JPH03248748A - 酸化物分散強化合金の製造方法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は、酸化物分散強化合金を低コストにて製造する
方法に関するものであり、特に高温におけるクリープ強
度か極めて優秀な耐熱合金を酸化物分散強化合金で製造
する方法に係わるものである。

（従来の技術） 金属マトリックス中に、高温でも安定な微細酸化物粒子
を分散させた分散強化型合金としては、例えば、鋼をマ
トリックスとするものとして機械的合金化法（Ｍｅｃｈ
ａｎｉｃｌ　Ａｌｌｏｙｉｎｇ）によるインコ・７ｏイ
ス社ノＭ　Ａ　９５Ｂ（特開昭６３−５０４４８号公報
参照）が、アルミニウムをマトリックスとするものでは
表面酸化法によるＳ　Ａ　Ｐ　（Ｓｉｎ［ｅｒｅｄＡｌ
ｕｍｉｎｕｍ　Ｐｏｗｄｅｒ）が、またニッケルをマト
リックスとしたものでは共沈法によるＴ　Ｄ　−Ｎ　１
（ＴｈｏｒｉａＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　Ｎ１ｃｋｅｌ）
が良く知られている。

機械合金化法は、鋼を構成する各元素粉末（または合金
粉末）と微細酸化物粒子を、高エネルギーボールミル（
アトライター）中で混合し、機械的圧縮、破壊、接合を
繰返しマトリックス中に酸化物微粒子か均一に分散した
粉末が生成し、得られた粉末を軟鋼缶に真空封入した後
熱間押出しを行なうものである。

表面酸化法は、アルミ金属を酸化雰囲気中で粉砕しなが
ら、粉末表面にＡｇ２Ｏ３を形成させ、成型体を造り焼
結するという方法である。

共沈法は、Ｎｊ（Ｎｏ、）、−６Ｈ２０溶液と希釈した
ＴｈＯ２とのコロイド状水性ゾルを、ＮＨ，Ｉ　ＣＯ３
−ＮＨ，＋　ＯＨ溶液と撹拌混合し、ｐｌ＋を７．５に
保つことで、水酸化ニッケルー炭酸ニッケルの沈殿物が
酸化トリウム粒子の周囲に堆積する、これを濾過・洗浄
後、乾燥、還元、焼結する方法である。

しかしなから、これらの方法では工程が複雑でかつ歩留
りが悪いうえ、極めて高価であり且つ製品形状も著しく
制限される。

そこで、かかる酸化物分散強化合金を工業的に製造する
ためには、溶製法による必要かある。これには噴射分散
法（特開昭５３−５７１０１号公報参照）及び内部酸化
法（特開平１−１７６０５８号公報参照）がある。

噴射分散法は、溶鋼流にＡｒガスとともに酸化物粉体を
強制的に分散させ急冷凝固させる方法である。しかし酸
化物と溶鋼の濡れ性を改善させるために添加元素に制限
か多く、また急冷凝固させるため小型の製品しか得られ
ないという欠点を有する。

また内部酸化法は、溶融合金中の酸素濃度とＡｐ、Ｙ、
Ｔｉ　、Ｚｒ等の元素濃度をそれぞれコントロールし合
金中で酸化反応を起こさせ酸化物を形成させ、その酸化
物が凝集粗大化しないうち急冷凝固させる方法である。

しかし酸化物の分散状態が充分均一ではなく、また薄も
のの製品しか得られないという欠点を有する。

（発明が解決しようとする課題） 溶製法においては、一般に酸化物と溶融合金との濡れ性
が良くないこと及び比重差により、溶融合金中で撹拌を
止めると酸化物微粒子が凝集、粗大化し浮上してしまう
。また凝固速度か遅い場合は凝固進行中、固相から液相
に酸化物がはきたされるための最終凝固部に酸化物か濃
縮され、酸化物微粒子の分布が不均一になってしまう。

一方凝固速度を早くした場合は製品サイズか著しく小さ
いものしか製造できないため工業生産に不向きとなる等
、それぞれ問題点を有する。

本発明は、上記問題点を解決し、酸化物分散強化合金を
工業的に有利に生産するための方法を提供することを目
的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するために、次の構成を要旨と
する。

（１）酸化物混合合金粉末を、鋳型に鋳込む途中の溶融
合金と混合させた後、凝固の進行した部分より鋳型底部
に備え付けた金属製ロールによって順次押出すことを特
徴とする酸化物分散強化合金を製造する方法。

（２）酸化物混合合金粉末が機械合金化法またはアトマ
イズ法によって製造され、その粒径か］庶〜１ｍｍであ
り、且つ含有する酸化物の粒径が０．０１μｍ〜１郁、
含有量は酸化物混合合金粉末に対し重量％で０．５％〜
２０％であることを特徴とする前項に記載の酸化物分散
強化合金の製造方法。

（３）金属製ロールか、溶融合金の冷却と圧延の２つの
機能を有することを特徴とする前項に記載の酸化物分散
強化合金の製造方法。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明は、溶融合金と酸化物微粒子との濡れ性及び比重
差を解決するために、酸化物微粒子の周りをコーティン
グした形の酸化物混合合金粉末を、機械合金化法（特開
昭６１−２９１９０３号公報参照）もしくはマトマイズ
法（文献、加藤１口本金属学会会報、　Ｖｏｌ、２ｇ、
　Ｎｏ、１２（１９１ｉ９）ｐ９７７）に基づいて作製
する。

酸化物混合粉末の粒径は、１即未満であると粉末と粉末
の間への溶融合金の浸透が困難となり、１關を超えると
溶融合金と混合した際、十分再溶解しないため、］郁〜
１　ｍｍの範囲にすることが好ましい。さらに酸化物混
合合金粉末中に含有する酸化物微粒子の平均粒径は、０
．０１ｔＩｆＤ未満であると微粒子表面か活性化され合
金と化学反応しやすくなり、また１庶を超えると、転位
運動の障害物としての作用がなくなり高温クリープ強度
を改善しないばかりか、破壊の発生点として作用し靭性
を劣化させるため、０．０１茄〜１節の範囲にする。酸
化物混合合金粉末中の酸化物微粒子含有量は、酸化物混
合合金粉末に対し重；％て０　、５９６未満（溶融合金
と混合したのちの含有量に換算して０，２５％未満）で
あると、高温クリープ強度を改善するには不十分であり
、２０％（溶融合金と混合したのちの含有量に換算して
１０％）を超える星の添加は、靭性を劣化させ且つコス
ト高となるため、０．５９６〜２０％の範囲に限定する
ことがよい。

以上で得られた酸化物混合合金粉末は、第１図中、粉末
供給器１，２にセットされる。尚、この粉末供給器の粉
末供給方式は、キャリアガスを使用する噴射式でも、ベ
ルトコンベアによる輸送式でもまたその他の方式でも差
し支えない、また、粉末供給器には粉末を余熱、乾燥さ
せる装置を付随させることも可能である。鋳型５へ投入
された酸化物混合合金粉末は、タンデイツシュ３から流
れ落ちる溶融合金流と、鋳型の中央位置付近１６にて混
合する。二のとき、溶融合金流の落下する勢いによって
自然に溶融合金と粉末か撹拌され、均質化が計られる。

鋳型５は耐火スリーブを内面にコーティングした保温性
の高いものかあるため、溶融合金と酸化物混合合金粉末
か鋳型の中央位置１６に滞在している間、溶融合金の熱
によって酸化物混合合金粉末が再溶解される。金属製ロ
ール６〜１３の回転によって、溶融合金と酸化物混合合
金粉末は鋳型底部１７に降りて来る。ここでは金属製ロ
ール６．７が冷却能力を何しており（必要とあらばロー
ルの水冷も可能）、ロールと溶融合金の接触面から凝固
か進行してゆく、溶融合金重量と酸化物混合合金粉末重
量比を１０＝１〜１：］の範囲で調整すれば、鋳型低部
１７において、粉末の再溶解と溶融合金の凝固か同時に
進行しく半溶融状態）、酸化物微粒子は凝集粗大化する
ことなく合金中に分散される。しかし半溶融状態にある
合金は、酸化物分布、添加元素分布が十分な均一性を有
しておらす、完全な均質化は、金属製ロールにより圧延
されることで始めて達成される。

全工程を通じて、粉末と溶融合金か投入されてからロー
ル６．７から出るまでの時間は、酸化物混合合金粉末が
完全に溶解する時間によって律速される。この時間によ
ってロールの回転速度か決定され、酸化物混合合金粉末
と溶融合金の重量は、単位時間あたりにロールから出る
重量と投入される酸化物混合合金粉末と溶融合金の重量
が等しくなるように決定される。

（実　施　例） 以下に本発明の実施例を述べる。

実施例　１： まず酸化物混合合金粉末を、機械合金化法によって製造
した。平均粒径０．０５即のイツトリア（Ｙ２Ｏ２）と
フ二〇クロム（Ｆｅ−４５ｗｔ％Ｃｒ）粉末（粒径１４
０茄）及びモリブデン（Ｍｏ）粉末（粒径１４０即）を
重量比で３：９４：３で混合し、アトライターにてアル
ゴン雰囲気中１２時間機械合金化を行ない、粉末供給器
１，２にセットした。

次に高周波溶解炉４にて０，１警ｔ９６ｃ　　０．４ｗ
ｔ９６Ｓｊ−１ｖｔ％Ｍｎ鋼を溶解し待機しておく。ま
たロール６７の間に、第２図に示すように軟鋼製のダミ
ーパー１９を挿入し、その周りにダミー鉄粉末２０を充
填する。溶鋼をタンデイツシユ３に注ぎ、鋳型５の中心
付近まで溶鋼か達した時点で、ロール６〜１３を図１中
の矢印方向に回転させ、酸化物混合合金粉末を供給し始
める。溶鋼を注いでからここまで約１０秒であった、ま
た溶鋼の流量は０，４ｋｇ／秒、粉末の流量はＯ，１４
ｋｇ／秒、ロール回転速度は、溶鋼が鋳型の中心付近か
らほとんど変化しないように調整した。

第１表は、得られたイツトリア分散強化鋼を圧延、熱処
理後、７００℃、５ｋｇ／−の条件てクリブ試験を行な
った結果である。

部 １ 表 ０．１ｖｔ％Ｃ−０，４ｗｔ％Ｓｉ １５ｖｔ％Ｃｒ−１ｗｔ％Ｍｏ鋼 １ｗｔ９６Ｍｎ Ｎｏ、２とＮＯ６３か本発明鋼であり、その他か他の方
法によって作製した鋼（比較鋼）である。

Ｎｏ、　１のＹ２Ｏ３無添加鋼は通常の溶角了法によっ
て作製したもので、分散強化されておらず、わずか１３
２．６時間で破断じた。Ｎ０８４とＮｏ、５は共に、前
述した噴射分散法によって作製したもので、分散強化さ
れているもののＹ２Ｏ，の分散状態が均一ではなく、７
２６．８時間と１，３３７．８時間でそれぞれ破断した
。

一方、本発明鋼は、Ｙ２Ｏ，分散状態か十分均一であり
、破断時間も８．００６．２時間（Ｎｏ、　２　）、１
２．６９１．１時間（Ｎｏ、　３　）と比較鋼に比べ著
しくクリープ強度が改善されている。

実施例　２： まず酸化物混合合金粉末を、Ａ「ガスアトマイズ法によ
って製造した。平均粒径０．０４ｔｘａのアルミナ（Ａ
Ｄ　２０ｓ　）　、アルミ、銅を重量比で１０　：　４
９　：４１で混合溶解し、Ａｒ噴霧によってＡ　Ｉ　　
４１　ｗ　ｔ　９゜Ｃｕ−１０ｗｔ％ＡＮ２Ｃｈ粉末を
得た。

２４メツシユ篩にて分級した後、Ａ　Ｄ　　４１　ｗ　
ｔ　９ｃｉＣｕ−１０ｗｔ％ＡΩ２０３粉末を供給器］
、２にセットした。

次に高周波溶解炉４にて５ｗｔ％Ｍｇ　−１１＝金を溶
解し待機しておく。ロール６．７の間に、第２図に示す
ように、アルミ製のダミーパー１９を挿入し、その周り
にダミーアルミ粉末２０を充填する。

溶融アル４金をタンデイツシュ３に注ぎ、鋳型５の中心
付近まで溶融アルミ合金か達した時点て、ロール６〜１
３を第１図中の矢印方向に回転させ、Ａｐ　−４１ｗｔ
％Ｃｕ−１０ｗｔ％ＡΩ２０３粉末を供給し始める。

溶融アルミ合金を注いてからここまで約８秒であった。

また、溶融アルミ合金の流量は０．２ｋｇ／秒、粉末の
流量は０．０４ｋｇ／秒、ロール回転速度は、溶融アル
ミ合金か鋳型の中心付近からほとんど変化しないように
調整した。

第２表は、得られたアルミナ分散強化アルミ６金を圧延
、熱処理後、３００℃、　　１．１）ｃｇ／−の条件で
クリープ試験を行なった結果である。

第　　　　２　　　　表 ５ｗＬ％Ｍｇ　−８ｗｔ％Ｃｕ−Ａ、９合金Ｎ０９７と
随、８か本発明アルミ合金であり、その他か他の方法に
よって作製した合金（比較合金）である。

Ｎ０１６のＡｌ＋２０３無添加合金は通常の溶解法によ
って作製したもので、分散強化されておらす、わずか４
７゜７時間で破断した。Ｎｏ、　９とＮｏ、　１０は共
に、前述した表面酸化法によって作製したもので、分散
強化されているもののＡｇ２Ｏ３の粒子の分散間隔が１
郁程度と転位運動の障壁としては不十分て、１２８．３
時間と２３４．０時間でそれぞれ破断した。

一方、本発明鋼は、Ａｆ）２０３分散状態か十分均一で
あり、破断時間も３９７．５時間（凡０，７）、５５２
．９時間（Ｎｏ、８）と比較鋼に比べ著しくクリープ強
度か改善されている。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明法により製造した酸化物分
散強化合金は、酸化物が十分に均一分散され、極めて高
いクリープ強度を有する。また、本発明はこのようなす
ぐれた酸化物分散強化合金を工業的に極めて安定して製
造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は酸化物分散強化合金製造装置の主要部断面図、
第２図は酸化物分散強化合金の製造装置の初期状態を示
す図である。 １．２：粉末供給器　　　３：タンディッシュ４：高周
波溶解炉 ５：耐火スリーブ内面被覆鋳型 ６．７：冷却・圧延用金属製ロール ８〜１３．ガイドロール １４、溶融合金流 １５二酸化物混合粉末流 １７：鋳型低部位置 １９、ダミーバ １６：鋳型中心位置 １８、製品 ２０：ダミー粉末

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸化物混合合金粉末を、鋳型に鋳込む途中の溶融
   合金と混合させた後、凝固の進行した部分より鋳型底部
   に備え付けた金属製ロールによって順次押出すことを特
   徴とする酸化物分散強化合金を製造する方法。
2. （２）酸化物混合合金粉末が機械合金化法またはアトマ
   イズ法によって製造され、その粒径が１μｍ〜１ｍｍで
   あり、且つ含有する酸化物の粒径が０．０１μｍ〜１μ
   ｍ、含有量は酸化物混合合金粉末に対し重量％で０．５
   ％〜２０％であることを特徴とする請求項（１）記載の
   酸化物分散強化合金の製造方法。
3. （３）金属製ロールが、溶融合金の冷却と圧延の２つの
   機能を有することを特徴とする請求項（１）記載の酸化
   物分散強化合金の製造方法。