卷材及其制造方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2011年3月22日、中国申请号为201180003026. 6(国际申请 号为PCT/JP2011/056722)的申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及由适用于镁合金构件用原材料的镁合金铸造材料形成的卷材和制造 所述卷材的方法、由所述卷材制造的镁合金板和制造所述镁合金板的方法、以及适用于制 造所述卷材的卷材卷取机。特别地，本发明涉及有助于提高高强度镁合金构件的生产率的 卷材和制造所述卷材的方法。
【背景技术】
[0003] 作为用于各种构件如便携式电力和电子装置如移动电话和膝上型计算机的外壳 的构成材料，已经对展示优异比强度和比刚性的轻质镁合金进行了研宄。关于由镁合金形 成的构件，通过压铸法或触变成形法制造的铸造材料（例如基于美国试验与材料学会标准 的AZ91合金）是主流。近年来，已经使用了由如下板制造的构件，所述板由伸长用镁合金 形成且已经对其进行了压制成形，所述镁合金由基于美国试验与材料学会标准的AZ31合 金代表。
[0004] 专利文献1公开，在特定条件下制造了由AZ91合金或含有与AZ91相同量的A1 的合金形成的轧制板并将制得的板进行压制成形。
[0005] 专利文献2公开了一种利用双辊型连续铸造装置制造充当这种轧制板的原材料 的铸造材料的技术。双辊型连续铸造装置是用于通过将熔融材料进给至在彼此相反的方向 上旋转的一对铸造辊之间并将所述铸造辊之间的熔融材料急冷并凝固而得到板状铸造材 料的装置。通常在通过轧制等形成之后将利用这种双辊型连续铸造装置制造的铸造材料卷 绕在卷取轴上，并将其携带至基于卷取轴的另一个二次成形位置或船运给顾客。
[0006] 专利文献3公开了一种适用于双辊型连续铸造装置的铸造喷嘴。通过将分开布置 的一对主体板和布置在所述两个主体板两侧上的长方体侧坝结合来形成这种喷嘴，且开口 部为矩形。
[0007] 在通过上述技术形成的镁合金中，具有高强度并展示优异耐腐蚀性、阻燃性等的 镁合金具有大的添加元素含量。例如，在对铸造材料进行比较的情况中，与AZ31合金相 比，A1含量比AZ31合金的A1含量更大的AZ91合金具有高的拉伸强度和优异的耐腐蚀 性。此外，关于具有相同组成的镁合金，通常，与铸造材料的强度相比，通过对铸造材料进行 各种塑性成形如轧制、锻造、拉伸或压制而制造的成形材料的强度更高。
[0008] 引用列表
[0009] 专利文献
[0010] 专利文献1 :日本特开2007-098470号公报
[0011] 专利文献2 :日本特开平1-133642号公报
[0012] 专利文献3 :日本特开2006-263784号公报
【发明内容】
[0013] 技术问题
[0014] 通常，期望上述构件如外壳具有高强度和刚性并展示优异的耐腐蚀性等。然而，难 以以高生产率制造由具有优异特性如强度和耐腐蚀性的镁合金形成的构件。
[0015] 例如，在通过对轧制板进行塑性成形如压制来制造展示优异强度的镁合金构件的 情况中，预期与将切割成预定长度的单位长度的轧制板用作原材料相比，将连续制造的长 长度的轧制板用作原材料能够提高收率并提高生产率。为了制造长长度的轧制板，需要制 造充当轧制板用原材料的长长度的铸造材料。而且，为了能够将原材料连续进给至轧制机 等中，期望的是，通过卷绕成圆筒形而将充当原材料的长长度的铸造材料制成铸造卷材。然 而，难以制造长长度的由高强度镁合金形成的铸造材料并难以对长长度的主体进行卷绕。
[0016] 作为用于制造高强度镁合金构件的原材料的实例，本发明人对具有250MPa以 上拉伸强度的板状铸造材料进行了研宄。典型地，通过将充当镁合金添加元素的元素如 Al、Zr、Y、Si、Zn和Ca的总含量规定为7. 3质量％以上，能够使得铸造材料的拉伸强度 为250MPa以上。满足上述拉伸强度的镁合金的实例包括具有7. 3质量％以上A1含量的 Mg-Al-Zn基镁合金。
[0017] 为了通过使用含有高浓度添加元素的这种镁合金来制造如下铸造材料，需要对熔 融金属进行急冷和凝固，所述铸造材料以使得在表面中基本不变色（主要由氧化造成）的 方式具有优异的表面质地并以使得中心线以非常低的水平偏析的方式具有少量缺陷。特别 地，优选以使得板材从铸造机中排出时的温度变为350°C以下并优选250°C以下的方式结 合冷却实施铸造。铸造成薄板适用于实现上述冷却条件以得到上述高品质铸造材料。然而， 当铸造材料薄时，在铸造之后通过自然冷却以约25°C/分钟~50°C/分钟的速率降温。在 这点上，镁合金具有六方晶系结构（六方密堆积结构），并因此在室温下的塑性成形性差。 因此，塑性成形性因上述降温而劣化，从而使得在相关领域中难以利用卷取机进行卷绕。
[0018] 此外，在使用含有高浓度添加元素的上述镁合金的情况中，铸造组织变为其中在 柱形晶体附近产生富集添加元素的脆弱微偏析的组织。因为这种偏析，铸造材料的韧性差 且在不产生裂纹等的条件下能够进行弯曲的曲率（容许弯曲半径）受到限制。因此，关于相 关领域中的卷取机，难以在不产生裂纹等的条件下对制造的长长度的铸造材料进行连续卷 绕。据认为，卷取机卷绕滚筒的半径随上述容许弯曲半径的增大而增大。然而，必要的是， 卷取机驱动机构因卷绕滚筒的大型化而大型化，所述想法是不切实际的。而且，即使当提高 卷绕滚筒的半径时，也可以通过抓住铸造材料卷绕起始位置的夹紧部在卷绕起始位置附近 施加半径比卷绕滚筒的半径更小的弯曲。因此，仅通过改变卷绕滚筒的半径可能不能解决 上述问题。
[0019] 另一方面，含有低浓度添加元素的镁合金如AZ31具有即使在室温下仍能够实施 弯曲的程度的韧性。因此，在制造长长度的铸造材料的情况中，能够容易地实施卷绕，但不 能得到高强度的镁合金构件。
[0020] 同时，在板材刚从铸造机中排出之后的温度与上述温度相比未降低并使得温度在 某种程度上处于高的状态的情况中能够实施冷却。然而，在这种情况下，关于卷绕的铸造材 料，会发生由未制成固溶体的部分引起的缺陷和因氧化造成的表面状态的劣化等。因此，需 要在随后的步骤如轧制之前将这些缺陷和表面层除去，从而降低了镁合金构件的生产率。
[0021] 另外，在制造上述铸造卷材中使用专利文献3中所述的具有矩形开口的铸造喷嘴 的情况中，难以连续并稳定地制造具有预定宽度的铸造板。
[0022] 在通过连续铸造来制造铸造板的情况中，与铸造板的中心部相比，铸造板边缘部 的熔融金属的流量倾向于下降，由此在边缘部中易于产生碎肩、裂纹等。因此，在对铸造 板进行成形如轧制的情况中，对铸造板的两个边缘部进行修整以在成形之前调节至预定宽 度。如果边缘部的裂纹延伸至中心部，则修整量增大，不能确保预定的宽度，且收率下降。因 此，在制造长长度的铸造材料中，期望降低边缘部的裂纹。然而，未预先对能够有效减少边 缘部裂纹的制造方法和铸造材料的形状进行充分研宄。
[0023] 关于由主体板和侧坝形成的上述铸造喷嘴，通过侧坝对存在于喷嘴中端部附近的 熔融金属进行冷却，并可以在侧坝附近局部产生凝固的材料。凝固的材料进一步冷却周围 的熔融金属并降低流向喷嘴开口部的熔融金属的流量，从而逐渐扩展凝固区域，凝固区域 可能与模具接触，且可能在铸造板的边缘部中在很大程度上产生碎肩和裂纹。特别地，在具 有矩形开口的铸造喷嘴中，相对于在喷嘴中在拐角部分之外的位置中流动的熔融金属的流 量，在喷嘴中的拐角部分附近流动的熔融金属的流量倾向于变得更小。另外，与在拐角部 分之外的位置中流动的熔融金属相比，填充到上述拐角部分中的熔融金属的温度倾向于相 对更低。因此，填充到喷嘴拐角部分中的熔融金属易于凝固，且可能发生如下问题：如上所 述，边缘部因凝固的材料而产生碎肩和裂纹，在最坏的情况下，因为必须停止凝固和铸造而 不能得到具有期望板宽的铸造板。
[0024] 为了提高铸造板、通过使用这种板作为原材料而制造的塑性成形材料等的生产率 以降低制造的单位成本，例如，需要连续制造长长度如30m以上且特别是100m以上的铸造 板，且不期望中途停止铸造。因此，一直期望开发能够连续稳定地制造长长度铸造板的制造 方法和能够连续稳定地制造的铸造材料的形状。
[0025] 因此，本发明的目的是提供能够有助于提高高强度镁合金构件生产率的卷材和制 造所述卷材的方法。
[0026] 此外，本发明的另一个目的是提供适用于镁合金构件用原材料的镁合金板和制造 所述镁合金板的方法。
[0027] 而且，本发明的另一个目的是提供适用于制造由镁合金铸造材料形成的卷材的卷 材卷取机。
[0028] 解决问题的手段
[0029] 关于制造由镁合金形成的铸造材料的卷材，本发明提出了一种制造方法，其中在 通过连续铸造来制造板状铸造材料中规定卷绕即将开始时的铸造材料的温度。具体地，在 制造卷材的方法中，将由金属形成的板材卷绕成圆筒形而制造卷材。这种板材是从连续铸 造机中排出的镁合金铸造材料且其厚度t(mm)为7mm以下。此外，包括如下卷绕步骤。
[0030] 卷绕步骤：将所述板材的卷绕即将开始时的温度T(°C)控制在如下温度，并利用 卷取机进行卷绕而获得在室温下的伸长率ek为10%以下的铸造卷材，在该温度下由板材 的厚度t和弯曲半径R(mm)表示的表面应变（(t/R)X100)小于或等于所述板材在室