JP2008024955A - Ｎｂ材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比較して大単重なＮｂ材を製造でき、酸化物層も残存し難いＮｂ材の製造方法を提供すること。
【解決手段】ＮｂまたはＮｂ合金、好ましくは冷間鍛造などの冷間塑性加工を経たＮｂまたはＮｂ合金を、５００〜９００℃の温度範囲で温間塑性加工、好ましくは、温間圧延し、温間塑性加工時にＮｂまたはＮｂ合金の表面に生じた酸化物層を除去する。酸化物層の除去は、研磨、研削、ブラスト処理、および、酸洗から選択される少なくとも１つを好適に用いることができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、Ｎｂ材の製造方法に関するものである。

近年、例えば、デジタル家電、移動端末用途などに、液晶表示装置が多く使用されている。この液晶表示装置は、一般に、複数の冷陰極蛍光ランプを備えたバックライトを備えており、この冷陰極蛍光ランプの電極材料には、通常、Ｎｂ材が用いられている。そのため、近年の液晶表示装置などの需要拡大に伴い、Ｎｂ材の需要が増加してきている。

ところで、Ｎｂは、２００℃以上の大気中で容易に酸化し、酸化物層が発生する。この酸化物層は、非常に硬いため、例えば、Ｎｂを熱間圧延すると割れが発生しやすくなる。また、製造後のＮｂ材に厚い酸化物層が残存することも懸念される。そのため、従来、Ｎｂ材の製造は、冷間圧延などの冷間加工によるのが通常であった。

例えば、特許文献１には、純Ｎｂインゴットを、冷間鍛造し、表面の割れなどを研削除去し、焼鈍した後に冷間圧延し、焼鈍する純Ｎｂ板の製造方法が開示されている。

特開平３−２４７７４５号公報

しかしながら、従来のＮｂ材の製造方法は、以下の点で問題があった。

すなわち、Ｎｂは、材料異方性が大きい。そのため、例えば、帯状のＮｂ材を冷間圧延により製造しようとする場合には、その材料異方性に起因して、曲がり、反りなどが発生しやすく、大単重のＮｂ材が製造しにくいといった問題があった。そのため、従来では、小単重の短板圧延をするほかなかった。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、従来に比較して大単重なＮｂ材を製造でき、酸化物層も残存し難いＮｂ材の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係るＮｂ材の製造方法は、ＮｂまたはＮｂ合金を、５００〜９００℃の温度範囲で温間塑性加工する工程と、上記温間塑性加工時にＮｂまたはＮｂ合金の表面に生じた酸化物層を除去する工程とを少なくとも有することを要旨とする。

ここで、上記温間塑性加工は、冷間塑性加工を経たＮｂまたはＮｂ合金を好適に用いることができる。また、上記温間塑性加工は、温間圧延を好適に用いることができる。

また、上記酸化物層の除去は、研磨、研削、ブラスト処理、および、酸洗から選択される少なくとも１つであると良い。

本発明に係るＮｂ材の製造方法は、ＮｂまたはＮｂ合金を、温間圧延などの温間塑性加工しているので、Ｎｂの材料異方性が軽減され、Ｎｂ材の曲がり、反りなどを軽減することができる。そのため、例えば、帯鋼粗圧延ラインなどを使用するなどして、従来よりも大単重のＮｂ材を安定して製造しやすい。

また、温間塑性加工温度を特定の範囲内としているので、ＮｂまたはＮｂ合金の表面に発生する酸化物層の厚さを、後工程において除去が比較的容易な程度の厚さにまで抑制することができる。そして、後工程において酸化物層を除去するので、得られるＮｂ材に酸化物層が残存し難い。

上記酸化物層の除去が、研磨、研削、ブラスト処理、および、酸洗から選択される少なくとも１つであれば、温間塑性加工時に生じた酸化物層を比較的簡易に除去しやすい。

以下、本実施形態に係るＮｂ材の製造方法（以下、「本製造方法」ということがある。）について説明する。

本製造方法は、少なくとも、以下の温間塑性加工工程と、酸化物層除去工程とを有している。

（温間塑性加工工程）
本製造方法において、温間塑性加工工程は、ＮｂまたはＮｂ合金を、５００℃〜９００℃の温度範囲で温間塑性加工する工程である。

本製造方法では、Ｎｂ材の原料として純Ｎｂ、Ｎｂ合金（以下、まとめて「純Ｎｂ等」ということがある。）の何れであっても用いることができる。

純Ｎｂの純度としては、好ましくは、９９．０％以上、より好ましくは、９９．９％以上であると良い。

また、Ｎｂ合金とは、Ｎｂを主成分とし、他の副成分元素を１種または２種以上含む合金のことである。具体的には、例えば、Ｎｂ−Ｎｉ合金、Ｎｂ−Ｚｒ合金などを例示することができる。

本製造方法では、これらのうち、好ましくは、純Ｎｂを好適に用いることができる。本製造方法により得られたＮｂ材を、例えば、液晶表示装置が有するバックライトの冷陰極放電管の電極材料に用いた場合に、長寿命の電極を得られやすいなどの利点があるからである。

この工程における上記純Ｎｂ等としては、具体的には、例えば、電子ビーム溶解法、真空誘導溶解法、真空アーク溶解法などにより、純Ｎｂ等を溶解し、鋳造によりインゴットを製造した後、冷間鍛造、冷間圧延などの冷間塑性加工を行い、板状、線状などの適当な形状にしたものを用いることができる。また、上記冷間塑性加工を行った後に、さらにこの加工物に対して切断による分割などを行っても良い。

より具体的には、例えば、帯状のＮｂ材を製造する場合、上記インゴットを冷間鍛造し、板厚を、好ましくは、３０〜２００ｍｍ、より好ましくは、３０〜１５０ｍｍ程度にしておくと良い。

そして、本製造方法では、上記純Ｎｂ等を、５００℃〜９００℃の温間温度範囲で温間塑性加工する。

ここで、本製造方法にいう「温間塑性加工」とは、加熱炉などの何らかの加熱装置を用いて純Ｎｂ等に熱が加わっており、かつ、その加熱温度が純Ｎｂ等の再結晶温度以下の温度範囲で行われる塑性加工を指す。

温間塑性加工時の温度が５００℃を下回ると、純Ｎｂ等が有する材料異方性を抑制し難く、得られるＮｂ材の曲がり、反りなどを抑制することができるなくなる。

一方、温間塑性加工時の温度が９００℃を上回ると、純Ｎｂ等に生じる酸化物層の厚さが厚くなり過ぎ、後の酸化物層除去工程において、硬い酸化物層を除去し難くなる。また、除去時の歩留まりなども低下しやすくなる。

温間塑性加工時の温度としては、その好ましい下限値として、具体的には、例えば、５５０℃、５７５℃、６００℃などを例示することができる。これら好ましい下限値と組み合わせ可能な好ましい上限値として、具体的には、例えば、８５０℃、８００℃、７７５℃、７５０℃などを例示することができる。

上記温度範囲内であれば、得られるＮｂ材の曲がり、反りなどを抑制する効果が大きく、かつ、酸化物層の厚さも後に除去しやすい程度の厚さに制御しやすく、両者のバランスに優れるからである。

温間塑性加工時に純Ｎｂ等に生じる酸化物層の厚みは、後述する酸化物除去工程にて除去しやすいように、以下の範囲内にあると良い。

すなわち、上記酸化物層の厚みとしては、その好ましい上限値として、具体的には、例えば、１．３ｍｍ未満、１．２ｍｍ以下、１．１ｍｍ以下、１．０ｍｍ以下などを例示することができる。なお、酸化物層は少ない程良いから、上記酸化物層の下限の厚みは、特に限定されるものではない。

上記温間塑性加工としては、具体的には、例えば、温間圧延、温間鍛造などを例示することができる。これらは１種または２種以上併用しても良い。

なお、本製造方法は、連続生産に好適に用いることができるものであり、上記温間塑性加工工程は、大気中など、酸素を含む雰囲気中で行われる。

（酸化物層除去工程）
本製造方法において、酸化物層除去工程は、上記温間塑性加工時に純Ｎｂ等の表面に生じた酸化物層を除去する工程である。

上記酸化物層の除去方法としては、具体的には、例えば、グラインダー、研磨剤などによる研磨、研削、ショットブラスト、サンドブラストなどのブラスト処理、酸洗などを例示することができる。これらは、１種または２種以上併用しても良い。

この際、この工程では、温間塑性加工時に生じた酸化物層の全てを除去するのが好ましい。しかしながら、本製造方法において得られるＮｂ材の用途、製造性などを考慮して、除去の程度を変えることも可能である。すなわち、Ｎｂ材の用途によって問題が生じない範囲、除去時の歩留まりなどを考慮して、生じた酸化物層の厚みを当初の厚みよりもある程度減少させる程度の除去に留めても良い。

本製造方法は、上記温間塑性加工工程と、酸化物層除去工程とを少なくとも有しているが、他にも、例えば、上記酸化物層除去工程の後に、仕上げ冷間圧延、冷間鍛造などの仕上げ冷間塑性加工工程を有していても良い。また、さらに、上記酸化物層除去工程と仕上げ冷間塑性加工工程との間に、中間冷間圧延、冷間鍛造などの中間冷間塑性加工工程を有していても良い。また、上記仕上げ冷間塑性加工工程および／または中間冷間塑性加工工程の後に、冷間塑性加工により生じた歪みを取るため、真空中またはＡｒなどの不活性ガス雰囲気中で、焼鈍処理を行っても良い。

なお、上記焼鈍処理は、具体的には、例えば、好ましくは、６００〜１１００℃、より好ましくは、７００〜１０００℃の温度で、３〜７時間程度行うと良い。

以上説明した本製造方法により得られるＮｂ材の用途は、特に限定されるものではない。Ｎｂ材の用途としては、具体的には、例えば、液晶表示装置のバックライトなどに用いられる、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ：ColdCathode Fluorescent Lamp）や外部電極蛍光ランプ（ＥＥＦＬ：External Electrode Fluorescent Lamp）などの放電管の電極材料、気相法のターゲット材料、耐食材（化学プラント用容器、配管、ノズル、保護管など）、耐熱材（真空装置用部品など）などを例示することができる。

以下、本発明を実施例を用いてより具体的に説明する。

（Ｎｂ板材の製造）
電子ビーム溶解法により、純Ｎｂ（純度９９．９％）を溶解し、鋳造により５００ｋｇのインゴットを作製した。

次いで、このインゴットを常温まで冷却した後、大気雰囲気中にて冷間鍛造し、厚み３０ｍｍの板材とした。

次いで、得られた板材を、１本当たりの重量が２００ｋｇとなるように切断した。

次いで、切り出した各板材を、４００℃〜１０００℃の温間温度（５０℃刻みで１３水準）の範囲内において、大気雰囲気中にて温間圧延することにより、厚み５ｍｍの板材とした。

なお、温間圧延した板材の枚数は、各温間温度水準毎に１０枚づつとした。

次いで、各温間温度水準毎に、温間圧延した板材の表面を、グラインダー研磨、研削、ショットブラスト、酸洗を各２枚ずつ行い、酸化物層を除去した。

以上により、各温間温度水準毎にＮｂ板材を作製した。

（評価）
次に、以下の評価方法により、各温間温度水準毎に、Ｎｂ板材の製造方法を相対評価した。

すなわち、第１に、温間圧延により生じた酸化物層の厚みを測定した。ここでは、各温間温度水準毎に、温間圧延して得られた板材を断面出しし、最表面から深さ方向（厚み方向）の硬さを測定した。そして、最表面から硬さが安定する深さまでの距離を求め、これを酸化物層の厚みとした。

第２に、各温間温度水準毎に得られた各Ｎｂ板材につき、曲がり、反りを測定した。ここでは、各Ｎｂ板材中において、最も大きい横曲がりの値が１ｍ当たり３０ｍｍ以下、かつ、最も大きい反りの値が１ｍ当たり１５０ｍｍ以下である場合を良品と判断し、それ以外を不良品として判断した。

以下の表１に評価結果を示す。なお、相対的にみて、酸化物層の厚みが薄く、かつ、不良品枚数も少なくバランスが良い場合を、極めて良好な製法であるとして表では「Ａ」と表記している。また、酸化物層の厚みが薄く、かつ、不良品枚数が少ない場合を、良好な製法であるとして表では「Ｂ」と表記している。これらに対して、酸化物層の厚みが厚くなり過ぎており、酸化物層を除去し難い場合、または、不良品枚数が多い場合を、良好な製法とはいえないとして表では「Ｃ」と表記している。

表１から以下のことが分かる。すなわち、温間圧延温度を４００℃、４５０℃とした場合、温度が他に比較して低いので、酸化物層の厚みが薄く、後工程において、酸化物層を除去しやすかった。

しかしながら、極端な曲がり、反りが発生し、不良品の発生が多かった。つまり、このような低温度による温間圧延では、極端な曲がり、反りを軽減する効果が得られないことが分かる。これにより、低温度による温間圧延を行う製造方法では、大単重のＮｂ材を安定して製造することができないことが確認された。

また、温間圧延温度を９５０℃、１０００℃とした場合、Ｎｂの材料異方性を抑制することができ、極端な曲がり、反りの発生を抑制することはできた。

しかしながら、このような高温度による温間圧延では、酸化物層の厚さが厚くなり過ぎ、硬い酸化物層を、後工程で除去し難い状況が発生した。とりわけ、簡易な酸化物層の除去方法であるベルト研磨による酸化物層の除去が困難であった。

これらに対し、本願で規定される温間温度範囲内で温間圧延した場合には、Ｎｂの材料異方性が軽減され、極端な曲がり、反りを軽減することができた。さらに、温間圧延時に生じた酸化物層の厚さも、後工程において除去が比較的容易な厚さに抑えることができた。

これらの結果から、本発明に係るＮｂ材の製造方法によれば、従来に比較して大単重なＮｂ材を製造することができ、酸化物層も残存させ難いことが確認できた。したがって、本発明に係るＮｂ材の製造方法によれば、例えば、帯状Ｎｂ材の大ロットコイルなどを安定して供給できるようになるなど、その利用価値は大きい。

以上、本発明に係るＮｂ材の製造方法について説明したが、本発明は、上記実施形態、実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。

Claims (4)

1. ＮｂまたはＮｂ合金を、５００〜９００℃の温度範囲で温間塑性加工する工程と、
   前記温間塑性加工時にＮｂまたはＮｂ合金の表面に生じた酸化物層を除去する工程とを少なくとも有することを特徴とするＮｂ材の製造方法。
2. 冷間塑性加工を経たＮｂまたはＮｂ合金を温間塑性加工することを特徴とする請求項１に記載のＮｂ材の製造方法。
3. 前記温間塑性加工は、温間圧延であることを特徴とする請求項１または２に記載のＮｂ材の製造方法。
4. 前記酸化物層の除去は、研磨、研削、ブラスト処理、および、酸洗から選択される少なくとも１つであることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のＮｂ材の製造方法。