JP2004059962A

JP2004059962A - Stainless steel fiber for refractory, and manufacturing method

Info

Publication number: JP2004059962A
Application number: JP2002217047A
Authority: JP
Inventors: Taro Shiono; 塩野　太郎
Original assignee: Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2004-02-26

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide stainless steel fibers superior in tensile strength, oxidation resistance and high-temperature durability to conventional ones and used for incorporation into refractories and also to provide their advantageous manufacturing method. <P>SOLUTION: A sheet stock having a composition consisting of ≤0.1wt.% C, ≤1.50wt.% Si, ≤1.0wt.% Mn, 15 to 25wt.% Cr, 0.05 to 0.25wt.% Ti, ≤0.04wt.% P, ≤0.03wt.% S, 1.4 to 6.0wt.% Al, ≤0.05wt.% N, ≤0.0050mass% O and the balance Fe with inevitable impurities is formed into the corrugated fibers by a shearing method. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐火物の割れ防止や剥離防止の目的で耐火物中に混入されるステンレスファイバーに関し、特に、高温強度が高くかつ耐酸化性、耐熱性に優れるステンレスファイバーとその製造方法を提案するものである。
【０００２】
【従来の技術】
不定形耐火物は、施工にあまり熟練を必要とせず、また目地無しの一体構造物も容易に施工できることから、近年、その適用範囲が急速に普及している。しかしその反面、不定形耐火物は、繰返しの加熱・冷却による物理的スポーリングおよびスラグ等との反応による化学的スポーリングによって、クラックが発生し易く、角欠け、剥離および脱落などの恐れがあるという欠点がある。
【０００３】
そのため、従来から、耐火物に発生した割れの進展を抑制し、アンカー効果による剥離や脱落の防止を目的として、耐火物中にステンレスファイバーや耐熱性の金属ファイバーなどを混入させる対策がとられている。これらのファイバーは、高強度で延性にも優れるため、硬くて脆い耐火物中に混入することによりいわゆる繊維強化機能が発揮され、耐火物のクラックの発生、進行等を効果的に抑制する。また、耐火物中に混入されたファイバーは、上記亀裂や剥離の発生を抑制する他、熱間での引張強度や曲げ強度をも向上するという効果を奏する。
【０００４】
また、上記耐火物に混入されるファイバー素材は、その特性が耐火物の性能に与える影響が大きいため、耐火物の使用される温度や雰囲気条件等に応じて適宜選定されており、ステンレスファイバー素材としては、一般にフェライト系ステンレス鋼であるＳＵＳ４３０やオーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３０４などが用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記対策により、不定形耐火物の特性は大幅に改善された。その結果、現在では、鉄鋼や非鉄分野のほか、各種分野で使用されている。具体的な適用例を表１に示す。
【０００６】
【表１】

【０００７】
ところで、耐火物にステンレスファイバーを混入した技術としては、例えば、特開昭５２−４５６１０号公報には、塩基性耐火坏土にステンレス繊維などの繊維状物質を添加して亀裂の発生や剥離を抑えた取鍋用塩基性不焼成煉瓦の製造方法が開示されている。また、特開平１０−３１０４７８号公報には、１０〜３０ｍｍ長のステンレスファイバーを２〜５ｗｔ％含有させ、熱間強度を大幅に向上させて操業時の亀裂発生を抑制したアンカーれんがが開示されている。
【０００８】
しかしながら、従来のステンレスファイバーを混入した耐火物を、上記表１に示した用途に使用した場合には、ステンレスファイバーを混入させていない耐火物よりは、長時間に亘って利用することができるものの、要求されている寿命にはほど遠いという問題点があった。そのため、耐火物に混入するファイバーには、従来のＳＵＳ４３０およびＳＵＳ３０４などを素材としたものよりもさらに高温強度に優れるとともに、耐酸化性、高温耐久性などにも優れた特性が要求されるようになった。
【０００９】
本発明の目的は、従来のファイバーよりも引張強度、耐酸化性および高温耐久性に優れた耐火物混入用のステンレスファイバーとその有利な製造方法を提案することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、耐火物の更なる性能向上を目指し、耐火物の補強用添加材としてのスチールファイバーの特性に着目して鋭意研究を行った。その結果、スチールファイバーの素材となるステンレス鋼の成分組成を適正化することにより高温強度、耐酸化性等を改善することができることを見出し、本発明に想到した。
【００１１】
すなわち、本発明は、Ｃ：０．１ｗｔ％以下、Ｓｉ：１．５０ｗｔ％以下、Ｍｎ：１．０ｗｔ％以下、Ｃｒ：１５〜２５ｗｔ％、Ｔｉ：０．０５〜０．２５ｗｔ％、Ｐ：０．０４ｗｔ％以下、Ｓ：０．０３ｗｔ％以下、Ａｌ：１．４〜６．０ｗｔ％、Ｎ：０．０５ｗｔ％以下、Ｏ：０．００５０ｍａｓｓ％以下、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする耐火物用ステンレスファイバーである。
【００１２】
なお、本発明のファイバーは、上記成分組成に加えてさらに、Ｍｏ：０．１ｗｔ％以下、Ｎｂ：０．１ｗｔ％以下、Ｃｕ：０．１ｗｔ％以下、Ｃａ：０．０１ｗｔ％以下、Ｍｇ：０．０１ｗｔ％以下、ＲＥＭ：０．１ｗｔ％以下の中から選ばれる１種または２種以上を含有したものであることが好ましい。
【００１３】
また、本発明のファイバーは、不定形耐火物原料または不焼成耐火物原料に混入させて用いるものであることが好ましく、さらにその形状は波形であることが好ましい。
【００１４】
また、本発明は、Ｃ：０．１ｗｔ％以下、Ｓｉ：１．５０ｗｔ％以下、Ｍｎ：１．０ｗｔ％以下、Ｃｒ：１５〜２５ｗｔ％、Ｔｉ：０．０５〜０．２５ｗｔ％、Ｐ：０．０４ｗｔ％以下、Ｓ：０．０３ｗｔ％以下、Ａｌ：１．４〜６．０ｗｔ％、Ｎ：０．０５ｗｔ％以下、Ｏ：０．００５０ｍａｓｓ％以下、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる薄板素材を、せん断法によりファイバーに成形加工することを特徴とする耐火物用ステンレスファイバーの製造方法を提案する。
【００１５】
なお、本発明の製造方法においては、上記成分組成に加えてさらに、Ｍｏ：０．１ｗｔ％以下、Ｎｂ：０．１ｗｔ％以下、Ｃｕ：０．１ｗｔ％以下、Ｃａ：０．０１ｗｔ％以下、Ｍｇ：０．０１ｗｔ％以下、ＲＥＭ：０．１ｗｔ％以下の中から選ばれる１種または２種以上を含有すること好ましい。
【００１６】
また、本発明の製造方法においては、上記ファイバーを波形に成形加工することが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の具体的実施態様について以下に説明する。
まず、本発明に係るステンレスファイバーは、その成分組成が、Ｃ：０．１ｗｔ％以下、Ｓｉ：１．５０ｗｔ％以下、Ｍｎ：１．０ｗｔ％以下、Ｃｒ：１５〜２５ｗｔ％、Ｔｉ：０．０５〜０．２５ｗｔ％、Ｐ：０．０４ｗｔ％以下、Ｓ：０．０３ｗｔ％以下、Ａｌ：１．４〜６．０ｗｔ％、Ｎ：０．０５ｗｔ％以下、Ｏ：０．００５０ｍａｓｓ％以下であることが必要である。その理由を以下に示す。
【００１８】
Ｃ：０．１ｗｔ％以下、Ｎ：０．０５ｗｔ％以下
ＣおよびＮは、必要以上に含有されると熱延鋼帯の靭性が低下し、耐火物がスポーリングした時に破断しやすいという問題があるため、ＣおよびＮの含有量は、それぞれ０．１ｗｔ％以下、０．０５ｗｔ％以下に制限する。
【００１９】
Ｓｉ：１．５０ｗｔ％以下
Ｓｉは、ステンレス鋼の表面に緻密で成長速度の遅い酸化皮膜を優先的に生成させる特性があり、耐酸化性の向上に有効な元素である。しかしながら、靭性を劣化させる欠点があるため、Ｓｉ含有量は１．５０ｗｔ％以下とする。
【００２０】
Ｍｎ：１．０ｗｔ％以下
Ｍｎは、ステンレス鋼の耐酸化性が低下させるため、１．０ｗｔ％以下とする。
【００２１】
Ｐ：０．０４ｗｔ％以下、Ｓ：０．０３ｗｔ％以下
ＰおよびＳは、ステンレス鋼の熱間加工性および耐酸化性を低下させるため、Ｐ含有量は０．０４ｗｔ％以下、Ｓ含有量は０．０３ｗｔ％以下とする。
【００２２】
Ｃｒ：１５〜２５ｗｔ％
Ｃｒは、ステンレス鋼の耐酸化性および耐食性を確保するために重要な元素である。Ｃｒ含有量が１５ｗｔ％未満では、充分な耐酸化性や耐食性を得ることができず、一方、２５ｗｔ％を超えると、熱延鋼帯の靭性を著しく低下させる。そのため、本発明では、Ｃｒ含有量を１５〜２５ｗｔ％の範囲内とする。より好ましくは、１７〜２２ｗｔ％である。
【００２３】
Ａｌ：１．５〜６．０ｗｔ％
Ａｌは、ステンレス鋼の耐酸化性を向上させる重要な元素である。耐酸化性を確保するためには、Ａｌ含有量は、１．５ｗｔ％以上とすることが必要であり、一方、６．０ｗｔ％を超えて含有すると、熱延鋼帯の靭性が劣化し、製造できなくなる。そのため、本発明のファイバーのＡｌ含有量は、１．５〜６．０ｗｔ％の範囲内とする。より好ましくは、２．５〜５．５ｗｔ％である。
【００２４】
Ｔｉ：０．０５〜０．２５ｗｔ％
Ｔｉは、フェライト系ステンレス鋼の耐酸化性を向上させると共に、熱延鋼帯の靭性を向上させる特性があり、極めて重要な元素である。すなわち、このＴｉは、高温酸化により生じたＡｌ_２Ｏ_３皮膜の密着性を改善することにより耐酸化性を向上させ、また、炭化物および窒化物を形成して固溶Ｃ，Ｎを減少させることにより熱延鋼帯の靭性を向上させる作用がある。このような効果を得るためには、Ｔｉ含有量は、０．０５ｗｔ％以上であることが必要である。しかしながら、過剰なＴｉの添加は、却って熱延鋼帯の靭性を劣化させるため、Ｔｉの上限は０．２５ｗｔ％とする。よって、本発明のファイバーのＴｉ含有量は、０．０５〜０．２５ｗｔ％の範囲とする。より好ましくは、０．１０〜０．２０ｗｔ％である。
【００２５】
Ｏ：０．００５０ｍａｓｓ％以下
Ｏは、ステンレス鋼の耐酸化性を低下させるため、その含有量は０．００５０ｍａｓｓ％以下に制限する。
【００２６】
なお、本発明においては、上記必須成分のほかに、必要に応じて、Ｍｏ：０．１ｗｔ％以下、Ｃｕ：０．１ｗｔ％以下、Ｎｂ：０．１ｗｔ％以下、Ｃａ：０．０１ｍａｓｓ％以下、Ｍｇ：０．０１ｍａｓｓ％以下およびＲＥＭ（Ｌａ，Ｃｅなど）：０．１ｗｔ％以下を添加することができる。これらの成分の添加により、耐酸化性を向上ことができる。
【００２７】
次に、本発明に係るステンレスファイバーの素材となるステンレス鋼板の特性について説明する。
まず、耐火物の耐久性を左右する、ファイバー素材であるステンレス鋼板の高温強度特性についての調査結果を説明する。実験では、本発明例として、Ｃ：０．０２０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．３３ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．２９ｍａｓｓ％、Ｃｒ：１７．７２ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．１７ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０２６ｍａｓｓ％、Ｓ：０．００１ｍａｓｓ％、Ａｌ：３．０７ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００４ｍａｓｓ％、Ｏ：０．０００６ｍａｓｓ％からなるステンレス鋼板を用い、比較材として、ＳＵＳ４３０の鋼板を用い、これらの鋼板について、室温から８００℃までの温度範囲における引張強度を測定した。
【００２８】
測定結果を図１に示す。この図より、引張強度は、５００℃程度以下の温度域においては、従来材であるＳＵＳ４３０の方が優れているものの、５００℃以上の温度域においては、本発明のステンレス鋼板の方が優れていることがわかる。したがって、耐火物に混入するステンレスファイバーとしては、本発明のステンレス鋼板を素材としたものの方が好ましく、耐火物の耐久性の向上が大いに期待できる。
【００２９】
次に、ファイバー素材の耐酸化性について調査した。実験には、本発明のステンレス鋼板として、Ｃ：０．００９ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．４ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．２８ｍａｓｓ％、Ｃｒ：１７．９ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．１５ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０１９ｍａｓｓ％、Ｓ：０．０００７ｍａｓｓ％、Ａｌ：２．８ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００９ｍａｓｓ％、Ｏ：０．０００６１ｍａｓｓ％からなる鋼板を用い、比較材として、ＳＵＳ４３０の他、ＳＵＳ３０４も用いた。耐酸化性の評価は、下記の２つの方法で行った。
【００３０】
（耐酸化試験▲１▼）
上記鋼板から採取した試験片を、１０００℃に加熱保持した大気雰囲気下の炉中で、３０分加熱後、１０分冷却する工程を１サイクルとし、これを５００サイクル繰返す熱処理を行ない、その際の試験片の酸化増量を測定した。結果を図２に示す。この図から、本発明のステンレス鋼板の１０００℃における酸化増量は、従来のＳＵＳ４３０やＳＵＳ３０４と比較して１／１００以下であり、優れた耐酸化性を示していることが判る。
【００３１】
（耐酸化試験▲２▼）
上記鋼板から採取した試験片を、加熱した大気雰囲気下の炉中に連続５０時間保持し、その際の酸化増量を測定した。なお、この際の炉温は７００〜１３００℃まで１００℃単位で変化させた。図３にその結果を示したが、本発明のステンレス鋼板は、従来材と比較して優れた耐酸化性を示していることが判る。
【００３２】
以上の耐酸化試験結果から、本発明のステンレス鋼板は、従来のＳＵＳ４３０やＳＵＳ３０４と比較して、非常に優れた耐酸化性を有しており、耐火物に混入する強化繊維として好適であることが確認できた。
【００３３】
なお、参考として、本発明のファイバーの素材となるステンレス鋼の物理的特性、機械的特性について、従来材であるＳＵＳ４３０と比較して表２に示す
【００３４】
【表２】

【００３５】
次に、本発明に係るステンレスファイバーを製造する方法について説明する。本発明のステンレスファイバーは、薄板せん断法により成形加工する。この方法は、その一例を図４に示したが、ファイバーの長さに相当する幅にスリットした厚さ０．３〜０．５ｍｍの素材鋼板５を、送りローラー４で剪断機に一定速度で装入しつつ、回転ドラム１に取り付けられたせん断刃（カッター）２で連続的に剪断する方法である。この方法により製造されたファイバー７は、剪断時に、ばり、ねじれ、わん曲等の変形が起こるので、耐火物とファイバーとの付着強度を大幅に増大できる効果があり、耐火物の補強材として好ましい特徴を有している。
【００３６】
さらに、本発明では、意図的にファイバーの形状を波形とすることにより更に付着強度を増大させることが好ましい。ファイバーを波形に加工する方法としては、素材を剪断機に送るローラーで鋼板に凹凸を付けたり、ダイス３表面に溝６を形成したり（図４参照）、あるいは、せん断刃２を工夫して剪断したりする方法などを用いることができる。
【００３７】
なお、本発明にかかるステンレスファイバーの切断長さは、板厚と同程度とすることが好ましく、具体的には０．３〜０．５ｍｍとするのが好ましい。また、ファイバーの長さは、耐火物の補強効果と分散特性の点から１５〜２５ｍｍ程度とするのが好ましい。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明のステンレスファイバーの具体的な適用例について説明する。
（実施例１）　連続鋳造タンディッシュカバーへの適用
タンディッシュカバーに使用されたキャスタブルにクラックが発生して剥離が生じると、その破片が溶鋼中に落下して鋼片中に取り込まれ、内部品質や表面品質に悪影響を及ぼす。そこでこのカバーに、本発明のファイバーを３ｗｔ％添加したキャスタブル材を用いたところ、剥離の発生をほぼ完全に無くすことができた。その結果、本発明を適用したキャスタブルの耐用回数は、従来のＳＵＳ４３０を混入させた場合と比較して、約３倍にも向上させることができ、キャスタブルの打設費用を含めたトータルコストも３０〜４０％低減することができた。
【００３９】
（実施例２）　製鋼工場でのスターラーと溶鋼差し物容器への適用
１４００〜１５００℃の溶鋼の脱硫用に使用されるファイバー補強キャスタブル容器は、溶鋼中への浸漬を繰返されるため、熱衝撃が大きい。この容器に、本発明のファイバーで補強したキャスタブルを適用することにより、充分な耐熱衝撃性が発揮され、従来のＳＵＳ４３０混入品と比較して約２倍に容器寿命を延長することができた。
【００４０】
（実施例３）　加熱炉の炉床への適用
回転炉床式加熱炉の炉床外縁キャスタブルは、内側部レンガの膨張張り出しによる接触や炉の回転に伴う加熱・冷却により生じる熱応力等によって角欠けが多発し、従来品（ＳＵＳ４３０添加品）では、その耐用年数は１年程度であった。このキャスタブルに本発明のファイバーを添加したところ、２年以上使用後も原形を保つことができた。
【００４１】
（実施例４）　ステンレス鋼薄板連続熱処理炉の防熱板への適用
ステンレス鋼板の連続熱処理炉は、高温室と水冷室とが隣接しており、両室の境に配設されるキャスタブルの防熱板は、片側が１１００℃の高温に加熱される一方、その反対側が水冷室の水滴がかかる状態で使用される。そのため、従来品（ＳＵＳ４３０添加品）では、約３ヶ月でキャスタブルを交換する必要があったが、本発明のファイバーを４ｗｔ％添加したキャスタブルの適用により、剥離も少なく、６ヶ月以上寿命を延長することができた。
【００４２】
（実施例５）　トンネル窯台車のカートップへの適用
トンネル窯台車は、１３００〜１３５０℃に加熱された窯業炉の中を通される。この際、窯台車のカートップは、約１０００℃の温度に約３０時間加熱された後、約３００℃まで冷却されて炉外に出される。そのため、膨張・収縮によりスポーリングが激しく、従来品（ＳＵＳ３０４添加品）では、耐用回数が１５〜１６回であった。この部位に、本発明のファイバーを２．０ｗｔ％添加したキャスタブルを適用したところ、２９回もの使用が可能となり、寿命を延長させることができた。
【００４３】
（実施例６）　加熱炉の天井アーチへの適用
炉内温度が１３７０℃の条件下で使用される加熱炉において、炉内天井アーチ部の耐火物の寿命は、従来品（ＳＵＳ４３０添加品）では約１年であった。このアーチ部に、本発明のファイバーで補強したキャスタブルを適用したところ、寿命を２年半以上にも延長させることができた。また、補修費、煉瓦の築炉費等を含めたトータルコストも大幅に低減することができた。
【００４４】
（実施例７）　ヒートシールドへの適用
スラブ加熱炉の出口に設置されるトンネルカバー型のヒートシールドは、その内部が加熱されたスラブの移動により高温に曝される一方、その外部が熱延ロールの冷却水の水滴がかかる状態で使用される。さらに、機械的振動も激しい。そのため、ヒートシールドは、クラックや角欠け、剥離が進行し易く、従来品（ＳＵＳ４３０）を用いた場合の寿命は約６ヶ月であった。一方、本発明のファイバーを５．０ｗｔ％添加したものでは、無補修で１１ヶ月使用することができ、トータルコストも５０％に低減することができた。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来よりも引張強度に優れかつ耐酸化性および高温耐久性に優れたファイバー合金を提供することができる。また、本発明のステンレスファイバーを耐火物に混入させることにより、耐火物の寿命の大幅な向上とコストの低減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のファイバー素材であるステンレス鋼の高温強度を示す図である。
【図２】本発明のファイバー素材であるステンレス鋼の耐酸化性を示す図である。
【図３】本発明のファイバー素材であるステンレス鋼の耐酸化性を示す図である。
【図４】薄板剪断法によるステンレスファイバーの製造方法を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１：回転ドラム
２：せん断刃
３：ダイス
４：送りローラー
５ａ：ステンレス薄鋼板（ファイバー素材）
５ｂ：ステンレス薄鋼板（ファイバー素材）
６：ダイス溝
７：ファイバー[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a stainless steel fiber mixed into a refractory for the purpose of preventing cracking and peeling of the refractory, and particularly proposes a stainless fiber having high high-temperature strength and excellent oxidation resistance and heat resistance, and a method for producing the same. Things.
[0002]
[Prior art]
In recent years, amorphous refractories do not require much skill in construction, and can be easily constructed as jointless integrated structures. However, on the other hand, irregular-shaped refractories are liable to crack due to physical spalling due to repeated heating and cooling and chemical spalling due to reaction with slag and the like, and there is a possibility of chipping, peeling and falling off. There is a disadvantage that.
[0003]
For this reason, conventionally, measures have been taken to mix stainless steel fibers or heat-resistant metal fibers into the refractory for the purpose of suppressing the progress of cracks generated in the refractory and preventing peeling or falling off due to the anchor effect. I have. Since these fibers have high strength and excellent ductility, they are incorporated into hard and brittle refractories to exhibit a so-called fiber reinforcement function, and effectively suppress crack generation and progress of the refractories. Further, the fiber mixed in the refractory has the effect of suppressing the occurrence of cracks and peeling, and also improving the tensile strength and bending strength during heating.
[0004]
In addition, the fiber material mixed into the refractory has a great effect on the performance of the refractory. Therefore, the fiber material is appropriately selected according to the temperature and the atmospheric conditions in which the refractory is used. Generally, SUS430 which is a ferritic stainless steel and SUS304 which is an austenitic stainless steel are used.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the above measures, the characteristics of the amorphous refractories were greatly improved. As a result, it is currently used in various fields in addition to steel and non-ferrous fields. Table 1 shows specific application examples.
[0006]
[Table 1]

[0007]
By the way, as a technique in which stainless steel fiber is mixed into a refractory, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 52-45610 discloses a technique in which a fibrous substance such as stainless steel fiber is added to a basic refractory clay to prevent cracking or peeling. A method for producing a suppressed basic unfired brick for ladle is disclosed. Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-310478 discloses an anchor brick containing 2 to 5% by weight of a stainless steel fiber having a length of 10 to 30 mm to greatly improve the hot strength and suppress the occurrence of cracks during operation. I have.
[0008]
However, when the conventional refractory containing stainless steel fiber is used for the applications shown in Table 1 above, it can be used for a longer time than the refractory containing no stainless steel fiber. However, there is a problem that the life expectancy is far from being required. Therefore, the fiber to be mixed into the refractory is required to have properties higher in high-temperature strength than those made of conventional SUS430 and SUS304 as well as excellent properties such as oxidation resistance and high-temperature durability. became.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to propose a stainless steel fiber for mixing a refractory, which is superior in tensile strength, oxidation resistance and high-temperature durability to conventional fibers, and an advantageous method for producing the same.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The inventors aimed at further improving the performance of the refractory and focused on the characteristics of steel fiber as an additive for reinforcing the refractory, and made intensive studies. As a result, they have found that the high-temperature strength, oxidation resistance, and the like can be improved by optimizing the component composition of stainless steel as a material of the steel fiber, and have reached the present invention.
[0011]
That is, in the present invention, C: 0.1 wt% or less, Si: 1.50 wt% or less, Mn: 1.0 wt% or less, Cr: 15 to 25 wt%, Ti: 0.05 to 0.25 wt%, P: 0.04 wt% or less, S: 0.03 wt% or less, Al: 1.4 to 6.0 wt%, N: 0.05 wt% or less, O: 0.0050 mass% or less, with the balance being Fe and unavoidable impurities. This is a stainless steel fiber for refractories.
[0012]
In addition, the fiber of the present invention further comprises, in addition to the above component composition, Mo: 0.1 wt% or less, Nb: 0.1 wt% or less, Cu: 0.1 wt% or less, Ca: 0.01 wt% or less, Mg: It is preferable that one or two or more selected from 0.01 wt% or less and REM: 0.1 wt% or less are contained.
[0013]
Further, the fiber of the present invention is preferably used by being mixed with an amorphous refractory raw material or an unfired refractory raw material, and more preferably, its shape is corrugated.
[0014]
In addition, the present invention provides C: 0.1 wt% or less, Si: 1.50 wt% or less, Mn: 1.0 wt% or less, Cr: 15 to 25 wt%, Ti: 0.05 to 0.25 wt%, P: 0.04 wt% or less, S: 0.03 wt% or less, Al: 1.4 to 6.0 wt%, N: 0.05 wt% or less, O: 0.0050 mass% or less, with the balance being Fe and unavoidable impurities. A method for producing a stainless steel fiber for a refractory, characterized in that a thin plate material is formed into a fiber by a shearing method, is proposed.
[0015]
In addition, in the manufacturing method of the present invention, in addition to the above component composition, Mo: 0.1 wt% or less, Nb: 0.1 wt% or less, Cu: 0.1 wt% or less, Ca: 0.01 wt% or less, It is preferable to contain one or more selected from Mg: 0.01 wt% or less and REM: 0.1 wt% or less.
[0016]
Further, in the production method of the present invention, it is preferable that the fiber is formed into a waveform.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Specific embodiments of the present invention will be described below.
First, the stainless steel fiber according to the present invention has a component composition of C: 0.1 wt% or less, Si: 1.50 wt% or less, Mn: 1.0 wt% or less, Cr: 15 to 25 wt%, Ti: 0. 0.5 to 0.25 wt%, P: 0.04 wt% or less, S: 0.03 wt% or less, Al: 1.4 to 6.0 wt%, N: 0.05 wt% or less, O: 0.0050 mass% or less. It is necessary to be. The reason is shown below.
[0018]
C: 0.1 wt% or less, N: 0.05 wt% or less If C and N are contained more than necessary, the toughness of the hot-rolled steel strip decreases, and the refractory tends to break when spalled. Therefore, the contents of C and N are limited to 0.1 wt% or less and 0.05 wt% or less, respectively.
[0019]
Si: 1.50 wt% or less Si has the property of preferentially forming a dense oxide film having a low growth rate on the surface of stainless steel, and is an element effective for improving oxidation resistance. However, since there is a disadvantage that the toughness is deteriorated, the Si content is set to 1.50 wt% or less.
[0020]
Mn: 1.0 wt% or less Mn is set to 1.0 wt% or less because the oxidation resistance of stainless steel is reduced.
[0021]
P: 0.04 wt% or less, S: 0.03 wt% or less P and S reduce the hot workability and oxidation resistance of stainless steel, so the P content is 0.04 wt% or less and the S content is 0.03 wt% or less.
[0022]
Cr: 15 to 25 wt%
Cr is an important element for ensuring the oxidation resistance and corrosion resistance of stainless steel. If the Cr content is less than 15 wt%, sufficient oxidation resistance and corrosion resistance cannot be obtained, while if it exceeds 25 wt%, the toughness of the hot-rolled steel strip is significantly reduced. Therefore, in the present invention, the Cr content is in the range of 15 to 25 wt%. More preferably, it is 17 to 22 wt%.
[0023]
Al: 1.5 to 6.0 wt%
Al is an important element for improving the oxidation resistance of stainless steel. In order to ensure oxidation resistance, the Al content needs to be 1.5 wt% or more. On the other hand, if the Al content exceeds 6.0 wt%, the toughness of the hot-rolled steel strip deteriorates, Cannot be manufactured. Therefore, the Al content of the fiber of the present invention is in the range of 1.5 to 6.0 wt%. More preferably, it is 2.5 to 5.5 wt%.
[0024]
Ti: 0.05 to 0.25 wt%
Ti is a very important element because it has characteristics of improving the oxidation resistance of ferritic stainless steel and improving the toughness of a hot-rolled steel strip. That is, this Ti improves the oxidation resistance by improving the adhesion of the Al ₂ O ₃ film generated by high-temperature oxidation, and forms carbides and nitrides to reduce solid solution C and N. This has the effect of improving the toughness of the hot-rolled steel strip. To obtain such an effect, the Ti content needs to be 0.05 wt% or more. However, excessive addition of Ti rather deteriorates the toughness of the hot-rolled steel strip, so the upper limit of Ti is set to 0.25 wt%. Therefore, the Ti content of the fiber of the present invention is in the range of 0.05 to 0.25 wt%. More preferably, it is 0.10 to 0.20 wt%.
[0025]
O: 0.0050 mass% or less O reduces the oxidation resistance of stainless steel, so its content is limited to 0.0050 mass% or less.
[0026]
In the present invention, in addition to the above essential components, if necessary, Mo: 0.1 wt% or less, Cu: 0.1 wt% or less, Nb: 0.1 wt% or less, Ca: 0.01 mass% or less. , Mg: 0.01 mass% or less and REM (La, Ce, etc.): 0.1 wt% or less. Oxidation resistance can be improved by adding these components.
[0027]
Next, the characteristics of the stainless steel sheet used as the material of the stainless steel fiber according to the present invention will be described.
First, the results of an investigation on the high-temperature strength characteristics of a stainless steel plate, which is a fiber material, which determines the durability of a refractory will be described. In experiments, as examples of the present invention, C: 0.020 mass%, Si: 0.33 mass%, Mn: 0.29 mass%, Cr: 17.72 mass%, Ti: 0.17 mass%, P: 0.026 mass%, S: 0.001 mass%, Al: 3.07 mass%, N: 0.004 mass%, O: 0.0006 mass%, a stainless steel plate was used. As a comparative material, a SUS430 steel plate was used. The tensile strength in the temperature range from to 800 ° C. was measured.
[0028]
FIG. 1 shows the measurement results. According to this figure, the stainless steel sheet of the present invention is superior in tensile strength in the temperature range of about 500 ° C. or less, while the SUS430, which is a conventional material, is superior in the temperature range of about 500 ° C. or less. You can see that there is. Therefore, the stainless steel fiber to be mixed into the refractory is preferably made of the stainless steel sheet of the present invention, and the durability of the refractory can be greatly improved.
[0029]
Next, the oxidation resistance of the fiber material was investigated. In the experiment, as the stainless steel sheet of the present invention, C: 0.009 mass%, Si: 0.4 mass%, Mn: 0.28 mass%, Cr: 17.9 mass%, Ti: 0.15 mass%, P: 0. A steel plate composed of 019 mass%, S: 0.0007 mass%, Al: 2.8 mass%, N: 0.009 mass%, and O: 0.00061 mass% was used. As a comparative material, SUS304 was used in addition to SUS430. The oxidation resistance was evaluated by the following two methods.
[0030]
(Oxidation resistance test (1))
A test piece taken from the steel sheet was heated in a furnace in an air atmosphere kept at 1000 ° C. for 30 minutes and then cooled for 10 minutes as one cycle, and the heat treatment was repeated 500 cycles. The oxidation increase of the test piece was measured. FIG. 2 shows the results. From this figure, it can be seen that the increase in oxidation of the stainless steel sheet of the present invention at 1000 ° C. is 1/100 or less as compared with conventional SUS430 or SUS304, indicating that the stainless steel sheet shows excellent oxidation resistance.
[0031]
(Oxidation resistance test (2))
A test piece taken from the above steel sheet was kept in a furnace under a heated atmosphere for 50 hours continuously, and the amount of increase in oxidation at that time was measured. In this case, the furnace temperature was changed in a unit of 100 ° C. from 700 to 1300 ° C. FIG. 3 shows the results, and it can be seen that the stainless steel sheet of the present invention exhibited excellent oxidation resistance as compared with the conventional material.
[0032]
From the above oxidation resistance test results, the stainless steel sheet of the present invention has extremely excellent oxidation resistance as compared with conventional SUS430 and SUS304, and is suitable as a reinforcing fiber mixed into a refractory. Was confirmed.
[0033]
For reference, the physical and mechanical properties of stainless steel, which is the material of the fiber of the present invention, are shown in Table 2 in comparison with the conventional material, SUS430.
[Table 2]

[0035]
Next, a method for producing the stainless steel fiber according to the present invention will be described. The stainless steel fiber of the present invention is formed by a thin plate shearing method. An example of this method is shown in FIG. 4, and a material steel plate 5 having a thickness of 0.3 to 0.5 mm slit to a width corresponding to the length of a fiber is fed to a shearing machine by a feed roller 4 at a constant speed. This is a method in which the shearing blade (cutter) 2 attached to the rotating drum 1 continuously shears while loading. The fiber 7 produced by this method undergoes deformation such as burrs, twists, and bends at the time of shearing, and thus has an effect of greatly increasing the bonding strength between the refractory and the fiber, and is preferable as a reinforcing material for the refractory. Has features.
[0036]
Further, in the present invention, it is preferable to further increase the adhesive strength by intentionally shaping the fiber shape. As a method of processing the fiber into a corrugated shape, the steel sheet is made uneven by a roller for feeding the material to a shearing machine, a groove 6 is formed on the surface of the die 3 (see FIG. 4), or the shearing blade 2 is devised. A method of shearing or the like can be used.
[0037]
In addition, it is preferable that the cutting length of the stainless steel fiber according to the present invention is approximately the same as the plate thickness, and specifically, it is preferable that the cutting length be 0.3 to 0.5 mm. Further, the length of the fiber is preferably about 15 to 25 mm from the viewpoint of the reinforcing effect of the refractory and the dispersion characteristics.
[0038]
【Example】
Hereinafter, specific application examples of the stainless steel fiber of the present invention will be described.
(Example 1) Application to a continuous casting tundish cover When a castable used for a tundish cover cracks and peels off, the fragments fall into molten steel and are taken into the steel slab, resulting in internal quality. And adversely affect surface quality. Then, when a castable material containing 3 wt% of the fiber of the present invention was used for this cover, the occurrence of peeling could be almost completely eliminated. As a result, the service life of the castable to which the present invention is applied can be improved to about three times as compared with the case where the conventional SUS430 is mixed, and the total cost including the casting cost of the castable is also 30 times. ４０40% could be reduced.
[0039]
(Example 2) Application to a stirrer and a molten steel insert container in a steelmaking plant A fiber-reinforced castable container used for desulfurization of molten steel at 1400 to 1500 ° C is repeatedly immersed in molten steel, so that a thermal shock is generated. large. By applying the castable reinforced with the fiber of the present invention to this container, sufficient thermal shock resistance was exhibited, and the life of the container could be extended about twice as compared with the conventional SUS430 mixed product.
[0040]
(Example 3) Application to a hearth of a heating furnace The hearth outer edge castable of a rotary hearth heating furnace has a square shape due to contact due to expansion overhang of an inner brick and thermal stress generated by heating and cooling accompanying rotation of the furnace. Chipping frequently occurred, and the service life of the conventional product (SUS430-added product) was about one year. When the fiber of the present invention was added to this castable, the original shape could be maintained after use for two years or more.
[0041]
(Example 4) Application of a stainless steel sheet continuous heat treatment furnace to a heat insulating plate In a continuous heat treatment furnace of a stainless steel sheet, a high-temperature room and a water-cooling room are adjacent to each other, and a castable heat insulating plate disposed at a boundary between the two rooms. Is used with one side heated to a high temperature of 1100 ° C., while the other side is exposed to water droplets from a water cooling chamber. Therefore, in the conventional product (SUS430-added product), it was necessary to replace the castable in about 3 months. However, by using the castable in which the fiber of the present invention was added at 4 wt%, the peeling was small and the life was extended for 6 months or more. I was able to.
[0042]
Example 5 Application of Tunnel Kiln Truck to Car Top The tunnel kiln truck is passed through a ceramic furnace heated to 1300 to 1350 ° C. At this time, the car top of the kiln truck is heated to a temperature of about 1000 ° C. for about 30 hours, cooled to about 300 ° C., and taken out of the furnace. For this reason, spalling was severe due to expansion and contraction, and the useful life of the conventional product (SUS304 added product) was 15 to 16 times. When a castable to which 2.0% by weight of the fiber of the present invention was added was applied to this portion, it was possible to use it 29 times, and the life was extended.
[0043]
(Example 6) Application to ceiling arch of heating furnace In a heating furnace used under a condition in which the temperature in the furnace is 1370 ° C, the life of the refractory in the ceiling arch part in the furnace is longer than that of the conventional product (SUS430-added product). About a year. When the castable reinforced with the fiber of the present invention was applied to this arch portion, the life could be extended to more than two and a half years. In addition, total costs including repair costs and brick furnace costs were also significantly reduced.
[0044]
Example 7 Application to Heat Shield A tunnel cover type heat shield installed at an outlet of a slab heating furnace is exposed to a high temperature due to the movement of a slab whose inside is heated, and the outside thereof is a hot roll. It is used in a state where water drops of cooling water are applied. In addition, mechanical vibration is severe. For this reason, the heat shield was apt to cause cracks, chipping, and peeling, and the life of the heat shield using the conventional product (SUS430) was about 6 months. On the other hand, when the fiber of the present invention was added at 5.0 wt%, the fiber could be used without repair for 11 months, and the total cost could be reduced to 50%.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a fiber alloy which is superior in tensile strength, oxidation resistance and high-temperature durability as compared with the related art. Further, by mixing the stainless steel fiber of the present invention into a refractory, it is possible to greatly improve the life of the refractory and reduce the cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing the high-temperature strength of stainless steel as a fiber material of the present invention.
FIG. 2 is a view showing the oxidation resistance of stainless steel as a fiber material of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing the oxidation resistance of stainless steel as a fiber material of the present invention.
FIG. 4 is a view schematically showing a method for producing a stainless steel fiber by a thin plate shearing method.
[Explanation of symbols]
1: rotating drum 2: shear blade 3: die 4: feed roller 5a: stainless steel sheet (fiber material)
5b: Stainless steel sheet (fiber material)
6: Die groove 7: Fiber

Claims

C: 0.1 wt% or less, Si: 1.50 wt% or less,
Mn: 1.0 wt% or less, Cr: 15 to 25 wt%,
Ti: 0.05 to 0.25 wt%, P: 0.04 wt% or less,
S: 0.03 wt% or less, Al: 1.4 to 6.0 wt%,
N: 0.05 wt% or less, O: 0.0050 mass% or less,
A stainless steel fiber for refractories, the balance being Fe and unavoidable impurities.

In addition to the above component composition,
Mo: 0.1 wt% or less, Nb: 0.1 wt% or less,
Cu: 0.1 wt% or less, Ca: 0.01 wt% or less,
The stainless steel fiber according to claim 1, wherein one or two or more kinds selected from Mg: 0.01 wt% or less and REM: 0.1 wt% or less are contained.

The stainless steel fiber according to claim 1, wherein the stainless steel fiber is used by being mixed with an amorphous refractory raw material or an unfired refractory raw material.

The stainless steel fiber according to any one of claims 1 to 3, wherein the shape of the stainless steel fiber is a waveform.

C: 0.1 wt% or less, Si: 1.50 wt% or less,
Mn: 1.0 wt% or less, Cr: 15 to 25 wt%,
Ti: 0.05 to 0.25 wt%, P: 0.04 wt% or less,
S: 0.03 wt% or less, Al: 1.4 to 6.0 wt%,
N: 0.05 wt% or less, O: 0.0050 mass% or less,
A method for producing a stainless steel fiber for a refractory, comprising forming a thin plate material, the remainder of which comprises Fe and unavoidable impurities, into a fiber by a shearing method.

In addition to the above component composition,
Mo: 0.1 wt% or less, Nb: 0.1 wt% or less,
Cu: 0.1 wt% or less, Ca: 0.01 wt% or less,
The method for producing a stainless steel fiber according to claim 5, wherein one or more kinds selected from Mg: 0.01 wt% or less and REM: 0.1 wt% or less are contained.

The method according to claim 5, wherein the fiber is formed into a corrugated shape.