(57)【要約】【課題】  ニッケル材料の中間温度脆性を消失させることにより、製造時にニッケル材料に割れや疵等の欠陥が発生するのを抑制し、歩留まりの良いニッケル材料を提供すると共にその製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】  ０．０００３質量％以上０．０１１０質量％以下のボロンを含有し、残部がニッケル及び不純物からなるように調整された原料を用いて製造されることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．０００３質量％以上０．０１１０質量％以下のボロンを含有し、残部がニッケル及び不純物からなるように調整された原料を用いて製造されることを特徴とするニッケル材料。
【請求項２】
０．０００３質量％以上０．０１１０質量％以下のボロンを含有し、残部がニッケル及び不純物からなるように調整された原料を用いることを特徴とするニッケル材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製造工程における欠陥の発生が抑制されたニッケル材料及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ニッケル材料は、苛性ソーダ等のアルカリ溶液や、非酸化性環境に対して優れた耐食性を示し、また、電気伝導性や成形加工性にも優れているため、幅広い分野で利用されている。例えば、化学プラントにおける苛性ソーダの濃縮容器や２次電池（Ｎｉ−水素電池やＬｉイオン電池等）における電極支持体或いは配線材料等として利用されている。一方、ニッケル材料は、高価な金属材料であるため、製造時における欠陥の発生を抑制し、歩留まり良く製造することが重要な課題となっている。
【０００３】
ニッケル材料の製造時に発生する欠陥としては、例えば、熱間圧延加工時に発生する耳割れ（熱間圧延加工された際に生じる角部の割れ）や表面疵等の熱間圧延品の表面に発生するものが挙げられる。これらの欠陥を抑制する方法としては、熱間圧延前の連続鋳造スラブの表面に酸化防止剤を塗布し、特定温度で加熱保持した後、熱間圧延を行う方法が採用されている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、上記欠陥を抑制する他の方法としては、ニッケル材料中の成分をＭｇが０．００５〜０．０１５質量％、Ｔｉが０．００５〜０．０１５質量％、Ａｌが０．００５〜０．０１５質量％となるように調整し、更に、これら以外の成分が０．５質量％以下となるように調整することで、熱間圧延を行う際の加工性を向上させる方法が採用されている（特許文献２参照）。
【０００５】
また、ニッケル材料に生じる他の欠陥としては、赤熱脆化に起因するものが挙げられる。赤熱脆化とは、ニッケル材料の製造に用いる原料中に硫黄成分が含まれている場合、熱間加工によって硫黄成分がニッケル材料の結晶粒界に偏析し、結晶に高速度の歪が加わった際の粒界延性が低下し、ニッケル材料に割れ等の欠陥が発生しやすくなるものである。この赤熱脆化に起因する欠陥を抑制する方法として、原料中の硫黄成分の含有量を０．００１％以下とする方法が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−１６８２５９号公報
【特許文献２】特開平０８−１４３９９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ニッケル材料は、特定温度（７００℃〜９００℃）において、低速度で歪が加わることにより、結晶粒界が脆化する性質（中間温度脆性）を示すことが知られている。この中間温度脆性は、ニッケル材料を製造する際の鋳造工程や圧延加工前の加熱工程において発生する熱歪や、ニッケル材料を低速度で引き伸ばす等した際の歪が結晶に加わることによって、結晶粒界の延性（粒界延性）が著しく低下するものである。このため、鋳造品を製造した場合や熱間圧延前のニッケル材料を加熱した場合、中間温度脆性の影響によってその内部や表面に割れ等の欠陥が発生しやすくなる。
【０００８】
また、上記のように粒界延性が著しく低下した状態（結晶粒界が脆化した状態）でニッケル材料を圧延（熱間圧延や冷間圧延）加工した場合には、脆化した部分が拡大したり、酸化したりするため、圧延加工品（熱間圧延品や冷間圧延品）の内部や表面に割れや表面疵等の欠陥が発生しやすくなる。
【０００９】
さらに、圧延加工後に光輝焼鈍を行った場合には、ニッケル材料の表面にフクレ疵が発生してしまう場合もある。
【００１０】
上記のような中間温度脆性に起因する欠陥は、上述したような熱間圧延加工時に発生する欠陥（耳割れや表面疵）を抑制する方法では抑制することができない。また、中間温度脆性は、上記の赤熱脆化のように硫黄成分に起因するものではないため、硫黄成分の含有量を制御することでも抑制することはできない。
【００１１】
このため、中間温度脆性に起因する圧延加工品の欠陥を抑制すべく、熱間圧延前のニッケル材料を低温から低速度で昇熱して加熱することで、熱歪の発生を低減し、結晶粒界の脆化を抑制する方法（スローヒート）が採用されている。しかしながら、スローヒートを行った場合であっても、熱歪の発生を完全に抑制することはできないため、中間温度脆性を消失させることはできない。更に、後の圧延加工を行うのに十分な温度となるまでに多大な時間が必要となってしまうため、生産性が大変悪いものとなる。
【００１２】
そこで、本発明は、ニッケル材料の中間温度脆性を消失させることにより、割れや疵等の欠陥の少ないニッケル材料を提供すると共に、製造時における前記欠陥の発生を抑制し、歩留まり良くニッケル材料を製造することができるニッケル材料の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明にかかるニッケル材料は、０．０００３質量％以上０．０１１０質量％以下のボロンを含有し、残部がニッケル及び不純物からなるように調整された原料を用いて製造されることを特徴とする。また、本発明にかかるニッケル材料の製造方法は、０．０００３質量％以上０．０１１０質量％以下のボロンを含有し、残部がニッケル及び不純物からなるように調整された原料を用いることを特徴とする。
【００１４】
かかる構成のニッケル材料及びその製造方法によれば、所定温度において、ニッケル材料を構成する結晶に低速度の歪が加わった際に生じる中間温度脆性を消失させることができる。これにより、割れや疵等の欠陥の発生が抑制されたニッケル材料を得ることができる。
【００１５】
具体的には、中間温度脆性とは、所定温度（７００℃〜９００℃）において、低速度の歪、例えば、鋳造工程や熱間加工前の加熱工程における熱歪等がニッケル材料の結晶に加わることにより、結晶構造に転位が生じ、該転位が結晶粒界に集積することで粒界延性が低下するものである。これに対し、ニッケル材料中のボロンは、結晶粒界に偏析した状態で存在しているため、低速度の歪が結晶に加わった場合であっても、転位が結晶粒界に集積することがなく、粒界延性の低下が抑制されるため、中間温度脆性を消失させることができる。このため、中間温度脆性に起因する欠陥が製造時に発生するのを抑制することができ、欠陥の少ないニッケル材料を歩留まり良く製造することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明にかかるニッケル材料及びその製造方法によれば、ニッケル材料の中間温度脆性を消失させることにより、割れや疵等の欠陥の少ないニッケル材料を提供することができると共に、製造時における前記欠陥の発生を抑制し、歩留まり良くニッケル材料を製造することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明にかかる実施形態について説明する。
【００１８】
本実施形態にかかるニッケル材料は、ニッケル以外の構成元素としてボロンを含有する原料から製造されたものである。具体的には、前記ニッケル材料は、０．０００３質量％（３ｐｐｍ）以上０．０１１０質量％以下（１１０ｐｐｍ以下）のボロンを含有する原料から製造されたものである。更に、前記ニッケル材料は、原料としてニッケル及びボロン以外に不純物を含有している。該不純物は、本発明の効果に影響を与えないように、その総量が０．５質量％以下となるように調製されることが好ましい。不純物としては、製造時に除去することが困難な不純物元素が挙げられ、例えば、Ｃ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｍｇ等の脱酸元素や、Ｆｅ、Ｓ等の不可避侵入元素等が挙げられる。また、スクラップから混入する不純物が挙げられる。
【００１９】
前記ニッケル材料は、原料としてボロンが添加されてなることで、その鋳造品や圧延加工品（熱間圧延品及び冷間圧延品）に発生する欠陥を抑制することができる。具体的には、前記ニッケル材料は、原料としてボロンを含有することにより、その製造工程において、所定温度で結晶に低速度で歪が加わった場合であっても、中間温度脆性を示すことがなく、その結果、中間温度脆性に起因する割れや表面疵等の欠陥が発生するのを抑制することができる。
【００２０】
前記中間温度脆性に起因する欠陥は、所定温度（７００〜９００℃）において、ニッケル材料を構成する結晶に低速度で歪が加わることにより、結晶に転位が生じ、該転位が結晶粒界に集積することによって粒界延性が低下することによるものである。結晶に加わる低速度の歪の原因としては、鋳造工程や圧延前の加熱工程において生じる熱歪やニッケル材料を低速度で引き伸ばしたりした際に生じる歪等が考えられる。
【００２１】
以上のことから、中間温度脆性に起因する欠陥を抑制するためには、結晶に低速度の歪が加わった場合であっても転位が結晶粒界へ集積しないようにすることで、中間温度脆性を消失させることが必要である。このため、ニッケル材料を製造するに際し、原料としてボロンを３ｐｐｍ以上、好ましくは、３ｐｐｍ〜１１０ｐｐｍ添加することで、ニッケル材料中でボロンは、結晶粒界に偏析した状態で存在することとなる。このため、結晶に低速度で歪が加わった場合であっても、転位が結晶粒界に集積することがなく、粒界延性の低下を抑制することができる。よって、中間温度脆性が消失し、それに起因する割れ等の欠陥が製造時に発生するのを抑制することができ、歩留まり良くニッケル材料を製造することができる。
【実施例】
【００２２】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００２３】
■試験体の作製
１．鋳塊の作製
ニッケル以外の成分構成が下記表１に記載の成分構成となるように、高周波真空溶解によって１００ｋｇの鋳塊を作製し、比較例１及び２、実施例１〜４とした。
【表１】
2010261097.tif 000002
２．引張試験片の作製
上記各鋳塊を１２００℃で熱間鍛造し、厚さ：２０ｍｍの鍛造スラブを作製した。そして、該鍛造スラブから直径：１０ｍｍ、長さ：１１０ｍｍの丸棒型の引張試験片を各比較例及び実施例毎に作製した。なお、熱間鍛造時の温度条件としては、各試験片間で同一となるように作製した。
３．熱歪評価試験片の作製
上記各鋳塊から１００ｍｍ角の立方体を切り出し、表面に酸化防止剤を塗布して各比較例及び実施例毎に熱歪評価試験片を作製した。
【００２４】
■高温延性評価試験
１．試験方法
上記各引張試験片を１分間で下記表２に記載の温度となるように昇温加熱し、その後６０秒間保持した。そして、加熱した各引張試験片を用いて引張試験を行った。各引張試験片を引っ張る際の条件としては、下記表２に記載の歪速度（引張速度）で試験を行った。２．評価方法
断面減少率（引張試験前の試験体の断面積に対する引張試験後の試験体の断面積減少量の割合）を測定し、粒界延性の評価を行った。試験結果は、下記表２に示す。
【表２】
2010261097.tif 000003
【００２５】
■熱歪評価試験
１．試験方法
常温の上記各熱歪評価試験片を、１２５０℃に加熱された加熱炉内に配置し、各試験片が１２５０℃となるまで急速加熱試験を行った。また、常温の各熱歪評価試験片を所定の昇熱速度（１０℃／ｍｉｎ）で加熱し、各試験片が１２５０℃となるまで徐加熱試験を行った。
２．評価方法
加熱後（１２５０℃）の各熱歪評価試験片をプレスハンマー設備にて鍛造し、３０ｍｍ厚の鍛造材を作製した。そして、該鍛造材の３０ｍｍ厚断面のカラーチェック（液体浸透試験）を行って内部割れの発生状態を評価した。試験結果は、内部割れが発生したものを「×」、発生しなかったものを「○」として下記表３に示す。
【表３】
2010261097.tif 000004
【００２６】
■ＣＣスラブを用いた試験
１．試験体の作製
下記表４に記載の成分構成となるように、３０トンの電気炉及び連続鋳造プロセスで１５０ｍｍ厚×１０００ｍｍ幅のＣＣスラブを鋳造し、比較例３、実施例５及び６とした。
【表４】
2010261097.tif 000005
２．試験方法及び評価方法
（１）内部割れ評価
上記ＣＣスラブの１５０ｍｍ厚断面のカラーチェック（液体浸透試験）を行い、内部割れの発生状態の評価を行った。試験結果は、内部割れが発生したものを「×」、発生しなかったものを「○」として下記表５に示す。
（２）熱間圧延試験
上記ＣＣスラブを１２５０℃の炉内に２時間３０分配置して加熱した後、熱間圧延して３０ｍｍ厚の熱延板を作製した。そして、３０ｍｍ厚断面のカラーチェックを行い、内部割れの発生状態の評価を行った。試験結果は、内部割れが発生したものを「×」、発生しなかったものを「○」として下記表５に示す。また、ホットコイル（熱間圧延したＣＣスラブをコイル状に巻きまわした状態）で表面疵の評価を行った。試験結果は、下記表５に示す。なお、表面疵の試験結果としては、熱延板を一方向に１ｍ間隔で区分した際の全体の区分数に対する表面疵が発生した区分数の割合を示す。
（３）冷間圧延試験
上記ホットコイルを巻き解き、常温において冷間圧延して０．１ｍｍ厚の冷延板を作製し、フクレ疵の評価を行った。試験結果は、下記表５に示す。なお、フクレ疵の試験結果としては、熱延板を一方向に１ｍ間隔で区分した際の全体の区分数に対するフクレ疵が発生した区分数の割合を示す。
【表５】
2010261097.tif 000006
【００２７】
■まとめ
（１）高温延性評価試験について
実施例１〜４と比較例１及び２とを比較すると、歪速度が高速度である場合には、実施例１〜４と比較例１及び２との両方が、全ての温度域において８５％以上の断面減少率となっており、ボロンの添加による影響は確認されなかった。これは、歪速度が高速度である場合、断面減少率は硫黄成分の量に影響されるため、実施例及び比較例の硫黄成分を１０ｐｐｍ以下の微量にしたことにより、高い断面減少率を示したと考えられる。
一方、歪速度が低速度である場合には、７００℃及び８００℃の加熱温度において、比較例１及び２の断面減少率が実施例１〜４の断面減少率よりも著しく低い値でることが認められる。これは、中間温度脆性の影響により、比較例１及び２の試験体の粒界延性が低下し、試験体が脆くなったため、断面減少率が低下したと考えられる。
これに対し、実施例１〜４は、全ての温度域において、低速度の歪が結晶に加わった場合であっても、断面減少率が９０％以上と高くなっている。これは、７００℃〜９００℃の温度で低速度の歪が結晶に加わった場合であっても、中間温度脆性を示さなかったためと考えられる。
（２）熱歪評価試験について
実施例１〜４と比較例１及び２とを比較すると、徐加熱を行った場合には、実施例１〜４と比較例１及び２との両方に内部割れは発生しておらず、ボロンの添加による影響は確認されなかった。これは、徐加熱することによって熱歪の発生が抑制されたためと考えられる。
一方、急速加熱を行った場合には、比較例１及び２に内部割れが確認されたのに対し、実施例１〜４には内部割れは確認されなかった。これは、急速加熱することによって発生する熱歪（低速度で生じる歪）が結晶に加わり、比較例１及び２の試験体では中間温度脆性を示したため、結晶粒界が脆化し、内部割れを引き起こしたと考えられる。これに対し、実施例１〜４の試験体では熱歪が加わった状態であっても中間温度脆性を示さなかったため、内部割れが発生しなかったと考えられる。
（３）ＣＣスラブを用いた試験について
実施例５及び６と比較例３とを比較すると、比較例３では、ＣＣスラブ及び熱延板で内部割れが発生しているのに対し、実施例５及び６では、内部割れは発生していないことが認められる。また、比較例３では、ホットコイルの表面疵や冷延板のフクレ疵が発生しているのに対し、実施例５及び６では、表面疵やフクレ疵が略発生していないことが認められる。
これは、ＣＣスラブを作製する際の熱歪によって比較例３の試験体が中間温度脆性を示したため、粒界延性が低下し、内部割れ等の欠陥が発生したと考えられる。これに対し、実施例５及び６の試験体では、ＣＣスラブを作製する際の熱歪が結晶に加わった状態であっても中間温度脆性を示さなかったため、内部割れ等の欠陥が発生しなかったと考えられる。
（４）以上のように、ニッケル材料を製造する際の原料としてボロンを３ｐｐｍ以上含有することで、７００℃〜９００℃に加熱された状態において低速度の歪が結晶に加わった場合であっても、中間温度脆性を示すことがないため、粒界延性が低下することがなく、内部割れ等の欠陥の発生を抑制することができる。