JPS6127459B2 - - Google Patents

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ドープモリブデン
材の製造方法に関する。 ［発明の技術的背景とその問題点］ 一般に炉用ヒータや蒸着用ボートなど高温下で
使用されるモリブデン部品には再結温度が高く、
再結晶後の強度が高いドープモリブデン材料が使
用されている。この材料は、モリブデンにAl，
Si，Ｋの一種又は二種以上が添加された材料であ
る。 このドープモリブデン材料からなるモリブデン
板の製造方法および製品としての二次成形加工
は、従来第１図に示した方法、すなわち、焼結イ
ンゴツトに熱間加工を施こすことによつてモリブ
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、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炉用
ヒータや蒸着用ボートとし、使用に供している。 しかし、上記従来の方法で得られた炉用ヒータ
や蒸着用ボートは、その使用温度が再結晶温度前
後からそれ以上の高温度で、かつ加熱、冷却を伴
なつて使用される。このため、使用中に再結晶の
成長を起すとともに、熱疲労やクリープ現象によ
る大きな変形あるいは割れを生じ、この変形ある
いは割れが使用時間の経過とともに大きくなり、
炉用ヒータの異常接触が生じ短絡して溶断した
り、加熱炉の温度分布が異常となり局部的に温度
が上り過ぎたり、断線したりし、正常な加熱炉と
しての用をなさなくなつてしまう。 ［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、
高温下の使用でも変形あるいは割れの少ない高温
強度に優れたドープモリブデン材の製造方法を提
供することを目的とする。 ［発明の概要］ 本発明に係るモリブデン板の製造方法はAl，
Si，Ｋの一種又は二種以上が重量％で0.005〜
0.75％含有したドープモリブデン材料をトータル
加工率で85％以上の減面加工した後、再結晶温度
より100℃高い温度から2200℃までの温度範囲に
て加熱処理して、再結晶粒を細長く大きく（再結
晶粒の幅に対する長さの比は５以上、好ましくは
15以上、更に好ましくは25以上である）成長させ
たことを特徴としている。 本発明に係るモリブデン板の製造方法を第２図
に従つて説明する。 本発明に係るドープモリブデン材料からなるモ
リブデン板の製造方法はAl，Si，Ｋの一種又は二
種以上が重量％で0.005〜0.75％、望ましくは合
計量が0.01〜0.6％で、かつ二種以上の場合には
それぞれが1/2あるいは1/3量、添加されたドープ
モリブデン焼結インゴツトを鍛造、圧延などの熱
間加工により加工率85％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。その後、
限定した温度範囲で加熱処理を行ない、モリブデ
ン板の再結晶粒を細長く大きく成長させたことに
よつて高温下の使用でも変形あるいは割れの少な
いモリブデン板が得られることを究明してなされ
たものである。 ここで、本発明に係るモリブデン板の構成材料
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、Al，Si，Ｋ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
ープ孔の効果によつて再結晶粒を細長く大きく成
長させるのに必要な組成範囲である。その添加成
分量が少なすぎると効果が小さく、加工後の加熱
処理によつても再結晶粒が亀甲状の等軸結晶粒と
なり、一方、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局部
的に再結晶粒が亀甲状の等軸結晶粒となること
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
使用する炉用ヒータや蒸着用ボートとして使用し
た場合、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。したがつて、この組成範囲が好ましい。 次に、本発明に係るモリブデン材の限定した加
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つて再結晶粒を細長く大きく
成長させるに必要な加工率範囲である。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つても再結晶粒が亀甲状の等
軸結晶粒となるため、高温下で使用する炉用ヒー
タや蒸着用ボートとして使用した場合、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。
したがつて、この範囲が好ましく、加工率が95％
以上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、加工後の加熱処理温度範囲について説
明すると、加工後の加熱処理は、85％以上の加工
率まで熱間加工を施こし、充分に加工繊維組織を
発達させた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度やクリープ強
度を兼備させるに必要な温度範囲である。加熱処
理の温度が低すぎると、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、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ため、高温下で使用
する炉用ヒータや蒸着用ボートとして使用した場
合、粒界すべりに伴なう異常変形や粒界割れを容
易にさせたり、欠陥穴を起点とする粒内割れを容
易にさせたり、粗大な欠陥穴の生成による局部的
な電気抵抗の上昇による炉用ヒータの溶断を発生
させる。したがつて、この温度範囲が好ましい。 ここで、加工率で85％以上の減面加工し、再結
晶温度より、100℃高い温度から2200℃までの温
度範囲にて加熱処理する工程（以下、第２の工程
を称す）の前に、加工率で45％以上の減面加工
し、再結晶温度より200℃〜800℃高い温度で加熱
処理する工程（以下、第１の工程と称す）を設け
た理由について説明する。 第２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、第１の工程の目的は、
再結晶粒を均一に生成させることである。つま
り、第２の工程の85％以上の減面加工は、部分ご
とに、被加工材に異なる歪を与え、その為異なる
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
あつた。そこで、第２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。第１の工程の加熱温度につい
て、温度が低すぎると、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つてしまう
ので、再結晶温度より200℃〜800℃の温度範囲が
好ましい。したがつて、第２の工程の前に、第１
の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。 ［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、炉用ヒー
タや蒸着用ボート等として使用されるモリブデン
材に限定した加工率での熱間加工を施こした後、
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、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炉用ヒータや蒸着
用ボート等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、電気炉や蒸着装置などの
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、本発明に係るモリブデン板を使用する
ことによつて、希少金属を有効に活用できること
となり、工業上頻る有用である。 ［発明の実施例］ 本発明のモリブデン板の製造方法は、Al₂O₃，
SiO₂，K₂Oをそれぞれ重量％で0.015％添加した
平均粒径４μのドープモリブデン粉末を2ton／cm²
の圧力でプレス成形した後、水素炉中で1830℃×
9Hrの条件で焼結し、焼結インゴツトとした。 この焼結インゴツトを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％，86％，98％
になるように加工率を調整して板厚が２mmの板を
得た。 次に、上記加工率の板厚２mmのモリブデン板か
ら試験素材を各々４枚切り出し、それぞれに対し
て本試験素材の再結晶温度である1650℃、再結晶
温度より充分低いひずみ取り焼鈍に相当する1000
℃、再結晶温度より350℃高い2000℃および2400
℃の４種の温度で２時間加熱処理を施こした。 この加熱処理を行なつた試験素材から巾10mm、
長さ100mmの試験片を切り出し、この試験片を第
３図に示す方法で水平支持し、1800℃のH₂気流
中に10Hr投入と室温1Hr放置との加熱冷却サイク
ルを20回繰り返し、試験片１先端の自重によるた
わみ量Ｌを測定した。この結果を第１表に示す。 第１表より明らかなように本発明に係るドープ
モリブデン材料からなるモリブデン板の製造方法
によつて得られた本発明例１、２のモリブデン板
は比較例１〜10に示した従来の製造方法によるモ
リブデン板や加熱処理を本発明の加熱処理温度範
囲外で行なつて得られたモリブデン板に比較し
て、たわみ量Ｌが1/6からそれ以下と大巾に少な
く、優れた耐熱疲労性および耐クリープ性を持つ
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ツトを
1100℃〜1400℃の温度範囲で加工率が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つた。（第
１の工程） 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、加工率が98％の板厚2.0mmのモリブデン合金
板を得た。 上記モリブデン合金板から巾10mm、長さ100mm
の試験片を切りだした。 この試験片に2000℃×２時間の加熱処理を施こ
した後、第３図に示す方法で水平支持し、1800℃
のH₂気流中に10Hr投入と室温1Hr放置との加熱
冷却サイクルを20回繰返し、試験片１先端のたわ
み量Ｌを測定した。 この結果は、第１表に示した加工率が98％で
2000℃の加熱処理を施こした本発明例２の測定結
果に対比してみると試験片のたわみ量が1.1mm
（本発明例３）と、たわみ量をより小さくでき、
本発明の効果がモリブデン合金板の加工工程中に
第１の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、本発明によるモリブデン板の
製造方法において、加工率で85％以上の鍛造又は
圧延加工した後、再結晶温度よりも100℃高い温
度から2200℃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
した状態になつたためであり、さらに、再結晶温
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。 なお、加工率が86％および98％で1000℃×１時
間および1650℃×１時間の加熱処理を施こした比
較例５、６、８、９のたわみ量で判るように、本
発明は加工率が最も重要な事項であり、本発明の
製造方法により80％以上の加工を施こされ、その
後の加熱処理温度が本発明の加熱処理温度範囲よ
り低いが、その後の使用温度が二次再結晶温度よ
り100℃以上高い場合には、実質的に本発明のモ
リブデン材の製造方法によつて製造されたモリブ
デン材と同様の特性を保持できる。 このため、本発明の製造方法によつて製造され
たモリブデン材が二次再結晶温度より、100℃以
上高い温度で使用される場合には、本発明の一部
である加熱処理温度範囲より低い温度で加熱処理
を施こした（たとえば、ひずみ取り焼鈍）モリブ
デン材をも本発明に含むものである。 【表】

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のモリブデン板の製造方法を説明
する加工工程図、第２図は本発明のモリブデン板
の製造方法を説明する加工工程図、第３図は実施
例の試験方法を示す概略図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Al，Si，Ｋの一種又は二種以上が重量％で
   0.005〜0.75％含有したドープモリブデン焼結体
   をトータル加工率で85％以上の減面加工した後、
   再結晶温度より100℃高い温度から2200℃までの
   温度範囲にて加熱処理して、再結晶粒を細長く大
   きく成長させたことを特徴とするモリブデン材に
   製造方法。 ２ 加工率は、95％以上である特許請求の範囲第
   １項に記載のモリブデン材の製造方法。 ３ 特許請求の範囲第１項乃至第２項に記載の減
   面加工工程の前に、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
   のモリブデン材の製造方法。 ４ 加工率は95％以上である特許請求の範囲第３
   項に記載のモリブデン材の製造方法。