JP7193796B2 - ジルコニウム合金及びその製造方法 - Google Patents
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加工率(%)=(A0-A1)/A0×100(%)
加工率を70%以上とすることで、冷間鍛造時に金属に割れなどが生じて歩留まりを低下させることを防ぐこともできる。加工率は、85%以上にすることがより好ましい。加工率の上限値は、特に限定されないが、例えば、100%未満であることが好ましく、98%以下であることがより好ましい。
固体のZrと固体のMoとを混合した。この混合物を、高周波誘導溶解炉に入れて、昇温し、溶解させて、溶湯を得た。次いで、この溶湯を、鋳型に流し込んで、冷却し凝固させた。鋳型からジルコニウム合金を取り出して、製造例1に係る円柱状素材(直径150mm、長さ100mm)を得た。円柱状素材の表面に付着している酸化物等の汚れを除去して清浄化した。なお、Zrに対して副成分のMoは1質量%となるように混合した。この素材は、「Zr-1Mo」と称することがある。
製造例1で得た円柱状素材(直径150mm、長さ100mm)を初期素材として使用した。この初期素材を熱間鍛造で引き伸ばし、より長い円柱状素材(直径40~60mm、長さ500mm)に加工して、製造例2に係る円柱状素材を得た。
製造例2で得た円柱状素材(直径40~60mm、長さ500mm)を初期素材として使用した。この初期素材を、スウェージ加工機(互栄機械製)により室温で冷間鍛造した。加工率は、製造例2で得た初期素材を基準として、75%とした。これにより、製造例3に係る素材を得た。なお、スウェージ加工は、冷間鍛造として直径50mm程度の金属棒材を1mm程度まで細径化するのに簡便な方法であるため採用した。ただし、初期材料の形状や寸法によって、その他の冷間加工方法を採用することもできる。
製造例3で得た冷間鍛造後の素材を初期素材として使用した。この初期素材を、加熱冷却する熱処理を実施した。その条件は、500℃で1時間保持し、その後に冷却した。これにより、製造例4に係る素材を得た。
製造例2で得た円柱状素材(直径40~60mm、長さ500mm)を初期素材として使用した。この初期素材を、スウェージ加工機(互栄機械製)により室温で冷間鍛造した。加工率は、製造例2で得た初期素材を基準として、90%とした。これにより、製造例5に係る素材を得た。
製造例5で得た冷間鍛造後の素材を初期素材として使用した。この初期素材を、加熱冷却する熱処理を実施した。その条件は、500℃で1時間保持し、その後に冷却した。これにより、製造例4に係る素材を得た。
製造例6の素材について、素材内部の微細構造を観察した。図1にTEM(Transmission Electron Microscopy)、及びSEM(Scanning Electron Microscopy)により観察した電子顕微鏡写真を示す。図1の左側の写真がTEMによる写真であり、図1の右側の写真がSEMによる写真である。なお、TEMについては、日立製作所HF-2000EDXを使用し、SEMについては、日本電子製JSM-6500Fを使用した。図1に示したように、Zrを主成分として含有し、副成分としてMoを0.5~15質量%含有するジルコニウム合金に対して、熱間鍛造、冷間鍛造、及び加熱保持する工程を施した、ジルコニウム合金では、スウェージ加工により板状に引き延ばされた層状のα相中に微細分散した針状のβ相が確認できる。β相は、図1の左側の画像では、α相よりも小さく、黒色かつ扁平な粒子として視認され、図1の右側の画像では、α相よりも小さく、白色かつ扁平な粒子として視認される。β相の短軸方向の長さは、5~10nm程度であり、β相の長軸方向の長さは10~100nmの範囲で分布している。β相が扁平な形状となっているのは、鍛造によって板状に引き延ばされたためである。
上記の製造例1ないし製造例6に係る素材を使用して、機械加工により、JIS T 6115に規定される試験片を作製した。そして、各試験片を使用して、0.2%耐力(引張時)、引張り強度、及び破断伸び(引張時)を求めた。各試験は、引張り試験機(Instron社製Instron5892)を用いて行った。引張り試験は、室温にてクロスヘッド速度1mm/minで実施した。0.2%耐力、及び引張り強度は、荷重-変位曲線を作成し、当該曲線においてひずみが0.2%に達した際の荷重と、試験片が破断に至るまでの最大荷重を求めて、それぞれの値を試験片の初期断面積で除することによって求めた。破断伸びは、荷重変位曲線より破断前後の試験片の変位量を求めゲージ長さにより除することで求めた。なお、ゲージ長さとは、伸びを求める対象の試験片における、基準になる長手方向の間隔であり、今回の試験の場合20mmである。結果を以下の表1に示す。
Claims (4)
- Zrを主成分として含有し、副成分としてMoを0.5~15質量%含有するモリブデン-ジルコニウム合金であって、
α相中に、α相に比して微細かつ扁平なβ相が分散した状態となっているモリブデン-ジルコニウム合金。 - Zrを主成分として含有し、副成分としてMoを0.5~15質量%含有するモリブデン-ジルコニウム合金を鍛造してα相中に、α相に比して微細かつ扁平なβ相が分散した状態となっているモリブデン-ジルコニウム合金を製造する方法であって、
前記モリブデン-ジルコニウム合金を熱間鍛造し、熱間鍛造したモリブデン-ジルコニウム合金を冷間鍛造し、冷間鍛造したモリブデン-ジルコニウム合金を加熱保持する工程を含むモリブデン-ジルコニウム合金の製造方法。 - 冷間鍛造における加工率が、70%以上である請求項2に記載のモリブデン-ジルコニウム合金の製造方法。
- モリブデン-ジルコニウム合金を加熱保持する際の温度は、400℃以上である請求項2又は3に記載のモリブデン-ジルコニウム合金の製造方法。
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