JPS60138060A - 高温熱処理用モリブデン治具の製造方法 - 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】 ［発明の技術分野］ この発明は高温強度に優れた高温熱処理用モリブデン・
冶具の製造方法に関する。

［発明の技術的背景とその問題点Ｊ 一般に高温熱処理用モリブデン冶具には。

再結晶温度が高く、再結晶優の温度が高いＡＩ　、Ｓｉ
　、にの一種又は二種以上が含まれたドープモリブデン
材料が使用されている。

このドープモリブデン材料からなる高温熱処理用モリブ
デン冶具の製造方法は従来第１図に示した方法、すなわ
ち焼結インゴットに熱間加工を施こすことによってモリ
ブデン板を得る。その後加工のままの板あるいは再結晶
温度以下１通常は８００℃〜１２００℃での歪取り焼鈍
を施こした板に二次成形加工を施こして高温熱処理用モ
リブデン治具とし、使用に供している。

しかし、上記の従来の加工法で得られたモリブデン材料
で製造された高温熱処理用冶具は、その使用温度が、モ
リブデン材料の再結晶温度以下の場合には使用中の熱疲
労やクリープ現象によって変形することがないが、その
使用温度がモリブデン材料の再結晶温度以下の場合には
使用中の熱疲労やクリープ現象によって大きく変形し、
特に寸法精度を必要とする高温構造部材に使用する場合
に問題が多い。

たとえば、酸化物や炭化物などの化合物をｉｇｏｏ′ｃ
ｇ上の温度で焼結する自動化ラインで使用される焼結ボ
ードや焼結晶積載板など高温熱処理用モリブデン材料具
では、モリブデン材料の変形が大きくなると焼結部品の
転落が起ったり、極端な場合には隣り同志のモリブデン
板が接触してしまい焼結部品を積載できなくなり、使用
に耐えられなくなってしまう。

［発明の目的］ 本発明は以上の点を考慮してなされたもので、従来の製
造方法による欠点を解消するための高温強度に優れた高
温熱処理用モリブデンボードの製造方法を提供すること
を目的とする。

［発明の概要］ 本発明に係るａｖＡ熱処理）Ｄモリブデン冶具の製造方
法は、ＡＩ　、Ｓｉ　、にの一種又は二種以上が重量％
で０．１５〜０．７５％（但し０．１５％は除く）およ
びＬａ　、ＤＶ　、Ｙ。

Ｔｈ　、Ｔｉ　、Ｚｒ　、Ｎｂ　、Ｔａ　、Ｈｆ　、Ｖ
。

Ｑｒ　、ＭＯ、Ｗ、ＭＱの酸化物、炭化物、ｉ化物ある
いは窒化物の一種又は二種以上が重量％で０．３〜３％
を含むドープモリブデン材料を具備する高温熱処理用モ
リブデン・冶具を製造する工程において、トータル加工
率で８５％以上の減面加工をする第一の工程と、第一の
工程による加工のまま、あるいは第一の工程後に再結晶
温度以下の濃度でひずみ取り焼鈍を行なった後、熱処理
用冶具に成形加工をする第二の工程と、成形加工後に再
結晶温度より１００℃高い濃度から２２００℃までの温
度範囲にて加熱処理を行なう第三の工程とを施すことを
特徴としている。

本発明に係る高温熱処理用モリブデン冶具の製造方法を
第２図に従って説明する。

本発明に係るドープモリブデンを構成材料とする高温熱
処理用モリブデン冶具の製造方法は、ＡＩ　、Ｓｉ　、
にの一種又は二種以上が重量％で０．１５〜０．７５％
（ただし０．１５％は除く）望しくは合計量が０．２〜
０．６％で。

かつ二種以上の場合には、それぞれが合計量の１／２あ
ルイハ１／３　Ｍ、及びｌａ　、　Ｃｅ　。

ｏｙ、Ｙ、Ｔｈ、Ｔｉ　、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ。

Ｈｆ　、Ｖ、Ｃｒ　、ＭＯ、Ｗ、Ｍ（ｌの酸化物。

炭化物、硼化物あるいは、窒化物の一種又は二種以上が
重量％で０．３〜３％含まれたドープモリブデン焼結体
を鍛造、圧延などの熱間加工により加工率８５％以上、
望ましくは加工率９５％以上までの加工を施こし、所定
の板厚のモリブデン板とする第一の工程と、第一の工程
による加工のまま、あるいは第一の工程後に再結晶温度
以下の温度でひずみ取り焼鈍を行なった後、熱処理用冶
具に成形加工する第二の工程と、その後、限定した濃度
範囲で加熱処理を行なう第三の工程を施こすことによっ
て高温熱処理用冶具の構成材料であるモリブデン板の再
結晶粒を細長く大きく成長させること、更にＬａ、Ｃｅ
、Ｑｙ、Ｙ、丁ｈＴｉ　、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｒ、Ｖ
、Ｃｒ。

ＭＯ、Ｗ、Ｍ（Ｊの酸化物、炭化物、硼化物。

あるいは窒化物をモリブデン拐料中に均一に分散させる
分散強化効果によって強化させたことにより、高温下の
使用でも変形あるいは割れの少ない高温熱処理用モリブ
デン治具が得られることを究明してなされたものである
。

ここで１本発明に係る高揚熱処理用１＆具の構成材料で
あるドープモリブデン材料の組成範囲について説明する
と、ＡＩ　、Ｓｔ　、には加工後の加熱処理により整列
した微小ドープ孔を生成させ、この微小ドープ孔の効果
によって再結晶粒を細長く大きく成長させるに必要な組
成範囲となる。この量が少なすぎると。

その効果が小さく、第二工程後の加熱処理によっても再
結晶粒が亀甲状の等軸結晶粒となり、一方ｍが多すぎる
と、上述の微小ドープ孔を必要以上に大きく、かつ多量
に生成させるため９局部的に再結晶粒が亀甲状の等軸設
となることや、ドープ孔の集合および異常成長の起るこ
とによる欠陥穴の生成することとなるため、高温下で使
用する高温熱処理用モリブデン治具として使用した場合
１粒界すべりに伴なう異常変形や粒界割れおよび欠陥穴
を起点とする粒内割れを容易にさせる。したがってこの
組成範囲で、使用するのが、好ましい。

また、Ｌａ；Ｃｅ、Ｄｙ、Ｙ、Ｔｈ、ＴｉＺｒ　、Ｎｂ
　、Ｔａ　、）−Ｉｆ　、Ｖ、Ｃｒ　、Ｍｏ　。

Ｗ、Ｍｇの酸化物、炭化物、硼化物あるいは窒化物には
これらの微小な、たとえば平均粒径で１μ園以下の上記
化合物をモリブデン中に均一に分散させることが好まし
い。これにより分散強化が向上し、その分散強化効果に
よってドープモリブデン材料から成るモリブデン板の高
温強度を高めること、さらに、加工後の加熱処理により
加工によって加工方向に整列した前記微小化合物によっ
て、前述の微小ドープ孔の効果による再結晶粒をｌ長く
大きく成長させる性質をより大きくさせるに必要な組成
範囲となる。この量が少なすぎると、その効果が小さく
、−力量が多すぎると。

化合物の集合が起り易く、微小化合物を均一分散させる
ことが困難となり、加工後の加熱処理によっても再結晶
粒が亀甲状の等軸結晶粒となることや、化合物の集合に
よる粗大化合物の生成が、モリブデン板内部の欠陥物と
なるため、高瀉下で使用する炉用ヒーターや蒸着用ボー
トとして使用した場合１粒界すべりに伴なう異常変形や
粒界割れおよび欠陥物を起点とする粒内割れを容易にさ
せる。したがってこの組成範囲にすると良い。

次に本発明に係る高温熱処理用治具の構成材料であるド
ープモリブデン板の限定した加工率について説明すると
、８５％以上の加工率は加工後の加熱処理によって再結
晶粒を細長く大きく成長させるに必要な加工亭範四であ
る。この加工率が少なすぎると、充分に加工繊維組織の
発達を行なわせることができず。

加工後の限定した温度範囲での加熱処理によっても再結
晶粒が亀甲状の等軸結晶粒となるため、高温下で使用す
る高温熱処理用モリブデン治具として使用した場合１粒
界すべりに伴なう異常変形や粒界割れを容易にさせる。

したがって、この範囲が好ましく、加工率が９５％以上
であると更に好ましい。

ただし、加工率１００％の場合はあり得ないので加工率
１００％は含まない。

さらに、第三工程の加熱処理湿度範囲について説明する
と、第二工程を経た後の第三工程の加熱処理は、８５％
以上の加工率まで熱間加工を施こし、充分に加工１１’
ｌ１組織を発達させた高温熱処理用モリブデン治具の構
成材料であるドープモリブデン板の再結晶粒を細長く、
大きくジグザグに結合した状態にするための加熱処理温
度で、高温下で優れた熱疲労強度やクリープ強度を１＆
備させるに必要な温度範囲となる。この加熱処理温度が
低くすぎると、再結晶粒の成長を充分に行なわせること
ができないため、高温下で使用中に不安定な結晶粒成長
が起り、熱疲労強度やクリープ強度のバラツキを生じさ
せ、一方、温度が高すぎると、細長く、大きくジグザグ
に成長した再結晶粒が過大に成長し１等軸結晶粒と同様
になるとともに、前述の微小ドープ孔の異常成長や集合
が起り、大きな欠陥穴となることや酸化物、炭化物、硼
化物および窒化物が分解し、微小化合物の均一な分散に
よる分散強化効果が無くなることなどによって、高温下
で使用する炉用ヒーターや蒸着用ボードとして使用した
場合２粒界すべりや高温強度の低■に伴なう異常変形１
粒界割れを容易にさせる。したがってこの温度範囲が好
ましい。

ここで、第１の工程の前に、加工率で４５％以上の減面
加工を行ない再結晶温度より２００℃〜８００℃高い温
度で加熱処理し、再結晶粒を均一に生成させる工程（以
下予備工程と称す）を設けた理由について説明する。

第１乃至第３の工程の目的は、長大結晶を形成させるこ
とである。それに対して、予備工程の目的は、再結晶粒
を均一に生成させることである。つまりＭｌ及び第２の
工程の加工は部分ごとに、被加工機に異なる歪を与えそ
の馬具なる大きさの長大結晶を形成させやすく、高温強
度にバラツキの有るモリブデン材が製造される場合があ
った。そこで第１の工程の前に第１の工程を設けること
により。

長大再結晶粒を比較的均一に生成させやすく。

バラツキが少ないドープモリブデン材を提供する。予備
工程の加熱温度に関して、その温度が低くずぎると効果
が少なく、一方温度が高すぎると、再結晶粒が粗大にな
ってしまうので、再結晶温度より２００℃〜８００℃の
温度範囲が好ましい。したがって、第１の工程の前に予
備工程を設けることにより９本発明の目的を、より一層
有効に達成できる。

［Ｒ明の効果］ 以上説明したように本発明によれば高温熱処理用モリブ
デンの構成材料であるドープモリブデン材料を、限定し
た加工率で熱間加工し、加工のままあるいは再結晶温度
以下でのひずみ取焼鈍を行なった債、高温熱処理用冶具
に成形、その後限定した熱処理温度範囲での加熱処理を
施こすことにより、ドープモリブデン材料の熱疲労強度
およびクリープ強度を高めることが出来る。

このため高温下で使用される高温熱処理用モリブデン冶
具の破壊寿命を大幅に伸ばし。

かつ長時間安定状態で使用でき、セラミック焼成炉や高
温熱処理炉などの運転効率と信頼性を大幅に向上できる
効果がある。

さらに８本発明に係る高温熱処理用モリブデン冶具を使
用することによって、＃Ｊ少金金属有効に活用できるこ
ととなり工業上類る有用である。

［Ｒ明の実施例ｊ 本発明の高温熱処理用モリブデン冶具の製造方法は＋Ａ
１２０ａ、ＳｉＯ２，に２０をソレソれ重量％ｔ−ｏ、
ｉｓ％Ｌａ　２０ａをｉ、。

％混合した平均粒径４μのドープモリブデン粉末を２−
ｔｏｎ　／　ＣＩＩＩの圧力でプレス成形した後、水素
炉中で１８３０℃ｘ　９Ｈｒの条件で焼結し、焼結体と
した。

この焼結体を１１００℃〜１４００℃の温度範囲で熱間
鍛造と、その後３００℃〜１１００℃の温度範囲で熱間
圧延により、加工率が８２％、９０％、９８％になるよ
うに加工率を調整して板厚が２ＩＩＩＩｌｌのドープモ
リブデン板を得た。次に、上記加工率の板厚２１１Ｉｌ
ｌのドープモリブデン板から１００＋ｕ＋　ｘ　１００
＋ａｍの角形素材を各々２枚切り出し、角形板素材のド
ープモリブデン材料の再結晶湿度（１６５０℃）より６
００℃低い１０５０℃でのひずみ取り焼鈍を施こした。

その後、上記角形板素材の４隅で、端部から５１１１Ｉ
の位置に直径３ｍｍの穴加工を施こした。

次に穴加工後の角形板素材に２０００℃×２時間の加熱
処理を施こした後、加工率が同じ角形板（１）２枚を４
隅でモリブデン支持棒（３）で支持、第３図に示す高温
熱処理用モリブデン冶具（１ンに組立てた。

この第３図に示した高温熱処理用モリブデン冶具（１）
の角形（２）の中央部に重量１ｔａｇのＷ円板（４）を
、　ｉｇｏｏ℃のＨ２気流中に１０１−１ｒ投入と室５
１１−（ｒ放置との加熱、冷却サイクルを１０回繰返し
、２回ごとの角形板（２）の４隅に対する反り量（Ｍ嘗
１Ｍ２）を測定ｒ　（Ｍｌ　＋Ｍ２　）／２を平均反り
量（Ｍ）とした。

この結果を第４図に示す。

第４図より明らかなように１本発明に係る高温熱処理用
モリブデン治具の製造方法によって得られた加工が９０
％、９８％の本発明例６゜７の高温熱処理用モリブデン
冶具は、比較例５に示した加工率８２％のドープモリブ
デン板により得た高温熱処理用モリブデンボートに比較
して平均反り量がそれぞれ約１／８および約１／１４と
大Ｉ＋３に少なく、優れた耐熱被労性や耐クリープ性な
ど優れた高温強度を持つことが確認できた。

次に前記の実施例で示した焼結インゴットを１１００℃
〜１４００℃の湿度範囲で加工率が７０％まで熱間鍛造
した後、再結晶温度より３５０℃高い２０００℃×１時
間の再結晶粒均一化処理を行なった（予備工程）。

続いて再結晶粒均一化処理を施こしたモリブデン合金素
材を１１００℃〜１４００℃の温度範囲で鍛造と、その
後３００℃〜１１００℃の温度範囲で圧延により、冷間
加工率が９８％の板厚２．Ｏｌのモリブデン合金板を得
た。

上記モリブデン合金板から１００１×１００１１ＩＩＩ
ｌの角形板素材を２枚切り出し、その後、角形板素材の
４隅で端部から５ＩＩｌｌｌＩの位置に直径３１の穴加
工を施こした。次に穴加工後の角形板素材に２００℃×
２時間の加熱処理を施こした後、第３図に示す高温熱処
理用モリブデン治具（１）に組立てた。

この第３図に示した高温熱処理用モリブデン冶具（１）
の角形板（２）の中央部に重量１ｋｇのＷ円板（４）を
載せたまま、　１８００℃のＨ２気流中に１０８　ｒ投
入と室温１ｌ−１ｒ放置との加熱冷却サイクルを１０回
繰返し、２回ごとの角形板（２）の４隅に対する反り１
ｋ＜Ｍｌ。

Ｍ２）を、測定（Ｍｌ、Ｍ２）／２を平均反りｆｆｉ（
Ｍ）とした。

この結果を第４図中に本発明例８として示す。

第４図より明らかなように本発明例８の高温熱処理用モ
リブデン冶具は本発明例７の高温熱処理用モリブデン治
具よりも平均反り量が小さく、その変化も安定している
ことから。

本発明の効果がモリブデン合金板の加工工程中に予備工
程を設けることにより本発明の目的を、より一層有効に
達成できることが確認できた。

これらの結果は２本発明に係る高温熱処理用モリブデン
ボードの製造方法において、加工率で８５％以上の鍛造
又は圧延加工し、加工後に再結晶福度以下でのひずみ取
焼鈍を行なった後、高温熱処理用ボードに成形、その後
。

再結晶温度よりも１００℃高い温度か６２２００℃まで
の温度範囲にて加熱処理したことにより再結晶粒が細長
く大きくジグザグに結合した状態になったためであり、
さらに再結合温度よりも充分高い温度での加熱処理を行
なうことにより本発明のモリブデン板の高温下での使用
中の金属組織の安定度が増したためとである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の高温熱処理用モリブデン冶具の製造方法
を説明する加工工程図。 第２図は本発明の高温熱処理用モリブデン治具の製造方
法を説明する加工工程図。 第３図は高温熱処理用モリブデン治具の概略図。 第４図は加熱、冷却試験後の反り量の測定結果である。 １は高温熱処理用モリブデン−冶具 ２はモリブデン製角形板 ５は加工率８２％の比較例のデータ ６は加工率９０％の本発明のデータ ７は加工率９８％の本発明のデータである。 ８は再結晶粒均一化処理後に加工率９８％を施こした本
発明のデータである。 代理人弁理士　則　近　憲　佑（ほか１名）弔　１　図
　箒　２Ｉ￥１ 第　３　図 第　４　図 繰返（場災　〔回］

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　ＡＩ　、　Ｓｉ　、にの一種又は二種以上が重量
   ％で０．１５〜０．１５％（但し０．１５％を含まず）
   およびＬａ　、Ｃｅ　、ｏｙ　、Ｙ、Ｔｈ　。 Ｔｉ　、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｖ、Ｏｒ。 ＭＯ、Ｗ、ＭＯの酸化物、炭化物、硼化物あるいは窒化
   物の一種又は二種以上が重量％で０．３〜３％を含むド
   ープモリブデン材料を具備する高温熱処理用モリブデン
   治具を製造する工程において、トータル加工率で８５％
   以上の減面加工をする第一の工程と、第一の工程による
   加工のまま、あるいは第一の工程後に再結晶温度以下の
   温度でひずみ取り焼鈍を行なった後熱処理用治具に成形
   加工をする第二の工程と成形加工後に再結晶温度より１
   ００℃高い温度から２２００℃までの温度範囲にて加熱
   処理を行なう第三の工程とを持つことを特徴とする高温
   熱処理用モリブデン冶具の製造方法。 ２、加工率は９５％以上である特許請求の範囲第１項に
   記載の高温熱処理用モリブデン冶具の製造方法。 ３、第一の工程の前に、加工率で４５％以上の減面加工
   を行ない再結晶温度より２００℃〜８００℃高い温度で
   加熱処理をし、再結晶粒を均一に生成させる工程を有す
   る特許請求の範囲第１項乃至第２項に記載の高温熱処理
   用モリブデン冶具の製造方法。 ４、加工率は９５％以上である特許請求の範囲第３項に
   記載の高温熱処理用モリブデン治具の製造方法。