一の溶湯３１の表面にＳＦ６ガスなどの防燃ガスを吹き付けて保護膜を形成したりすることが好ましい。これにより、第一の溶湯３１の表面が、溶解炉４１内に流入した大気中の酸素と接触することを回避できる。不活性ガスとしては、例えばアルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、窒素（Ｎ）などを用いることができる。不活性ガス雰囲気とする場合、雰囲気中の酸素濃度は、例えば０．５体積％以下とすることが好ましい。本実施形態では、溶解炉４１内に不活性ガスを導入すると共に、ＳＦ６ガスを第一の溶湯３１の表面に吹き付けて保護膜を形成している。
【0074】
溶解炉４１では、原料１００の投入時だけでなく、除滓時にも、溶解炉４１内に大気が流入する頻度が多い。溶解炉４１で作製する第一の溶湯３１はＳｒを含まないため、Ｓｒを含む溶湯３に比べてＭｇ酸化物の発生はある程度抑えられる。
【0075】
〈第二の工程〉
溶解炉４１から添加炉４３への第一の溶湯３１の移送は移送管４２を介して行う。移送管４２には、第一の溶湯３１を圧送するポンプ４２ｐが設けられている。移送管４２内を第一の溶湯３１で満たすことで、第一の溶湯３１と大気中の酸素との接触を回避できる。本実施形態では、移送管４２は溶解炉４１と添加炉４３との間でサイホンを形成するように設けられている。
溶解炉４１から添加炉４３への第一の溶湯３１の移送は移送管４２を介して行う。移送管４２には、第一の溶湯３１を圧送するポンプ４２ｐが設けられている。移送管４２内を第一の溶湯３１で満たすことで、第一の溶湯３１と大気中の酸素との接触を回避できる。本実施形態では、移送管４２は溶解炉４１と添加炉４３との間でサイホンを形成するように設けられている。
【0076】
〈第三の工程〉
添加炉４３において、第一の溶湯３１にＳｒ１０１を添加することで、溶湯３を所定の組成にする。Ｓｒ１０１を添加すると、Ｍｇが活性化され、Ｍｇ酸化物が生成され易くなる。そこで、添加炉４３内の雰囲気は、例えば、酸素濃度が０．１体積％以下の不活性ガス雰囲気とすることが好ましい。本実施形態では、添加炉４３内に不活性ガスを導入して、添加炉４３内の雰囲気が、酸素濃度が０．１体積％以下の不活性ガス雰囲気に制御されている。
添加炉４３において、第一の溶湯３１にＳｒ１０１を添加することで、溶湯３を所定の組成にする。Ｓｒ１０１を添加すると、Ｍｇが活性化され、Ｍｇ酸化物が生成され易くなる。そこで、添加炉４３内の雰囲気は、例えば、酸素濃度が０．１体積％以下の不活性ガス雰囲気とすることが好ましい。本実施形態では、添加炉４３内に不活性ガスを導入して、添加炉４３内の雰囲気が、酸素濃度が０．１体積％以下の不活性ガス雰囲気に制御されている。
【0077】
添加炉４３は、溶湯３をタンディッシュ４４に供給する出湯口４３ｇを有する。本実施形態では、出湯口４３ｇが添加炉４３の底部に設けられている。溶湯３中のＭｇ酸化物は軽いため、溶湯３の表面に浮き上がる。出湯口４３ｇが添加炉４３の底部にあると、Ｍｇ酸化物が少ない溶湯３をタンディッシュ４４に供給できる。
【0078】
Ｓｒ１０１の添加後は、Ｍｇ酸化物の生成を抑制するため、溶湯３と大気中の酸素との接触を低減することが望まれる。本実施形態では、添加炉４３を下流側に配置して、添加炉４３からタンディッシュ４４に直接供給するように構成されている。そのため、Ｓｒ１０１を添加した後、溶湯３を鋳造するまでの時間が短い。即ち、溶湯３が大気中の酸素と接触する機会が少ない。
【0079】
｛溶湯の表面積／溶湯の体積｝
添加炉４３において、Ｍｇ酸化物の生成を抑制するため、溶湯３の表面積Ｍｓと体積Ｍｖとの比Ｍｓ／Ｍｖを特定の範囲とすることが好ましい。溶湯３の表面積Ｍｓは、添加炉４３内で溶湯３が雰囲気と接触する表面の面積である。溶湯３に含まれるＳｒの濃度、即ち含有量が多いほど、Ｍｇ酸化物がより生成され易い。そのため、Ｍｇ酸化物が過剰に生成されたり、粗大化したりするおそれがある。上記比Ｍｓ／Ｍｖが小さいほど、溶湯３全体に対して雰囲気との接触面積が小さくなる。添加炉４３内に大気が流入してＭｇ酸化物が生成されたとしても、溶湯３全体に対するＭｇ酸化物の量が減少する。溶湯３中のＳｒの濃度をＸ質量％として、上記比Ｍｓ／Ｍｖが－０．００３５×Ｘ＋０．００５３以下を満たすことで、溶湯３中のＭｇ酸化物を低減できる。
添加炉４３において、Ｍｇ酸化物の生成を抑制するため、溶湯３の表面積Ｍｓと体積Ｍｖとの比Ｍｓ／Ｍｖを特定の範囲とすることが好ましい。溶湯３の表面積Ｍｓは、添加炉４３内で溶湯３が雰囲気と接触する表面の面積である。溶湯３に含まれるＳｒの濃度、即ち含有量が多いほど、Ｍｇ酸化物がより生成され易い。そのため、Ｍｇ酸化物が過剰に生成されたり、粗大化したりするおそれがある。上記比Ｍｓ／Ｍｖが小さいほど、溶湯３全体に対して雰囲気との接触面積が小さくなる。添加炉４３内に大気が流入してＭｇ酸化物が生成されたとしても、溶湯３全体に対するＭｇ酸化物の量が減少する。溶湯３中のＳｒの濃度をＸ質量％として、上記比Ｍｓ／Ｍｖが－０．００３５×Ｘ＋０．００５３以下を満たすことで、溶湯３中のＭｇ酸化物を低減できる。
【0080】
上記比Ｍｓ／Ｍｖは、例えば０．００５ｍｍ－１以下、更に０．００３ｍｍ－１以下である。例えばＳｒの濃度Ｘが０．１質量％の場合、上記比Ｍｓ／Ｍｖを０．００５ｍｍ－１以下とすれば、最大径Ｄａが２０μｍ以上のＭｇ酸化物の平均個数を５．０個／ｃｍ２未満とすることが可能である。Ｓｒの濃度Ｘが０．５質量％の場合、上記比Ｍｓ／Ｍｖを０．００３ｍｍ－１以下とすれば、最大径Ｄａが２０μｍ以上のＭｇ酸化物の平均個数を５．０個／ｃｍ２未満とすることが可能である。つまり、Ｓｒの濃度Ｘが０．０１質量％以上０．５質量％以下の範囲であれば、上記比Ｍｓ／Ｍｖを０．００３ｍｍ－１以下とすることで、Ｍｇ酸化物を確実に低減できる。Ｓｒの濃度Ｘが０．１質量％以下であれば、上記比Ｍｓ／Ｍｖを０．００５ｍｍ－１以下まで許容できる。
【0081】
上記比Ｍｓ／Ｍｖを小さくするには、溶湯３の表面積Ｍｓが小さくなるようにすればよい。例えば、添加炉４３の形状を底が深い形状、即ち縦長の形状とすることが挙げられる。或いは、添加炉４３の形状が上方に向かって内部空間が狭くなる先細り形状でもよい。このような形状の添加炉４３を用いることで、溶湯３の表面積Ｍｓを小さくし、Ｍｇ酸化物の生成を抑制できる。
【0082】
｛核生成物質｝
上記第一の工程Ｓ１１、及び上記第三の工程Ｓ１３のうち少なくとも一方の工程において、第一の溶湯３１、及び溶湯３の少なくとも一方に、核生成物質１０２を導入してもよい。核生成物質１０２は、溶湯３が凝固を開始する起点となる物質である。溶湯３中に核生成物質１０２を含むことで、凝固時にマグネシウム合金の結晶粒が微細になり、微細な結晶組織が得られる。
上記第一の工程Ｓ１１、及び上記第三の工程Ｓ１３のうち少なくとも一方の工程において、第一の溶湯３１、及び溶湯３の少なくとも一方に、核生成物質１０２を導入してもよい。核生成物質１０２は、溶湯３が凝固を開始する起点となる物質である。溶湯３中に核生成物質１０２を含むことで、凝固時にマグネシウム合金の結晶粒が微細になり、微細な結晶組織が得られる。
【0083】
核生成物質は、溶湯中に溶けず、かつ、溶湯中で分散し易い物質がよい。また、核生成物質はＭｇと格子定数が近いものが好ましい。Ｍｇと格子定数が近いとは、Ｍｇの格子定数と核生成物質の格子定数との比が、例えば０．７５以上１．２５以下の範囲内であることをいう。格子定数はａ軸の格子定数とする。即ち、Ｍｇの格子定数と核生成物質の格子定数との比は、（Ｍｇのａ軸の格子定数）／（核生成物質のａ軸の格子定数）により求める。核生成物質としては、例えばＭｇＯ、炭化アルミニウム（Ａｌ４Ｃ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などが挙げられる。Ｍｇのａ軸の格子定数は３．２×１０－１０ｍである。ＭｇＯのａ軸の格子定数は４．２１×１０－１０ｍである。Ａｌ４Ｃ３のａ軸の格子定数は３．３×１０－１０ｍである。ＡｌＮのａ軸の格子定数は３．１×１０－１０ｍである。核生成物質の平均粒径は、例えば５μｍ以下、更に３μｍ以下が好ましい。核生成物質の含有量は、例えば１０質量ｐｐｍ以下、更に６質量ｐｐｍ以下が好ましい。核生成物質の平均粒径が５μｍ以下であり、かつ、含有量が１０質量ｐｐｍ以下であれば、核生成物質は微細であり、かつ、極微量である。そのため、マグネシウム合金中に核生成物質が存在しても、マグネシウム合金板の特性に影響を与えることはほぼない。核生成物質の平均粒径は、レーザ回折式粒度分布測定装置により測定した体積粒度分布における累積体積が５０％となる粒径（Ｄ５０）とする。
【0084】
核生成物質の導入方法としては、核生成物質の粉末を溶湯に直接添加してもよい。その他、溶湯中の元素と反応して核生成物質となる原料の粉末を溶湯に添加してもよい。核生成物質となる上記原料としては、例えば、カーボン（Ｃ）を用いることができる。カーボンの粉末を溶湯に添加した場合、溶湯中のＡｌと結合してＡｌ４Ｃ３になる。Ａｌ４Ｃ３は核生成物質として機能する。或いは、溶湯中の元素と反応して核生成物質を形成するガスを溶湯に吹き込んで、溶湯中の元素との反応物として導入してもよい。核生成物質を形成する上記ガスとしては、例えば二酸化炭素（ＣＯ２）、Ｎ２などを用いることができる。ＣＯ２ガスを溶湯に吹き込んだ場合、溶湯中のＭｇがＣＯ２の酸素と結合してＭｇＯになり、ＣＯ２は酸素を奪われてカーボンになる。このカーボンは、溶湯中のＡｌと結合してＡｌ４Ｃ３になる。Ａｌ４Ｃ３は核生成物質として機能する。Ｎ２ガスを溶湯に吹き込んだ場合、溶湯中のＡｌとＮとが結合してＡｌＮになる。ＡｌＮは核生成物質として機能する。溶湯にガスを吹き込んだ場合、ガスによって溶湯が攪拌され、核生成物質が溶湯中に微細に分散させるという効果も期待できる。
【0085】
（鋳造工程）
鋳造工程Ｓ２は、溶湯３を鋳造して鋳造材６を作製する工程である。本実施形態では、溶解工程Ｓ１で作製した溶湯３は、添加炉４３の出湯口４３ｇを介してタンディッシュ４４に供給される。タンディッシュ４４の注湯口４４ｔから溶湯３を鋳型５に注入して、溶湯３を鋳造する。鋳造は連続鋳造が好ましい。連続鋳造には、双ロール鋳造、双ベルト鋳造、ベルトアンドホイール鋳造など種々の方法がある。本実施形態では、双ロール鋳造を利用する。双ロール鋳造は、鋳型５である一対のロール５０間に溶湯３を供給し、ロール５０で溶湯３を冷却して凝固させる。一対のロール５０の各々は図４に矢印で示す方向に回転される。双ロール鋳造は急冷凝固が可能である。そのため、双ロール鋳造により作製された鋳造材６は、引け巣、ポア、偏析などの内部欠陥が少ない。また、結晶粒が小さくなる上、Ｍｇ酸化物やＡｌ－Ｓｒ化合物なども小さくなる。鋳造時の冷却速度は、例えば２００℃／秒以上とすることが好ましい。冷却速度が大きいほど、内部欠陥の低減、結晶粒の微細化、Ｍｇ酸化物やＡｌ－Ｓｒ化合物などの微細化を図ることができる。冷却速度は、更に３００℃／秒以上、４００℃／秒以上、５００℃／秒以上が好ましい。
鋳造工程Ｓ２は、溶湯３を鋳造して鋳造材６を作製する工程である。本実施形態では、溶解工程Ｓ１で作製した溶湯３は、添加炉４３の出湯口４３ｇを介してタンディッシュ４４に供給される。タンディッシュ４４の注湯口４４ｔから溶湯３を鋳型５に注入して、溶湯３を鋳造する。鋳造は連続鋳造が好ましい。連続鋳造には、双ロール鋳造、双ベルト鋳造、ベルトアンドホイール鋳造など種々の方法がある。本実施形態では、双ロール鋳造を利用する。双ロール鋳造は、鋳型５である一対のロール５０間に溶湯３を供給し、ロール５０で溶湯３を冷却して凝固させる。一対のロール５０の各々は図４に矢印で示す方向に回転される。双ロール鋳造は急冷凝固が可能である。そのため、双ロール鋳造により作製された鋳造材６は、引け巣、ポア、偏析などの内部欠陥が少ない。また、結晶粒が小さくなる上、Ｍｇ酸化物やＡｌ－Ｓｒ化合物なども小さくなる。鋳造時の冷却速度は、例えば２００℃／秒以上とすることが好ましい。冷却速度が大きいほど、内部欠陥の低減、結晶粒の微細化、Ｍｇ酸化物やＡｌ－Ｓｒ化合物などの微細化を図ることができる。冷却速度は、更に３００℃／秒以上、４００℃／秒以上、５００℃／秒以上が好ましい。
【0086】
また、双ロール鋳造を利用すれば、一様な厚さを有する平板状の鋳造材６を連続的に製造できる。例えば、長さが５０ｍ以上の鋳造材６を製造することも可能である。このような長尺な鋳造材６はコイル状に巻き取られる。鋳造材６の厚さは適宜選択できる。鋳造材６の厚さは、例えば２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。
【0087】
（溶体化工程）
溶体化工程は、鋳造材を溶体化処理する工程である。溶体化処理は、鋳造材中に含まれる添加元素を固溶させ、ＡｌやＳｒなどの濃度のバラツキを均一化する。溶体化処理の条件は、加熱温度を３８０℃以上４２０℃以下、保持時間を６０分以上６００分以下とするとよい。
溶体化工程は、鋳造材を溶体化処理する工程である。溶体化処理は、鋳造材中に含まれる添加元素を固溶させ、ＡｌやＳｒなどの濃度のバラツキを均一化する。溶体化処理の条件は、加熱温度を３８０℃以上４２０℃以下、保持時間を６０分以上６００分以下とするとよい。
【0088】
（圧延工程）
圧延工程は、溶体化処理した鋳造材を圧延して圧延材を作製する。得られた圧延材は、マグネシウム合金板である。溶体化処理した鋳造材を圧延することで、上述したポアなどの内部欠陥が少ない緻密な組織とすることができる。圧延により加工歪が導入されることで、再結晶化により結晶粒が微細化する。例えば、圧延後の平均結晶粒径Ｄｃを１０μｍ以下とすることが可能である。また、圧延によるせん断によって、粗大なＭｇ酸化物やＡｌ－Ｓｒ化合物が小さく分断される。圧延材の厚さは適宜選択できる。圧延材の厚さは、例えば０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である。
圧延工程は、溶体化処理した鋳造材を圧延して圧延材を作製する。得られた圧延材は、マグネシウム合金板である。溶体化処理した鋳造材を圧延することで、上述したポアなどの内部欠陥が少ない緻密な組織とすることができる。圧延により加工歪が導入されることで、再結晶化により結晶粒が微細化する。例えば、圧延後の平均結晶粒径Ｄｃを１０μｍ以下とすることが可能である。また、圧延によるせん断によって、粗大なＭｇ酸化物やＡｌ－Ｓｒ化合物が小さく分断される。圧延材の厚さは適宜選択できる。圧延材の厚さは、例えば０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である。
【0089】
圧延は温間圧延が好ましい。温間圧延の条件は、例えば、素材温度を２００℃以上３５０℃以下とするとよい。素材温度を２００℃以上とすることで、圧延し易くなり、圧延中の割れを抑制できる。素材温度を３５０℃以下とすることで、加工歪が除去され難く、再結晶化が起こり易い。圧延は、圧延材が所定の厚さになるまで、複数パス行ってもよい。１パスあたりの圧下率は、例えば１０％以上５０％以下とする。１パスあたりの圧下率（％）は、［（圧延前の厚さ－圧延後の厚さ）／圧延前の厚さ］×１００で表される。総圧下率は、例えば７０％以上９５％以下、更に７５％以上９３％以下とすることが好ましい。総圧下率（％）は、［（初期厚さ－最終厚さ）／初期の厚さ］×１００で表される。総圧下率が大きいほど、加工歪が大きくなる。そのため、微細な結晶組織が得られ易い。総圧下率が大き過ぎると、集合組織が発達して延性が低下する。そのため、所定の厚さまで圧延を継続できなくなるおそれがある。
【0090】
（その他）
圧延した後、必要に応じて、圧延材に熱処理、レベラー加工、研磨加工、表面処理などを実施してもよい。熱処理は、圧延材の歪を除去する。レベラー加工は、圧延材の反りを矯正する。研磨加工は、圧延材の表面に付着している圧延油を除去する。表面処理は、例えば、圧延材の表面を化成処理して、その表面に化成皮膜を形成する。
圧延した後、必要に応じて、圧延材に熱処理、レベラー加工、研磨加工、表面処理などを実施してもよい。熱処理は、圧延材の歪を除去する。レベラー加工は、圧延材の反りを矯正する。研磨加工は、圧延材の表面に付着している圧延油を除去する。表面処理は、例えば、圧延材の表面を化成処理して、その表面に化成皮膜を形成する。
【0091】
［試験例１］
種々の条件でマグネシウム合金板の試料を作製した。作製した各試料を評価した。
種々の条件でマグネシウム合金板の試料を作製した。作製した各試料を評価した。
【0092】
（試料の作製）
各試料のマグネシウム合金板は、上述した製造方法によって作製する。ここでは、図４に示す連続鋳造装置４を使用する。この連続鋳造装置４は、上述した溶解炉４１と添加炉４３とを備える。表１に示す組成のマグネシウム合金の溶湯３を作製した。表１に示す各元素の含有量は質量％である。原料として、ＡＺ９１合金のインゴットを用意した。ＡＺ９１合金の組成は、９．０質量％のＡｌと、０．６質量％のＺｎと、０．２質量％のＭｎとを含み、残部がＭｇ及び不可避不純物からなる。溶解炉４１にて、ＡＺ９１合金を溶解して第一の溶湯３１を作製した。試料Ｎｏ．１－１０，１－１１，１－１２は、Ａｌの含有量を調整するため、必要に応じて、第一の溶湯３１にＡｌ又はＭｇを添加した。添加炉４３にて、第一の溶湯３１にＳｒを添加してマグネシウム合金の溶湯３を作製した。試料Ｎｏ．１－１は、Ｓｒを添加していない。
各試料のマグネシウム合金板は、上述した製造方法によって作製する。ここでは、図４に示す連続鋳造装置４を使用する。この連続鋳造装置４は、上述した溶解炉４１と添加炉４３とを備える。表１に示す組成のマグネシウム合金の溶湯３を作製した。表１に示す各元素の含有量は質量％である。原料として、ＡＺ９１合金のインゴットを用意した。ＡＺ９１合金の組成は、９．０質量％のＡｌと、０．６質量％のＺｎと、０．２質量％のＭｎとを含み、残部がＭｇ及び不可避不純物からなる。溶解炉４１にて、ＡＺ９１合金を溶解して第一の溶湯３１を作製した。試料Ｎｏ．１－１０，１－１１，１－１２は、Ａｌの含有量を調整するため、必要に応じて、第一の溶湯３１にＡｌ又はＭｇを添加した。添加炉４３にて、第一の溶湯３１にＳｒを添加してマグネシウム合金の溶湯３を作製した。試料Ｎｏ．１－１は、Ｓｒを添加していない。
【0093】
添加炉４３における溶湯３の表面積Ｍｓと体積Ｍｖとの比Ｍｓ／Ｍｖが０．００３ｍｍ－１となるように、添加炉４３内の溶湯３の量を調整した。添加炉４３内の雰囲気は酸素濃度が０．１体積％以下の不活性ガス雰囲気とした。また、溶解炉４１にて、第一の溶湯３１に核生成物質１０２を導入した。具体的には、核生成物質１０２として、ＡｌＮの粉末を添加した。ＡｌＮの粉末の平均粒径は１μｍ以下である。ＡｌＮの粉末の平均粒径は、レーザ回折式粒度分布測定装置により測定した体積粒度分布における累積体積が５０％となる粒径（Ｄ５０）として算出した値である。ＡｌＮの粉末の添加量は５質量ｐｐｍである。試料Ｎｏ．１－７，１－９は、核生成物質を導入していない。表１中、「核生成物質（有／無）」は、有の場合、核生成物質を導入していることを示す。無の場合、核生成物質を導入していないことを示す。
【0094】
作製したマグネシウム合金の溶湯を双ロール鋳造法により連続鋳造して、鋳造材を作製した。鋳造材の長さは５０ｍ以上である。連続鋳造により得られた鋳造材の両端部分や両縁部分など、加工条件が不安定な部分は除去した。鋳造材の両端部分は、図６に示すように、鋳造材６の長手方向の先頭部分２１１及び末端部分２１２を含む。鋳造材６の長手方向は鋳造方向に相当する。鋳造材６の場合、先頭部分２１１は鋳造開始時に形成される端部である。末端部分２１２は鋳造終了時に形成される端部である。鋳造材の両縁部分は、図６に示す鋳造材６の幅方向における両側の縁部２１３である。鋳造材の幅は約４００ｍｍである。鋳造材の板厚は３ｍｍ以上１０ｍｍ以下とした。表１中、「鋳造板厚」は鋳造材の板厚のことである。鋳造材をコイル状に巻き取った。鋳造時の冷却速度を測定した。ロールに注湯する前の溶湯の温度と、ロールから出てきた直後の鋳造材の温度との温度差とを測定すると共に、ロールに注湯してから鋳造材が出てくるまでの時間を測定した。冷却速度は、上記温度差を上記時間で割ることで算出した。試料Ｎｏ．１－１７は、連続鋳造ではなく、金型鋳造とした。金型鋳造は、マグネシウム合金の溶湯を鋳型に流し込み、鋳型で溶湯を冷却して凝固させる。金型鋳造での冷却速度は、熱電対により鋳型内の溶湯の温度を測定し、溶湯が凝固するまでの時間から算出した。
【0095】
連続鋳造した鋳造材をコイル状に巻き取った状態で加熱炉に入れ、溶体化処理した。金型鋳造した鋳造材は、そのまま加熱炉に入れ、溶体化処理した。溶体化処理は、３８０℃以上４２０℃以下で５時間保持した。
【0096】
（溶体化後の平均結晶粒径の評価）
溶体化後の平均結晶粒径Ｄｃを測定した。平均結晶粒径Ｄｃの測定は、上述したライン法で行う。溶体化処理した鋳造材の任意の部位の断面において、平均結晶粒径Ｄｃを測定した。上述した測定用直線の長さは、この直線によって切断される結晶粒が１００個となる長さとした。平均結晶粒径Ｄｃを測定する断面の数は１０とした。表１中、「溶体化後平均結晶粒径」は溶体化処理した鋳造材での平均結晶粒径Ｄｃのことである。
溶体化後の平均結晶粒径Ｄｃを測定した。平均結晶粒径Ｄｃの測定は、上述したライン法で行う。溶体化処理した鋳造材の任意の部位の断面において、平均結晶粒径Ｄｃを測定した。上述した測定用直線の長さは、この直線によって切断される結晶粒が１００個となる長さとした。平均結晶粒径Ｄｃを測定する断面の数は１０とした。表１中、「溶体化後平均結晶粒径」は溶体化処理した鋳造材での平均結晶粒径Ｄｃのことである。
【0097】
溶体化処理した鋳造材に対して複数パスの圧延を行って、圧延材からなるマグネシウム合金板を作製した。圧延は板厚が０．８ｍｍとなるまで実施した。圧延材の両端部分や両縁部分は除去した。圧延材の両端部分は、図６に示すように、圧延材８の長手方向の先頭部分２１１及び末端部分２１２を含む。圧延材８の長手方向は圧延方向に相当する。圧延材８の場合、先頭部分２１１は圧延開示時に形成される端部である。末端部分２１２は圧延終了時に形成される端部である。圧延材の両縁部分は、図６に示す圧延材８の幅方向における両側の縁部２１３である。圧延材の幅は約３５０ｍｍである。１パスあたりの圧下率は１０％以上５０％以下とした。素材温度は２００℃以上３５０℃以下とした。表１に、各試料の圧延後の板厚と総圧下率とを示す。
【0098】
圧延材の組成をグロー放電発光分析装置を用いて測定した。Ａｌの含有量及びＳｒの含有量は表１に示すとおりであった。
【0099】
（圧延後の平均結晶粒径の評価）
圧延材に３００℃で３０分間の熱処理を行って、歪を除去した。熱処理した圧延材の平均結晶粒径Ｄｃを測定した。平均結晶粒径Ｄｃの測定は、上述したライン法で行う。圧延材の任意の部位の断面において、平均結晶粒径Ｄｃを測定した。測定用直線の長さは、この直線によって切断される結晶粒が１００個となる長さとした。平均結晶粒径Ｄｃを測定する断面の数は１０とした。表１中、「圧延後平均結晶粒径」は熱処理した圧延材での平均結晶粒径Ｄｃのことである。
圧延材に３００℃で３０分間の熱処理を行って、歪を除去した。熱処理した圧延材の平均結晶粒径Ｄｃを測定した。平均結晶粒径Ｄｃの測定は、上述したライン法で行う。圧延材の任意の部位の断面において、平均結晶粒径Ｄｃを測定した。測定用直線の長さは、この直線によって切断される結晶粒が１００個となる長さとした。平均結晶粒径Ｄｃを測定する断面の数は１０とした。表１中、「圧延後平均結晶粒径」は熱処理した圧延材での平均結晶粒径Ｄｃのことである。
【0100】
（Ｍｇ酸化物量の評価）
圧延材の任意の部位の断面を観察することにより、最大径Ｄａが２０μｍ以上のＭｇ酸化物の平均個数を測定した。最大径Ｄａが２０μｍ以上Ｍｇ酸化物の平均個数の測定は、上述したＭｇ酸化物の平均個数の測定方法で行う。観察する断面の数は１０とした。表１中、「ＭｇＯ平均個数（≧２０μｍ）」は最大径Ｄａが２０μｍ以上のＭｇ酸化物の１ｃｍ２あたりの平均個数のことである。
圧延材の任意の部位の断面を観察することにより、最大径Ｄａが２０μｍ以上のＭｇ酸化物の平均個数を測定した。最大径Ｄａが２０μｍ以上Ｍｇ酸化物の平均個数の測定は、上述したＭｇ酸化物の平均個数の測定方法で行う。観察する断面の数は１０とした。表１中、「ＭｇＯ平均個数（≧２０μｍ）」は最大径Ｄａが２０μｍ以上のＭｇ酸化物の１ｃｍ２あたりの平均個数のことである。
【0101】
（Ａｌ－Ｓｒ化合物量の評価）
圧延材の任意の部位の断面を観察することにより、平均粒径Ｄｂが２μｍ以上５μｍ未満のＡｌ－Ｓｒ化合物の平均個数と、平均粒径Ｄｂが５μｍ以上のＡｌ－Ｓｒ化合物の平均個数とを測定した。それぞれのＡｌ－Ｓｒ化合物の平均個数は、上述したＡｌ－Ｓｒ化合物の平均個数の測定方法で行う。観察する断面の数は１０とした。表１中、「Ａｌ－Ｓｒ平均個数（＜５μｍ）」は平均粒径Ｄｂが２μｍ以上５μｍ未満のＡｌ－Ｓｒ化合物の４００μｍ２あたりの平均個数のことである。「Ａｌ－Ｓｒ平均個数（≧５μｍ）」は平均粒径Ｄｂが５μｍ以上のＡｌ－Ｓｒ化合物の４００μｍ２あたりの平均個数のことである。
圧延材の任意の部位の断面を観察することにより、平均粒径Ｄｂが２μｍ以上５μｍ未満のＡｌ－Ｓｒ化合物の平均個数と、平均粒径Ｄｂが５μｍ以上のＡｌ－Ｓｒ化合物の平均個数とを測定した。それぞれのＡｌ－Ｓｒ化合物の平均個数は、上述したＡｌ－Ｓｒ化合物の平均個数の測定方法で行う。観察する断面の数は１０とした。表１中、「Ａｌ－Ｓｒ平均個数（＜５μｍ）」は平均粒径Ｄｂが２μｍ以上５μｍ未満のＡｌ－Ｓｒ化合物の４００μｍ２あたりの平均個数のことである。「Ａｌ－Ｓｒ平均個数（≧５μｍ）」は平均粒径Ｄｂが５μｍ以上のＡｌ－Ｓｒ化合物の４００μｍ２あたりの平均個数のことである。
【0102】
（機械的特性の評価）
圧延材について、０．２％耐力、引張強度、及び伸びを測定した。０．２％耐力、引張強度、及び伸びは、上述したように、ＪＩＳ Ｚ ２２４１：２０１１「金属材料引張試験方法」に準拠して、引張試験を行って測定した。機械的特性の測定結果は表２に示す。
圧延材について、０．２％耐力、引張強度、及び伸びを測定した。０．２％耐力、引張強度、及び伸びは、上述したように、ＪＩＳ Ｚ ２２４１：２０１１「金属材料引張試験方法」に準拠して、引張試験を行って測定した。機械的特性の測定結果は表２に示す。
【0103】
（プレス加工性の評価）
圧延材からプレス加工用の板片を２０枚採取した。板片のサイズは、長さ２００ｍｍ、幅３００ｍｍとした。上記板片をプレス加工機を用いてプレス加工した。ここでは、図３に示すような矩形の箱形状のプレス加工品を作製した。プレス加工品における角部の外側の曲げ半径は１．０ｍｍである。２０枚の全ての板片についてプレス加工を実施した。プレス加工の条件は、上記板片の温度を２５０℃、金型温度を２５０℃とした。プレス加工品の外観をスコープで拡大して、割れの有無を調べた。割れは、長さが０．５ｍｍ以上で、かつ深さが１０μｍ以上のものとする。２０枚全てで割れが発見されなかった場合、プレス加工性の評価をＡとする。２０枚の板片のうち、１枚でも割れが１つ以上発生した場合、プレス加工性の評価をＢとする。
圧延材からプレス加工用の板片を２０枚採取した。板片のサイズは、長さ２００ｍｍ、幅３００ｍｍとした。上記板片をプレス加工機を用いてプレス加工した。ここでは、図３に示すような矩形の箱形状のプレス加工品を作製した。プレス加工品における角部の外側の曲げ半径は１．０ｍｍである。２０枚の全ての板片についてプレス加工を実施した。プレス加工の条件は、上記板片の温度を２５０℃、金型温度を２５０℃とした。プレス加工品の外観をスコープで拡大して、割れの有無を調べた。割れは、長さが０．５ｍｍ以上で、かつ深さが１０μｍ以上のものとする。２０枚全てで割れが発見されなかった場合、プレス加工性の評価をＡとする。２０枚の板片のうち、１枚でも割れが１つ以上発生した場合、プレス加工性の評価をＢとする。
【0104】
【表1】
【0105】
【表2】
【0106】
試料Ｎｏ．１－２から１－８、試料Ｎｏ．１－１１から１－１６は、特定の組成と、特定の組織とを備える。特定の組成とは、７質量％以上１０質量％未満Ａｌと、０．０１質量％以上０．５質量％以下のＳｒとを含むマグネシウム合金からなる。特定の組織とは、最大径Ｄａが２０μｍ以上のＭｇＯの平均個数が１ｃｍ２あたり５．０個未満である。更に、平均粒径Ｄｂが２μｍ以上５μｍ未満のＡｌ－Ｓｒ化合物の平均個数が４００μｍ２あたり５．０個未満であり、かつ、平均粒径Ｄｂが５μｍ以上のＡｌ－Ｓｒ化合物の平均個数が４００μｍ２あたり１．０個未満である。
【0107】
表１に示すように、試料Ｎｏ．１－２から１－８、試料Ｎｏ．１－１１から１－１６は、いずれもプレス加工性に優れる。これらの試料は、圧延後の平均結晶粒径Ｄｃが７．５μｍ以下であり、Ｓｒを含まない試料Ｎｏ．１－１に比べて、圧延後の平均結晶粒径Ｄｃが小さい。また、試料Ｎｏ．１－２から１－６，１－８の比較から、Ｓｒを多く含むほど、溶体化後の平均結晶粒径Ｄｃと圧延後の平均結晶粒径Ｄｃが共に小さくなることが分かる。試料Ｎｏ．１－２から１－６，１－８のうち、Ｓｒを０．０２質量％以上含む試料は、圧延後の平均結晶粒径Ｄｃが７．０μｍ以下である。Ｓｒを０．０５質量％以上含む試料は、圧延後の平均結晶粒径Ｄｃが６．５μｍ以下である。また、表２に示す機械的特性の評価結果から、圧延後の平均結晶粒径Ｄｃが小さくなるほど、０．２％耐力や引張強度、伸びといった機械的特性が向上することが分かる。試料Ｎｏ．１－２から１－８、試料Ｎｏ．１－１１から１－１６はいずれも、０．２％耐力が２４０ＭＰａ以上及び引張強度が３３８ＭＰａ以上の両方を満たしており、強度に優れる。更に、これらの試料は、伸びが７．０％以上であり、延性にも優れる。試料Ｎｏ．１－２から１－６，１－８のうち、Ｓｒを０．０５質量％以上含む試料は、０．２％耐力が２４８ＭＰａ以上、かつ、伸びが８．０％以上であり、優れた機械的特性を有する。
【0108】
表１に示す試料Ｎｏ．１－６と１－７との比較、試料Ｎｏ．１－８と１－９との比較から、核生成物質を導入することによって、平均結晶粒径Ｄｃが小さくなることが分かる。更に、核生成物質を導入することによって、平均粒径Ｄｂが２μｍ以上５μｍ未満のＡｌ－Ｓｒ化合物の平均個数、及び平均粒径Ｄｂが５μｍ以上のＡｌ－Ｓｒ化合物の平均個数がそれぞれ減少することが分かる。
【0109】
試料Ｎｏ．１－１８の結果から、Ｓｒを過剰に含むと、平均結晶粒径Ｄｃが小さくなるが、Ａｌ－Ｓｒ化合物の平均個数が増える。そして、プレス加工性が劣ることが分かる。試料Ｎｏ．１－１０の結果から、Ａｌを過剰に含むと、Ａｌ－Ｓｒ化合物の平均個数が増えることによって、プレス加工性が劣ることが分かる。
【0110】
試料Ｎｏ．１－８と１－１１と１－１２との比較から、Ａｌを多く含むほど、０．２％耐力や引張強度といった強度特性が向上するが、伸びは低下することが分かる。試料Ｎｏ．１－１３から１－１６の比較から、圧延時の総圧下率が大きいほど、圧延後の平均結晶粒径Ｄｃが小さくなることが分かる。試料Ｎｏ．１－１７の結果から、冷却速度が著しく低い場合は、平均結晶粒径Ｄｃが粗大化すると共に、Ａｌ－Ｓｒ化合物の平均個数も増加する。
【0111】
［試験例２］
種々の条件でマグネシウム合金板の試料を作製した。作製した各試料を評価した。ここでは、主として、添加炉の有無によるマグネシウム合金板の組織への影響を調べた。
種々の条件でマグネシウム合金板の試料を作製した。作製した各試料を評価した。ここでは、主として、添加炉の有無によるマグネシウム合金板の組織への影響を調べた。
【0112】
試験例２では、試験例１と同じように、連続鋳造装置を使用した。表３に示す組成のマグネシウム合金の溶湯を作製した。作製したマグネシウム合金の溶湯を双ロール鋳造法により連続鋳造して鋳造材を作製した。鋳造材を溶体化処理した。溶体化処理の条件は試験例１と同じとした。溶体化処理した鋳造材に複数パスの圧延を行って、圧延材からなるマグネシウム合金板を作製した。１パスあたりの圧下率は１０％以上５０％以下とした。素材温度は２００℃以上３５０℃以下とした。圧延材に３００℃で３０分間の熱処理を行って、歪を除去した。
【0113】
添加炉における溶湯の表面積Ｍｓと体積Ｍｖとの比Ｍｓ／Ｍｖが０．００３ｍｍ－１となるように、添加炉内の溶湯の量を調整した。添加炉内の雰囲気は酸素濃度が０．１体積％以下の不活性ガス雰囲気とした。また、溶解炉にて、第一の溶湯に核生成物質となるＡｌＮの粉末を添加した。ＡｌＮの粉末の平均粒径は１μｍ以下である。ＡｌＮの粉末の添加量は５質量ｐｐｍである。
【0114】
Ｓｒを添加しない試料Ｎｏ．２－１，２－２は、添加炉を使用していない。試料Ｎｏ．２－４，２－９，２－１２及び２－１４は、溶解炉でＳｒを原料と一緒に添加した。つまり、添加炉を使用しなかった。表３中、「添加炉（有／無）」は、有の場合、添加炉でＳｒを添加したことを示す。無の場合、添加炉を使用していないことを示す。
【0115】
試験例１と同様に各種評価を行った。その結果を表３、表４に示す。
【0116】
【表3】
【0117】
【表4】
【0118】
試料Ｎｏ．２－３から２－１６は、特定の組成を備えている。試料Ｎｏ．２－３から２－１６のうち、添加炉を使用しなかった試料Ｎｏ．２－４，２－９，２－１２及び２－１４はいずれも、特定の組織を備えておらず、プレス加工性が劣っていた。これらの試料は、最大径Ｄａが２０μｍ以上のＭｇＯの平均個数が１ｃｍ２あたり５．０個以上であった。試料Ｎｏ．２－３から２－１６のうち、添加炉を使用した試料はいずれも、特定の組成と、特定の組織とを備えており、プレス加工性に優れる。これらの結果から、溶解炉よりも下流側に配置された添加炉でＳｒを添加することによって、ＭｇＯの生成を十分に抑制できることが分かる。また、試料Ｎｏ．２－３から２－１６のうち、特定の組成と、特定の組織とを備える試料はいずれも、０．２％耐力が２４０ＭＰａ以上及び引張強度が３３８ＭＰａ以上の少なくとも一方を満たしており、高い強度を有する。更に、これらの試料は、伸びが７．０％以上であり、高い伸びを有する。特定の組成と、特定の組織とを備える試料は、試料Ｎｏ．２－３から２－１６のうち、試料Ｎｏ．２－４，２－９，２－１２及び２－１４を除く試料である。具体的には、試料Ｎｏ．２－３，２－５，２－６，２－７，２－８，２－１０，２－１１，２－１３，２－１５及び２－１６である。これらの試料のうち、Ｓｒを０．０５質量％以上含む試料であって、圧延時の総圧下率が８０％以上のものは、０．２％耐力が２４８ＭＰａ以上、かつ、伸びが８．０％以上であり、優れた機械的特性を有する。
【0119】
試料Ｎｏ．２－３から２－１７の比較から、Ｓｒを多く含むほど、平均結晶粒径Ｄｃが小さくなると共に、機械的特性が向上することが分かる。試料Ｎｏ．２－５と２－６との比較、試料Ｎｏ．２－１３と２－１５と２－１６との比較から、圧延時の総圧下率が大きいほど、圧延後の平均結晶粒径Ｄｃが小さくなることが分かる。
【0120】
試料Ｎｏ．２－１７の結果から、Ｓｒを過剰に含むと、平均結晶粒径Ｄｃが小さくなるとはいうものの、Ａｌ－Ｓｒ化合物の平均個数が増える。そして、プレス加工性が劣ることが分かる。試料Ｎｏ．２－１８の結果から、Ａｌを過剰に含むと、Ａｌ－Ｓｒ化合物の平均個数が増えることによって、プレス加工性が劣ることが分かる。
【0121】
［試験例３］
添加炉における溶湯の表面積と体積との比を変更して、マグネシウム合金板の試料を作製した。溶湯の表面積Ｍｓと体積Ｍｖとの比Ｍｓ／Ｍｖの値は、添加炉内の溶湯の表面の高さを変える、即ち添加炉内に貯める溶湯の量を変えることによって変更した。溶湯中のＳｒの濃度Ｘは０質量％から０．６質量％の間で変更した。ここでは、核生成物質を使用せずにマグネシウム合金の溶湯を作製した。マグネシウム合金板の製造条件は、試験例１の試料Ｎｏ．９と同じとした。そして、作製したマグネシウム合金板について、最大径Ｄａが２０μｍ以上のＭｇＯの平均個数を測定した。その結果を図７のグラフに示す。図７の横軸は比Ｍｓ／Ｍｖを表す。図７の縦軸は最大径Ｄａが２０μｍ以上のＭｇＯの平均個数を表す。黒丸のグラフはＳｒの濃度が０質量％のときのグラフである。黒三角のグラフはＳｒの濃度が０．０２質量％のときのグラフである。白丸のグラフはＳｒの濃度が０．１質量％のときのグラフである。白三角のグラフはＳｒの濃度が０．５質量％のときのグラフである。Ｘ印のグラフはＳｒの濃度が０．６質量％のときのグラフである。
添加炉における溶湯の表面積と体積との比を変更して、マグネシウム合金板の試料を作製した。溶湯の表面積Ｍｓと体積Ｍｖとの比Ｍｓ／Ｍｖの値は、添加炉内の溶湯の表面の高さを変える、即ち添加炉内に貯める溶湯の量を変えることによって変更した。溶湯中のＳｒの濃度Ｘは０質量％から０．６質量％の間で変更した。ここでは、核生成物質を使用せずにマグネシウム合金の溶湯を作製した。マグネシウム合金板の製造条件は、試験例１の試料Ｎｏ．９と同じとした。そして、作製したマグネシウム合金板について、最大径Ｄａが２０μｍ以上のＭｇＯの平均個数を測定した。その結果を図７のグラフに示す。図７の横軸は比Ｍｓ／Ｍｖを表す。図７の縦軸は最大径Ｄａが２０μｍ以上のＭｇＯの平均個数を表す。黒丸のグラフはＳｒの濃度が０質量％のときのグラフである。黒三角のグラフはＳｒの濃度が０．０２質量％のときのグラフである。白丸のグラフはＳｒの濃度が０．１質量％のときのグラフである。白三角のグラフはＳｒの濃度が０．５質量％のときのグラフである。Ｘ印のグラフはＳｒの濃度が０．６質量％のときのグラフである。
【0122】
図７のグラフから、溶湯中のＳｒの濃度Ｘが０．５質量％以下の範囲において、最大径Ｄａが２０μｍ以上のＭｇＯの平均個数５個／ｃｍ２未満となる、表面積Ｍｓと体積Ｍｖとの比Ｍｓ／Ｍｖを求めた。その結果、Ｍｓ／Ｍｖが［－０．００３５×Ｘ＋０．００５３］以下となるように設定すればよいことが分かった。
【0123】
［付記］
上述した実施形態のマグネシウム合金板の製造方法では、図４に示す連続鋳造装置４を利用してマグネシウム合金の鋳造を行うことを説明した。この連続鋳造装置４は、マグネシウム合金の溶湯３を作製するために炉として、溶解炉４１及び添加炉４３とを備える。この連続鋳造装置４では、溶解炉４１の下流側に配置された添加炉４３でＳｒ１０１を添加する。これにより、Ｓｒ１０１を添加した後、溶湯３が大気中の酸素と接触する機会を減らすというものである。
上述した実施形態のマグネシウム合金板の製造方法では、図４に示す連続鋳造装置４を利用してマグネシウム合金の鋳造を行うことを説明した。この連続鋳造装置４は、マグネシウム合金の溶湯３を作製するために炉として、溶解炉４１及び添加炉４３とを備える。この連続鋳造装置４では、溶解炉４１の下流側に配置された添加炉４３でＳｒ１０１を添加する。これにより、Ｓｒ１０１を添加した後、溶湯３が大気中の酸素と接触する機会を減らすというものである。
【0124】
以下では、図８、図９を参照して、溶解炉４１において、溶解炉４１内への大気の流入を抑制するための構成を説明する。図８、図９は、溶解炉４１に設けられた開口部４１ｉの近傍を拡大して示している。開口部４１ｉには、蓋４１ａが設けられている。開口部４１ｉは、例えば、原料投入口や除滓口などである。本例では、開口部４１ｉは原料投入口である。
【0125】
図８に示す溶解炉４１の例では、エアカーテン装置４１ｂ備える。エアカーテン装置４１ｂは、蓋４１ａが開いたときに、開口部４１ｉを覆うように不活性ガスを噴射する。エアカーテン装置４１ｂから噴射された不活性ガスによって、開口部４１ｉから溶解炉４１内に大気が流入することを遮断する。
【0126】
図９に示す溶解炉４１の例では、溶解炉４１の外側に開口部４１ｉを囲うようにガスパージ室７が設けられている。ガスパージ室７は、蓋７ａと、ガスノズル７ｂとを有する。ガスノズル７ｂはガスパージ室７内に不活性ガスを導入する。ガスノズル７ｂから不活性ガスを導入することによって、ガスパージ室７内の酸素濃度を低減できる。ガスパージ室７内の酸素濃度は、例えば０．１体積％以下とすることが好ましい。ガスパージ室７を使用して原料１００を溶解炉４１へ投入する手順を説明する。まず、蓋４１ａは閉じた状態で、蓋７ａを開いて、ガスパージ室７内に原料１００をセットする。蓋７ａを閉じて、ガスノズル７ｂから不活性ガスをガスパージ室７内に導入する。ガスパージ室７内の酸素濃度が所定の値になるまで待機する。酸素濃度が所定の値まで下がった後、蓋４１ａを開いて、原料１００を溶解炉４１に投入する。原料１００の投入時、蓋７ａは閉じた状態である。原料１００の投入は、例えば、ガスパージ室７内にベルトコンベアなど設置しておき、原料１００をその上に載せておく。そして、ベルトコンベアを遠隔操作することで、原料１００を開口部４１ｉから投入することができる。
【0127】
上述した図８、図９に示す各構成を備える溶解炉４１は、蓋４１ａを開いても、溶解炉４１内への大気の流入を効果的に抑制できる。そのため、原料１００の投入時に、原料１００と一緒にＳｒ１０１を添加しても、溶解炉４１でのＭｇ酸化物の発生を抑えることができる。上述した溶解炉４１を用いれば、図４に示す添加炉４３を省略することも可能である。
【符号の説明】
【0128】
１ マグネシウム合金板
１０ 組織
１１ Ｍｇ酸化物、１２ Ａｌ－Ｓｒ化合物
２ マグネシウム合金プレス加工品
２０ 底板部、２１ 側板部、２５ 角部
３ 溶湯、３１ 第一の溶湯
４ 連続鋳造装置
４１ 溶解炉
４１ａ 蓋、４１ｉ 開口部
４１ｂ エアカーテン装置
４２ 移送管、４２ｐ ポンプ
４３ 添加炉、４３ｇ 出湯口
４４ タンディッシュ、４４ｔ 注湯口
５ 鋳型、５０ ロール
６ 鋳造材
７ ガスパージ室、７ａ 蓋、７ｂ ガスノズル
８ 圧延材
１００ 原料
１０１ Ｓｒ、１０２ 核生成物質
２１１ 先頭部分、２１２ 末端部分、２１３ 縁部
Ｓ１ 溶解工程、Ｓ２ 鋳造工程、Ｓ３ 溶体化工程、Ｓ４ 圧延工程
Ｓ１１ 第一の工程、Ｓ１２ 第二の工程、Ｓ１３ 第三の工程
１０ 組織
１１ Ｍｇ酸化物、１２ Ａｌ－Ｓｒ化合物
２ マグネシウム合金プレス加工品
２０ 底板部、２１ 側板部、２５ 角部
３ 溶湯、３１ 第一の溶湯
４ 連続鋳造装置
４１ 溶解炉
４１ａ 蓋、４１ｉ 開口部
４１ｂ エアカーテン装置
４２ 移送管、４２ｐ ポンプ
４３ 添加炉、４３ｇ 出湯口
４４ タンディッシュ、４４ｔ 注湯口
５ 鋳型、５０ ロール
６ 鋳造材
７ ガスパージ室、７ａ 蓋、７ｂ ガスノズル
８ 圧延材
１００ 原料
１０１ Ｓｒ、１０２ 核生成物質
２１１ 先頭部分、２１２ 末端部分、２１３ 縁部
Ｓ１ 溶解工程、Ｓ２ 鋳造工程、Ｓ３ 溶体化工程、Ｓ４ 圧延工程
Ｓ１１ 第一の工程、Ｓ１２ 第二の工程、Ｓ１３ 第三の工程
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】