DE69111552T2 - Coated furnace roll and process for its manufacture. - Google Patents
Coated furnace roll and process for its manufacture.Info
- Publication number
- DE69111552T2 DE69111552T2 DE69111552T DE69111552T DE69111552T2 DE 69111552 T2 DE69111552 T2 DE 69111552T2 DE 69111552 T DE69111552 T DE 69111552T DE 69111552 T DE69111552 T DE 69111552T DE 69111552 T2 DE69111552 T2 DE 69111552T2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- coating
- powder
- feed composition
- powder feed
- zro2
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 22
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 61
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 54
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 48
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 44
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 229910052845 zircon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N hafnium(IV) oxide Inorganic materials O=[Hf]=O CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 42
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 42
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 18
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 17
- 238000005474 detonation Methods 0.000 claims description 16
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 14
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 14
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 13
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 11
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 claims description 9
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims description 8
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 7
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 6
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 5
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical group [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 4
- 229910002110 ceramic alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910002077 partially stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 9
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 5
- 235000012255 calcium oxide Nutrition 0.000 description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 5
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 4
- 238000004901 spalling Methods 0.000 description 4
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000589 SAE 304 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 3
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 3
- 238000009718 spray deposition Methods 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 238000005382 thermal cycling Methods 0.000 description 3
- 239000010963 304 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 description 2
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 229910001233 yttria-stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001208 Crucible steel Inorganic materials 0.000 description 1
- YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N Deuterium Chemical compound [2H] YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N 0.000 description 1
- 101100311330 Schizosaccharomyces pombe (strain 972 / ATCC 24843) uap56 gene Proteins 0.000 description 1
- 229910018557 Si O Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 acetylene Chemical compound 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical group [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010285 flame spraying Methods 0.000 description 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Inorganic materials [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 101150018444 sub2 gene Proteins 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/10—Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
- C23C4/11—Oxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/10—Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Paints Or Removers (AREA)
- Reduction Rolling/Reduction Stand/Operation Of Reduction Machine (AREA)
- Rolls And Other Rotary Bodies (AREA)
- Tunnel Furnaces (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Herdrolle zur Verwendung bei der kontinuierlichen Wärmebehandlung von Stahl und ein Verfahren zum Herstellung dieser Rolle.The invention relates to a hearth roller for use in the continuous heat treatment of steel and a method for producing this roller.
Diese Erfindung betrifft insbesondere das Problem, eine Herdrolle mit einem gegenüber Verschleiß und thermischem Schock in hohem Maße beständigen Überzug zu schaffen, die sich für die Wärmebehandlung einer Lage aus Stahl, rostfreiem Stahl und Siliziumstahl in einem Herd (Ofen) eignet. Die Herdrollen führen die Stahllage durch den Herd. Die Temperatur in dem Herd kann in Abhängigkeit von der Stahlart, der Fördergeschwindigkeit des Stahlblechs, wenn dieses den Ofen durchläuft, und der Verweildauer in dem Ofen von etwa 816 ºC (1500 ºF) bis über 1093 ºC (2000 ºF) variieren.This invention is particularly concerned with the problem of providing a hearth roll with a highly wear and thermal shock resistant coating suitable for heat treating a sheet of steel, stainless steel and silicon steel in a hearth (furnace). The hearth rolls guide the sheet of steel through the hearth. The temperature in the hearth can vary from about 816ºC (1500ºF) to over 1093ºC (2000ºF) depending on the type of steel, the rate of travel of the steel sheet as it passes through the furnace and the time spent in the furnace.
Ein Hauptproblem, das bei Wärmebehandlungsvorgängen vorkommt, ist der Werkstoffübergang oder -ansatz von der Stahllage auf die Herdrollen. Falls ein Ansetzen erfolgt, wird sich Werkstoff auf den Herdrollen ansammeln und die zu verarbeitende Stahllage beschädigen. Um dieses Problem zu verhindern, ist ein häufiges Austauschen der Rollen erforderlich, wodurch Kosten für das Auswechseln und für den Produktionsverlust entstehen. Dieses Problem wurde in den letzten Jahren gravierender, da dünnere Lagen in Verbindung mit höheren Geschwindigkeiten und Temperaturen benutzt werden, um die Produktivität zu steigern.A major problem encountered in heat treating operations is material transfer or buildup from the steel sheet to the hearth rolls. If buildup occurs, material will build up on the hearth rolls and damage the steel sheet being processed. To prevent this problem, frequent roll replacement is required, resulting in replacement costs and lost production. This problem has become more severe in recent years as thinner sheets are used in conjunction with higher speeds and temperatures to increase productivity.
Um den Werkstoffübergang auf die Herdrollen zu unterdrücken und die Verschleißbeständigkeit zu erhöhen, ist es wünschenswert, die Herdrolle mit einem Überzug zu beschichten, der bei erhöhten Temperaturen im wesentlichen chemisch inert ist. Es wird eine Zwischenschicht aus Metall oder Kernmikimetallegierung benutzt, um ein Abblättern zu verhindern. Abblättern kann auch durch die Verwendung eines abgestuften Überzugs verhindert werden, bei dem die Zusammensetzung der Zwischenschicht graduell von 100 % Legierung zu 100 % Keramik variiert. Unglücklicherweise springen die derzeit verfügbaren keramischen Überzüge bei thermischen Wechseln, da ein großer Unterschied hinsichtlich der thermischen Ausdehnung zwischen dem Substrat, einer wärmebeständigen Legierung und dem Überzug vörliegt. Die Legierungszwischenschicht an der Grenzfläche wird in Anwesenheit von Sauerstoff bei oder über 1000 ºC oxidiert, was zu dem Abblättern der keramischen Schicht führt. Wenn ein abgestufter Überzug benutzt wird, wird die Legierungskomponente des Überzuges ebenfalls oxidiert was wiederum das Volumen des Überzuges erhoht. Bei dem Abkuhlen blattert der Überzug aufgrund übermäßiger Spannungen ab, die durch das Schrumpfen des Substrats verursacht werden.To suppress material transfer to the hearth rolls and increase wear resistance, it is desirable to coat the hearth roll with a coating that is substantially chemically inert at elevated temperatures. An interlayer of metal or core micrometal alloy is used to prevent spalling. Spalling can also be prevented by using a graded coating in which the composition of the interlayer varies gradually from 100% alloy to 100% ceramic. Unfortunately, the ceramic coatings currently available crack during thermal cycling because there is a large difference in thermal expansion between the substrate, a heat-resistant alloy, and the coating. The alloy interlayer at the interface is oxidized in the presence of oxygen at or above 1000ºC, resulting in spalling of the ceramic layer. When a graded coating is used, the alloy component of the coating is also oxidized, which in turn increases the volume of the coating. When cooling, the Coating due to excessive stresses caused by substrate shrinkage.
EP-A-230 554 offenbart einen korrosions- und verschleißbeständigen Werkstoff der durch thermisches Spritzen unter Verwendung eines Pulvers erzeugt wird, das aus Zirkoniumoxid und Zirkoniumsilikat bestehen kann. Das Zirkoniumsilikat wird als eine Korrosionsbarriere benutzt, um das Zirkoniumoxid zu schützen, indem zuerst ein Verbundpulver erzeugt wird, wobei das Zirkoniumoxid in dem Zirkoniumsilikat vergraben wird. Die beabsichtigte Anwendung liegt in der Hochtemperatur-Verschleißbeständigkeit in einer oxidierenden Umgebung, wie sie für eine Gasturbine typisch ist.EP-A-230 554 discloses a corrosion and wear resistant material produced by thermal spraying using a powder which may consist of zirconium oxide and zirconium silicate. The zirconium silicate is used as a corrosion barrier to protect the zirconium oxide by first producing a composite powder wherein the zirconium oxide is buried in the zirconium silicate. The intended application is high temperature wear resistance in an oxidizing environment, typical of a gas turbine.
FR-A-1 536 493 lehrt den Gebrauch einer Kombination von Zirkoniumoxid und Zirkoniumsilikat zusammen mit Oxiden, deren Schmelzpunkt über 1000 ºC liegt. Diese Kombination könnte benutzt werden, um die äußere Schicht eines Mehrschicht-Überzugssystems zu erzeugen, das als eine Schutzschicht bei der Herstellung von Azetylen oder dem Cracken von Kohlenwasserstoffen benutzt werden soll.FR-A-1 536 493 teaches the use of a combination of zirconium oxide and zirconium silicate together with oxides whose melting point is above 1000 ºC. This combination could be used to produce the outer layer of a multilayer coating system to be used as a protective layer in the production of acetylene or the cracking of hydrocarbons.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Herdrolle geschaffen, die eine metallische Oberfläche aufweist, die mit einem verschleißbeständigen, feuerfesten Oxidüberzug versehen ist, der Teilchen aus Zirkoniumsilikat und/oder dessen Zersetzungsprodukten SiO&sub2; und ZrO&sub2; in einem Gemisch mit Teilchen aus Zirkoniumoxid aufweist, das mit einem aus CaO, Y&sub2;O&sub3;, MgO, CeO&sub2; und HfO&sub2; ausgewählten Oxid voll- oder teilstabilisiert ist.According to the present invention, there is provided a hearth roll having a metallic surface provided with a wear-resistant, refractory oxide coating comprising particles of zirconium silicate and/or its decomposition products SiO₂ and ZrO₂ in a mixture with particles of zirconium oxide fully or partially stabilized with an oxide selected from CaO, Y₂O₃, MgO, CeO₂ and HfO₂.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bildung eines gegen Verschleiß und thermische Schocks beständigen feuerfesten Oxidüberzugs auf einer metallischen Herdrolle zur Verwendung bei der kontinuierlichen Wärmebehandlung von Stahl geschaffen, bei dem:According to another aspect of the present invention there is provided a method of forming a wear and thermal shock resistant refractory oxide coating on a metallic hearth roll for use in the continuous heat treatment of steel, comprising:
eine Pulvereinsatzzusammensetzung zubereitet wird, indem Pulverteilchen aus Zirkoniumsilikat mit Pulverteilchen aus Zirkoniumoxid gemischt werden, das mit einem aus CaO, Y&sub2;O&sub3;, MgO, CeO&sub2; und HfO&sub2; ausgewählten Oxid mindestens teilstabilisiert ist; unda powder feed composition is prepared by mixing powder particles of zirconium silicate with powder particles of zirconium oxide which is at least partially stabilized with an oxide selected from CaO, Y₂O₃, MgO, CeO₂ and HfO₂; and
die Pulvereinsatzzusammensetzung auf die metallische Rolle thermisch aufgespritzt wird, um eine Überzugszusammensetzung zu bilden, die im aufgebrachten Zustand entsprechend einer Rontgenphasenanalyse ZrO&sub2; x, wobei x eines der stabilisierenden Oxide ist, ZrSiO&sub4; und/oder dessen Zersetzungsprodukte SiO&sub2; und ZrO&sub2;, sowie SiO&sub2; aufweist.the powder feed composition is thermally sprayed onto the metallic roll to form a coating composition which, when applied, comprises ZrO₂ x, where x is one of the stabilizing oxides, ZrSiO₄ and/or its decomposition products SiO₂ and ZrO₂, as well as SiO₂, according to an X-ray phase analysis.
Es wurde festgestellt, daß ein thermisch aufgespritzter Überzug, der zur Bildung einer Herdrolle aus einer Pulvereinsatzzusammensetzung aus Zirkoniumsilikat und mindestens teilstabilisiertem Zirkoniumoxid gebildet wurde, hohe Bestandigkeit gegenuber thermischen Schocks bei thermischen Wechseln aufweist. Die Pulvereinsatzzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung liefert einen Überzug, der sich insbesondere dazu eignet, die Herdrolle in einer kontinuierlichen Wärmebehandlungsanordnung zum Wärmebehandeln von Lagen aus Stahl, rostfreiem Stahl oder Siliziumstahl zu schützen. Die Pulvereinsatzzusammensetzung wird mittels eine thermischen Spritztechnik aufgebracht, um einen Überzug auszubilden, der im aufgebrachten Zustand entsprechend einer Röntgenphasenanalyse eine Zusammensetzung hat, die Zirkoniumoxid, Siliziumoxid und Zirkoniumsilikat aufweist. Die Hauptkomponente der Pulverzusammensetzung ist teilstabilisiertes Zirkoniumoxid, wobei das Zirkoniumsilikat vorzugsweise auf einen Maximalwert von 60 Gew.% begrenzt ist. Für Plasmaspritzanwendungen sollte die Pulvereinsatzzusammensetzung mindestens 65 Gew. % stabilisiertes Zirkoniumoxid aufweisen, wobei der Rest im wesentlichen Zirkoniumsilikat ist, wohingegen die Pulvereinsatzzusammensetzung für Detonationskanonenanwendungen mindestens 40 Gew.% stabilisiertes Zirkoniumoxid und bis zu 60 Gew.% Zirkoniumsilikat aufweisen sollte. Das Zirkoniumoxid kann entweder voll- oder teilstabilisiert sein, obschon teilstabilisiertes Zirkoniumoxid bevorzugt wird.It has been found that a thermally sprayed coating formed from a powder feed composition of zirconium silicate and at least partially stabilized zirconium oxide to form a hearth roll has high resistance to thermal shock during thermal cycling. The powder feed composition according to the present The invention provides a coating particularly suitable for protecting the hearth roll in a continuous heat treating arrangement for heat treating layers of steel, stainless steel or silicon steel. The powder feed composition is applied by a thermal spray technique to form a coating which, when applied, has a composition comprising zirconium oxide, silicon oxide and zirconium silicate according to X-ray phase analysis. The major component of the powder composition is partially stabilized zirconium oxide, with the zirconium silicate preferably limited to a maximum of 60 wt%. For plasma spray applications, the powder feed composition should comprise at least 65 wt% stabilized zirconium oxide, the balance being essentially zirconium silicate, whereas for detonation gun applications, the powder feed composition should comprise at least 40 wt% stabilized zirconium oxide and up to 60 wt% zirconium silicate. The zirconium oxide may be either fully or partially stabilized, although partially stabilized zirconium oxide is preferred.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde außerdem herausgefunden, daß ein Abblättern des Überzuges bei erhöhten Temperaturen von über 1150 ºC verhindert werden kann, indem eine metallische Zwischenschicht thermisch aufgespritzt wird. Die bevorzugte Zwischenschicht ist eine Metallmatrix auf Kobaltbasis, die Co-Cr-Al-Ta-Y und eine Dispersion von Al&sub2;O&sub3; aufweist.In accordance with the present invention, it has also been discovered that flaking of the coating at elevated temperatures above 1150°C can be prevented by thermally spraying a metallic interlayer. The preferred interlayer is a cobalt-based metal matrix comprising Co-Cr-Al-Ta-Y and a dispersion of Al₂O₃.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Feststellung, daß eine Pulvereinsatz-Ausgangszusammensetzung, die im wesentlichen aus einer Mischung aus Zirkoniumsilikat und Zirkoniumoxid besteht, wobei das mit einem Oxid, wie z.B. Yttriumoxid, Kalziumoxid oder Magnesiumoxid, stabilisierte Zirkoniumoxid thermisch aufgespritzt sein kann, um einen Überzug auszubilden der bestandig gegenuber thermischen Schocks ist, und der bestandig gegenuber dem Ansetzen von Stahl oder Stahloxid von einer kontinuierlichen Warmebehandlungsanordnung ist. Zur Ausbildung des Überzugs kann jede herkommliche Technik zum thermischen Spritzen benutzt werden, einschließlich der Abscheidung mittels Detonationskanone und der Abscheidung mittels Plasmaspritzen. Die chemische Zusammensetzung des thermisch aufgespritzten Überzugs sollte aus einem Gemisch bestehen aus mindestens 40 Gew. % Zirkonium oxid (ZrO&sub2;) einschließlich eines Stabilisators für das Zirkoniumoxid, der aus CaO, Y&sub2;O&sub3;, MgO, CeO&sub2; und HfO&sub2; ausgewahlt ist, wobei der Rest Zirkoniumsilikat (ZrSiO&sub4;) ist und/oder dessen Zersetzungsprodukte SiO&sub2; und ZrO&sub2;. Der bevorzugte Prozentwert fur den Gewichtsanteil der Komponente in dem Überzug liegt bei 55 bis 85 % stabilisiertem ZrO&sub2; und bei 15 bis 45 % ZrSiO&sub4; und/oder dessen Zersetzungsprodukte SiO&sub2; und ZrO&sub2;. Der optimale Pro zentwert für den Gewichtsanteil der Komponentenoxide in dem Überzug liegt bei 70 bis 85 % stabilisiertem ZrO&sub2; und bei 15 bis 30 % ZrSiO&sub4; und/oder dessen Zersetzungsprodukte. Der Stabilisator sollte zwischen 2 und 20 Gew.% der Zirkoniumoxidkomponente ausmachen.The present invention is based on the discovery that a powder feedstock composition consisting essentially of a mixture of zirconium silicate and zirconium oxide, wherein the zirconium oxide stabilized with an oxide such as yttria, calcia or magnesia can be thermally sprayed to form a coating which is resistant to thermal shock and which is resistant to the buildup of steel or steel oxide from a continuous heat treating assembly. Any conventional thermal spraying technique can be used to form the coating, including detonation gun deposition and plasma spray deposition. The chemical composition of the thermally sprayed coating should consist of a mixture of at least 40 wt.% zirconium oxide (ZrO2) including a stabilizer for the zirconium oxide selected from CaO, Y2O3, MgO, CeO2 and HfO2. is selected, the remainder being zirconium silicate (ZrSiO₄) and/or its decomposition products SiO₂ and ZrO₂. The preferred percentage by weight of the component in the coating is 55 to 85% stabilized ZrO₂ and 15 to 45% ZrSiO₄ and/or its decomposition products SiO₂ and ZrO₂. The optimum percentage by weight of the component oxides in the coating is 70 to 85% stabilized ZrO₂ and 15 to 30% ZrSiO₄ and/or its decomposition products. The stabilizer should constitute between 2 and 20 wt.% of the zirconium oxide component.
Die Überzüge werden vorzugsweise mittels Detonationskanonenabscheidung oder Plasmaspritzabscheidung aufgebracht. Eine typische Detonationskanone besteht im wesentlichen aus einem wassergekühlten Lauf, der einige Meter (einige Fuß) lang ist, und dessen Innendurchmesser etwa 2,5 mm (1 inch) beträgt. Bei Betrieb wird ein Gemisch aus Sauerstoff und einem Brennstoffgas, z.B. Azetylen, in einem bestimmten Verhältnis (üblicherweise etwa 1:1) zusammen mit einer Ladung aus Überzugsmaterial in Pulverförm in den Lauf eingebracht. Dann wird Gas gezündet, und die Detonationswelle beschleunigt das Pulver auf etwa 730 m/s (2400 ft/sec), wobei das Pulver auf eine Temperatur nahe oder über dessen Schmelzpunkt erhitzt wird. Nachdem das Pulver den Lauf verläßt, wird der Lauf mit Stickstoff gespült und somit das System auf die nächste Detonation vorbereitet. Der Zyklus wird dann mehrmals pro Sekunde wiederholt.The coatings are preferably applied by detonation gun deposition or plasma spray deposition. A typical detonation gun consists essentially of a water-cooled barrel several meters (feet) long and about 2.5 mm (1 inch) inside diameter. In operation, a mixture of oxygen and a fuel gas, such as acetylene, in a specific ratio (usually about 1:1) is introduced into the barrel along with a charge of coating material in powder form. Gas is then ignited and the detonation wave accelerates the powder to about 730 m/s (2400 ft/sec), heating the powder to a temperature near or above its melting point. After the powder leaves the barrel, the barrel is purged with nitrogen, preparing the system for the next detonation. The cycle is then repeated several times per second.
Die Detonationskanone scheidet bei jeder Detonation einen Kreis des Überzugs auf dem Substrat ab. Die Überzugskreise haben einen Durchmesser von etwa 25 mm (1 inch) und eine Dicke von einigen Mikrometern (einigen Zehntausendsteln inch). Jeder Überzugskreis besteht aus vielen überlappenden, mikroskopischen, dünnen, linsenförmigen Teilchen oder Flecken entsprechend der individuellen Pulverpartikel. Die sich überlappenden Flecken greifen ineinander und verbinden sich miteinander und dem Substrat, ohne sich automatisch an der Grenzfläche zu diesem zu legieren. Die Plazierung der Kreise bei der Überzugsabscheidung wird genau gesteuert, um einen glatten Überzug mit gleichförmiger Dicke aufzubauen und die Erwärmung des Substrats zu minimieren.The detonation gun deposits a circle of coating on the substrate with each detonation. The coating circles are approximately 25 mm (1 inch) in diameter and a few micrometers (a few ten thousandths of an inch) thick. Each coating circle consists of many overlapping, microscopic, thin, lens-shaped particles or patches corresponding to the individual powder particles. The overlapping patches interlock and bond with each other and the substrate without automatically alloying at the interface. The placement of the circles during coating deposition is precisely controlled to build a smooth coating of uniform thickness and to minimize heating of the substrate.
Bei dem Lichtbogen-Plasmaspritzverfahren wird ein elektrischer Lichtbogen zwischen einer nicht abschmelzenden Elektrode und einer zweiten nicht abschmelzenden Elektrode gezündet, die in Abstaiid von der ersten angeordnet ist. Gas wird in Kontakt mit der nicht abschmelzenden Elektrode gebracht, so daß es den Lichtbogen enthält. Das den Lichtbogen enthaltende Gas wird durch eine Düse eingeschnürt, was zu einem Ausstrom führt, der einen hohen Wärmegehalt aufweist. Die zur Ausbildung der Überzüge benutzten Pulver werden in die Ausstromdüse eingebracht und auf die zu beschichtende Oberfläche abgeschieden. Dieses Verfahren, das in US-A-2 858 411 beschrieben ist, erzeugt einen abgeschiedenen Überzug, der fest und dicht ist und an dem Substrat haftet. Der aufgebrachte Überzug weist außerdem unregelmäßig geförmte mikroskopische Flecken oder Blättchen auf, die ineinander greifen und miteinander und dem Substrat verbunden sind.In the arc plasma spray process, an electric arc is ignited between a non-consumable electrode and a second non-consumable electrode spaced apart from the first. Gas is brought into contact with the non-consumable electrode so that it contains the arc. The gas containing the arc is constricted by a nozzle, resulting in an outflow having a high heat content. The powders used to form the coatings are introduced into the outflow nozzle and deposited on the surface to be coated. This process, described in US-A-2 858 411, produces a deposited coating that is strong, dense and adheres to the substrate. The applied coating also has irregularly shaped microscopic patches or flakes that interlock and bond to each other and to the substrate.
Im allgemeinen wird die Überzugszusammensetzung für das Lichtbogen-Plasmaspritzverfahren im wesentlichen aquivalent zu der entsprechender Zusammensetzung des Ausgangsmaterials sein. Wenn eine Detonationskanone zum Aufbringen des Ausgangsmaterials benutzt wird, kann das Verdampfen der Bestandteile zu einem erheblich unterschiedlichen Verhältnis der Bestandteile in dem Überzug im aufgebrachten Zustand führen. Somit kann bei Verwendung eines jeglichen thermischen Spritzverfahrens während der Abscheidung eine gewisse Änderung der chemischen Zusammensetzung erfolgen. Solche Veränderungen können durch Einstellen der Pulverzusammensetzung oder der Abscheidungsparameter kompensiert werden.In general, the coating composition for the arc plasma spraying process is substantially equivalent to the corresponding composition of the starting material When a detonation gun is used to apply the feedstock, the vaporization of the constituents can result in a significantly different ratio of the constituents in the as-applied coating. Thus, when using any thermal spray process, some change in chemical composition can occur during deposition. Such changes can be compensated for by adjusting the powder composition or deposition parameters.
Aufgrund des komplexen Phasendiagramms für Zr-Si-O können die sich verfestigenden ZrSiO&sub4;-Pulverteilchen ZrSiO&sub4; als eine kristallographische Phase und/oder ZrO&sub2; + SiO&sub2; als die Zersetzungsprodukte des geschmolzenen ZrSiO&sub4; in getrennten kristallographischen Phasen innerhalb einzelner Flecken enthalten. Somit werden ZrO&sub2; und SiO&sub2; innerhalb jedes Fleckens, bei dem es sich um ZrSiO&sub4; in Pulverförm handelte, eng miteinander assoziiert. Mit "assoziiert" ist die äußerst feine und vermengte kristalline Struktur von SiO&sub2;-, ZrO&sub2;- und/oder ZrSiO&sub4;-Kristalliten innerhalb des Fleckens gemeint.Due to the complex phase diagram for Zr-Si-O, the solidifying ZrSiO4 powder particles may contain ZrSiO4 as a crystallographic phase and/or ZrO2 + SiO2 as the decomposition products of the molten ZrSiO4 in separate crystallographic phases within individual patches. Thus, ZrO2 and SiO2 are closely associated with each other within each patch, which was ZrSiO4 in powder form. By "associated" is meant the extremely fine and intermingled crystalline structure of SiO2, ZrO2 and/or ZrSiO4 crystallites within the patch.
Obschon die Überzüge gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise mittels Detonationsoder Plasmaspritzabscheidung aufgebracht werden, ist es möglich andere thermische Spritztechniken, wie z.B. Hochgeschwindigkeits-Verbrennungsspritzen (einschließlich Hyperschall- Strahlspritzen), Flammspritzen und sogenannte Hochgeschwindigkeits-Plasmaspritzverfahren (einschließlich Niederdruck- oder Vakuumspritzverfahren) einzusetzen. Wie sich Fachleuten ohne weiteres versteht, können andere Techniken zum Abscheiden der Überzüge gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.Although the coatings according to the present invention are preferably applied by detonation or plasma spray deposition, it is possible to use other thermal spray techniques, such as high velocity combustion spraying (including hypersonic jet spraying), flame spraying and so-called high velocity plasma spraying processes (including low pressure or vacuum spraying processes). As will be readily understood by those skilled in the art, other techniques can be used to deposit the coatings according to the present invention.
Der thermische Spritzüberzug kann direkt auf das Metallsubstrat aufgebracht werden. Es wird jedoch eine mit dem Substrat kompatible und oxdidationsbeständige Zwischenschicht bevorzugt. Eine Zwischenschicht eines Gemisches aus Keramik/Metallegierung mit einer Aluminiumoxid enthaltenden Metallmatrix auf Kobaltbasis wird bevorzugt. Optimale Überzüge sind eine Legierung auf Kobaltbasis mit Dispersionen von Aluminiumoxid, wie sie in [US-A-4 124 737 beschrieben sind. Der feuerfeste Oxidüberzug reagiert mit der bevorzugten Zwischenschicht um eine undurchdringliche dünne Schicht aus Aluminium- und/oder Zirkoniumoxidphasen an der Grenzfläche zu erzeugen, welche die Oxidation der Zwischenschicht verhindert und fur eine gute Verbindung zwischen der Zwischenschicht und der Keramikschicht sorgt. Die undurchdringliche Schicht kann weniger als 0,005 mm (5 um) dick sein, und sie wird als Ergebnis einer Interdiffision oder Oxidation in einer Umgebung bei einer erhohten Temperatur in Anwesenheit von Sauerstoff erzeugt. Eine ahnliche Schicht kann sich in einer inerten Atmosphare infolge der Reaktion zwischen der Oxidoberschicht und der metallischen Zwischenschicht ausbilden.The thermal spray coating can be applied directly to the metal substrate. However, an intermediate layer compatible with the substrate and resistant to oxidation is preferred. An intermediate layer of a ceramic/metal alloy mixture with a cobalt-based metal matrix containing alumina is preferred. Optimum coatings are a cobalt-based alloy with dispersions of alumina as described in [US-A-4,124,737. The refractory oxide coating reacts with the preferred intermediate layer to produce an impenetrable thin layer of aluminum and/or zirconium oxide phases at the interface which prevents oxidation of the intermediate layer and provides a good bond between the intermediate layer and the ceramic layer. The impermeable layer may be less than 0.005 mm (5 µm) thick, and it is formed as a result of interdiffusion or oxidation in an environment at an elevated temperature in the presence of oxygen. A similar layer may form in an inert atmosphere as a result of the reaction between the oxide top layer and the metallic intermediate layer.
Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele näher beschrieben, wobei sie jedoch in keiner Weise auf diese beschränkt ist.The present invention will now be described in more detail with reference to the following examples, but is in no way limited thereto.
Solch eine Veranschaulichung der Erfindung in den Beispielen (insbesondere Beispiel 3) ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt, wobei die einzige Zeichnung eine schematische Darstellung der Ausrüstung zeigt, die benutzt wird, um die Neigung des Überzugs einer Herdrolle im aufgebrachten Zustand zu dem Ansetzen von Metall oder Metalloxiden unter lokalen dynamischen und statischen Bedingungen zu untersuchen.Such an illustration of the invention in the examples (particularly Example 3) is shown in the accompanying drawing, the sole drawing showing a schematic representation of the equipment used to investigate the tendency of the as-applied coating of a hearth roll to deposit metal or metal oxides under local dynamic and static conditions.
Um die Überlegenheit der Überzugszusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung zu bestätigen, wurden verschiedene Pulvermischungen, die mit Yttriumoxid stabilisiertes Zirkoniumoxid (ZrO&sub2; 8 % Y&sub2;O&sub3;) und Zirkoniumsiljkat (ZrSiO&sub4;) enthielten, mechanisch in den in Tabelle I angegebenen Mischungsverhältnissen vermischt und in herkömmlicher Weise einem Plasmabrenner zugeführt, um auf einem rostfreien 304-Stahlbarren einen Überzug auszubilden. Der Keramiküberzug wurde auf eine Stimfläche des 304-Stahlbarrens aufgebracht, der die Abmessungen 6,99 x 1,91 x 1,27 cm (23/4 x 3/4 x ½ " Höhe) hatte und der zuerst mit einer Detonationskanone mit einer Zwischenschicht aus 0,05 bis 0,075 mm (50 bis 75 um) eines Überzugs auf Kobaltbasis aus 90 (Co-25Cr-7,5Al-0,8Y-10Ta) + 10 % Al&sub2;O&sub3; überzogen wurde. Dann wurde der Keramiküberzug vor den Wärmewechseln auf eine Dicke von 100 um geschliffen.To confirm the superiority of the coating composition according to the present invention, various powder mixtures containing yttria stabilized zirconia (ZrO2 8% Y2O3) and zirconium silicate (ZrSiO4) were mechanically mixed in the mixing ratios shown in Table I and fed to a plasma torch in a conventional manner to form a coating on a 304 stainless steel ingot. The ceramic coating was applied to one face of the 304 steel ingot, which had dimensions of 6.99 x 1.91 x 1.27 cm (23/4 x 3/4 x ½" high), and which was first coated with a detonation gun with an intermediate layer of 0.05 to 0.075 mm (50 to 75 µm) of a cobalt-based coating of 90 (Co-25Cr-7.5Al-0.8Y-10Ta) + 10% Al₂O₃. The ceramic coating was then ground to a thickness of 100 µm prior to thermal cycling.
Die Überzugsproben wurden in Luft auf 1150 ºC bis 1200 ºC erwärmt und mindestens sechs Stunden auf dieser Temperatur gehalten und dann luftgekühlt. Nach fünf Zyklen wurden die Proben im sechsten Zyklus mit Wasser abgeschreckt. Falls kein Abblättern oder teilweises Abblättern auftrat, wurde der Überzug als annehmbar bezeichnet. Die Ergebnisse sind untenstehend in Tabelle I aufgeführt. Tabelle I Pulvergemisch % Überzug Nr. Versuchsergebnis Abblättern nach Abschrecken mit Wasser Härte Nein teilweises Abblättern* abgeblättertThe coating samples were heated in air to 1150ºC to 1200ºC and held at that temperature for a minimum of six hours and then air cooled. After five cycles, the samples were water quenched in the sixth cycle. If no flaking or partial flaking occurred, the coating was deemed acceptable. The results are shown in Table I below. Table I Powder mixture % Coating No. Test result Flaking after water quenching Hardness No Partial flaking* Flaked
* Pulver A: Mit Yttriumoxid stabilisiertes Zirkoniumoxid (ZrO&sub2; 8 % Y&sub2;O&sub3;)* Powder A: Yttria stabilized zirconia (ZrO₂ 8% Y₂O₃)
* Pulver B: Zirkoniumsilikat (ZrSiO&sub4;)* Powder B: Zirconium silicate (ZrSiO₄)
* Teilweises Abblättern zeigt ein Abheben der Keramikschicht an den Rändern an.* Partial flaking indicates lifting of the ceramic layer at the edges.
Aus Tabelle I ist ersichtlich, daß bei Plasmabrenneranwendungen kein Abblättern auftrat, wenn eine Pulverausgangszusammensetzung benutzt wurde, die mehr als 65 Gew.% Zirkoniumoxid enthielt, wobei mehr als etwa 75 Gew.% Zirkoniumoxid optimal sind.From Table I, it can be seen that no spalling occurred in plasma torch applications when a powder starting composition containing greater than 65 wt.% zirconia was used, with greater than about 75 wt.% zirconia being optimal.
Ähnliche Versuche wurden unter Verwendung einer Pulvereinsatzzusammensetzung aus mit Kalziumoxid stabilisiertem Zirkoniumoxid (ZrO&sub2; 5CAO) und Zirkoniumsilikat in einer mechanischen Mischung durchgeführt, wobei die mit 8 bis 12 bezeichneten verschiedenen Pulververhähnisse in der folgenden Tabelle II angeführt sind. Die Pulvereinsatzzusammensetzung wurde durch eine Detonationskanone über eine bevorzugte Zwischenschicht einer Metallmatrix auf Kobaltbasis (Co-25Cr-7,5Al-10Ta-0,08Y) + (30 % Al&sub2;O&sub3;) aufgebracht. Die Leistung hinsichtlich des Verschleißes, die thermische Schockbeständigkeit und die Verhinderung des Ansetzens waren optimal für Überzüge, die mit der Mischung Nummer 8 hergestellt wurden. Tabelle II *Überzugszusammensetzung, Gew.% Überzug Abschrecken mit Wasser ausgehend von 900 ºC Zyklen Zyklus 50 % abgeblättertSimilar tests were conducted using a powder feed composition of calcium oxide stabilized zirconia (ZrO2 5CAO) and zirconium silicate in a mechanical mix, with the various powder ratios designated 8 through 12 shown in Table II below. The powder feed composition was applied by a detonation gun over a preferred interlayer of a cobalt-based metal matrix (Co-25Cr-7.5Al-10Ta-0.08Y) + (30% Al2O3). Wear performance, thermal shock resistance and anti-seizing were optimal for coatings made with mix number 8. Table II *Coating composition, wt.% Coating Water quenching from 900 ºC Cycles Cycle 50% exfoliated
* Überzugszusammensetzung: Basierend auf der Konzentration der metallischen Elemente gemessen mittels Elektronenmikrosondenanalysator* Coating composition: Based on the concentration of metallic elements measured by electron microprobe analyzer
Wie in den Beispielen 3, 4 und 5 ausgeführt ist, wurden weitere Versuche durchgeführt, um die Überlegenheit eines mittels Detonationskanone aufgebrachten Überzugs, der aus einer Pulvereinsatzzusammensetzung zum thermischen Spritzen, die Zirkoniumsilikat und teilstabilisiertes Zirkoniumoxid (ZrO&sub2; 5CaO) aufwies, auf einer Herdrolle ausgebildet wurde, hinsichtlich seiner Eigenschaften der Verhinderung des Ansetzens im Vergleich zu mittels Detonationskanone aufgebrachten Überzügen mit konventioneller Zusammensetzung zu bestätigen, nämlich (Co-25cr-7,5Al-0,8Y-10Ta) + 10 % Al&sub2;O&sub3;, einem Überzug einer Einsatzzusammensetzung von ZrSiO&sub4; und blankem Stahl. Es sollte bemerkt werden, daß obschon ein mittels Detonationskanone aufgebrachter Überzug aus (Co-25cr-10Ta-7,5Al-0,8Y) + 10 % Al&sub2;O&sub3; Pulver eine bevorzugte Zwischenschicht für die keramischen Überzüge gemäß dieser Erfindung ist, dieser in der Vergangenheit selbst als Herdüberzug benutzt wurde und zu Vergleichszwecken in Tabelle III als Überzug Nummer 13 bezeichnet wird.As set forth in Examples 3, 4 and 5, further tests were conducted to confirm the superiority of a detonation gun applied coating formed on a hearth roll from a thermal spray powder feed composition comprising zirconium silicate and partially stabilized zirconia (ZrO2 5CaO) in terms of its anti-scaling properties compared to detonation gun applied coatings of conventional composition, namely (Co-25cr-7.5Al-0.8Y-10Ta) + 10% Al2O3, a coating of a feed composition of ZrSiO4 and bare steel. It should be noted that although a detonation gun deposited coating of (Co-25cr-10Ta-7.5Al-0.8Y) + 10% Al2O3 powder is a preferred intermediate layer for the ceramic coatings of this invention, it has itself been used as a hearth coating in the past and is referred to as coating number 13 in Table III for comparison purposes.
Es wurde der folgende Versuch hinsichtlich der Vermeidung des Ansetzens durchgeführt.The following experiment was conducted to prevent sticking.
Bewertungsverfahren: Es wurde ein hablkreisförmiger Walzensimulator benutzt, wie er in FIG. 1 dargestellt ist. Das Drehstück 6 wird mittels sich hin- und herbewegenden Armen 8 und 9 um einen Schwenkpunkt 7 gedreht. Zwei beschichtete Proben 10, 12 wurden unter der Walze montiert, um eine hin- und hergehende Gleitbewegung über die Proben und eine statische Reaktion unter Last zu simulieren. Pulverisiertes Fe&sub2;O&sub3; und/oder Fe-Pulver 14 wird auf der Probe 10 plaziert, um eine Auswertung des dynamischen Ansetzens vorzunehmen, und pulverisiertes Fe&sub2;O&sub3; oder Fe-Pulver 16 wird auf der Probe 12 plaziert, um eine Bewertung des statischen Ansetzens vorzunehmen. Bei dem Versuch wird die Neigung von Fe oder Fe&sub2;O&sub3; gemessen, an den Oberflächen A, B bzw. C unter einer Last von 8,5 kg haften zu bleiben.Evaluation Method: A semi-circular roller simulator was used as shown in FIG. 1. The rotating piece 6 is rotated about a pivot point 7 by means of reciprocating arms 8 and 9. Two coated samples 10, 12 were mounted under the roller to simulate a reciprocating sliding movement over the samples and a static response under load. Powdered Fe₂O₃ and/or Fe powder 14 is placed on the sample 10 to make an evaluation of the dynamic setting and powdered Fe₂O₃ or Fe powder 16 is placed on the sample 12 to make an evaluation of the static attachment. The test measures the tendency of Fe or Fe₂O₃ to adhere to surfaces A, B or C, respectively, under a load of 8.5 kg.
Temperatur: 900 ºCTemperature: 900 ºC
Zeitdauer: 4 StundenDuration: 4 hours
Atmosphäre: Stickstoff 98 % + Wasserstoff 2 %Atmosphere: Nitrogen 98% + Hydrogen 2%
Ansetzquelle: Fe und Fe&sub2;O&sub3;Preparation source: Fe and Fe&sub2;O&sub3;
Index der Ansetzvermeidung: Dieser wird von der Summe der Nichtansetzpunkte (AP) für die Oberflächen A, B und C basierend auf der folgenden Tabelle III bestimmt. Tabelle III Bewertung Beschreibung Gut Schlecht Kein Anhaften anhaftendes Material kann mittels eines 6 kg/cm² Luftstromes entfernt werden anhaftendes Material kann durch Reiben mit der Hand entfernt werden anhaftendes Material kann mittels der obigen Verfahren nicht entfernt werden Ergebnisse AP-Punkt Pulver Gesamtsumme Überzug Gesamt unbeschichteter Stahl **Anti-Attachment Index: This is determined by the sum of the non-attachment points (AP) for surfaces A, B and C based on Table III below. Table III Rating Description Good Poor No adhesion Adhered material can be removed by 6 kg/cm² air flow Adhered material can be removed by rubbing with hand Adhered material cannot be removed by the above methods Results AP Point Powder Total Coating Total Uncoated Steel **
* Überzug 14 wurde mit einem Pulver hergestellt, das nur aus Zirkoniumsilikat (ZrSiO&sub4;) bestand.* Coating 14 was made with a powder consisting only of zirconium silicate (ZrSiO₄).
** Ausgangsmaterial fur Referenz: feuerfester Gußstahl** Source material for reference: refractory cast steel
Versuch: Verschleißbeständigkeit bei erhöhten TemperaturenTest: Wear resistance at elevated temperatures
Ausrüstung: Hochtemperaturkugel auf ScheibenverschleißversuchsanordnungEquipment: High temperature ball on disc wear test setup
Temperatur: 900 ºCTemperature: 900 ºC
Atmosphäre: N&sub2; 98 % + H&sub2; 2 %Atmosphere: N₂ 98% + H₂ 2%
Kugelgröße: 9,252 mm DurchmesserBall size: 9.252 mm diameter
Gewicht: 2 kgWeight: 2kg
Gleitgeschwindigkeit: 0,2 m/sSliding speed: 0.2 m/s
Spur: 35 mm DurchmesserTrack: 35 mm diameter
Gesamte Gleitlänge: 720 mTotal gliding length: 720 m
Kugel: Chromlagerstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt SUJ2Ball: High carbon chrome bearing steel SUJ2
Scheibe: beschichtete ProbeDisc: coated sample
Die normierte Verschleißrate wird mittels der folgenden Prozedur berechnet.The normalized wear rate is calculated using the following procedure.
a. Das Verschleißvolumen wird berechnet, indem die Querschnittsfläche einer Riefe mittels eines Profilometerausdrucks gemessen und mit dem Umfang der Riefe multipliziert wird.a. Wear volume is calculated by measuring the cross-sectional area of a groove using a profilometer printout and multiplying it by the circumference of the groove.
b. Das Verschleißvolumen wird dann durch die aufgebrachte Last und die gesamte Gleitlänge geteilt. Ergebnisse Überzug Verschleißrate mm²/kg unbeschichteter Stahlb. The wear volume is then divided by the applied load and the total sliding length. Results Coating Wear rate mm²/kg uncoated steel
Wärmeschockversuch:Thermal shock test:
1000 ºC - 15 Minuten Heizen von Umgebungstemperatur auf 1000 ºC, Abschrecken mit Wasser für 15 Minuten - 1 Zyklus.1000 ºC - 15 minutes heating from ambient temperature to 1000 ºC, quenching with water for 15 minutes - 1 cycle.
Das Probensubstratmaterial hatte die Form einer dicken Platte mit den Abmessungen 50 50 10 mm, wobei eine 50 50-Seite beschichtet war. Bei dem Probensubstrat handelte es sich um rostfreien Stahl 304.The sample substrate material was in the form of a thick plate with dimensions of 50 50 10 mm with one 50 50 side coated. The sample substrate was 304 stainless steel.
Die Beständigkeit gegenüber thermischen Schocks wurde durch Zählung der Anzahl der Zyklen bewertet, die der Überzug überdauern kann ohne abzublättern. Probe Anzahl der Zyklen kein Abblättern nach ZyklenResistance to thermal shock was evaluated by counting the number of cycles the coating can withstand without flaking. Sample Number of cycles No flaking after cycles
Wie aus den Tabellen und all den obigen Beispielen ersichtlich ist, wird das optimale Pulverausgangsgemisch notwendigerweise in Abhängigkeit von dem Stabilisator und der benutzten thermischen Spritztechnik variieren. Der Überzug im aufgebrachten Zustand sollte vorzugsweise mindestens etwa 40 Gew.% stabilisiertes Zirkoniumoxid und bis zu 60 Gew.% Zirkoniumsilikat enthalten. Unabhängig von der kristallinen Struktur sollte die bevorzugte Konzentration der Komponentenoxide in dem Überzug zwischen etwa 55 und etwa 85 Gew.% stabilisiertes ZrO&sub2; und 15 bis 45 % ZrSiO&sub4; und/oder dessen Zersetzungsprodukte SiO&sub2; und ZrO&sub2; enthalten, wobei 70 bis 85 Gew.% stabilisiertes ZrO&sub2; optimal sind. Die Konzentration des Stabilisators in der Überzugszusammensetzung im aufgebrachten Zustand sollte vorzugsweise zwischen 2 und 20 Gew.% der Zirkoniumoxidkomponente ausmachen.As can be seen from the tables and all of the above examples, the optimum powder starting mixture will necessarily vary depending on the stabilizer and thermal spray technique used. The as-applied coating should preferably contain at least about 40 wt.% stabilized zirconia and up to 60 wt.% zirconium silicate. Regardless of the crystalline structure, the preferred concentration of the component oxides in the coating should contain between about 55 and about 85 wt.% stabilized ZrO2 and 15 to 45% ZrSiO4 and/or its decomposition products SiO2 and ZrO2, with 70 to 85 wt.% stabilized ZrO2 being optimum. The concentration of the stabilizer in the as-applied coating composition should preferably be between 2 and 20 wt.% of the zirconia component.
Claims (10)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US59609690A | 1990-10-11 | 1990-10-11 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE69111552D1 DE69111552D1 (en) | 1995-08-31 |
DE69111552T2 true DE69111552T2 (en) | 1996-02-29 |
Family
ID=24385970
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE69111552T Expired - Fee Related DE69111552T2 (en) | 1990-10-11 | 1991-10-10 | Coated furnace roll and process for its manufacture. |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0480727B1 (en) |
JP (1) | JPH0718405A (en) |
KR (1) | KR960008146B1 (en) |
AT (1) | ATE125577T1 (en) |
AU (1) | AU658833B2 (en) |
CA (1) | CA2053188C (en) |
DE (1) | DE69111552T2 (en) |
ES (1) | ES2075364T3 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102017004944A1 (en) | 2017-05-23 | 2018-11-29 | Vdeh-Betriebsforschungsinstitut Gmbh | Furnace roll for a heat treatment process of a workpiece, method of making the same, conveyor for an oven, thermoprocessing plant and use of a furnace roll in a thermal process plant with a furnace |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5304519A (en) * | 1992-10-28 | 1994-04-19 | Praxair S.T. Technology, Inc. | Powder feed composition for forming a refraction oxide coating, process used and article so produced |
US5667641A (en) * | 1995-10-23 | 1997-09-16 | Pulp And Paper Research Institute Of Canada | Application of thermal barrier coatings to paper machine drying cylinders to prevent paper edge overdrying |
US6517960B1 (en) | 1999-04-26 | 2003-02-11 | General Electric Company | Ceramic with zircon coating |
US6730422B2 (en) * | 2002-08-21 | 2004-05-04 | United Technologies Corporation | Thermal barrier coatings with low thermal conductivity |
ES2373144T3 (en) * | 2006-05-12 | 2012-01-31 | Fundacion Inasmet | PROCEDURE FOR OBTAINING CERAMIC COATINGS AND CERAMIC COATINGS OBTAINED. |
JP5112361B2 (en) | 2009-02-27 | 2013-01-09 | 三菱重工業株式会社 | Aircraft structure manufacturing equipment |
US8697250B1 (en) * | 2013-02-14 | 2014-04-15 | Praxair S.T. Technology, Inc. | Selective oxidation of a modified MCrAlY composition loaded with high levels of ceramic acting as a barrier to specific oxide formations |
CN105483695B (en) * | 2015-12-04 | 2018-03-30 | 武汉钢铁重工集团有限公司 | A kind of preparation method of hearth roll |
DE102022119143A1 (en) * | 2022-07-29 | 2024-02-01 | Endress+Hauser Flowtec Ag | Stainless steel product, field device and method of manufacture |
CN115584461A (en) * | 2022-08-26 | 2023-01-10 | 武汉钢铁有限公司 | Method for preventing carbon sleeve roller core from carburizing, isolation coating and furnace bottom roller |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR1536493A (en) * | 1966-07-22 | 1968-08-16 | Montedison Spa | High strength protective coatings and method thereof for their application to interior surfaces of hydrocarbon cracking reactors |
NL6709949A (en) * | 1966-07-22 | 1968-01-23 | ||
CS155480B1 (en) * | 1972-06-02 | 1974-05-30 | ||
AU603692B2 (en) * | 1983-06-20 | 1990-11-22 | Norton Company | A powder for the production of sintered stabilized zirconia |
JPS60194056A (en) * | 1984-03-14 | 1985-10-02 | Hitachi Ltd | Heat resistant member having ceramic coating layer |
DE3543802A1 (en) * | 1985-12-12 | 1987-06-19 | Bbc Brown Boveri & Cie | HIGH TEMPERATURE PROTECTIVE LAYER AND METHOD FOR THEIR PRODUCTION |
-
1991
- 1991-10-10 DE DE69111552T patent/DE69111552T2/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-10-10 AT AT91309332T patent/ATE125577T1/en active
- 1991-10-10 EP EP91309332A patent/EP0480727B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-10-10 CA CA002053188A patent/CA2053188C/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-10-10 ES ES91309332T patent/ES2075364T3/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-10-11 AU AU85784/91A patent/AU658833B2/en not_active Ceased
- 1991-10-11 JP JP3290356A patent/JPH0718405A/en active Pending
- 1991-10-11 KR KR1019910017861A patent/KR960008146B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102017004944A1 (en) | 2017-05-23 | 2018-11-29 | Vdeh-Betriebsforschungsinstitut Gmbh | Furnace roll for a heat treatment process of a workpiece, method of making the same, conveyor for an oven, thermoprocessing plant and use of a furnace roll in a thermal process plant with a furnace |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CA2053188C (en) | 1997-12-16 |
AU658833B2 (en) | 1995-05-04 |
DE69111552D1 (en) | 1995-08-31 |
EP0480727B1 (en) | 1995-07-26 |
KR960008146B1 (en) | 1996-06-20 |
CA2053188A1 (en) | 1992-04-12 |
AU8578491A (en) | 1992-04-16 |
ES2075364T3 (en) | 1995-10-01 |
JPH0718405A (en) | 1995-01-20 |
KR920008209A (en) | 1992-05-27 |
ATE125577T1 (en) | 1995-08-15 |
EP0480727A1 (en) | 1992-04-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69302252T2 (en) | A powder feed composition for forming a transition metal oxide coating, a method for producing the coating and an article thus produced | |
DE2801016C2 (en) | Article made from a superalloy body with a coating of a powder applied by flame spraying and a process for its production | |
DE102008015789B4 (en) | Thermal spray powder, thermal spray coating and oven roll | |
DE60201922T2 (en) | Spray powder and process for its preparation | |
DE69116303T2 (en) | Manufacture of chromium carbide nickel coatings | |
EP2631327B1 (en) | Method for applying a heat insulation layer | |
DE69301965T2 (en) | Metallic layers, which consist of amorphous wear and corrosion-resistant alloys, processes for their production and use for wear-resistant coatings of hydraulic materials | |
DE3243283C2 (en) | ||
DE69111552T2 (en) | Coated furnace roll and process for its manufacture. | |
DE2758618A1 (en) | HIGH TEMPERATURE-RESISTANT, ABRASION-RESISTANT COATING COMPOSITION | |
DE2632739B2 (en) | Process for the thermal spraying of a self-adhesive nickel-aluminum or nickel-titanium coating onto a metal substrate | |
EP2439306A1 (en) | Method for producing a thermal insulation layer construction | |
DE69717805T2 (en) | Method and device for producing porous ceramic coatings, in particular heat-insulating coatings, on metallic substrates | |
DE3916412A1 (en) | COVERED FIBERS FOR USE IN A METAL MATRIX AND A COMPOSITE BODY | |
DE9321489U1 (en) | Coated ceramic object | |
DE60216751T2 (en) | METAL ZIRCONIUM COMPOSITE COATING | |
DE112010002444T5 (en) | Thermal spray powder and a method of forming a thermal spray coating | |
DE69225734T2 (en) | Rod for a flame-sprayed coating and its use for the deposition of a quasi-crystalline phase | |
EP3472366A1 (en) | Self-healing heat damping layers and method for producing same | |
DE102018107412A1 (en) | SPRAY POWDER AND METHOD OF DEPOSITING A SPRAYING COATING USING THEREOF | |
DE69924452T2 (en) | High temperature corrosion and abrasion resistant coated part and manufacturing process | |
DE69109140T2 (en) | Spray application material and thus coated object with excellent high-temperature wear resistance. | |
DE102011051270A1 (en) | Roller used for roller oven, has ceramic roller base component provided with oxidic coating | |
DE69601829T2 (en) | Process for producing a coating based on TiB2 and coated product produced in this way | |
DE69306302T2 (en) | Use of an alloy resistant to molten zinc |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |