热轧用镁合金板的制造方法及镁合金的热轧方法

摘要

在比镁合金熔点高50℃的出炉温度～比镁合金熔点高150℃的出炉温度的范围内，使所述镁合金的熔融物出炉，在比镁合金熔点高30℃的浇铸温度～比镁合金熔点高130℃的浇铸温度范围内，浇铸所述镁合金的熔融物，从而获得板厚为50～300mm的平板型铸块，对这种平板型铸块进行沿铸块宽度方向的1～15％的宽度轧制，在进行所述宽度轧制后沿板厚方向进行热轧。

说明书

技术领域

本发明涉及以Mg金属为基材的含有Al、Zn等添加元素的热轧用镁合金板的制造方法及镁合金的热轧方法。

背景技术

由于镁合金在实用合金中最轻，而且具有优良的重量强度比·重量刚性比，因此常被用来作为电子仪器的框体。以往，作为用于铸造由镁合金制成的框体的板材的方法，例如采用将镁合金热挤压成型，再对该成型板材进行热扎的方法。但是，在这种方法中，由于热挤压成型时挤压的压力有限，因此所得到的板材的单位重量受到制约。即，不能制造出长薄板，而且，薄板的宽度也受到很大制约，不能供给大宽幅的制品。

作为其它的制造方法，就是通过铸造制造铸块，将铸块热锻后，再进行热轧(参照特开昭35-6602号公报)。在这种方法中，之所以在铸造之后进行热锻的原因是因为不能够完全避免铸造组织中直径为数mm的粗大颗粒的存在，因此，在热轧之前对铸造组织进行破坏的工序是必不可少的。所以，这种方法必须具备热锻设备，且生产成本很高。

如上所述，对于象镁合金这样的低融点合金，迄今为止还没有一种有效的制造方法能够制造出可以直接供热轧的内部品质良好的大型板。

发明内容

鉴于以上现状，本发明的目的在于提供一种热轧用镁合金板的制造方法及镁合金的热轧方法，这种方法不必通过挤压成型，也不必经过热锻就可以制作可热轧的板，因此，不必使用热锻设备，就可在热轧机的制造能力范围内、在成本可允许的范围内，扩大板材的长度及宽度。

为了实现该目的，本发明者进行了反复研究，发现通过特定的铸造条件可避免不良铸造，由此找到了获得生产性良好、内部质量良好的大型铸块的方法。而且发现，通过使用该铸块，之后不必经过热锻工序，可以直接进行热轧，通过横向轧制，即使在轧制中也可以获得不会产生裂纹的良好热轧卷材。根据这些发现，本发明具备以下结构。

(1)热轧用镁合金板的制造方法，该方法是铸造镁合金以获得厚度为50～300mm的平板型铸块的方法，该方法的特征是，在比该镁合金熔点高50℃～150℃的出炉温度范围内使该镁合金的熔融物出炉，在比该镁合金熔点高30℃～130℃的浇铸温度范围内浇铸该镁合金的熔融物。

(2)进一步限定(1)所记载的热轧用镁合金板的制造方法，对于平板型铸块的厚度，将铸型板厚设定为满足下述公式(1)的铸型板厚，

铸型板厚(mm)≥1.85×10^-4t²+2.98×10^-4t+23.6   (1)

t：平板型铸块的厚度(mm)。

(3)进一步限定(1)或(2)所记载的热轧用镁合金板的制造方法，铸型温度为50℃～250℃。

(4)进一步限定((3)所记载的热轧用镁合金板的制造方法，铸型温度为180℃～220℃。

(5)进一步限定(1)～(4)任一项所记载的热轧用镁合金板的制造方法，浇涛速度为200～3000cm³/sec。

(6)镁合金的热轧方法，该方法的特征是，具备对热轧用镁合金板沿平板的宽度方向进行1～15％的横向轧制工序，以及在该工序之后沿板厚方向进行热轧的工序。

(7)进一步限定(6)所记载的热轧方法，热轧工序在热轧用镁合金的重结晶温度～共晶温度范围内进行。

(8)进一步限定(7)所记载的热轧方法，热轧工序在180℃～440℃的温度范围内进行。

(9)进一步限定(6)～(8)中任一项所记载的热轧方法，热轧工序在通过多个轧道使热轧用镁合金板变薄以达到所希望的厚度时每一轧道的变薄率在25％～50％的范围内进行，而且，当总变薄率超过60％时进行再加热。

(10)进一步限定(6)～(8)中任一项所记载的热轧方法，在热轧工序通过多个轧道使热轧用镁合金板变薄以达到所希望的厚度时，以300℃～440℃的预热温度对热轧用镁合金板进行预热，预热后将每一轧道的变薄率控制在25％～50％的范围内进行热轧，而且，当总变薄率超过60％时，在230℃～440℃的范围内进行再加热。

(11)进一步限定(6)～(8)中任一项所记载的热轧方法，在热轧工序通过多个轧道使热轧用镁合金板变薄以达到所希望的厚度时，以300℃～440℃的预热温度对热轧用镁合金板进行预热，预热后将每一轧道的变薄率控制在25％～50％范围内进行热轧，而且，当轧制之前的温度降到300℃以下时，在230℃～440℃的范围内进行再加热。

(12)镁合金的热轧方法，该方法的特征是，具备将镁合金铸造成厚度为50～300mm的平板型铸块的工序，以及不经过锻造直接对该铸块进行热扎的工序

(13)进一步限定(12)所记载的热轧用镁合金板的制造方法，在将镁合金铸造成厚度为50～300mm的平板型铸块的工序中，在比该镁合金熔点高50℃～150℃的出炉温度范围内使该镁合金的熔融物出炉，在比该镁合金熔点高30℃～130℃的浇铸温度范围内浇铸该镁合金的熔融物。

(14)进一步限定(12)或(13)所记载的热轧用镁合金板的制造方法，在将镁合金铸造成厚度为50～300mm的平板型铸块的工序中，对于平板型铸块的厚度，将铸型板厚设定为满足以下公式(1)的铸型板厚，

铸型板厚(mm)≥1.85×10^-4t²+2.98×10^-4t+23.6  (1)

t：平板的厚度(mm)。

(15)进一步限定(12)～(14)中任一项记载的热轧用镁合金板的制造方法，铸型温度为50℃～250℃。

(16)进一步限定(15)中所记载的热轧用镁合金板的制造方法，铸型温度为180℃～220℃。

(17)进一步限定(12)～(16)中任一项所记载的热轧用镁合金板的制造方法，浇铸速度为200～3000cm³/sec。

(18)进一步限定(12)～(17)中任一项所记载的镁合金的热轧方法，平板型铸块不经过热锻而进行热轧的工序具备沿热轧用镁合金板的宽度方向进行1～15％的横向轧制工序，以及之后的沿板厚方向进行热轧的工序。

(19)进一步限定(12)～(18)中任一项所记载的镁合金的热轧方法，热轧工序在重结晶温度～共晶温度的范围内进行。

(20)进一步限定(12)～(19)中任一项所记载的镁合金的热轧方法，热轧工序在180℃～440℃的温度范围内进行。

(21)进一步限定(12)～(20)中任一项所记载的镁合金的热轧方法，在热轧工序通过多个轧道使热轧用镁合金板变薄以达到所希望的厚度时，每一轧道的变薄率为25％～50％，当总变薄率超过60％时进行再加热。

(22)进一步限定(12)～(21)中任一项所记载的镁合金的热轧方法，在热轧工序通过多个轧道使热轧用镁合金板变薄以达到所希望的厚度时，在300℃～440℃的预热温度下对热轧用镁合金板进行预热，预热后将每一轧道的变薄率控制在25％～50％的范围内进行热轧，当总变薄率超过60％时，在230℃～440℃的温度范围内进行再加热。

(23)进一步限定(12)～(21)中任一项所记载的镁合金的热轧方法，在热轧工序通过多个轧道使热轧用镁合金板变薄以达到所希望的厚度时，在300℃～440℃的预热温度下对热轧用镁合金板进行预热，预热后将每一轧道的变薄率控制在25％～50％范围内进行热轧，而且，当轧制之前的温度降到300℃以下时，在230℃～440℃的范围内进行再加热。

虽然在本发明中，作为对象的镁合金熔点会因合金成分而变化，但是一般在650℃左右。由于这种低熔点合金的凝固温度和铸型温度的温度差较小，因此，若铸造条件不理想，则会在铸造中引起凝固偏析或凝固破裂，从而导致气体成分释放或铸型脱模材料的烧制引起的铸造表面不良。在本发明中，作为铸造条件，应控制出炉温度，铸模板厚，以避免预想的铸造不良。

本发明通过铸造镁合金可以获得板厚为50～300mm的平板型铸块。镁合金使用含有Al、Zr、Zn等添加元素的伸展用镁合金(ASTM规格AZ、ZK系等)。若板厚低于下限，则难以控制与铸型厚度相关的凝固时间，从而难以使熔融物中夹杂的杂质浮起并去除。另一方面，板厚高于上限时，热轧的成本增高。所以，使铸块厚度为50～300mm是最理想的。铸块宽度可以根据铸型形状任意设定。在获得这样的铸块时，铸造之前的出炉温度要在比该镁合金熔点高50℃～150℃。如果出炉温度低于下限，则浇铸开始时熔融物的温度接近凝固点附近，铸造结束之前便开始凝固。如果出炉温度高于上限温度，不仅冷却到浇铸温度的时间较长，而且，会增加添加成分的蒸发及着火等危险性。正因为这些理由，才将出炉温度设定在上述温度范围内。虽然浇铸温度设定在比该镁合金熔点高30℃，但不应比该镁合金熔点高出130℃。低于下限时，会造成铸造不良。另一方面，高于上限时，得不到合适的凝固速度。因此，应将浇铸温度设定在上述范围。

铸型的板厚设定为相对于平板的厚度满足以下公式的铸型板厚。

铸型板厚(mm)≥1.85×10^-4t²+2.98×10^-4t+23.6  (1)

t：平板式铸块的厚度(mm)

根据平板式铸块的厚度通过公式(1)规定铸型板厚设定下限的理由如下。本发明人经过精心研究后发现，凝固时间最好是2～30分钟，凝固时间低于下限时，熔融物中浮游的熔渣不能充分去除，超过上限时，平板中会产生粗大颗粒。该凝固时间可以通过调节铸型板厚进行控制。通过实验，本发明人还发现，能够获得良好的凝固时间的铸型板厚与铸块板厚之间具有图1及公式(1)所示的关系。如果铸型板厚低于公式(1)的下限值，则会造成由于冷却速度不够导致的结晶粒粗大，由铸型温度上升导致脱模材料过烧而造成铸造表面不良。如果铸型板厚在下限值以上，即使板厚比该值高得多，也不会影响本发明的上述作用效果。

为了防止铸造表面不良，铸型的预热在铸型温度为50℃～250℃的范围内进行，最好是在180℃～220℃的范围内进行。低于下限时，难以控制铸型与熔融物之间界面的冷却速度，易造成铸造表面不良。而超过上限时，则不能获得合适的冷却速度。

浇铸速度与铸造重量有关，但如果浇铸速度太慢则会引起凝固偏析，太快会出现液面不整的不良情况，因此应在200～3000cm³/sec的范围内。在实际操作中，以平板的均质化为目标，将浇铸时间控制在2分钟内。

接着，在本发明中不经过热锻而进行热轧。本发明人确认在将平板加热至180℃后进行热轧的情况下，会发生卷材的断裂，另外，在加热至450℃进行热轧的情况下，会产生因加热引起的组织不良。因此，考虑到加热中的破裂，应在该镁合金的重结晶温度以上～共晶点以下的范围内不经过热锻就进行热轧，最好在180℃～440℃的温度范围内进行3小时以上的均质化处理。若低于这一温度范围，则会降低生产率，若高于这一温度范围，则会有可能出现偏析。在进行均质若处理后，为了防止热轧中的破裂，沿板厚方向在热轧之前的工序中，立即对平板宽度方向进行1～15％的横向轧制。若轧制率超过上限，则不能预计通过展宽轧制达到最终轧制的增量。若低于下限，则不能发挥防止破裂的效果。

所谓热轧，具体说就是在通过多个轧道使热轧用镁合金板变薄以达到所希望的厚度时，以300℃～440℃的预热温度对热轧用镁合金板进行预热，每一轧道的变薄率控制在25％～50％的范围内，当总变薄率超过60％时，在230℃～440℃的范围内进行再加热，或者当轧制之前的温度低于300℃以下时，在230℃～440℃的范围内进行再加热。再加热之后，使用剩余的轧道(每一轧道的变薄率为25％～50％)，获得所希望厚度的热轧卷材。如果每一轧道的变薄率低于下限25％，将不能通过卷边进行连续轧制，若高于上限50％，则材料具有破裂的可能。若轧制前温度低于300℃，则存在材料破裂的危险性。作为再加热的条件，热处理温度230℃～440℃最好以共晶温度以下作为上限，而且必须是重结晶温度，理想的范围是400℃～430℃。如果预热温度、再加热的处理温度超过了共晶温度而进行热处理，将导致组织不良，从而严重损坏加工质量。

在实际操作中，为了使热轧工序与中间进行的再加热在不同的生产线上进行，应按以下的方案实施。由于热轧中镁合金板的温度低于300℃或者总轧制率增高时，轧制中材料破裂的危险性会加大，所以应将镁合金板从轧制机送到加热炉。再加热的目的是首先通过重结晶获得由塑性加工形成的变形，因此加热温度必须在重结晶温度以上。如果仅以重结晶为目的，那么在尽可能高的温度下短时间进行最有效。例如，这时加热温度可以是440℃，再加热的另一个目的是调节材料组织，这时可以在较短的时间内加热到轧制所必须的材料温度(例如，300℃以上)，将材料送到轧制生产线上实施轧制工序。

这样，使用本发明就可以不经过热锻工序而直接进行热轧，例如，可以生产超过200公斤的镁合金大型卷材。

附图说明

图1表示获得优良平板的平板板厚与铸型板厚之间的关系。

图2表示铸型形状，(2A)为正视图，(2B)为平面图。

图3表示获得优良平板的铸型温度与浇铸温度之间的关系。

具体实施方式

[实施例1]

使用相当于AZ21的镁合金板(厚86mm，宽400mm，长1500mm)的实施例

通过公式(1)求得铸型1的板厚，使用板厚为25mm的软钢板，按图2进行组装，使导400mm×1500mm的面可以取下。在该铸型的内表面，涂抹了以硅酸镁为主体的脱模剂，干燥后，用燃烧器加热到200℃左右。

浇铸时以86mm×1500mm的面为上表面进行铸造。通过燃烧炉将镁合金熔解，在660℃进行精炼、并进行除气处理。出炉前加热到720℃，注入到浇包2中，以690℃进行铸造。铸造速度为900cm³/sec，铸造后至完全凝固的时间为6分钟。

完全凝固之后对铸块表面进行处理(66mm厚，400mm宽，1200mm长)，以供热轧。

铸造后的平板在惰性保护气体中，设定为430℃进行3小时的均质化处理，之后马上进行使宽度从400mm变为370mm的宽度轧制，再进行每轧道28％的2轧道热轧，使板厚按照66mm→48mm→35mm的尺寸变化之后进行再加热(设定为430℃，在惰性保护气体中加热3.5小时)，然后马上进行每轧道35％的5轧道热轧，使板厚按照35mm→22.5mm→14.5mm→9.5mm→6.2mm→4.0mm的尺寸变化。

通过以上工序获得的平板铸块，没有发现内部存在直径超过数mm的粗大颗粒。此外，在轧制卷材中，也没有发生因粗大颗粒引起的裂缝，在宽度方向的边缘也没有出现边部裂纹现象。因此可以确定，使用该方法可以取得良好的轧制效果。

[比较例1]铸块板厚选择的失败例

将20mm厚的铸块按与实施例1相同的方法进行热轧，沿轧制方向产生直角的微缝，并以此为基点出现破裂。其原因是因为铸块板厚不够，熔融物中的杂质没有充分浮起而造成内在缺陷。

[比较例2]铸型板厚选择的失败例

以铸块板厚为80mm，实施例1的铸型板厚为10mm做了实验。出现冷却速度及铸型的冷却能力不足的情况，产生了粗大颗粒，引起不良铸造表面。需要对平板铸块的表面进行数10mm的磨削加工，此外，在热轧中出现了破裂。

[比较例3]热轧的失败例

在实施例1的条件下，不进行铸块的宽度轧制而是直接进行热轧，在第3轧道出现30mm的边部裂纹。

将实施例1与比较例1～3的生产条件及取得的结果记录在表1中。

           表1  镁合金卷材的制造条件1以及结果

        项    目实施例1比较例1比较例2比较例3平板规格(mm)    厚度86208086    宽度400400400400    长度1500150015001500铸模厚度    (mm)25251025铸模预热    温度(℃)200220200180出炉温度    (℃)720730720740浇铸温度    (℃)690700690705铸造速度    (cm³/sec)900200900900均质化热处理条件(℃、hr)430、3430、3430、3430、3轧制条件宽度轧制率(％)7.57.27.30轧制次数7247每一轧道轧制率(％)28～3525～3025～4028～40再加热前轧制率(％)48--48      再加热条件(℃、hr)430、3--430、3      最终板厚(mm)4.09.816.54.0结果  良好的铸造表面○××○  不存在粗大  的结晶粒○○×○  不存在断裂○×××  备注铸造表面良好，轧制出没有边部裂纹的良好卷材。产生铸造表面不良的情况，在轧制2轧道时材料破裂。由于凝固速度不合适，因此在热轧4轧道时产生破裂。虽然制成良好的平板，但是没有进行宽度轧制，因此产生边部裂纹。

[实施例2]

使用了相当于AZ21的镁合金板(厚170mm，宽600mm，长1500mm)的实施例。

通过公式(1)算出铸型1的板厚，使用板厚为30mm的软钢板，按图2的形状进行组装，使得600mm×1500mm的面可以取下。在该铸型的里面，涂抹了以硅酸镁为主体的脱模剂，干燥之后，用燃烧器加热到200℃左右。

浇铸时以170mm×1500mm的面为上表面进行铸造。通过燃烧炉将镁合金熔解，以660℃进行精炼、除气处理。出炉前加热到720℃，注入到浇包2中，以690℃进行铸造。铸造速度为1100cm³/sec，铸造后至完全凝固的时间为6分钟。

完全凝固之后对铸块表面进行处理(66mm厚，400mm宽，1200mm长)，以供热轧。

铸造后的平板在惰性保护气体中，设定为430℃进行4小时的均质化处理，之后马上进行从580mm到534mm的宽度轧制(8％)，再进行每一轧道25～50％的热轧，使板厚从150mm变为47mm，之后进行再加热(设定为430℃，在惰性保护气体中加热4小时)，然后马上进行每轧道25～50％的热轧，使板厚从47mm变为8.0mm。

通过以上工序制得了平板及轧制卷材，在获得的平板铸块中，没有发现内部存在直径超过数mm的粗大颗粒。此外，在轧制后的组织中，也没有发生因粗大颗粒引起的裂缝，在宽幅方向的边缘也没有出现边部裂纹现象。因此可以确认，使用该方法可以取得良好的轧制效果。

[比较例4]铸型预热温度及浇铸温度选择的失败例1

使用与实施例2同样的铸型，以铸型温度为140℃、浇铸温度为650℃进行实验，在铸造过程中熔融液开始凝固，出现了铸件皱纹等铸造表面不良的情况。针对获得的平板铸块的表面缺陷进行表面磨削之后，再进行热轧。热轧时，在轧制方向出现了由于平板铸块的内在缺陷导致的直角裂缝。

[比较例5]铸型预热温度及浇铸温度选择的失败例2

使用与实施例2同样的铸型，以铸型温度为275℃、浇铸温度为700℃进行了实验。由于铸造后的凝固速度不合适，因此导致了粘砂等不良铸造表面。针对获得的平板铸块的表面缺陷进行表面磨削之后，再进行热轧。热轧时，在轧制方向出现了由于平板铸块的内在缺陷导致的直角裂缝。

[比较例6]铸型预热温度及浇铸温度选择的失败例3

使用与实施例2同样的铸型，以铸型温度为275℃、浇铸温度为750℃进行实验。由于铸造后的凝固速度不合适，因此导致结晶粒粗大。对获得的平板铸块进行热轧时，出现了裂缝，导致材料断裂。

将实施例2与比较例4～6的制造条件及所得的结果记录在表2中。

       表2  镁合金卷材的制造条件2以及结果

          项    目实施例2比较例4比较例5比较例6  平板  规格  (mm)    厚度170170170170    宽度600600600600    长度1500150015001500铸模厚度     (mm)30303030铸模预热     温度(℃)200140275275出炉温度     (℃)720720720780浇铸温度     (℃)690650700750铸造速度     (cm³/sec)1100110011001100均质化热处理条件(℃、hr)430、4430、4430、4430、4轧制条件宽度轧制率(％)8.19.27.38.3轧制次数1515156每一轧道轧制率(％)25～5025～5025～5025～50再加热前轧制率(％)585758-    再加热条(℃、hr)430、4430、4430、4-    最终板厚(mm)3.03.03.05.0结果良好的铸造表面○×××不存在粗大的结晶粒○○○×不存在断裂○×××备注铸造表面良好，轧制出没有由于铸造条件不适合，因此由于铸造条件不适合，因此由于铸造条件不适合，因此会通过边部裂纹的良好卷材。产生因铸造皱纹等形成的缺陷引起的破裂。产生因粘砂等形成的缺陷引起的破裂。结晶颗粒粗大化部位在轧制6轧道时引起材料破裂。

使用本发明可以不经过热锻工序而直接进行热轧，例如，可以制造超过200公斤的镁合金大型卷材。