卷材及其制造方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2011年3月22日、中國(guó)申請(qǐng)?zhí)枮?01180003026. 6(國(guó)際申請(qǐng) 號(hào)為PCT/JP2011/056722)的申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及由適用于鎂合金構(gòu)件用原材料的鎂合金鑄造材料形成的卷材和制造 所述卷材的方法、由所述卷材制造的鎂合金板和制造所述鎂合金板的方法、以及適用于制 造所述卷材的卷材卷取機(jī)。特別地，本發(fā)明涉及有助于提高高強(qiáng)度鎂合金構(gòu)件的生產(chǎn)率的 卷材和制造所述卷材的方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 作為用于各種構(gòu)件如便攜式電力和電子裝置如移動(dòng)電話和膝上型計(jì)算機(jī)的外殼 的構(gòu)成材料，已經(jīng)對(duì)展示優(yōu)異比強(qiáng)度和比剛性的輕質(zhì)鎂合金進(jìn)行了研宄。關(guān)于由鎂合金形 成的構(gòu)件，通過(guò)壓鑄法或觸變成形法制造的鑄造材料（例如基于美國(guó)試驗(yàn)與材料學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn) 的AZ91合金）是主流。近年來(lái)，已經(jīng)使用了由如下板制造的構(gòu)件，所述板由伸長(zhǎng)用鎂合金 形成且已經(jīng)對(duì)其進(jìn)行了壓制成形，所述鎂合金由基于美國(guó)試驗(yàn)與材料學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)的AZ31合 金代表。
[0004] 專利文獻(xiàn)1公開(kāi)，在特定條件下制造了由AZ91合金或含有與AZ91相同量的A1 的合金形成的軋制板并將制得的板進(jìn)行壓制成形。
[0005] 專利文獻(xiàn)2公開(kāi)了一種利用雙輥型連續(xù)鑄造裝置制造充當(dāng)這種軋制板的原材料 的鑄造材料的技術(shù)。雙輥型連續(xù)鑄造裝置是用于通過(guò)將熔融材料進(jìn)給至在彼此相反的方向 上旋轉(zhuǎn)的一對(duì)鑄造輥之間并將所述鑄造輥之間的熔融材料急冷并凝固而得到板狀鑄造材 料的裝置。通常在通過(guò)軋制等形成之后將利用這種雙輥型連續(xù)鑄造裝置制造的鑄造材料卷 繞在卷取軸上，并將其攜帶至基于卷取軸的另一個(gè)二次成形位置或船運(yùn)給顧客。
[0006] 專利文獻(xiàn)3公開(kāi)了一種適用于雙輥型連續(xù)鑄造裝置的鑄造噴嘴。通過(guò)將分開(kāi)布置 的一對(duì)主體板和布置在所述兩個(gè)主體板兩側(cè)上的長(zhǎng)方體側(cè)壩結(jié)合來(lái)形成這種噴嘴，且開(kāi)口 部為矩形。
[0007] 在通過(guò)上述技術(shù)形成的鎂合金中，具有高強(qiáng)度并展示優(yōu)異耐腐蝕性、阻燃性等的 鎂合金具有大的添加元素含量。例如，在對(duì)鑄造材料進(jìn)行比較的情況中，與AZ31合金相 比，A1含量比AZ31合金的A1含量更大的AZ91合金具有高的拉伸強(qiáng)度和優(yōu)異的耐腐蝕 性。此外，關(guān)于具有相同組成的鎂合金，通常，與鑄造材料的強(qiáng)度相比，通過(guò)對(duì)鑄造材料進(jìn)行 各種塑性成形如軋制、鍛造、拉伸或壓制而制造的成形材料的強(qiáng)度更高。
[0008] 引用列表
[0009] 專利文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開(kāi)2007-098470號(hào)公報(bào)
[0011] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開(kāi)平1-133642號(hào)公報(bào)
[0012] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開(kāi)2006-263784號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 技術(shù)問(wèn)題
[0014] 通常，期望上述構(gòu)件如外殼具有高強(qiáng)度和剛性并展示優(yōu)異的耐腐蝕性等。然而，難 以以高生產(chǎn)率制造由具有優(yōu)異特性如強(qiáng)度和耐腐蝕性的鎂合金形成的構(gòu)件。
[0015] 例如，在通過(guò)對(duì)軋制板進(jìn)行塑性成形如壓制來(lái)制造展示優(yōu)異強(qiáng)度的鎂合金構(gòu)件的 情況中，預(yù)期與將切割成預(yù)定長(zhǎng)度的單位長(zhǎng)度的軋制板用作原材料相比，將連續(xù)制造的長(zhǎng) 長(zhǎng)度的軋制板用作原材料能夠提高收率并提高生產(chǎn)率。為了制造長(zhǎng)長(zhǎng)度的軋制板，需要制 造充當(dāng)軋制板用原材料的長(zhǎng)長(zhǎng)度的鑄造材料。而且，為了能夠?qū)⒃牧线B續(xù)進(jìn)給至軋制機(jī) 等中，期望的是，通過(guò)卷繞成圓筒形而將充當(dāng)原材料的長(zhǎng)長(zhǎng)度的鑄造材料制成鑄造卷材。然 而，難以制造長(zhǎng)長(zhǎng)度的由高強(qiáng)度鎂合金形成的鑄造材料并難以對(duì)長(zhǎng)長(zhǎng)度的主體進(jìn)行卷繞。
[0016] 作為用于制造高強(qiáng)度鎂合金構(gòu)件的原材料的實(shí)例，本發(fā)明人對(duì)具有250MPa以 上拉伸強(qiáng)度的板狀鑄造材料進(jìn)行了研宄。典型地，通過(guò)將充當(dāng)鎂合金添加元素的元素如 Al、Zr、Y、Si、Zn和Ca的總含量規(guī)定為7. 3質(zhì)量％以上，能夠使得鑄造材料的拉伸強(qiáng)度 為250MPa以上。滿足上述拉伸強(qiáng)度的鎂合金的實(shí)例包括具有7. 3質(zhì)量％以上A1含量的 Mg-Al-Zn基鎂合金。
[0017] 為了通過(guò)使用含有高濃度添加元素的這種鎂合金來(lái)制造如下鑄造材料，需要對(duì)熔 融金屬進(jìn)行急冷和凝固，所述鑄造材料以使得在表面中基本不變色（主要由氧化造成）的 方式具有優(yōu)異的表面質(zhì)地并以使得中心線以非常低的水平偏析的方式具有少量缺陷。特別 地，優(yōu)選以使得板材從鑄造機(jī)中排出時(shí)的溫度變?yōu)?50°C以下并優(yōu)選250°C以下的方式結(jié) 合冷卻實(shí)施鑄造。鑄造成薄板適用于實(shí)現(xiàn)上述冷卻條件以得到上述高品質(zhì)鑄造材料。然而， 當(dāng)鑄造材料薄時(shí)，在鑄造之后通過(guò)自然冷卻以約25°C/分鐘~50°C/分鐘的速率降溫。在 這點(diǎn)上，鎂合金具有六方晶系結(jié)構(gòu)（六方密堆積結(jié)構(gòu)），并因此在室溫下的塑性成形性差。 因此，塑性成形性因上述降溫而劣化，從而使得在相關(guān)領(lǐng)域中難以利用卷取機(jī)進(jìn)行卷繞。
[0018] 此外，在使用含有高濃度添加元素的上述鎂合金的情況中，鑄造組織變?yōu)槠渲性?柱形晶體附近產(chǎn)生富集添加元素的脆弱微偏析的組織。因?yàn)檫@種偏析，鑄造材料的韌性差 且在不產(chǎn)生裂紋等的條件下能夠進(jìn)行彎曲的曲率（容許彎曲半徑）受到限制。因此，關(guān)于相 關(guān)領(lǐng)域中的卷取機(jī)，難以在不產(chǎn)生裂紋等的條件下對(duì)制造的長(zhǎng)長(zhǎng)度的鑄造材料進(jìn)行連續(xù)卷 繞。據(jù)認(rèn)為，卷取機(jī)卷繞滾筒的半徑隨上述容許彎曲半徑的增大而增大。然而，必要的是， 卷取機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)因卷繞滾筒的大型化而大型化，所述想法是不切實(shí)際的。而且，即使當(dāng)提高 卷繞滾筒的半徑時(shí)，也可以通過(guò)抓住鑄造材料卷繞起始位置的夾緊部在卷繞起始位置附近 施加半徑比卷繞滾筒的半徑更小的彎曲。因此，僅通過(guò)改變卷繞滾筒的半徑可能不能解決 上述問(wèn)題。
[0019] 另一方面，含有低濃度添加元素的鎂合金如AZ31具有即使在室溫下仍能夠?qū)嵤?彎曲的程度的韌性。因此，在制造長(zhǎng)長(zhǎng)度的鑄造材料的情況中，能夠容易地實(shí)施卷繞，但不 能得到高強(qiáng)度的鎂合金構(gòu)件。
[0020] 同時(shí)，在板材剛從鑄造機(jī)中排出之后的溫度與上述溫度相比未降低并使得溫度在 某種程度上處于高的狀態(tài)的情況中能夠?qū)嵤├鋮s。然而，在這種情況下，關(guān)于卷繞的鑄造材 料，會(huì)發(fā)生由未制成固溶體的部分引起的缺陷和因氧化造成的表面狀態(tài)的劣化等。因此，需 要在隨后的步驟如軋制之前將這些缺陷和表面層除去，從而降低了鎂合金構(gòu)件的生產(chǎn)率。
[0021] 另外，在制造上述鑄造卷材中使用專利文獻(xiàn)3中所述的具有矩形開(kāi)口的鑄造噴嘴 的情況中，難以連續(xù)并穩(wěn)定地制造具有預(yù)定寬度的鑄造板。
[0022] 在通過(guò)連續(xù)鑄造來(lái)制造鑄造板的情況中，與鑄造板的中心部相比，鑄造板邊緣部 的熔融金屬的流量?jī)A向于下降，由此在邊緣部中易于產(chǎn)生碎肩、裂紋等。因此，在對(duì)鑄造 板進(jìn)行成形如軋制的情況中，對(duì)鑄造板的兩個(gè)邊緣部進(jìn)行修整以在成形之前調(diào)節(jié)至預(yù)定寬 度。如果邊緣部的裂紋延伸至中心部，則修整量增大，不能確保預(yù)定的寬度，且收率下降。因 此，在制造長(zhǎng)長(zhǎng)度的鑄造材料中，期望降低邊緣部的裂紋。然而，未預(yù)先對(duì)能夠有效減少邊 緣部裂紋的制造方法和鑄造材料的形狀進(jìn)行充分研宄。
[0023] 關(guān)于由主體板和側(cè)壩形成的上述鑄造噴嘴，通過(guò)側(cè)壩對(duì)存在于噴嘴中端部附近的 熔融金屬進(jìn)行冷卻，并可以在側(cè)壩附近局部產(chǎn)生凝固的材料。凝固的材料進(jìn)一步冷卻周圍 的熔融金屬并降低流向噴嘴開(kāi)口部的熔融金屬的流量，從而逐漸擴(kuò)展凝固區(qū)域，凝固區(qū)域 可能與模具接觸，且可能在鑄造板的邊緣部中在很大程度上產(chǎn)生碎肩和裂紋。特別地，在具 有矩形開(kāi)口的鑄造噴嘴中，相對(duì)于在噴嘴中在拐角部分之外的位置中流動(dòng)的熔融金屬的流 量，在噴嘴中的拐角部分附近流動(dòng)的熔融金屬的流量?jī)A向于變得更小。另外，與在拐角部 分之外的位置中流動(dòng)的熔融金屬相比，填充到上述拐角部分中的熔融金屬的溫度傾向于相 對(duì)更低。因此，填充到噴嘴拐角部分中的熔融金屬易于凝固，且可能發(fā)生如下問(wèn)題：如上所 述，邊緣部因凝固的材料而產(chǎn)生碎肩和裂紋，在最壞的情況下，因?yàn)楸仨毻Ｖ鼓毯丸T造而 不能得到具有期望板寬的鑄造板。
[0024] 為了提高鑄造板、通過(guò)使用這種板作為原材料而制造的塑性成形材料等的生產(chǎn)率 以降低制造的單位成本，例如，需要連續(xù)制造長(zhǎng)長(zhǎng)度如30m以上且特別是100m以上的鑄造 板，且不期望中途停止鑄造。因此，一直期望開(kāi)發(fā)能夠連續(xù)穩(wěn)定地制造長(zhǎng)長(zhǎng)度鑄造板的制造 方法和能夠連續(xù)穩(wěn)定地制造的鑄造材料的形狀。
[0025] 因此，本發(fā)明的目的是提供能夠有助于提高高強(qiáng)度鎂合金構(gòu)件生產(chǎn)率的卷材和制 造所述卷材的方法。
[0026] 此外，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供適用于鎂合金構(gòu)件用原材料的鎂合金板和制造 所述鎂合金板的方法。
[0027] 而且，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供適用于制造由鎂合金鑄造材料形成的卷材的卷 材卷取機(jī)。
[0028] 解決問(wèn)題的手段
[0029] 關(guān)于制造由鎂合金形成的鑄造材料的卷材，本發(fā)明提出了一種制造方法，其中在 通過(guò)連續(xù)鑄造來(lái)制造板狀鑄造材料中規(guī)定卷繞即將開(kāi)始時(shí)的鑄造材料的溫度。具體地，在 制造卷材的方法中，將由金屬形成的板材卷繞成圓筒形而制造卷材。這種板材是從連續(xù)鑄 造機(jī)中排出的鎂合金鑄造材料且其厚度t(mm)為7mm以下。此外，包括如下卷繞步驟。
[0030] 卷繞步驟：將所述板材的卷繞即將開(kāi)始時(shí)的溫度T(°C)控制在如下溫度，并利用 卷取機(jī)進(jìn)行卷繞而獲得在室溫下的伸長(zhǎng)率ek為10%以下的鑄造卷材，在該溫度下由板材 的厚度t和彎曲半徑R(mm)表示的表面應(yīng)變（(t/R)X100)小于或等于所述板材在室