JPS6362586B2 - - 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0.15〜0.75％（但し0.15％は含まず）含ん
だドープモリブデン材料を具備した高温熱処理用
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、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0.15〜0.75
％（但し0.15は含まず）、望ましくは合計量が
0.20〜0.60％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（結
晶粒の幅に対する長さが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、第二一程後
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、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
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、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
の温度が低すぎる効果が少なく、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℃高い温度範囲が好ま
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
0.15％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％、90％、98％になるよ
うに加工率を調整して板厚が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℃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５
mm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90％、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1/7および約1/15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（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％の板厚で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、（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。

第４図より明らかなように本発明例８の高温熱
処理用モリブデン治具は本発明例７の高温熱処理
用モリブデン治具よりも平均返り量が小さく、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、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。

【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、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、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。