JPH03162544A

JPH03162544A - 塑性加工の可能な高融点金属材

Info

Publication number: JPH03162544A
Application number: JP30158189A
Authority: JP
Inventors: Michihiko Fujine; 藤根　道彦; Hiroshi Noguchi; 宏野口; Hiroshi Yamada; 廣志山田; Kimitoshi Murashige; 公敏村重; Hiroshi Endo; 遠藤　博司
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1989-11-20
Filing date: 1989-11-20
Publication date: 1991-07-12

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は、塑性加工の可能な高融点金属材に係り、特に
粒界強度の脆さのために加工困難とされていた、溶融・
凝固して得られるＭｏ（モリブデン）若しくはＷ（タン
グステン）からなる高融点金属材において、その熱間、
温間での加工性を向上せしめる技術に関するものである
。

（背景技術）近年、Ｍｏ金属やＷ金属は、自然界に存在するものの中
でも最も高融点の金属類に属し、高温において、比強度
に優れ、比抵抗や熱膨張係数が小さい等の特徴を有する
ものであるところから、高温耐熱材料や高温高機能材料
等としての利用が注目されてきている。

ところで、そのようなＭｏやＷからなる高融点金属材の
製造に際しては、それら高融点金属材を溶解する場合に
、その融点以上の高温度への加熱を可能にする熱源が得
難いところから、一般に、粉末冶金による手法が採用さ
れているが、それによって得られる粉末焼結品では、塑
性加工性において充分でなく、また熱応力に弱いために
、適用範囲が限定される等の問題を内在するものであっ
た。また、近年、電子ビーム溶解や真空アーク溶解等の
加熱溶解法を採用して、ＭＯやＷの金属溶冫易を形戒し
、そしてそれからＳ寿造することにより、ＭｏやＷの鋳
塊、所謂溶解品（　／８’ａＡ品）を得ることも検討さ
れているが、そのような溶解品は、多結晶体であるため
に結晶粒界の強度が弱く、粒界クラックが発生して、材
料が割れる等の問題があり、そのために、鍛造、圧延等
の塑性加工は困難なものであった。

一方、かかる多結晶体の有する粒界跪性を緩和するため
に、単結晶体を製造することが考えられているが、大き
な単結晶体を得ることが難しく、工業的な実用化におい
ては採用し得る手法ではなかったのであり、またＣ，Ｓ
ｃ，Ｒｅ等のドーピングにより粒界脆性を緩和すること
も考えられているが、それら元素の添加によって、ＭＯ
やＷからなる高融点金属材自体の品質が低下する恐れも
あり、有効な手法として採用し得るものではなかったの
である。

そこで、本発明者らは、かかるＭｏやＷの溶解品からな
る多結晶体の粒界脆性を改善し、その塑性加工を可能な
らしめるために、種々検討した結果、そのような粒界脆
性は、溶解品の凝固形態に関係なく、結晶粒界に偏析す
る不純物によって大きな影響を受け、そしてそのような
不純物を低減せしめることによって、効果的に問題解決
し得ることを見い出したのである。

（解決課題）本発明は、かかる知見に基づいて完成されたものであっ
て、その課題とするところは、工業的に有利に製造する
ことの出来る、塑性加工の可能なＭｏ若しくはＷからな
る高融点金属材を提供することにある。

（解決手段）そして、本発明は、かかる課題解決のために、溶融・凝
固して得られるＭｏ若しくはＷからなる高融点金属材に
おいて、金属系不純物元素の各成分の含有量を、それぞ
れ、ｌｐｐｍ以下としたことを特徴とするものである。

また、本発明にあっては、かかる高融点金属材に含まれ
るガス系不純物元素の含有量も低減せしめることが望ま
しく、それによって、本発明の目的はより一層有利に達
或されるのである。なお、そのようなガス系不純物元素
としては、Ｃ，Ｎ，○等があり、それらの中で、Ｃは３
０ｐｐｍ以下、Ｎは３０ｐｐｍ以下、Ｏは１０ｐｐｍ以
下とされることとなる。

（作用・効果）このように、本発明は、溶融・凝固して得られるＭｏ若
しくはＷの溶解品（溶製品）に含まれる金属系不純物元
素、代表的にはＮａ，Ｋ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆ
ｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｌの含有量をそれぞれｌｐｐ
ｍ以下として、かかる溶解品の高純度化を図ったもので
あり、当然のことながら、その他の不純物元素であるＺ
ｒ，Ｖ，Ｚｎ，Ａｓ，Ｓｅ，Ａｇ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｐｂ等
もｌｐｐｍ以下とされるものであり、これによって、溶
製して得られるＭｏ若しくはＷ金属材料が、多結晶体で
あっても、その結晶粒界に偏析する不純物を低減せしめ
、以て粒界強度の向上を図り得ることとなったのである
。

また、本発明者らの゛検討によれば、Ｃ，　Ｎ，　　○
等のガス系不純物元素も粒界割れに関与することが認め
られ、それ故、本発明にあっては、それら元素をも、前
述の如く低減せしめて、それによって粒界強度の向上に
寄与せしめたのである。

従って、本発明によって得られた高純度のＭＯ溶解品（
多結晶品）と従来のＭＯ粉末焼結品について、第１図に
は引張特性の温度変化が、また第２図には板厚と加工温
度の関係が示されるように、従来の粉末焼結品よりも本
発明品の方が低温で伸び易く、従って加工し易いことは
明らかであり、また第２図からも明らかなように、低温
度での圧延操作が可能となるのである。

このように、本発明に従う溶融・凝固して得られたＭｏ
若しくはＷ金属の溶解品は、その粒界強度の脆性が改善
され、以て鍛造・圧延等の塑性加工が容易に施され得る
ものであり、しかもそのような高融点金属材は、多結晶
体であっても、高純度化すれば足りるものであるところ
から、工業的に有利に製造され得るものである。

（具体的構戒）ところで、かくの如き本発明に従うＭＯ若しくはＷから
なる高融点金属材の溶製に際して、Ｍｏ若しくはＷ金属
母材を溶解するには、電子ビーム法、真空アーク法等の
公知の溶解手法が適宜に用いられることとなるが、得ら
れる溶解製品（高融点金属材）中に含まれる不純物元素
の含有量を、本発明に従って低減せしめるために、その
ような溶製操作が真空下、特に高真空下において実施さ
れることとなる。これによって、ＭＯ若しくはＷ金属溶
湯中に存在する不純物は、ＭｏやＷとの蒸気圧差により
蒸発、除去せしめられるようになるのである。そして、
本発明に従う不純物含有量以下にするには、そのような
蒸発による不純物の除去率を高めるために、溶融状態で
の滞留時間を長くしたり、溶ＷＪＡ＜溶融・凝固）操作
を複数回繰り返す等の手法が採用される。なお、溶製操
作の複数回の繰返しには、同じ溶解方法が採用される他
、異なる溶解方法が組み合わせて用いられることとなる
。

中でも、本発明にあっては、溶製操作を有利に行ない得
る電子ビーム溶解法が好適に採用され、この電子ビーム
溶解法による溶製操作の繰返しによって高純度のＭｏ若
しくはＷ金属溶解品が製造される。

この電子ビーム溶解法は、例えば第３図に示されるよう
にして行なわれるものである。そこにおいて、２は、電
子ビーム（ＥＢ）にて溶解されるＭｏ若しくはＷ金属か
らなる棒状の溶解原料（母材）である。この棒状の溶解
原料２には、公知の粉末戒形手法に従って、Ｍｏ若しく
はＷ金属の粉末から戒形して得られる焼結体を用いるこ
とが出来るが、そのような焼結体等のＭｏ若しくはＷ金
属材料を一旦溶解して凝固せしめることにより得られる
ものが、純度が向上している点で好ましく用いられる。

そして、そのような棒状の溶解原料２の下端部に対して
、ＥＢ照射装置４において発生せしめられた電子ビーム
（ＥＢ．）を照射せしめて、その表面を溶解させ、溶解
原料２の下端から落下する溶融滴２ａを集め、それを通
常の連続鋳造に用いられている筒状の水冷モールド６を
用いて連続鋳造するのである。即ち、溶解原料２から落
下する溶融滴２ａを水冷モールド６中に置いたブロック
上に受けて、溶湯（溶融金属）のプールＩＯを形威し、
それを水冷モールド６による外周部からの冷却にて凝固
せしめる一方、ブロックを徐々に下方に引き下げること
により、連続的に鋳塊１２を得るのである。

また、この連続鋳造操作に際して、好ましくは、フロッ
ク上に形戒される溶湯ブール１０の表面にもＥＢ照射装
置４からの電子ビーム（ＥＢ２　）が照射せしめられ、
その温度保持が行なわれることとなるのであり、更に水
冷モールド６からの鋳塊１２の引き下げ速度も低速とさ
れる。なお、ＥＢエネルギーの分配は単ガン方式にせよ
、例示の如き複ガン方弐にせよ、溶解原料２の下端部に
当るＥＢ，より溶湯プール１０に向けるＥ　Ｂ　２が多
くなるようにされることとなる。また、水冷モールド６
は、そのＥＢ溶解設備において使用可能な範囲で、最大
の径のものを用いるのが好ましい。それにより、ゆっく
りした鋳塊引き下げが出来、以て滞留時間を長くするこ
とが出来る。また、このような溶解鋳造工程において、
その雰囲気は高真空下に保持されることとなる。

そして、このようにして得られた高純度のＭｏ若しくは
Ｗ凝固鋳塊ｌ２には、通常の塑性加工が熱間や温間にお
いて実施され、目的とする加工製品とされるのであるが
、その際、本発明に従って、粒界割れ等の問題が有利に
抑制乃至は阻止されるものであるところから、そのよう
な加工操作が効果的に実現され得るのである。

（実施例）以下に、本発明の代表的な実施例を示し、本発明を更に
具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのよ
うな実施例の記載によって、何等限定的に解釈されるも
のでないことは、言うまでもないところである。

さらに、本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない限りにお
いて、当業者の知識に基づき種々なる変形、修正、改良
等を加えた形態において実施され得るものであり、その
ような実施形態のものが、何れも本発明の範晴に属する
ものであることが、理解されるべきである。

先ず、Ｍｏ金属粉末から得られた焼結体の棒を用いて、
市販のＥＢ溶解装置にて溶解せしめ、高純度Ｍｏ金属材
製造用の母材を準備した。

次いで、かかる得られたＭＯ金属母材を、第３図の如き
ＥＢ溶解装置構戒において、溶解し、凝固せしめること
により、多結晶のＭＯ金属鋳塊を鋳造した．そして、こ
の溶製操作を繰り返すことに゛より、Ｍｏ金属溶湯中に
存在する不純物を蒸発、除去せしめ、その高純度化を図
り、不純物含有量の異なる２種のＭｏ金属鋳塊（多結晶
体）：Ａ．Ｂを得た。なお、ＥＢ出力は２　５　０　Ｋ
Ｗであり、ＥＢのエネルギーは母材の溶解に４０％、溶
湯ブールの保温に６０％となるように配分した。また、
ＥＢ溶解の雰囲気の真空度はＩ　Ｘ　１　０　−’Ｔｏ
ｒｒ以下とすると共に、溶解速度を６０ｋｇ／Ｈｒとし
、１６０ｍｍφの径の鋳塊とした。

かくして得られた２種のＥＢ溶解品（Ａ，Ｂ）について
、その不純物元素の含有量に関して分析を行ない（金属
系不純物元素についてはＩＣＰ分析を採用）、その結果
を下記第１表に示した。

また、かくして得られた２種のＥＢ溶解品（ＡＢ）につ
いて、それぞれ、下記の条件下において鍛造・圧延を行
なった。

皿こ且度　　　　サンプルサイズ鍛造　　１　３　０　０　’Ｃ　　　φ１６０　　→３
０ｔ圧延　　　４００″Ｃ　　φ　３０　→０．３ｔ圧
延　　（室温）　　　　　　０．３ｔ−＋０．０５ｔこ
の鍛造・圧延の結果、金属系不純物元素の含有量の多い
鋳塊Ａにあっては、粒界割れが認められたのに対して、
本発明に従って、金属系不純物元素の各威分の含有量が
それぞれ１ｐｐｍ以下とされた鋳塊Ｂにあっては、粒界
割れは何等認められず、鍛造・圧延操作が有効に実施さ
れ得ることが判った。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、それぞれ、本発明に従うＭｏ熔解
品と従来の粉末焼結品についての引張特性の温度変化を
示すグラフ及び板厚と加工温度の関係を示すグラフであ
り、また第３図は、ＥＢ溶解鋳造方式の一例を示す説明
図である。２：溶解原料　　　　４：ＥＢ照射装置６：水冷モール
ト”　　Ｉｏ：溶湯プール１２：鋳塊

Claims

【特許請求の範囲】

（１）溶融・凝固して得られるＭｏ若しくはＷからなる
高融点金属材において、金属系不純物元素の各成分の含
有量を、それぞれ、１ｐｐｍ以下としたことを特徴とす
る塑性加工の可能な高融点金属材。
（２）ガス系不純物元素であるＣ、Ｎ及びＯの含有量を
、それぞれ、３０ｐｐｍ以下、３０ｐｐｍ以下及び１０
ｐｐｍ以下としたことを特徴とする請求項（１）記載の
高融点金属材。