JPH0224901B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） この発明は、構造用モリブデン材、特に耐高温
変形性に優れたモリブデン材料の改良に関するも
のである。 （従来の技術） 一般的に、モリブデンはその固有の性質とし
て、2600℃の高温融点を持ち、高温での強度が他
の金属に比較して優れていることが知られてお
り、かつこの性質を利用して高温での過酷な条件
で使用されることが多い。このモリブデンを高温
で使用するに際しては、再結晶温度や強度の改善
等の為にAl、Si、Ｋ或はTi、Zr、Ｃ等の元素
（以下「ドープ剤」と称する）の１種或は複数種
が微量添加されている。 これらのドープ剤を微量添加する主たる目的
は、純モリブデンに比較して再結晶温度を高める
こと及び脆いとされているモリブデンの結晶粒界
を強化する等のためである。 これらのドープ剤のうち、Al、Si、Ｋ等の元
素を添加することはすでにタングステンフイラメ
ントの性能改善の一つの方法として提案されてい
る技術の延長線上に位置するもので、近年、高温
構造材料としてのモリブデン材料等についてもこ
れらの元素（ドープ剤）の添加が試みられ、その
量及び種類等について種々の研究がなされてい
る。 （発明が解決しようとする問題点） 例えば、原子燃料ペレツト焼成用ボード或はア
ルミナ、ジルコニア等のセラミツク焼成用板状冶
具等の様に、特に1600℃を超える高温で使用され
るモリブデン板材については、その変形によつて
焼成品が変形したり、脱落したり、或は自動化装
置の使用が不可能になる等の原因となるために耐
変形性が重要な問題となるが、現在知られている
モリブデン板材は、十分満足のいくものではない
ため、その開発が熱望されている。 また、ドープ剤の添加の効果は、一定以上の高
加工度と短冊状再結晶粒を得る処理によつて得ら
れる。 即ち、製造工程中にドープ剤の蒸発した空孔
（ドープ孔）の配列と数とをコントロールするこ
とによつてのみ得られるが、このドープ孔のコン
トロールには高い加工度が要求され、モリブデン
板材の製品歩留りを著しく低下させる。 また、高温で使用中に残留ドープ剤が蒸発し、
焼成部品（製品）を汚染する場合もある。 更に、ドープモリブデン板材に残留するこれら
の元素（ドープ剤）は、真空中では1600℃近くか
ら蒸発を開始し、不活性ガス中でも1800℃を超え
ると蒸発を開始する。更に1900℃以上の高温での
使用時にはドープ剤が爆発的に蒸発し、そのガス
圧力のためにモリブデン板の表面全面に発汗状の
ふくれが発生して使用に耐えられなくなる。 また、ドープモリブデン板材の短冊状再結晶組
織は、結晶の長軸方向を横断する負荷に対する強
度と、短軸方向を横断する負荷に対する強度に差
があり、板材の使用方向が制限される等の不具合
を免れなかつた。 （問題点を解決するための手段） 純度99.9％以上のモリブデン材料を、内部に含
まれる円板状結晶粒の円板面の平均の大きさが直
径15mm〜150mmであり、かつ厚さ方向の大きさが
材料厚さの1/5以上の結晶粒により形成し、耐高
温変形性に著しく効果があり、使用方向に制限の
ない、高温強度に優れたガス発生の無いモリブデ
ン構造材料を得ることを可能にしたものである。 （実施例） モリブデン板材として、純度99.9％以上、平均
粒径３〜5μmのモリブデン粉末を用いて通常の粉
末冶金法に従がい静水圧プレスによつて2ton／cm²
の圧力でプレス成形し、水素気流中で1900℃にて
５時間の焼結を行ない約30mm厚さの純モリブデン
インゴツトを成形した。このインゴツトを通常の
熱間加工法に従がい最高温度1300℃に加熱した
後、徐々に加熱温度を下げながら圧延加工を繰返
し、温間圧延加工及び冷間圧延加工を経て厚さ２
mmのモリブデン板を成形した。 このモリブデン板を2250℃にて水素気流中で
0.5〜５時間の各種の結晶粒コントロール処理を
行なつた後、内部の円板状結晶の円板直径が平均
５mm〜120mmの５種モリブデン板から無差別な方
向に20mm×150mmの試験片を切出した。各試験片
における結晶粒の厚さ方向への大きさは全て材料
厚の1/5以上であつた。これらの試験片と従来の
タングステン板材の同一サイズの比較試験片とを
次の試験条件で高温荷重負荷試験を行ない変形量
の比較を行なつた。 第５図に示す如く、試験片１のサイズは厚さ２
mm×幅20mm×長さ150mmとし、水素気流中で1800
℃にて、タングステン製治具２，２′の上にセツ
トする。治具２，２′の距離は100mmとし、治具
２，２′間の中心の試験片上に500gの荷重３を乗
せ、20時間毎に試験片を取出し、治具２，２′間
のタワミ量を測定した。 第１図は、本発明のドープ剤を添加しないモリ
ブデン板と従来のドープ剤を添加したモリブデン
板との比較試験のための試験片を示すもので、本
発明のモリブデン板として、内部の円板状結晶の
円板直径が平均20mmの試験片４、また、従来のド
ープ剤を添加したモリブデン板として、結晶が長
軸方向の試験片５及び結晶が短軸方向の試験片６
を夫々用意し、前記した試験条件で高温荷重負荷
試験を行なつた結果、第２図に示す変化曲線の如
き試験結果が得られた。 この試験結果から明らかな通り、本発明の試験
片４は従来のドープ剤添加のモリブデン板に比較
してタワミ量が格段に小さかつた。（変化曲線の
符号は試験片の符号に対応するものである。） また、第３図は、本発明のドープ剤を添加しな
いモリブデン板の内部の円板状結晶の違いによる
影響の比較試験のための試験片を示すもので、内
部の円板状結晶の円板直径の平均が20mmの試験片
４、同５mmの試験片７、同10mmの試験片８、同50
mmの試験片９及び同120mmの試験片１０を夫々用
意して、前記した試験条件で高温荷重負荷試験を
行なつた結果、第４図に示す変化曲線の如き試験
結果が得られた。 第４図の関係を整理すると、第１表のようにな
る。

【表】 この試験結果から明らかな通り、内部の円板状
結晶の円板の直径の平均が20mm以上の試験片４，
９，１０は、10mm以下の試験片７，８に比較して
タワミ量が格段に小さかつた。そして、試験片
４、試験片９、試験片１０のタワミ量は100時間
後においても略0.3mm以下であつた。（変化曲線の
符号は試験片の符号に対応するものである。） 以上の試験結果から本発明のドープ剤を添加し
ない試験片４は従来のドープ剤を添加したモリブ
デン板よりも格段に優れた耐高温変形性を有して
おり、また、ドープ剤添加のモリブデン剤のよう
に方向性もないことがわかる。 更に、本発明のドープ剤を添加しない試験片の
中でも円板状結晶の円板の直径が平均20mm以上の
結晶粒の構成のものは、円板の直径が平均10mm以
下の結晶粒の構成のものに比較して格段の耐高温
変形性を有していることがわかる。 これは、1800℃の変形試験温度においては、も
はや結晶粒界が変化しない安定状態にあること及
び、荷重による変形応力の伝達に対しては、試験
片内部全体に占める結晶粒界総面積が小さい方が
耐高温変形性が高いためと推察される。 なお、本発明による円板状結晶の平均最大結晶
径を150mmと限定する理由は、150mm以上の結晶粒
を構成するためには処理温度及び処理時間に費す
経済的負担が急増し工業的に不利となるためであ
る。また、結晶粒の厚さ方向の大きさが材料厚さ
の1/5より薄くなるとソリが発生し易くなる。 （発明の効果） 本発明によるモリブデン材料を高温用構造材料
として使用した場合、従来のドープ剤添加モリブ
デン材料に比較して著しく変形量が少く、寿命が
大幅に改善できる。 また、変形量が少いため高温焼成用板状治具と
して自動化装置に安定して使用することが可能と
なり生産性が著しく向上する。 そして、最大の長所は、ドープ剤を含まない高
純度材料であるため、高温条件の下での使用に際
しても製品の汚染・着色などを起さないのみなら
ず、モリブデン材自体も高温において発汗状フク
レ等の変質を起すことがなく、信頼性を大幅に向
上できる。 更に、製造工程中にドープ剤添加の必要もな
く、製品歩留りも向上し、製造原価の大幅な低減
が可能になる等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のドープ剤を添加しない試験
片と従来のドープ剤を添加した試験片の斜視図、
第２図は、第１図の試験片のタワミ量変化曲線
図、第３図は、ドープ剤を添加しない平均結晶粒
径の異なる試験片の斜視図、第４図は、第３図の
試験片のタワミ量変化曲線図、第５図は、高温タ
ワミ試験装置の概略図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 純度99.9％以上のモリブデン板であつて、内
   部に、円板状結晶粒を含み、該円板状結晶粒の直
   径の平均が15mm〜150mmの範囲にあると共に、前
   記円板状結晶粒の厚さがモリブデン板の厚さの1/
   ５以上であり、高温負荷試験におけるタワミ量を
   小さくできることを特徴とするモリブデン板。