JPS61501714A - 耐熱性モリブデン合金 - 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】 耐熱性モリブデン合金 本発明は耐熱性モリブデン合金並びにその用途に関する。

モリブデンはその高融点および著しい耐熱性のため高温に耐える必要のある成形 部品に対してしばしば使用されている。これらの成形部品はモリブデン原材料の 強い機械的変形によりその著しい耐熱性を得る。もつとも一般的な用途はガラス 溶融電極である。

しかしながら著しい耐クリープ性、すなわち長時間にわたる高温下での良好な機 械的安定性が要求される用途では純粋なモリブデンは多くの場合もはや使用でき ない。変形を受けた純粋なモリブデンは約１０００℃、約１５時間内で既に再結 晶してしまい、モリブデンはこの後で微粒状の組織を示し、耐クリープ性は低下 する。更に再結晶が進むと不連続的な粒成長が生じ、従って一般にモリブデンの 堅牢性の劣化を生じる。

純粋なモリブデンのかかる特性・は例えばノースコツ）　ＣＩ、。

Ｎｏｒｔｈｃｏｔｔ　）著［合金属の冶金学、第５章モリブデンＪ（Ｍｅ−ｔａ ｌｌｕｒｇｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒａｒｅｒ　ｍｅｔａｌｓ、　Ａ　５　Ｍｏｌｙ ｂｄｅｎｕｍ　）　ｏンドン、バッターワース　サイエンティフィツク　バプリ ケーションズ（Ｌｏｎｄｏｎ、　５ｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏ ｎｓ　）　１９６６年、第７３頁、第２２図に記載されている。

ガラス質の態様によって約１２００〜２０００℃の温度にさらされ粘着性のガラ ス溶融物の運動により機械的な負荷も受ける純粋なモリブデンから成るガラス溶 融電極は、それ故上述の特長のためしばしば不所望な短寿命を示す。

純粋なモリブデンの耐熱性および耐クリープ性を高めるため、例１−［’チタン （Ｔｉ　）　、ジルコニウム（Ｚｒ）および炭素（Ｃ）の衡めて微細に分散する 粒子をモリブデン基材金属に埋入することは知られている。典型的には約ＴｉＯ ，５％、Ｚｒα０７％、Ｃ！０．０５チを含むこの種のモリブデン合金は＃　Ｔ ｚ　ｕ　１合金と呼ばれている。

この種の合金は約１３００℃で初めてその耐クリープ性を失って再結晶し始める ものであるが、種々の用途に対してはこの合金の耐クリープ性は１３ｏｏｃ以下 でも既に満足すべきものではない。’ＴＺＭ“合金はその炭素含有量からガラス 溶融電極の用途には不適当である。なぜなら炭素成分はガラス溶融物を不所望に 不純化するおそれがあるからである。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第２００１３４１号公報には少くとも８０％のモ リブデンと少くとも２種類の他つ添加金属を有するモリブデン合金が記載されて いる。この公報に記載のすべてのモリブデン合金は液相での焼結により作られる ので、この合金から作られる製品は微粒組織を有することで共通している。具体 的にはモリブデン、ニッケル、鉄、コバルト、銅又はバナジウムの他にシリコン も含んでいる合金も挙げられている。この場合シリコンと並んで存在するニッケ ル、鉄、コバルト、銅又はバナジウムの主要成分が焼結時に液相が生じることを 保証しなければならない。しかしこのことは微粒組織構造を有する製品、従って 原理的には耐クリープ性の劣る製品が出来上るという結果を招く。

しかしながらダイカストノズル並びに種々の金属および合金の鋳造のだめの中子 や鋳型としてのこのような合金の上述の有利な使用目的からして既に、これらの 合金に対し大きな耐クリープ性が期待できないことが判明している。かかる用途 にあっては溶融物は急速に冷却するので、高温の影響はごく短時間である。この 種の部品の機械的応力はあまり大きくはない。

更に上述の合金はニッケル、鉄、コバルト、銅又はバナジウム成分を含有するた めガラス溶融電極には決して適していない。すなわちこれらの金属はガラス溶融 物を不純化し、それにより極め耐クリープ性の顕著な増大が期待されるモリブデ ン合金は、前述の文猷「金金属の冶金学、第５章モリブデン」第９９頁に記載さ れている。シリコンは合金成分としては挙げられていない。

本発明の目的は、１３００℃以上の温度でも高い耐クリープ性を有する製品の製 造に特に適したモリブデンを基材とする合金を提供することにある。同時にこの 合金はガラス又はセラミック溶融物に対してこれらを不純化することなく高い耐 腐食性を示す製品の製造にも適するものでなければならない。

この目的を達成するためのモリブデン合金は本発明によればシリコン〉（１３〜 く２０重量％と残部はモリブデンから成る。

本発明の濃度範囲においてモリブデン中にシリコンを混入することにより、純粋 なモリブデンや他のすべての公知のソリプデン合金の値を著しく上廻る耐クリー プ値が得られた。この成果は全く驚くべきことで予期できないものであった。

シリコンの有利な含有ｌは［１５〜２重量％である。しかしながら既に１３重量 ％以上のシリコン含有量でも純粋なモリブデンに対してクリープ特性に関して明 らかな改良がみられる。しかしシリコン含有量が２０重１％を越えると耐クリー プ性の増大は生じるが、同時に合金の融点が著しく低下するので、２０重量％以 上のシリコン成分を持つモリブデン合金は高温にさらされる用途に対しては技術 的にはもはや関心がなくなっている。

本発明による合金（はその良好な耐クリープ性、従ってその良好な耐ねじれ性の ため特に１３００〜２０００℃の高温下に使用される中実の棒状又：は板状部品 の製造並びに容器、下敷板および支持材として特に好適である。この種の部品と しては例えば核燃料の焼結ボートのための緩衝板又は高温高真空炉および高温保 護ガス炉のための基板および挿入物が挙げられる。

更に本発明による合金は、高温下での良好な耐クリープ性とともに同時にガラス 又はセラミック溶融物に対する良好な耐腐食性が要求され、これらの溶融物の障 害となる不純化を避ける必要のある場合に使用されると有利である。この種の用 途として１・よガラス・セラミック溶融炉のための電極、内張り材、摩耗板、導 管。

遮蔽物、下敷板、注口２曲げ管等が挙げられる。

チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ホウ素、炭素、アル・ミニウム、トリウム 、クロム、マンガン、ニオブ、タンタル、レニウムおよびタングステンは前述の ようにモリブデンとの合金成分として知られており、純粋なモリブデンに比して 耐クリープ性のある程度の増大を図るものである。それ故これらの元素の一つ又 は幾つかはその卓越した耐クリープ性に著しい影響を与えることなしに本発明に よる合金にも選択的に含有することができる。

しかし又合金の耐クリープ特性を損なうおそれのある他の元素も、それらがガラ ス溶融物との接触に際して障害とならないかぎできる。

このような制限のため最後に述べた用途に対しては純粋なモリブデン・シリコン 合金の使用がすすめられる。

両用途において重要なことは、シリコン成分が常にモリブデン成分の〉α３〜〈 ２０重量係の範囲内にあることである。

本発明による合金は粉末冶金法並びにアーク溶融による溶融冶金法により製造す ることができるう シリコンの添加は純粋な形でも又モリブデンケイ化物の形でも行うことができる 。

本発明による合金は切削によらなＡで加工することはできない。

すなわち薄板、箔および線材の製造は不可能である。それ故一般にその用途は、 プレスによる粉末台金法による製造又は鋳鉄鋳型内でのアーク又は電子ビームで 融解した合金の凝固による製造の場合に所望の形状が得られる大きな中実体に限 られる。必要な場合には成形品は更に切削により加工される。粉末冶金法による 製造に際してこの切削による加工は焼結工程の前後に行うことができる。

水素又は真空下におけるプレスおよび焼結による製品の粉末冶金法による製造に 際しては製品は残留多孔性を示すが、これは必要な場合引続きアイソスタチック 熱間プレスにより除去することができる。

同様にして本来の焼結工程のない製品もプリプレス体のアイソスタチック熱間プ レスにより製造可能である。

以下に本発明による合金の実施例にもとづき純粋なモリブデンに対比した耐クリ ープ性り増大について説明する。

粒径５μｍのモリブデン金属粉末９９重量％に粒径５μｍのシリコン粉末１重畳 チを混入し、２０００バールで冷間アイソスタチックで棒状体にプレスした。そ の後この棒状体をＨ２保護ガス下で１０時間２０００’Ｃで焼結した。

純粋なモリブデンから成る同一寸法の棒状体を上述のようにプレスおよび焼結し 、引続き型段造により６０％以上機械的に加工した。

このようにして製造された純粋なモリブデンと本発明によるモリブデン・シリコ ン合金とを１１００℃でクリープ試験を行った。

純粋なモリブデンの引張り強度はこの温度で１４５　Ｎ／ｍｍ２であった。この 引張り強度の８０％のクリープ負荷、すなわち１１４　Ｎ／ｍｓ＋２は純粋なモ リブデン棒状体ではすでに１６分後に一部にクリープ破壊を引起した。

同一のクリープ負荷では本発明によるモリブデン・シリコン合金棒状体の試験は 破壊に至らなかったので１７時間後に中断されこの比救試験より明らかなように 、本発明による合金の１１００℃での耐クリープ性は純粋なモリブデンのそれよ り少くとも７０倍良好である。このような著しい耐クリープ性の増大は全り驚り べきことであり、従来技術では全く期待できないところである。

純粋なモリブデンに対、てこれを上廻る耐クリープ性を有する前述の材料”ＴＺ Ｍ’が同一の試験温度においてどのように位置づけすべきかを調べるために以下 のデータを呈示する。

純粋なモリブデン；温度１１００℃、負荷１７５　Ｎ／＋ｍ２で５０秒後にクリ ープ破壊 ”ＴＺＭ’　：＠度り１００℃、負荷４５０　Ｎ／ｓ＋＋ｓ　テ５０秒後にクリ ープ破壊 ”ＴＺＭ”はそれ故純粋なモリブデンに対して本発明による合金が示すような著 しい耐クリープ性の増大を示すものではない。

国際調査報告 １崗〜−−＾−−−鋪Ｎ４．　ＰＣＴ／Ａτ８５１００００６ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ 　ＴＨＥ　ＩＮＴＥＲＮＡτｌ０ＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥ？０ＲＴＯＮｆＩＩ ＪＴ球ＮＡＴＩＯＮＡＬ　Ａ？ＰＬＩＣＡτ工ＯＮ　Ｎｏ、　ＰＣＴ／ＡＴ　８ ５００００６　（ＳＡ　８７９４）−・＋＋嗜−−−響−―働呻＋―――−−− ――−＋−−倦＋＋＋＋―――岬・――−＋ｅ一時−−−−＋―彎−−―−−・

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．シリコン＞０．３〜＜２０重量％、残部はモリブデンから成ることを特徴と する耐熱性モリブデン合金。
2. ２．シワコン含有量が０．５〜２重量％であることを特徴とする請求の範囲第１ 項記載の耐熱性モリブデン合金。
3. ３．１３００〜２０００℃の間の温度で大きな耐クリープ性を示す製品を製造す るための請求の範囲第１項又は第２項記載のモリブデン合金の用途。
4. ４．ガラス又はセラミツク溶融物に接触する製品を製造するための請求の範囲第 １項又は第２項記載のモリブデン合金の用途。
5. ５．モリブデンの一部がＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｂ，Ｃ，Ａｌ，Ｔｈ，Ｃｒ，Ｍｎ， Ｎｂ，Ｔａ，Ｒｅ又はＷで置換され、シリコン成分がモリブデン成分の＞０．３ 〜＜２０重量％であることを特徴とする請求の範囲第１項記載の耐熱性モリブデ ン合金。