JP2009046760A - 熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】強度の高い生体用Ｃｏ基合金を得ることができる熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材及びその製造方法を提供する。
【解決手段】(1) Ｃｒ：２６〜３０質量％、Ｍｏ：５〜８質量％、Ｃ：０．２０質量％以下（０質量％を含まず）、Ｎ：０．０５〜０．２５質量％を含有し、残部が実質的にＣｏからなると共に、結晶粒径の平均値が５０〜１０００μｍであることを特徴とする熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材、(2) 上記と同様組成のＣｏ基合金の鋳塊を、１０００〜１２５０℃に加熱することを特徴とする熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法、(3) 上記と同様組成のＣｏ基合金の鋳塊を、１０００〜１２５０℃に加熱し、熱間加工して熱間型鍛造用の形状にすることを特徴とする熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法等。
【選択図】なし
【解決手段】(1) Ｃｒ：２６〜３０質量％、Ｍｏ：５〜８質量％、Ｃ：０．２０質量％以下（０質量％を含まず）、Ｎ：０．０５〜０．２５質量％を含有し、残部が実質的にＣｏからなると共に、結晶粒径の平均値が５０〜１０００μｍであることを特徴とする熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材、(2) 上記と同様組成のＣｏ基合金の鋳塊を、１０００〜１２５０℃に加熱することを特徴とする熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法、(3) 上記と同様組成のＣｏ基合金の鋳塊を、１０００〜１２５０℃に加熱し、熱間加工して熱間型鍛造用の形状にすることを特徴とする熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法等。
【選択図】なし
Description
本発明は、熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材及びその製造方法に関する技術分野に属するものである。
ＡＳＴＭＦ７９９には鍛造で作られる人工骨用材の満たすべき特性として、その大まかな組成範囲と機械的性質の規定、及び、大まかな製造方法の規定はあっても、具体的な製造方法については、特に規定がない。
特開２００２―３６３６７５号公報には、水冷銅鋳型を用いて鋳造し熱間鍛造することで、結晶粒径を５０μｍ以下の組織を持つ材料を得る方法とその材料について記載されている。これは、水冷銅板を使って鋳込むという特殊な方法を採用し、微細粒をつくるための製造方法であり、大幅なコスト増を伴うものである。
また、最終製品としては、結晶粒径が微細な材料が必要となるために、３〜１０μｍ程度の微細な結晶粒径の素材を用いて、型鍛造用の素材としている例もある。
しかしながら、これらは、最終の製品の製造方法であるかどうか、熱間での型鍛造に用いられる素材については微細な結晶粒径である必要性がどの程度あるのかなどは、明らかとはされていない。
特開２００２―３６３６７５号公報
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、強度の高い生体用Ｃｏ基合金を得ることができる熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材及びその製造方法を提供しようとするものである。
本発明者らは、上記目的を達成するため、鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。本発明によれば上記目的を達成することができる。
このようにして完成され上記目的を達成することができた本発明は、熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材及びその製造方法に係わり、請求項１〜３記載の熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材（第１〜３発明に係る熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材）、請求項４〜８記載の熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法（第４〜８発明に係る熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法）であり、それは次のような構成としたものである。
即ち、請求項１記載の熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材は、熱間での型鍛造に供される生体用Ｃｏ基合金素材であって、Ｃｒ：２６〜３０質量％、Ｍｏ：５〜８質量％、Ｃ：０．２０質量％以下（０質量％を含まず）、Ｎ：０．０５〜０．２５質量％を含有し、残部が実質的にＣｏからなると共に、結晶粒径の平均値が５０〜１０００μｍであることを特徴とする熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材である〔第１発明〕。
請求項２記載の熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材は、Ｏ：１００質量ｐｐｍ以下（０質量ｐｐｍを含まず）である請求項１記載の熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材である〔第２発明〕。請求項３記載の熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材は、Ｓｉ：０．５〜１．０質量％、Ｍｎ：０．５〜１．０質量％である請求項１または２記載の熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材である〔第３発明〕。
請求項４記載の熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法は、Ｃｒ：２６〜３０質量％、Ｍｏ：５〜８質量％、Ｃ：０．２０質量％以下（０質量％を含まず）、Ｎ：０．０５〜０．２５質量％を含有し、残部が実質的にＣｏからなるＣｏ基合金の鋳塊を得、これを１０００〜１２５０℃に加熱することを特徴とする熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法である〔第４発明〕。
請求項５記載の熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法は、Ｃｒ：２６〜３０質量％、Ｍｏ：５〜８質量％、Ｃ：０．２０質量％以下（０質量％を含まず）、Ｎ：０．０５〜０．２５質量％を含有し、残部が実質的にＣｏからなるＣｏ基合金の鋳塊を得、これを１０００〜１２５０℃に加熱し、熱間加工して熱間型鍛造用の形状にすることを特徴とする熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法である〔第５発明〕。
請求項６記載の熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法は、Ｃｒ：２６〜３０質量％、Ｍｏ：５〜８質量％、Ｃ：０．２０質量％以下（０質量％を含まず）、Ｎ：０．０５〜０．２５質量％を含有し、残部が実質的にＣｏからなるＣｏ基合金の鋳塊を得、これを１０００〜１２５０℃に加熱し、熱間加工して熱間型鍛造用の形状にした後、１０００〜１２５０℃に加熱することを特徴とする熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法である〔第６発明〕。
請求項７記載の熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法は、前記Ｃｏ基合金がＯ：１００質量ｐｐｍ以下（０質量ｐｐｍを含まず）である請求項４〜６のいずれかに記載の熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法である〔第７発明〕。請求項８記載の熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法は、前記Ｃｏ基合金がＳｉ：０．５〜１．０質量％、Ｍｎ：０．５〜１．０質量％である請求項４〜７のいずれかに記載の熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法である〔第８発明〕。
本発明に係る熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材によれば、強度の高い生体用Ｃｏ基合金を得ることができる。また、熱間型鍛造前に切断作業を行うときに切断しやすい。
本発明に係る熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法によれば、このように優れた効果を奏する本発明に係る熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材を製造する（得る）ことができる。
本発明に係る熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材は、前述のように、熱間での型鍛造に供される生体用Ｃｏ基合金素材であって、Ｃｒ：２６〜３０質量％、Ｍｏ：５〜８質量％、Ｃ：０．３５％質量％以下（０質量％を含まず）、Ｎ：０．０５〜０．２５質量％を含有し、残部が実質的にＣｏからなると共に、結晶粒径の平均値が５０〜１０００μｍであることを特徴とする熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材である〔第１発明〕。
この熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材について数値限定理由等を以下説明する。
Ｃｒの含有量が２６質量％（質量％を、以下、％ともいう）未満であると、耐食性が劣化し、３０％を超えると加工性が劣化する。従って、Ｃｒ：２６〜３０％としている。
Ｍｏの含有量が５％未満であると耐食性が劣化し、８％を超えると加工性が劣化する。従って、Ｍｏ：５〜８％としている。なお、Ｍｏは耐摩耗性向上の効果もある。
Ｃは耐摩耗性の必要性や必要具合によって添加されるべき元素であるが、Ｃの含有量が０．２０％を超えた場合には熱間型鍛造用素材の結晶粒径が粗大化すること、また、形成される炭化物によって延性が低下すること、さらには、融点の低下によって、鍛造時の加熱で１２５０℃付近に昇温したときに、一部が溶融し鍛造ができなくなる場合があるため、０．２０％をＣ含有量の上限とする。好ましくは０．１０％以下である。
Ｎは、Ｃと同様に侵入型元素であるが、ＦＣＣ相を安定させる効果がある。熱間での型鍛造後の特性上必要な元素である。ＦＣＣ相安定のためにはＮｉ添加がよく知られているが、生体用材料としてはＮｉが使えない。そこで、Ｎｉフリーとした上で、ＦＣＣを安定化するためには、Ｎの添加が効果的である。しかしながら、Ｎの添加量（含有量）が０．０５％未満では、そのＮ添加効果（ＦＣＣ相安定化効果）が顕著でなく、０．２５％を超えると、窒化物形成などの延性を低下させる現象が懸念される。従って、Ｎ：０．０５〜０．２５％としている。ＦＣＣ相安定化の点からはＮ含有量を０．１０％以上とすることが望ましく、０．１５％以上とすることは更に望ましい。なお、ＦＣＣ相とは、面心立方格子の結晶構造を有する相（フェィズ）のことである。ＦＣＣ相は延性に富む相であり、延性を向上させる作用効果がある。
結晶粒径の平均値（以下、平均粒径ともいう）が５０μｍを下回ると、熱間型鍛造前に切断作業を行うときに、強度が高くて切断しにくくなる。平均粒径が１０００μｍを超えると、熱間型鍛造工程で、再結晶が完了する歪みが大きくなり、熱間型鍛造で与えられる歪みでは再結晶が完了せず、混粒となる可能性が高い。従って、平均粒径：５０〜１０００μｍとしている。熱間型鍛造前の切断性の点からは平均粒径は１００μｍ以上とすることが望ましく、更に２００μｍ以上とすることが望ましく、３００μｍ以上とすることは更に望ましい。再結晶性の点からは平均粒径は９００μｍ以下とすることが望ましく、更に８００μｍ以下とすることが望ましく、７００μｍ以下とすることは更に望ましい。
本発明に係る熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材によれば、その組成（化学成分）および組織（平均粒径）に起因して、強度の高い生体用Ｃｏ基合金を得ることができる。また、熱間型鍛造前に切断作業を行うときに切断しやすい。
本発明に係る熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法には、第４発明に係る熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法と、第５発明に係る熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法と、第６発明に係る熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法がある。第４発明に係る熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法は、前述の如く、Ｃｒ：２６〜３０質量％、Ｍｏ：５〜８質量％、Ｃ：０．２０質量％以下（０質量％を含まず）、Ｎ：０．０５〜０．２５質量％を含有し、残部が実質的にＣｏからなるＣｏ基合金の鋳塊を得、これを１０００〜１２５０℃に加熱することを特徴とする熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法である〔第４発明〕。第５発明に係る熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法は、前述の如く、Ｃｒ：２６〜３０質量％、Ｍｏ：５〜８質量％、Ｃ：０．２０質量％以下（０質量％を含まず）、Ｎ：０．０５〜０．２５質量％を含有し、残部が実質的にＣｏからなるＣｏ基合金の鋳塊を得、これを１０００〜１２５０℃に加熱し、熱間加工して熱間型鍛造用の形状にすることを特徴とする熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法である〔第５発明〕。第６発明に係る熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法は、前述の如く、Ｃｒ：２６〜３０質量％、Ｍｏ：５〜８質量％、Ｃ：０．２０質量％以下（０質量％を含まず）、Ｎ：０．０５〜０．２５質量％を含有し、残部が実質的にＣｏからなるＣｏ基合金の鋳塊を得、これを１０００〜１２５０℃に加熱し、熱間加工して熱間型鍛造用の形状にした後、１０００〜１２５０℃に加熱することを特徴とする熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法である〔第６発明〕。
第４発明に係る熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法においては、Ｃｏ基合金の鋳塊に含まれる偏析を低減させ、結晶粒径を５０〜１０００μｍに制御するために、１０００〜１２５０℃に加熱する。このときの加熱時間は、結晶粒径が１０００μｍを超えない範囲で長くすることが望ましい。加熱温度が１０００℃未満であると、偏析低減や結晶粒成長に必要な拡散を起こすのに長時間が必要であり、１２５０℃を超えると、Ｃ濃度によっては一部溶融の可能性がある。こうした点から、加熱温度は１０００〜１２５０℃としている。結晶粒径の点からは、加熱温度は１１００℃以上とすることが望ましい。なお、Ｃｏ基合金の鋳塊の組成を、Ｃｒ：２６〜３０質量％、Ｍｏ：５〜８質量％、Ｃ：０．２０質量％以下（０質量％を含まず）、Ｎ：０．０５〜０．２５質量％を含有し、残部が実質的にＣｏからなるものとしているのは、本発明に係る熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材を得るために、そうする必要があるからである。各成分の含有量の限定理由は、前述の本発明に係る熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材での各成分の含有量の限定理由と同様である。第４発明に係る熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法によれば、本発明に係る熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材を製造する（得る）ことができる。
第５発明に係る熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法においては、上記組成のＣｏ基合金の鋳塊を、１０００〜１２５０℃に加熱し、熱間加工して熱間型鍛造用の形状にする。これにより、平均粒径：５０〜１０００μｍの熱間型鍛造用素材が得られる。このとき、熱間加工としては、その種類は特には限定されず、熱間鍛造、熱間押し出し、熱間圧延などの熱間加工を用いることができる。熱間加工の回数は１回あるいは複数回とする。鋳塊が大きな場合には複数回に分けて熱間加工するとよい。Ｃｏ基合金の鋳塊の加熱温度を１０００℃未満にすると、加工性の劣るＨＣＰ相が多くなって主体となり、１２５０℃超にすると、組成によっては一部溶融する。１０００〜１２５０℃にすると、加工性のよいＦＣＣ相が主体となる。第５発明に係る熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法によれば、本発明に係る熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材であって熱間型鍛造用の形状のものを得ることができる。なお、ＨＣＰ相とは、稠密立方格子の結晶構造を有する相（フェィズ）のことである。ＨＣＰ相はε相ともいわれる。
第６発明に係る熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法においては、上記組成のＣｏ基合金の鋳塊を、１０００〜１２５０℃に加熱し、熱間加工して熱間型鍛造用の形状にした後、１０００〜１２５０℃に加熱する。このように熱間加工後に１０００〜１２５０℃に加熱すると、結晶粒径を大きくして軟質化させることができ、このため、熱間型鍛造をしやすくなる。この製造方法は、熱間型鍛造用素材を軟質化させる必要がある場合に特に効果的である。この熱間加工後の加熱の際の時間（加熱時間）は、結晶粒径が１０００μｍを超えない範囲で長くすることが望ましい。加熱時間を長くすると、結晶粒径が大きくなって熱間型鍛造性が向上する。第６発明に係る熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法によれば、本発明に係る熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材であって熱間型鍛造用の形状を有すると共に熱間型鍛造性がより優れたものを得ることができる。
本発明において、Ｃｒ：２６〜３０質量％、Ｍｏ：５〜８質量％、Ｃ：０．２０質量％以下（０質量％を含まず）、Ｎ：０．０５〜０．２５質量％を含有し、残部が実質的にＣｏからなるＣｏ基合金とは、Ｃｒ：２６〜３０質量％、Ｍｏ：５〜８質量％、Ｃ：０．２０質量％以下（０質量％を含まず）、Ｎ：０．０５〜０．２５質量％を含有し、残部がＣｏ及び不可避的不純物からなるＣｏ基合金のことである。この不可避的不純物には、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｗ、Ｏ等がある。これらの含有量が、それぞれ１％未満の場合、いずれの元素も不可避的不純物元素としてあつかう。
Ｏ（酸素）は、１００ｐｐｍを超えて含む場合には、伸びや絞りを低下させる影響がある。このため、Ｏ量を１００ｐｐｍ以下に制御することによって、同様の強度であっても伸びや絞りを向上させることができる。従って、Ｏ：１００ｐｐｍ以下とすることが望ましい〔第２発明、第７発明〕。本発明に係るＣｏ基合金において、Ｏ量を１００ｐｐｍ以下とするには、この合金の溶製を真空溶製により行えばよい。酸素濃度を特に制御する必要がない場合には、溶製方法として大気溶製方法を採用することができる。
ＳｉおよびＭｎは生体用Ｃｏ基合金を固溶強化し、強度を上げるととともに、熱間加工時およびその直後の空冷において、粒成長を幾分抑制する効果がある。その効果は０．５％未満では顕著ではなく、１．０％を超えるとＦ７９９合金の規格外となってしまう。従って、Ｓｉ：０．５〜１．０％、Ｍｎ：０．５〜１．０％とすることが望ましい〔第３発明、第８発明〕。
熱間型鍛造は型鍛造に属するものである。型鍛造には、熱間で行われるもの、温間で行われるもの、冷間で行われるものがある。熱間型鍛造は、熱間で行われるものである。
本発明の実施例および比較例を以下説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
表１に示す組成のＣｏ基合金（合金１〜４）を溶製（溶解・鋳造）してＣｏ基合金の鋳塊を得た。このとき、合金１、２、４は真空溶製で溶製し、合金３は大気溶製で溶製した。そして、下記（１）〜（２）の形状寸法に鋳造した。即ち、下記（１）〜（２）の形状寸法の鋳塊を作った。なお、上記Ｃｏ基合金（合金１〜４）は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｏを含有するが、これらはいずれも不可避的不純物である。上記Ｃｏ基合金（合金１〜４）の中、合金１〜３は、本発明に係るＣｏ基合金の組成を満たすものである。合金４は、Ｃ量が０．２０％よりも高く、この点において本発明に係るＣｏ基合金の組成を満たしていない。
（１）φ３６ｍｍｘ１９０ｍｍの鋳塊
（２）φ８０ｍｍの鋳塊
（２）φ８０ｍｍの鋳塊
上記（１）の鋳塊については、これをφ３５ｍｍに切削した後、これを熱間型鍛造用素材として下記（Ａ）の熱間型鍛造に供した。
（Ａ）上記熱間型鍛造用素材を表２のNo.1に示す熱間型鍛造条件で熱間型鍛造する。即ち、上記熱間型鍛造用素材（鋳造まま）を１２００℃にて高周波加熱し、次いで熱間型鍛造仕上げ（打ち上がり）温度：１０００℃、付与する鍛造歪み：６０％の条件で、熱間型鍛造する。この型鍛造の後、水冷する。
上記（２）の鋳塊については、これを１２００℃で１時間加熱した後、一旦Φ２６ｍｍに熱間鍛造し、長さ１９０ｍｍに切りそろえ、しかる後、これを熱間型鍛造用素材として下記（Ｂ）の熱間型鍛造に供した。
（Ｂ）上記熱間型鍛造用素材を表２のNo.4およびNo.5に示す熱間型鍛造条件で熱間型鍛造する。即ち、上記熱間型鍛造用素材（鋳造後熱間鍛造）を、No.4については１１５０℃にて、No.5については１２００℃にて、高周波加熱し、次いで熱間型鍛造仕上げ（打ち上がり）温度：No.4については８７５℃、No.5については９５０℃、付与する鍛造歪み：No.4については６０％、No.5については６５％の条件で、熱間型鍛造する。この型鍛造の後、水冷する。なお、同様の熱間型鍛造用素材を表２のNo.6に示すように１２５０℃にて高周波加熱したが、このサンプルについては一部が溶融したため、鍛造が行えなかった。
また、上記（２）の鋳塊については、これを１２００℃で１時間加熱した後、φ３６ｍｍに熱間圧延し、長さ１９０ｍｍに切りそろえ、φ２６ｍｍまで切削し、しかる後、これを熱間型鍛造用素材として下記（Ｃ）の熱間型鍛造に供した。
（Ｃ）上記熱間型鍛造用素材を表２のNo.3に示す熱間型鍛造条件で熱間型鍛造する。即ち、上記熱間型鍛造用素材（鋳造後熱間圧延）を１１５０℃にて高周波加熱し、次いで熱間型鍛造仕上げ（打ち上がり）温度：９５０℃、付与する鍛造歪み：７５％の条件で、熱間型鍛造する。この型鍛造の後、水冷する。
また、上記（２）の鋳塊を１２００℃で１時間加熱した後、一旦Φ２６ｍｍに熱間鍛造し、長さ１９０ｍｍに切りそろえ、この後、熱処理（１１２０℃で６０分加熱した後、水冷）し、しかる後、これを熱間型鍛造用素材として下記（Ｄ）の熱間型鍛造に供した。
（Ｄ）上記熱間型鍛造用素材を表２のNo.2に示す熱間型鍛造条件で熱間型鍛造する。即ち、上記熱間型鍛造用素材（鋳造後熱間鍛造さらに熱処理）を１２００℃にて高周波加熱し、次いで熱間型鍛造仕上げ（打ち上がり）温度：１０００℃、付与する鍛造歪み：７５％の条件で、熱間型鍛造する。この型鍛造の後、水冷する。
上記熱間型鍛造材（水冷後のもの、即ち、熱間型鍛造の後、水冷したもの）について、試験片を採取し、下記方法により、結晶粒径の測定、および、引っ張り試験を行った。また、前記熱間型鍛造用素材についても試験片を採取し結晶粒径の測定を行った。
＜結晶粒径の測定方法＞
試験片を切断研磨した後、沸騰塩酸にてエッチングし、光学顕微鏡にて２５倍もしくは１００倍もしくは４００倍の倍率で観察し写真撮影を行い、５カ所について切片法で粒径を測定し、その平均値（平均粒径）を測定した。
試験片を切断研磨した後、沸騰塩酸にてエッチングし、光学顕微鏡にて２５倍もしくは１００倍もしくは４００倍の倍率で観察し写真撮影を行い、５カ所について切片法で粒径を測定し、その平均値（平均粒径）を測定した。
＜引っ張り試験方法＞
φ６．５ｍｍｘ２５ｍｍの平行部を有する引っ張り試験片を製作し、これを用いて引っ張り試験を行って、ＹＳ：降伏応力（０．２％耐力）、ＴＳ：抗張力（引っ張り強度）、ＥＬ：伸び、ＲＡ：絞りを測定した。このとき、０．２％耐力までは０．５％／ｍｉｎの引っ張り速度、０．２％耐力から以降破断するまでは１０％／ｍｉｎの引っ張り速度とした。引っ張り試験機としては、島津２００ＫＮ油圧式万能試験機を用いた。
φ６．５ｍｍｘ２５ｍｍの平行部を有する引っ張り試験片を製作し、これを用いて引っ張り試験を行って、ＹＳ：降伏応力（０．２％耐力）、ＴＳ：抗張力（引っ張り強度）、ＥＬ：伸び、ＲＡ：絞りを測定した。このとき、０．２％耐力までは０．５％／ｍｉｎの引っ張り速度、０．２％耐力から以降破断するまでは１０％／ｍｉｎの引っ張り速度とした。引っ張り試験機としては、島津２００ＫＮ油圧式万能試験機を用いた。
上記結晶粒径の測定の結果および引っ張り試験の結果を表２に示す。
No.１（比較例）の場合、熱間型鍛造用素材（鋳造まま、即ち、前記（１）の鋳塊をφ３５ｍｍに切削したもの）の平均粒径が１５００μｍであって極めて粗大であり、熱間型鍛造工程では再結晶が完了しなかったために熱間型鍛造材（前記水冷後のもの）での粒径は測定できず、また、熱間型鍛造材でのＹＳ（０．２％耐力）、ＴＳ（引っ張り強度）、ＥＬ（伸び）、ＲＡ（絞り）のいずれも低くて不十分である。
No.２（本発明例）の場合、熱間型鍛造用素材（鋳造後熱間鍛造さらに熱処理、即ち、前記（２）の鋳塊を加熱、熱間鍛造した後、熱処理したもの）の平均粒径が８０μｍであって５０〜１５００μｍを満たしており、熱間型鍛造材（前記水冷後のもの）での粒径は１２μｍであり、また、熱間型鍛造材でのＹＳ（０．２％耐力）、ＴＳ（引っ張り強度）、ＥＬ（伸び）、および、ＲＡ（絞り）が高くて良好である。
No.3 （本発明例）の場合、熱間型鍛造用素材（鋳造後熱間圧延、即ち、前記（２）の鋳塊を加熱、熱間圧延したもの）の酸素濃度が４０ｐｐｍと低く、かつ、結晶粒径が７０μｍと小さかったため、出来上がった熱間型鍛造材（前記水冷後のもの）も延性が高いものとなっている。
No.4 の場合、本発明例であるが、熱間型鍛造用素材（鋳造後熱間鍛造、即ち、前記（２）の鋳塊を加熱、熱間鍛造したもの）の酸素濃度がやや高いために、熱間型鍛造材（前記水冷後のもの）でのＥＬ（伸び）とＲＡ（絞り）が No.3 に比べてやや低い値にとどまっている。
No.５（比較例）の場合、熱間型鍛造用素材の平均粒径が１５００μｍであって極めて粗大であり、 No.１の場合と同様に、熱間型鍛造材の粒径は測定できず、また、熱間型鍛造材のＹＳ、ＴＳ、ＥＬ、ＲＡのいずれも No.２〜４に比して低くて不十分である。
本発明に係る熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材によれば、強度の高い生体用Ｃｏ基合金を得ることができ、また、熱間型鍛造前に切断作業を行うときに切断しやすいので、このＣｏ基合金素材は熱間型鍛造により生体用Ｃｏ基合金をつくる際の熱間型鍛造用素材として好適に用いることができて有用である。
Claims (8)
- 熱間での型鍛造に供される生体用Ｃｏ基合金素材であって、Ｃｒ：２６〜３０質量％、Ｍｏ：５〜８質量％、Ｃ：０．２０質量％以下（０質量％を含まず）、Ｎ：０．０５〜０．２５質量％を含有し、残部が実質的にＣｏからなると共に、結晶粒径の平均値が５０〜１０００μｍであることを特徴とする熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材。
- Ｏ：１００質量ｐｐｍ以下（０質量ｐｐｍを含まず）である請求項１記載の熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材。
- Ｓｉ：０．５〜１．０質量％、Ｍｎ：０．５〜１．０質量％である請求項１または２記載の熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材。
- Ｃｒ：２６〜３０質量％、Ｍｏ：５〜８質量％、Ｃ：０．２０質量％以下（０質量％を含まず）、Ｎ：０．０５〜０．２５質量％を含有し、残部が実質的にＣｏからなるＣｏ基合金の鋳塊を得、これを１０００〜１２５０℃に加熱することを特徴とする熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法。
- Ｃｒ：２６〜３０質量％、Ｍｏ：５〜８質量％、Ｃ：０．２０質量％以下（０質量％を含まず）、Ｎ：０．０５〜０．２５質量％を含有し、残部が実質的にＣｏからなるＣｏ基合金の鋳塊を得、これを１０００〜１２５０℃に加熱し、熱間加工して熱間型鍛造用の形状にすることを特徴とする熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法。
- Ｃｒ：２６〜３０質量％、Ｍｏ：５〜８質量％、Ｃ：０．２０質量％以下（０質量％を含まず）、Ｎ：０．０５〜０．２５質量％を含有し、残部が実質的にＣｏからなるＣｏ基合金の鋳塊を得、これを１０００〜１２５０℃に加熱し、熱間加工して熱間型鍛造用の形状にした後、１０００〜１２５０℃に加熱することを特徴とする熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法。
- 前記Ｃｏ基合金がＯ：１００質量ｐｐｍ以下（０質量ｐｐｍを含まず）である請求項４〜６のいずれかに記載の熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法。
- 前記Ｃｏ基合金がＳｉ：０．５〜１．０質量％、Ｍｎ：０．５〜１．０質量％である請求項４〜７のいずれかに記載の熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材の製造方法。
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