JPS6321747B2 - - 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高温熱処理用モリ
ブデン治具の製造方法に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 一般に高温熱処理用モリブデン治具には、再結
晶温度が高く、再結晶後の温度が高いAl，Si，
Ｋ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
用モリブデン治具の製造方法は、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治具は、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つて変
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上の場合には使用中の熱疲労
やクリープ現象によつて大きく変形し、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1800
℃以上の温度で焼結する自動化ラインで使用され
る焼結ボートや焼結品積載板など高温熱処理用モ
リブデン治具では、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つたり、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、
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トの製
造方法を提供することを目的とする。

［発明の概要］ 本発明に係る高温熱処理用モリブデンボートの
製造方法はAl，Si，Ｋの一種又は二種以上を重
量％で、0.005〜0.75％含んだドープモリブデン
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ドープモリブデン焼結体、ト
ータル加工率で85％以上の減面加工する第一の工
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
焼鈍を行なつた後、熱処理用ボートに成形加工を
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
治具の製造方法を第２図に従つて説明する。

本発明に係るドープモリブデンを構成材料とす
る高温熱処理用モリブデン治具の製造方法は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、それぞれが合計量の1/2あ
るいは1/3量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
焼鈍を行なつた後、熱処理用ボートに成形加工す
る第二の工程と、その後、限定した温度範囲で加
熱処理を行なう第三の工程を施こすことによつて
高温熱処理用治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（再結晶粒の幅に対す
る長さは５以上、好ましくは15以上、更に好まし
くは25以上である）成長させることによつて、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、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
の加熱処理によつても再結晶粒が亀甲状の等軸結
晶粒となり、一方、量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、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、高温下で使用する高温熱処理用モリブデン治
具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、この組成範囲で
使用するのが、好ましい。

次に、本発明に係る高温熱処理用ボートの構成
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、ドープモリブデン焼結体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。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
使用する高温熱処理用モリブデン治具として使用
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温度範囲について
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、充分に加工繊維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
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兼備させるに必
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、高温下で使用する高温熱処理
用モリブデン治具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
る。したがつて、この温度範囲で使用すると良
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、再結晶粒と均一に生成さ
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、第１及び第２の工程の加工は部分ごとに、
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１の工程の前に予備工程を設ける
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１の工程の前に予備工程を設
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。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、高温熱処
理用モリブデン治具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り
焼鈍を行なつた後、高温熱処理用治具に成形、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
ブデン治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、セラミツク焼成炉や高温
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、本発明に係る高温熱処理用モリブデン
治具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］ 本発明の高温熱処理用モリブデン治具の製造方
法は、Al₂O₃，SiO₂，K₂Oをそれぞれ重量％で
0.015％混合した平均粒径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％，86％，98％になるよ
うに加工率を調製して板厚が２mmのドープモリブ
デン板を得た。

次に、上記加工率の板厚２mmのドープモリブデ
ン板から100mm×100mm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
晶温度（1650℃）より600℃低い1050℃のひずみ
取り焼鈍を施こした。

その後、上記角形素材の４隅で、端部から５mm
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２２
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治
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10Hr投入と室
温1Hr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
（M₁，M₂）を測定、（M₁＋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、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つて得ら
れた加工率が86％、98％の本発明例６，７の高温
熱処理用モリブデン治具は、比較例５に示した加
工率82％のドープモリブデン板より得た高温熱処
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1/3.5および約1/8と大巾に少なく、優れ
た耐熱疲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ツドを
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（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2.0mmのモリブデン
合金板を得た。

上記モリブデン合金板から100mm×100mmの角型
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５mm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、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治
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10Hr投入と室
温1Hr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（M₁，
M₂）を測定し、（M₁，M₂）／２を平均反り量
（Ｍ）とした。

この結果を第４図中に本発明例８として示す。

これらの結果は、本発明に係る高温熱処理用モ
リブデンボート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、加工後に再結晶温
度以下でのひずみ取り焼鈍を行なつた後、高温熱
処理用ボートに成形、その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、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。

【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治具の
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治具、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86％の本発明のデータ、７は加工
率98％の本発明のデータ、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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Al，Si，Ｋの一種又は二種以上が含まれた
   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、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つた後、熱処理用治
   具に成形加工する第二の工程と、成形加工後に再
   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治具の
   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治具の製造方
   法。 ３ 第一の工程の前に、ドープモリブデン焼結体
   を加工率で45％以上の減面加工を行ない、再結晶
   温度により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を有する特許請
   求の範囲第１項に記載の高温熱処理用モリブデン
   治具の製造方法。 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。