JP3521290B2 - モリブデン太棒及びその製造方法 - Google Patents

モリブデン太棒及びその製造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、パイプや太棒、特に支
柱、ヒータ、ボルト、ナット、フック等の高温炉用材料
やX線回転陽極用軸材料等に用いられる高温強度に優れ
た積層構造組織を有するモリブデン太棒及びモリブデン
熱処理太棒とそれらの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に高温下で使用されるモリブデン
は、再結晶によって使用中に容易に変形する。この変形
防止のため、板材や細線では純モリブデンに代わって、
再結晶温度が高く高温強度の大きいドープドモリブデン
がよく使用される。このドープドモリブデンの代表的な
ものとして、チタン、ジルコニウム、炭素を含むTZM
合金が知られている。
【0003】ところで、十分な高温強度を有する高融点
金属の使用温度を著しく高めるため、モリブデンに特定
の元素を添加し、圧延、鍛造、線引き等の機械的変形加
工を施し、再結晶熱処理によって積層組織にした材料が
知られている。この種の材料としては、アルミニウム
(Al)、ケイ素(Si)、カリウム(K)の一種又は
二種以上の添加が必須で加工率85%以上の機械加工を
施し、再結晶処理を施して積層組織にした材料が知られ
ている(特公昭61−27459号参照、特開昭59−
150071号公報、米国特許4514234号明細書
参照、以下従来技術1と呼ぶ)。この材料は積層組織
形成にKのガス体痕の配列が大きく寄与するためKの添
加は必須である。
【0004】一方、添加元素としてKを使用せずに再結
晶熱処理後積層組織を有する材料の特許も知られている
(プランゼ(Plansee)特許:特許出願公表平1
−502680号公報、米国特許第4950327号明
細書対応、参照、以下従来技術2と呼ぶ)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述のTZM
合金は再結晶温度が1300℃前後低く、再結晶後は
等軸結晶粒組織となるため高温強度の向上は望めず、純
モリブデンに代わる材料として使用できる温度範囲は知
られており、再結晶温度以下の狭い使用分野に限定され
る。
【0006】しかし、従来技術1に示されているように
Kの添加は焼結体の密度を高めにくく、結果としてその
後の機械的変形加工時の割れ多発の原因となる。又、K
のドープ孔をモリブデン加工体内に細かく配列させて、
再結晶時の粒成長方向をコントロールすることによっ
て、積層組織を形成させる機構であるため、ドープ孔の
大きさ、配列長さ、孔間隔等が大きく影響する。したが
って、焼結体のドープ孔の大きさをコントロールするこ
とは難しく、加工によって小さなドープ孔の配列体にす
るには、高い加工率が必要であり、加工によって割れの
発生しやすいこの材料の太棒は十分な加工率が得れず、
又、加工性の点から適用されていない。
【0007】従来技術2も焼結体に85%以上の変形度
の付与が必須であるが、前記材料と異なり、Kを添加し
ないだけ加工性は改善されているものの、径の太い棒に
は適用されていない。これは、太い焼結体を孔圧延加工
するとき、図1の電子顕微鏡写真に示されるように、直
径40mmに達する迄の加工中に棒の中央付近に穴が開
くため、特性を出すための太い焼結体を加工することが
できないからである。つまり、純モリブデンより再結晶
温度が高く、再結晶後に積層組織を形成することによっ
て、高温での強度に優れ、再結晶後の室温衝撃強さの大
きい太棒は無く、直径10mm以上の太い棒の殆どが加
工性の良い純モリブデンもしくはTZMである。
【0008】そこで本発明の技術的課題は、今まで提供
されなかった、高温での耐垂下性や再結晶後の室温での
耐衝撃性が純モリブデンやTZM合金より大きい、穴欠
陥の無いモリブデン太棒を提供することにある。
【0009】また、本発明の技術的課題は、前記モリブ
デン太棒において、前記したように特性を引き出すべく
積層組織を欠陥無く形成させるためのモリブデン太棒の
製造方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】積層組織が耐垂下性(耐
クリープ特性)を向上させることはよく知られている。
この積層組織を形成させるために各種元素のドープが試
みられている。本発明はモリブデン酸化物に硝酸ランタ
ン溶液状でランタンを添加し、乾燥後水素気流中で還元
してできたMo粉末を、通常の粉末冶金法でプレス、焼
結し、0.10〜1.0質量%のランタンをランタン及
び/又はランタン酸化物の形で含む焼結体を得る。含有
ランタン量を0.10〜1.0質量%としたのは、0.
10質量%以下の場合、高加工率を付与しても再結晶後
アスペクト比が5未満と小さく高温での引張り強さな
どの特性が出ない。一方、1.0質量%を超えるとプレ
ス体が吸湿によって経時的に割れを発生しやすく、又、
プレス後速やかに焼結に付した焼結体でも添加物の影響
で、純モリブデンに比べて変形しにくいため、孔型圧延
時に端部から割れが発生しやすく、歩留まりの点で工業
的では無い。又、1.0%を超えても特性の向上は見ら
れない。この焼結体に再結晶後のアスペクト比が5以上
になるように総断面減少率で75%以上、好ましくは、
再結晶後のアスペクト比が10以上になるように85%
以上の孔型圧延加工を施す。特性は再結晶後のアスペク
ト比によってきまり、少なくとも5以上、好ましくは1
0以上にしたほうがよい。このとき、焼結体あるいは孔
型圧延加工された加工材の径が40mmになるまでは、
孔型圧延時の材料温度に十分注意を払う必要がある。通
常、モリブデンに孔型圧延加工を施す場合には1100
℃〜1300℃で加熱後7〜8回の孔型圧延を繰り返す
が、太径焼結体の孔型圧延加工の場合は直径40mmに
なるまでは一回の加熱で材料表面の温度に注意しながら
数回の圧延に止めねばならない。数回圧延を繰り返すと
材料表面の温度は約1050℃となり、更に圧延を継続
させると内部と表面近傍の温度差が大きくなるととも
に、表面付近の温度低下に伴い変形抵抗が増し、圧延加
工時の塑性浸透度が変わり、加工方向への引っ張り応力
や変形量(延び)に表面近傍と内部で差が生じ、又、中
央付近は棒長方向に対して垂直に90°角度を変えて交
互にかかる力に追随した変形ができず、結果として中央
付近に加工方向に沿った穴が開く。
【0011】中央に穴開き欠陥を発生させずに高い加工
率を付与し、再結晶後に積層組織を形成する太棒を得る
には、直径40mmまでは表面温度が1050℃以下に
ならない温度範囲で孔型圧延加工を施せば良い。そのた
め、1回の加熱での圧延回数を加熱温度によってコント
ロールする必要がある。下限温度は高い方がよいが、生
産性と品質の兼ね合いで1050℃位が適当である。こ
れによって、従来提供されていなかった、再結晶温度が
高く、高温強度の大きい、且つ、再結晶後の室温強度の
大きいモリデブン棒の提供を可能ならしめた。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して説明する。
【0013】酸化モリブデン(MoO)粉末にMo当
たり、0%、0.06%(焼結体中の残量は0.05
%)、0.15%(0.12%)、1.0%(0.86
%)、1.5質量%(1.30%)のLa分をLa(N
O)溶液で添加し、乾燥後、水素気流中で還元処理を
施した平均粒径4.2μmの粉末を作製した。これらの
粉末を1500kgf/cmの圧力でプレス後、水素
気流中1800℃で10時間加熱焼結し、直径45m
m、60mm、80mmの焼結体を得た。これらの焼結
体を1100℃〜1400℃に加熱しながら1回の孔型
圧延で直径を1mmづつ細くしていく加工を施した。こ
こで孔型圧延とは、溝ロールとも呼ばれる加工方法で、
ロール面に断面半円形状の溝をこのロールの周方向に夫
々形成された上下一対のロールを用いた圧延加工方法で
あり、この溝は段階的にその寸法が大きいものから小さ
いものへとロールの長さ方向に約10本並列に形成され
ており、これらの溝に棒材を段階的に挿入して加工が行
われている。このとき、1回の加熱での孔型圧延回数を
変えながら表面温度を測るとともに、圧延後、超音波探
傷機にて欠陥の有無を確認した。その結果を下記表1に
示した。また、得られた棒材の再結晶熱処理後のアスペ
クト比(以下の説明において、アスペクト比は全て再結
晶熱処理後を示す)と引張り強さとの関係を図1に、加
工率とアスペクト比との関係を図2に、また、引張り強
さ、加工率、アスペクト比、及び加工性について下記表
2に示した。
【0014】下記表1から、本発明の実施例に係る棒材
は、穴欠陥等は全く見当たらなかった。
【0015】また、図1で示すように、アスペクト比が
大きくなると引張り強さは増加するが、積層組織の特性
をいかすためのアスペクト比は5以上、望ましくは10
以上である。さらに、図2で示されるように棒径によっ
ても異なるが(焼結体の径が異なるため)少なくとも5
のアスペクト比を得るには少なくとも75%、さらに好
ましくは安定した特性を得るためには80%以上の加工
率が必要である。
【0016】又、下記表2でも示されるように、ランタ
ン成分の含有量をLaに換算して、質量比で0.1%未
満では加工率が高くても、又含有量が0.1%以上でも
加工率が75%未満ではアスペクト比は5未満となり、
効果は期待できない。又、含有量が1%を超えるとプレ
ス後数時間で吸湿によるクラックが発生したり、加工性
が悪く加工時に端部から割れが発生しやすく、歩留まり
の低下をきたすので、ランタン成分の含有量は、Laに
換算して質量比で0.1%〜1.0%の範囲が好ましい
ことが判明した。
【0017】
【表1】
【0018】
【表2】
【0019】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、高温での耐垂下性や再結晶後の室温での耐衝撃性が
純モリブデンやTZM合金より大きい、穴欠陥の無いモ
リブデン太棒を提供することができる。
【0020】また、本発明によれば、このようなモリブ
デン太棒の特性を引き出すべく積層組織を欠陥なく形成
させるためのモリブデン太棒の製造方法を提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係るモリブデン太棒の再結晶
熱処理後のアスペクト比と引張り強さとの関係を示す図
である。
【図2】本発明の実施例に係るモリブデン太棒の加工率
再結晶熱処理後のアスペクト比との関係を示す図であ
る。
【図3】従来のモリブデン太棒の断面の金属組織を示す
電子顕微鏡写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22F 1/00 - 3/02 C22C 1/00 - 49/14 B21B 1/16 B22F 3/16

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ランタン元素に換算して0.10〜1.
    質量%のランタン成分をランタン及びランタン酸化物
    の少くとも一方の形態で含み、断面減少率で75%以上
    の孔型圧延加工、或いは孔型圧延と転打の加工を施すこ
    とによって少くとも10mmの直径を有するモリブデン
    太棒を得、このモリブデン太棒をさらに、再結晶熱処理
    を施したモリブデン熱処理材料であって、前記加工方向
    に平行な断面が細長い結晶粒から構成された積層組織を
    呈し、前記結晶粒は少なくとも5のアスペクト比(幅に
    対する長さの比)を有することを特徴とするモリブデン
    熱処理太棒。
  2. 【請求項2】 二酸化モリブデン粉末(MoO)に、
    モリブデン元素の質量に対して0.10〜1.0質量%
    ランタン成分を含むモリブデン粉末となるように硝酸ラ
    ンタン溶液添加し、乾燥後、水素気流中で還元処理を
    施して得られた粉末を粉末冶金法で棒状にプレス焼結
    し、得られた焼結体を、直径40mmに達するまでは加
    工時の材料表面温度を1050℃以上に保ちつつ、総面
    積減少率75%以上の孔型圧延加工、或いは孔型圧延と
    転打の加工を施すことを特徴とするモリデブン太棒の製
    造方法。
  3. 【請求項3】 請求項記載の製造方法によって製造さ
    れたモリブデン太棒に、再結晶熱処理を施すことを特徴
    とするモリデブン熱処理太棒の製造方法。
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