JPH0480339A

JPH0480339A - Ｎｉ―Ｓｉ系金属間化合物成形体の製造方法

Info

Publication number: JPH0480339A
Application number: JP2194500A
Authority: JP
Inventors: Nobushige Hiraishi; 平石　信茂; Wataru Takahashi; 渉高橋
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-07-23
Filing date: 1990-07-23
Publication date: 1992-03-13

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）この発明は、常温延性を有し、かつ、優れた耐硫酸腐食
性を有するＮｉ−Ｓｉ系金属間化合物からなる管、棒、
板などの成形体を製造する方法に関する。

（従来の技術）金属間化合物は種々の優れた特性を有しており、例えば
ＴｉＡｊ！は高温強度が大きく、Ｎｉ３Ｓｉは耐硫酸腐
食性に優れている。しかし、常温及び高温での展延性に
乏しいので、従来の加工技術では成形することが困難で
あった。例えば、Ｎｉ−Ｓｉ系金属間化合物は熱間変形
能が非常に悪く、溶製材を熱間押出し成形すると、細か
く砕けたり、大きなりランクが発生し、良好な成形体を
得ることが難しい。

その上、常温延性が全くないため、成形体が得られたと
しても機械加工による切削が困難であるばかりでなく、
僅かの衝撃を加えても破損してしまい使用することが困
難であった。

このような問題を解決する手段として、例えば特開昭６
３−２４７３２１号公報に記載されているように、粉末
冶金法によるＴｉ−／／！系金属間化合物の成形方法が
提案されており、また、日本金属学会誌第５２巻第１１
号（１９８Ｂ）１１５９−１１６６に記載されているよ
うに、Ｔｉ−＾！基合金に第３元素を添加し、常温にお
ける機械的性質を改善しようとする試みがなされている
。

しかし、Ｎｉ−Ｓｉ系金属間化合物の成形および常温延
性の改善は、Ｔｉ−Ｊｌ系金属間化合物の場合よりもさ
らに難しく、そのため、旧−Ｓｉ系金属間化合物からな
る材料は鋳造品としてのみ製造されており、耐硫酸腐食
性に優れた構造部材として広く実用化されるには至って
いないのが現状である。

（発明が解決しようとする課題）本発明の課題は、常温延性を有し、かつ、優れた耐硫酸
腐食性（以下、耐硫酸性能という）を有するＮｉ−Ｓｉ
系金属間化合物からなる管、棒、板などの成形体を容易
に製造する方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明者等は、粉末冶金法により熱間加工性の改善を図
るとともに、Ｎｉ、　Ｓｉ以外の第３元素を添加してＮ
ｉ−Ｓｉ系金属間化合物としての機能をｔｉなわずに常
温延性の改選を図る方法について検討を重ねた結果、以
下の事実を見い出した。

（］）　　Ｎｉ粉末、Ｓｉ粉末および第３元素の粉末を
機械的合金化法により混合し、熱間で成形加工を行うか
、あるいはその成形体を規則化熱処理することにより、
熱間加工性が良好で常温延性を有し、かつ、耐硫酸性能
の優れたＮｉ−Ｓｉ系金属間化合物成形体が得られる。

（２）第３元素としてはＮｂ、Ｖ、Ｍｎ、　Ｔａが有効
であり、これらの元素の１種以上を添加することにより
常温延性が改善される。

本発明はこれらの知見に基づいてなされたもので、その
要旨は下記■および■のＮｉ　−３ｉ系金属間化合物成
形体の製造方法にある。

■　重量％で、Ｓｉ　：　８．０〜１３．０％、Ｎｂ、
Ｖ、ＭｎおよびＴａの１種以上を単独または合計で０．
５〜６．０％含有し、残部がＮｉおよび不可避不純物と
なるようにそれぞれの元素を含む素粉末を機械的合金化
法により混合し、得られた粉末混合体を加工性の良好な
金属容器内に充填し、旧とＳｉの合金化反応温度以上で
固相線温度以下の温度に加熱し、熱間成形加工により成
形することを特徴とするＮｉ　−Ｓｉ系金属間化合物成
形体の製造方法。

■　前記■に記載の方法により製造した成形体をさらに
８５０°Ｃ〜１１３０°Ｃの温度範囲で１回以上熱処理
することを特徴とするＮｉ　−Ｓｉ系金属間化合物成形
体の製造方法。

前記のＮｉ−３ｉ系金属間化合物成形体とは、ＮｌＳｉ
系金属間化合物のみからなる成形体だけではなく、Ｎｉ
　−Ｓｉ系金属間化合物を５０％以上含む成形体をも意
味する。また、成形体とは、棒、管、板、その他熱間成
形加工により得られるすべての形状のものをいう。

（作用）Ｎｉ粉末、Ｓｉ粉末および第３元素の粉末を混合するに
際し、Ｓｉ量が８．０〜１３．０重量％になるように規
定したのは、Ｓｉ量が８．０重量％より少ないと、Ｎｉ
中にＳｉが固溶したα相組織のみとなり、耐硫酸腐食性
に優れたＮ１５Ｓｉ（β相）＆［ｌ織が存在しないため
十分な耐硫酸性能が得られず、一方、Ｓｉ量が１３．０
重量％より多いと、耐硫酸性能は優れているが、常温に
おいては非常に跪いＮ１５Ｓｉｚ（β相）組織が存在し
、前記の第３元素を添加しても常温延性はまったく改善
されないからである。

Ｎｂ、Ｖ、ＭｎおよびＴａは全てＳｉと優先的に置換す
るため、粒界構造の改善に寄与し、延性が改善されるも
のと考えられる。そのためＮｂ、Ｖ、ＭｎおよびＴａは
、単体で添加しても、あるいは２種以上を複合添加して
も延性改善効果が認められる。

Ｎｂ、　Ｖ、ＭｎおよびＴａの含有量が合計で０．５重
量％より少ないと常温延性改善効果が認められず、一方
、６．０重量％より多いと常温延性改善効果が低下する
とともに耐硫酸性能が大幅に劣化するので、Ｎｂ、Ｖ、
ＭｎおよびＴａの含有量は合計で０．５〜６．０重量％
と定めた。

Ｎｉ粉末、Ｓｉ粉末および第３元素の粉末の粒径は１０
０μ鋼以下が望ましい。これは合金化反応温度を下げる
ためと成形体を均質な組成にするためである。

加工性の良好な金属容器とは、鉄、鋼、ステンレス鋼及
びＮｉ基合金のように熱間成形加工温度において展延性
の良好な金属、または熱間成形加工温度において展延性
が良好、かつ熱間変形抵抗の大きい金属で、容器の肉厚
は１〜４■が望ましい。

これは熱間成形加工時、例えば、熱間押出し加工の際、
ダイス、マンドレルと接触するのは金属容器で、この金
属容器の熱間展延性が押出し成形体の成形性に影響を及
ぼずためであり、また、熱間圧延加工の際、拘束されな
い端面に働く応力は金属容器が受け、この金属容器の熱
間展延性が圧延成形体の成形性に影響を及ぼすためであ
る。

金属容器に粉末を充填し封口する前に、１×１０ｍｍ１
１ｇ以上の真空度で常温から５００°Ｃまでの温度で１
０分以上保持する真空脱気処理を行うのが望ましい、こ
れは粉末表面の吸着ガス及び吸着水を効率よく除去する
ためであり、これにより製品の品質の向上を図ることが
できる。なお、この時封口は真空状態で行い空孔中への
空気の混入をさける必要がある。

粉末を充填した金属容器（以下、わ）末ビレットという
）は熱間成形加工前に加熱するが、これは熱間成形加工
過程までに元素量拡散を起こさせるとともに、熱間成形
加工時の粉末の微細結晶粒化による塑性流動を利用して
良好な成形体を得るためである。

この時の加熱温度は合金化反応温度（機械的合金化法の
条件により異なるが、通常７００〜９００°Ｃ）以上固
相ｖＡ湯温度１１４０℃）以下にする０合金化反応温度
より低いと元素量拡散が起こらず、粉末微細結晶粒化に
よる塑性流動が生じず、成形性が低下し、固相線温度を
超えると大きな偏析が発生し成形性が極端に低下するか
らである。

加熱の手段としては、電気炉またはガス炉による均熱加
熱を行うか、あるいは加熱速度を早めて短時間で保持温
度まで加熱できる高周波誘導加熱を行うとよい。高周波
誘導加熱の場合は加熱がスムーズに行えるように、あら
かじめ粉末ビレットを７００°Ｃ〜１０００°Ｃで予備
焼結して合金化反応を起こさせるとよい。なお、高周波
誘導加熱時の均一加熱および熱間成形加工時の変形が支
障なくスムーズに行え、成形性の良好な成形体が得られ
るように、粉末ビレットに対し冷間静水圧プレス処理を
行って充填粉末の相対密度（真密度に対する密度）を７
５％以上にしておくことが望ましい。

熱間成形加工時の温度は加熱温度と同等かそれより】０
０°Ｃ低い温度までの範囲内が望ましい、これは、温度
低下が大きいと熱間変形抵抗が著しく増大し、熱間成形
加工が困難になるためと、真密度に近い密度を有する成
形体が得られないためである。

熱間成形加工は、熱間押出し加工や熱間圧延加工など通
常の方法で行えばよく、その場合、常温延性を確保する
ために、押出し比は５以上、圧下率は８０％以上とする
のが望ましい。

Ｓｉ粉末、Ｎｉ粉末および第３元素の粉末の混合はボー
ルミル、パイプロボットミル、アトライタ（商品名）等
の装置を使用した機械的合金化法により行う、これによ
って、Ｓｉ粉末、Ｎｉ粉末等を粉砕し、偏平化して、そ
れらが交互に積み重なった状態で造粒される積層造粒を
起こさせて粉末充填密度を高めるとともに、合金化反応
温度を低下させて熱間成形加工前の加熱温度以下にする
ことにより、微細結晶粒を有する成形体を得ることがで
きる。この微細結晶粒化により成形体の機械的性質が改
善される。なお、この機械的合金化処理は、混合粉末表
面の酸化を防止するために真空度１×１０−’ｍｍ１１
ｇ以上の真空中、またはＡｒ５ｔｌｅ等の不活性ガス雰
囲気中で行う。

前記■の発明は、上記のようにＮｉ粉末、Ｓｉ粉末およ
び第３元素の粉末を所定の配合割合で機械的合金化法に
より混合し、熱間で成形加工を行い成形体とする方法で
ある。

前記■の発明は、■の方法で得られた成形体にさらに熱
処理を施す方法であって、この熱処理により成形体の組
織はＮｉ３Ｓｉのβ相単相＆ｌｌ織、あるいはＮｉにＳ
ｉが固溶したα相組織とＮｉ５Ｓｉのβ相組織の２相組
織になり、良好な耐硫酸性能を有するとともに、常温延
性が確保される。熱間成形加工のみでは、前記の機械的
合金化法による処理を長時間（例えば、ボールミルでは
１００時間以上、アトライタでは１時間以上）行ったも
の以外の成形体のほとんどが、ＮｉにＳｉが固溶したα
相組織、Ｎｉ３Ｓｉのβ相組織およびＮ１５ＳｉｚのＴ
相組織の３相組織となっていて、良好な耐硫酸性能およ
び常温延性を確保することができない。

熱処理温度は、８５０°Ｃ未満では長時間熱処理を行っ
ても均質組織化がほとんど進行せず、１１３０°Ｃを超
える温度では固相＆９！温度（１１４０°Ｃ）に近いた
め局部的に偏析が生じ易い。従って、８５０〜１１３０
°Ｃの温度範囲で行うことが必要である。なお、熱処理
の回数に特に制限はなく、１回以上行えばよい。

（実施例１）粒径７４μ−未満のＳｉ粉末と、粒径４〜７μｍのＮｉ
粉末と、粒径４４μ顛未満のＮｂ粉末を第１表（Ｎα１
〜９およびＮα１６〜２６）に示す所定の割合で混合し
、さらにＡｒガス雰囲気下でボールミルにより所定時間
混合した。この混合粉末ｌを第１図に示す円柱形のステ
ンレス銅製容器２（同図において、ｒは７０ｍ５＋、　
ｈは２００ｍｍ、肉厚３　ｍｍ）に脱気口３から容器を
振動させながら充填し、脱気口３を介して真空引きを行
い、Ｉ　Ｘ　１０−　ｔ＋ｕ＋ＩＩｇの真空下で４００
°Ｃ×２０ａｋｉｎの真空脱気処理を行った後封口した
。

この粉末ビレットを電気炉で７５０〜１１５０°Ｃに加
熱後、直ちにユジーン式熱間押出し機により押出比２〜
１０で押出し成形加工を行いＮｉ　−Ｓｉ系金金属化合
物を含む棒（直径２２〜５０１）を作製した。

この棒を７５０〜１１５０°Ｃで１時間または２０時間
保持した後空冷（＾、Ｃ）する熱処理を行ったものと、
押出しままのものについて、熱間成形性、常温での機械
的性質（引張強さ、伸び）および耐硫酸性能についての
評価を行った。その結果を第２表中の試験Ｎ［Ｌｌ−Ｎ
α９およびＮ［１１６〜Ｎα２６に示す、なお、試験Ｎ
ｏ、２９は比較のため行ったもので、通常の溶製法によ
り作製した溶製材を熱間押出し成形した場合である。

同表の結果から明らかなように、Ｎα１〜Ｎｏ、　９（
本発明例）においては、熱間成形性、常温での機械的性
質および耐硫酸性能のいずれについても良好な結果が得
られた。

（実施例２）粒径４４μｍ未満のＳｉ粉末と、粒径７４μｍ未満のＮ
ｉ粉末と、粒径７４μ諷未満のＭｎ粉末、粒径７４μｍ
未満のＶ粉末、あるいは粒径４４μ鋼未満のＴａ粉末を
第１表（Ｎα１０〜１２および漱２７）に示す所定の割
合で混合し、さらにＩ　Ｘ　１０−　”ａｍｌｌｇの真
空下でパイプロボットミルで５時間混合した。この混合
粉末４を第２図に示す円筒形の低炭素鋼製容器５（同図
において、ｒｌは７０＋ｕ＋、、ｒ、は３０ＩＩ１１．
、ｈは２００ＩＩＩＲ１肉厚２ＩＩＩ１１）に脱気口６
から振動充填し、脱気口６を介して真空引きを行い、ｌ
　Ｘｌ０−’ｖａｌ１ｇの真空下で常温Ｘ６０ｍ１ｎの
真空脱気処理を行った後封口した。

この粉末ビレットを冷間静水圧プレスにより４０００ｋ
ｇ／ｃｍ”　Ｘ　５　ｓｅｃの圧縮成形を行い、粉末ビ
レットの充填粉末の相対密度を約７５％まで上昇させた
。この粉末ビレットをロータリー式ガス炉で８００°Ｃ
まで加熱し、これに引き続いてさらに高周波誘導加熱炉
で１０００°Ｃまで加熱後、ユジーン式熱間押出し機に
より押出比６で押出し成形加工を行いＮｉ−Ｓｉ系金金
属化合物を含む管（外径４０ｍｍ、肉厚４−）を作製し
た。

この管を９５０°Ｃで２０時間保持した後空冷（Ａ、Ｃ
）する熱処理を行い、熱間成形性、常温での機械的性質
（引張強さ、伸び）および耐硫酸性能についての評価を
行った。その結果を第１表中の試験Ｎα１０〜１２およ
びＮα２７に示す。

同表の結果から明らかなように、Ｎα１０〜１２（本発
明例）においては、熱間成形性、常温での機械的性質お
よび耐硫酸性能のいずれについても良好な結果が得られ
た。

（実施例３）粒径７４μｍ未満のＳｉ粉末、粒径４〜７μ−のＮｉ粉
末、粒径４４μ鯖未満のＮｂ粉末および粒径４４μ−未
満のＭｎ粉末を第１表（Ｎα１３〜１５およびＮα２８
）に示す所定の割合で混合し、さらにＮ、ガス雰囲気下
でアトライタにより２時間混合した。この混合粉末７を
第３図に示す底面が矩形のＮｉ５合金製容器８（同図に
おいて、底面Ｓは４０＋ｕ＋　Ｘ　１００ｍｍ、　ｈば
２００ｍｍ。

肉厚２ＩＩＩ１１）に脱気口９から振動充填後、脱気口
９を介して真空引きを行い、Ｉ　Ｘ　１０−　”ｍｓ＋
Ｈｇの真空下で５００°ＣＸ１０＋ａｉｎの真空脱気処
理を行った後封口しこの粉末ビレットをガス炉で１１０
０°Ｃに加熱後、直ちに熱間圧延機により２ヒートで圧
下率５０％および８０％の熱間圧延を行い、Ｎｉ　−Ｓ
ｉ系金属間化合物を含む板（圧下率５０％：輻１２０蒙
ｍ、厚み２０ｍｍ、圧下率８０％二輻１６０ａ＋ｍ、厚
み８　ａｍ）を作製した。

この板を１０００°Ｃで１５時間保持した後空冷（Ａ、
Ｃ）する熱処理を行ったものと、押出しままのものにつ
いて、熱間成形性、常温での機械的性質（引張強さ、伸
び）および耐硫酸性能についての評価を行った。その結
果を第１表中の試験ｋ１３〜Ｎα１５およびＮα２８に
示す。

同表の結果から明らかなように、ＮＱ１３〜Ｎｏ、　１
５（本発明例）においては、熱間成形性、常温での機械
的性質および耐硫酸性能のいずれについても良好な結果
が得られた。

（以下、余白）第表第表（つづき）（注）Ｎα１６〜１９およびｌ０２７は本発明の範囲外
の配合割合（発明の効果）本発明方法を適用すれば、熱間押出し加工や熱間圧延加
工など通常の熱間成形加工法によりＮｉＳｉ系金属間化
合物からなる管、棒、板などの成形体の製造が可能であ
る。これらの材料は常温延性を有し、かつ、耐硫酸腐食
性に優れ、構造用耐硫酸材料として広範囲の用途に適用
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は、Ｎｉ　−Ｓｉ系金金属化合物の成形
体を作製する実施例で用いた金属容器の継断面図で、第
１図は成形体が棒の場合、第２図は管の場合、第３Ｍは
板の場合である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％で、Ｓｉ：８．０〜１３．０％、Ｎｂ、Ｖ
、ＭｎおよびＴａの１種以上を単独または合計で０．５
〜６．０％含有し、残部がＮｉおよび不可避不純物とな
るようにそれぞれの元素を含む素粉末を機械的合金化法
により混合し、得られた粉末混合体を加工性の良好な金
属容器内に充填し、ＮｉとＳｉの合金化反応温度以上で
固相線温度以下の温度に加熱し、熱間成形加工により成
形することを特徴とするＮｉ−Ｓｉ系金属間化合物成形
体の製造方法。
（２）請求項（１）に記載の方法により製造した成形体
をさらに８５０℃〜１１３０℃の温度範囲で１回以上熱
処理することを特徴とするＮｉ−Ｓｉ系金属間化合物成
形体の製造方法。