JP2012021121A - 酸化防止剤、酸化防止剤の製造方法及び金属材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】軟化点の異なる複数のガラスフリットと、600℃以下の融点を有する無機化合物とを含有する酸化防止剤。無機化合物は、主として600℃前後の低温域で軟化する。複数のガラスフリットは、主として600℃〜1300℃の温度域で軟化する。そのため、酸化防止剤は、広い温度域で金属素材表面を覆い、金属素材表面が酸化してスケールを生成するのを抑制する。
【選択図】図1
Description
好ましくは、難溶性の第2族金属塩は、炭酸マグネシウム及び/又は炭酸カルシウムである。
この場合、酸化防止剤の粘度の経時変化が抑制される。
本実施の形態による酸化防止剤は、軟化点の異なる複数のガラスフリットと、600℃以下の融点を有する無機化合物とを含有する。以降、600℃以下の融点を有する無機化合物を「低温無機化合物」と称する。ガラスフリット及び低温無機化合物の詳細を説明する。
複数のガラスフリットは、以下の方法で製造される。ガラスを構成する複数の周知の無機成分を混合する。混合された複数の無機成分を溶融し、溶融されたガラスを生成する。溶融されたガラスを水中又は空気中で急冷して固化する。固化されたガラスを、必要に応じて粉砕する。ガラスフリットは、以上の工程により製造される。
高温ガラスフリットは、高い軟化点を有する。酸化防止剤は、複数の高温ガラスフリットにより、1000℃以上の高温域において、適正な粘度を有する。酸化防止剤は、1000℃以上の高温域において、金属素材の表面に濡れ拡がり、金属表面を覆うことができる。このとき、酸化防止剤は、金属素材の表面に粘着する。
中温ガラスフリットは、高温ガラスフリットよりも低い軟化点を有する。酸化防止剤は、中温ガラスフリットにより、600℃〜1000℃の中温域において適正な粘度を有する。そのため、酸化防止剤は、高温域だけでなく、中温域においても、金属素材表面全体に濡れ広がり、表面を覆う。さらに、中温域において、酸化防止剤は、金属素材表面に安定して粘着する。そのため、中温域において、金属素材の表面は外気と接触するのを抑制され、スケールの生成が抑制される。
本実施の形態による酸化防止剤はさらに、600℃以下の融点を有する無機化合物(低温無機化合物)を含有する。低温無機化合物は好ましくは、400℃〜600℃の融点を有する。酸化防止剤は、低温無機化合物により、600℃以下の低温域において、金属素材表面全体に濡れ拡がり、金属素材表面に粘着しやすい。つまり、低温無機化合物は、低温域において、金属素材表面が外気に接触するのを抑制し、低温域においてスケールが生成するのを抑制する。
図1は、高温及び中温ガラスフリットの粘度と、低温無機化合物の粘度との関係を示す図である。図1は以下の方法により得られた。表1に示す高温ガラスフリットHT1及びHT2、中温ガラスフリットLT1及びLT2、低温無機化合物LLを準備した。
酸化防止剤は、上述のとおり、高温ガラスフリット、中温ガラスフリット及び低温無機化合物を含有する。酸化防止剤はさらに、水、懸濁剤、摩擦係数増加剤及び粘着剤の1種又は2種以上を含有してもよい。
水は、高温ガラスフリット、中温ガラスフリット及び低温無機化合物と混合され、スラリーを生成する。水を混合することにより、酸化防止剤はスラリーになる。そのため、加熱前の金属素材表面に酸化防止剤を略均一に塗布しやすい。
懸濁剤は、高温及び中温ガラスフリット等を溶液(水)中に略均一に分散する。懸濁剤はたとえば、ベントナイトやカオリン等の粘土類である。粘土類は、加熱されてもガスを発生しにくい。粘土類はさらに、焼失しない。したがって、粘土類は、ガラスフリット(高温及び中温ガラスフリット)が金属素材表面から脱落するのを抑制する。
加熱された金属素材は、熱間加工される場合がある。この場合、金属素材は、圧延ロールにより圧延されて金属板や金属条になる。また、穿孔機のプラグや傾斜ロールにより穿孔圧延されて金属管になる。したがって、金属素材は圧延ロールや傾斜ロールに噛み込まれやすい方が好ましい。圧延ロールや傾斜ロール等の熱間加工用ロールに対する、金属素材の摩擦係数が大きければ、金属素材は熱間加工用ロールに噛み込まれやすい。
酸化防止剤はさらに、金属素材表面との粘着力を向上するために、粘着剤を含有してもよい。粘着剤はたとえば、有機バインダである。有機バインダはたとえば、アクリル系樹脂である。
水を含む酸化防止剤は、常温では、上述のとおりスラリー(流動体)である。酸化防止剤が重量%で50%未満の水を含有する場合、常温において、酸化防止剤は、時間の経過とともにゲル化する場合がある。ゲル化すれば酸化防止剤の粘度が上昇する。また、ゲル塊が生成される場合がある。
酸化防止剤が重量%で55%以上の水を含有する場合、常温において、酸化防止剤の粘度が、時間の経過とともに低下する場合がある。このような粘度の経時変化も抑制した方が好ましい。
酸化防止剤は、上述の成分に加えて、他の成分を含有してもよい。たとえば、酸化防止剤は、亜硝酸ソーダに代表される無機電解質を含有してもよい。
本実施の形態による酸化防止剤に含有される各成分の含有率は特に限定されない。酸化防止剤内において、高温ガラスフリット100重量部に対して、好ましい各成分の含有率は以下のとおりである。中温ガラスフリットの好ましい含有率は、4〜20重量部である。低温無機化合物の好ましい含有率は、4〜20重量部である。水の好ましい含有率は100重量部以上である。水の含有率を調整すれば、常温において、金属素材表面に略均一に塗布可能な程度に、酸化防止剤の粘度を調整できる。
本実施の形態による酸化防止剤は、上述の各成分を混合することにより得られる。低温無機化合物が硼酸及び/又は酸化硼素である場合、好ましい酸化防止剤の製造方法は以下のとおりである。
図3は、上述の酸化防止剤を利用した金属材の製造方法の一例を示すフロー図である。図3を参照して、初めに、本実施の形態による酸化防止剤を準備する(S11)。酸化防止剤は、上述の方法により製造される。
金属素材を熱処理する場合、熱処理温度は1000℃以下の場合がある。たとえば、ステンレス鋼の焼き入れ温度は900℃〜1000℃程度である。また、焼き戻し温度は500℃〜650℃程度である。金属素材を熱処理する場合、金属素材を熱処理炉に収納し、金属素材を熱処理温度に加熱する。このとき、炉内の温度は時間の経過に伴って段階的に上昇する。炉内温度は制御装置により制御され、所定のヒートパターンに応じて段階的に上昇する。
金属素材を熱間加工して、鋼材や条鋼、鋼管等の金属材を製造する場合、金属素材は種々の温度域に加熱される。
表2に示すマーク1〜マーク4の供試材を複数本準備した。各供試材は20mm×20mm×15mmの形状を有した。
酸化防止剤A2は、表1に示す高温ガラスフリットHT2と、中温ガラスフリットLT2とを含有した。高温ガラスフリットHT2の1200℃における粘度は、2×102〜106dPa・sであった。中温ガラスフリットLT2の700℃における粘度は、2×102〜106dPa・sであった。酸化防止剤A2はさらに、低温無機化合物として硼酸を含有した。酸化防止剤A2中の高温ガラスフリットHT2の100重量部に対する各成分の含有率(重量部)は、表3に示すとおりであった。
調査結果を表2に示す。また、各供試材の断面写真画像(以下、断面画像という)を図4に示す。図4の各行には、各マーク1〜4の供試材の断面画像が配列される。図4の各列には、酸化防止剤を塗布していない供試材の断面画像、酸化防止剤A1が塗布された供試材の断面画像、酸化防止剤A2が塗布された供試材の断面画像がそれぞれ配列される。図4中の各断面画像において、下部の白色領域は供試材10である。上部の黒色領域はマクロ観察用の樹脂20である。白色領域10と黒色領域20とに挟まれた灰色の領域30は供試材に生成したスケールである。
2相ステンレス鋼からなる丸ビレットを2本準備した。2相ステンレス鋼は、ASTM規格 UNS S39274に相当する化学組成を有した。
図5に加熱後の丸ビレットの表面近傍部分の断面画像を示す。図5(A)は、酸化防止剤A1が塗布された丸ビレットの断面画像であり、図5(B)は酸化防止剤A2が塗布された丸ビレットの断面画像である。断面画像中の下部に配置される白色領域は供試材(丸ビレット)10である。断面画像の上部に配置される黒色部分はマクロ観察用の樹脂20である。図5(A)に見られる灰色領域はスケール30である。
上述の酸化防止剤A2を準備した。酸化防止剤A2は、47.8重量%の水を含有した。さらに、酸化防止剤A3及びA4を準備した。酸化防止剤A3は、酸化防止剤A2と同じ成分と、1重量%炭酸カリウム水溶液とを含有した。1重量%炭酸カリウム水溶液の酸化防止剤A3中の含有量は2重量%であった。
図6に調査結果を示す。図6の横軸は1重量%炭酸カリウム水溶液の含有量を示す。縦軸は、粘度(dPa・s)を示す。図中の「○」印は製造時の粘度を示し、「■」印は40日経過後の粘度を示す。
酸化防止剤A5を準備した。酸化防止剤A5は、酸化防止剤A2と比較して、水を多く含有した。酸化防止剤A5のその他の成分は、酸化防止剤A2と同じであった。具体的には、酸化防止剤A5は、100重量部の高温ガラスフリットHT2と、8.2重量部の中温ガラスフリットLT2と、8.2重量部の硼酸と、15.8重量部の粘土類と、1.0重量部の有機バインダとを含有した。酸化防止剤A5はさらに、重量%で55%の水を含有した。
図7に調査結果を示す。図7の横軸は経過日数(日)を示す。縦軸は、粘度(dPa・s)を示す。図中の「◆」印は、酸化防止剤A5の粘度を示す。「■」印は、酸化防止剤A6の粘度を示す。「▲」印は、酸化防止剤A7の粘度を示す。
20 マクロサンプル用樹脂
30 スケール
Claims (11)
- 軟化点の異なる複数のガラスフリットと、
600℃以下の融点を有する無機化合物とを含有し、加熱される金属素材の表面に塗布される、酸化防止剤。 - 請求項1に記載の酸化防止剤であって、
前記無機化合物は、400℃〜600℃の融点を有する無機塩及び/又は酸化物である、酸化防止剤。 - 請求項1又は請求項2に記載の酸化防止剤であって、
前記無機化合物は、硼酸及び/又は酸化硼素である、酸化防止剤。 - 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の酸化防止剤であって、
前記複数のガラスフリットは、
1200℃における粘度が2×102〜106dPa・sである高温ガラスフリットと、
700℃における粘度が2×102〜106dPa・sである中温ガラスフリットとを含有する、酸化防止剤。 - 請求項4に記載の酸化防止剤であって、
前記高温ガラスフリット100重量部に対して前記中温ガラスフリットを4〜20重量部含有し、前記無機化合物を4〜20重量部含有する、酸化防止剤。 - 請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の酸化防止剤であってさらに、
アルカリ金属塩を含有する、酸化防止剤。 - 請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の酸化防止剤であってさらに、
難溶性の第2族金属塩を含有する、酸化防止剤。 - 請求項7に記載の酸化防止剤であって、
前記難溶性の第2族金属塩は、炭酸マグネシウム及び/又は炭酸カルシウムである、酸化防止剤。 - 請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の酸化防止剤であってさらに、
懸濁剤を含有する、酸化防止剤。 - 軟化点の異なる複数のガラスフリットと、硼酸及び又は酸化硼素と、水とを、粉砕装置により粉砕混合して混合組成物を生成する工程と、
前記混合組成物に常温以下の水を混合して酸化防止剤を生成する工程とを備える、酸化防止剤の製造方法。 - 請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の酸化防止剤を金属素材の表面に塗布する工程と、
前記酸化防止剤が塗布された前記金属素材を加熱する工程とを備える、金属材の製造方法。
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