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Info
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Description
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。
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。
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。
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)。
合金は再結晶温度が1300℃前後と低く、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。
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。
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。
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。
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。
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
のアスペクト比が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。
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。
して説明する。
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)3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/cm2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。
は、穴欠陥等は全く見当たらなかった。
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。
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。
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。
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。
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。
と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。
電子顕微鏡写真である。
Claims (3)
- 【請求項1】 ランタン元素に換算して0.10〜1.
0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。 - 【請求項2】 二酸化モリブデン粉末(MoO2)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
ンタン溶液を添加し、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。 - 【請求項3】 請求項2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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