JP2017002371A - Surface-treated metallic pipe for heat treatment furnace - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属の線材を熱処理するために用いられる熱処理炉の部材とその表面処理に関するものである。 The present invention relates to a member of a heat treatment furnace used for heat treating a metal wire and its surface treatment.
金属の線材は、高温に加熱して熱処理を行う方法として、コイル状の線材、あるいはリールに巻かれた線材を、そこから巻き出して単独の金属線にして、インラインで加熱・冷却すること(連続炉熱処理と呼ぶ)が広く行われている。この時、線材は、高温における表面の酸化等の反応を抑制するために、無酸化あるいは還元性の雰囲気ガスが導入されたステンレス製の熱伝導性の良い金属製パイプ、あるいはマッフルとよばれる管の中を通され、線材の加熱は、パイプの外側から、電気あるいはガスにより加熱された金属製パイプを介して行われる。これに対し、線材をコイルごと炉に入れて熱処理する方式(バッチ式炉という)があるが、これと比較して、連続炉熱処理は、線材をムラなく均一に熱処理することができ、加熱と雰囲気ガスの流入を効率よく行うことができるので、経済的にも優れている。 Metal wire is a method of heat treatment by heating to a high temperature, and coiled wire or wire wound on a reel is unwound from there to be a single metal wire that is heated and cooled inline ( Called continuous furnace heat treatment). At this time, the wire is made of a stainless steel metal pipe with good thermal conductivity, or a pipe called muffle, into which a non-oxidizing or reducing atmosphere gas is introduced in order to suppress reactions such as surface oxidation at high temperatures. The wire is heated from the outside of the pipe through a metal pipe heated by electricity or gas. On the other hand, there is a method (called a batch type furnace) in which the wire is put into the furnace together with the coil (referred to as a batch furnace), but in comparison with this, the continuous furnace heat treatment can heat the wire uniformly and without heating. Since atmospheric gas can be efficiently introduced, it is economically superior.
熱処理では、加熱温度と温度保持時間が重要なパラメータとなる。連続炉熱処理を行う場合、これに対応するのが、金属製パイプの温度、線材の移動速度、金属製パイプの長さであり、生産性を考慮して線材の移動速度を上げるためには、十分長い金属製パイプが必要となる。 In the heat treatment, the heating temperature and the temperature holding time are important parameters. When performing continuous furnace heat treatment, it is the temperature of the metal pipe, the moving speed of the wire, and the length of the metal pipe that correspond to this, in order to increase the moving speed of the wire considering the productivity, A sufficiently long metal pipe is required.
一般に、連続炉熱処理では、線材の断面に比べ、金属製パイプの長さは非常に大きくなる。例えば、線径が5ミリメータ前後の線材を熱処理するためには、約8メートル程度のパイプが要求される。また、効率よく加熱と温度保持を行い、品質的および経済的観点から必要十分な上記ガスを流すためには、例えば、外径が34mmの場合はパイプの肉厚は約3.0mm程度、また、外径が42.7mmの場合は、肉厚は4.9mm程度となり、内径は限られ、また金属製パイプの曲げ剛性を大きくとることはできない。 In general, in the continuous furnace heat treatment, the length of the metal pipe is very large compared to the cross section of the wire. For example, in order to heat-treat a wire having a wire diameter of around 5 millimeters, a pipe of about 8 meters is required. In addition, in order to efficiently heat and maintain the temperature and to flow the above-mentioned gas necessary and sufficient from the viewpoint of quality and economy, for example, when the outer diameter is 34 mm, the thickness of the pipe is about 3.0 mm, When the outer diameter is 42.7 mm, the wall thickness is about 4.9 mm, the inner diameter is limited, and the bending rigidity of the metal pipe cannot be increased.
こうした金属製パイプに線材を通した場合、内径が小さいので、線材は金属製パイプの中で撓んで内壁と接触する。また、金属製パイプも剛性が低く、常温で真直ぐであっても、加熱されて膨張すると変形して蛇行してしまい、線材と接触しやすくなる。 When a wire is passed through such a metal pipe, the inner diameter is small, so the wire is bent in the metal pipe and comes into contact with the inner wall. Further, even when the metal pipe has low rigidity and is straight at room temperature, it is deformed and meanders when heated and expanded, and is likely to come into contact with the wire.
一般に、金属は温度が上がると軟化するので、線材も加熱時にパイプの中で軟化している。また、線材と金属製パイプの内壁は、無酸化あるいは還元性雰囲気にあるため、表面の酸化スケールが減少して、非常に活性な表面を露出している。 Generally, since metal softens when the temperature rises, the wire also softens in the pipe when heated. Moreover, since the inner walls of the wire and the metal pipe are in a non-oxidizing or reducing atmosphere, the oxide scale on the surface is reduced to expose a very active surface.
高温で、活性な表面をもつ軟化した線材が、同じく活性化している金属製パイプの内壁に接触すると、凝着あるいは溶着が生じ、線材が移動することで擦り疵が発生し、線材に重大な欠陥をもたらす。特に、ステンレス製のパイプと同種材であるステンレス線材を熱処理するときは、凝着や溶着が加速して、こうした擦り疵が発生し易くなる。 When a softened wire with an active surface at high temperature comes in contact with the inner wall of a metal pipe that is also activated, adhesion or welding occurs, and the wire moves, causing scuffing, which is serious for the wire. Bring about defects. In particular, when heat-treating a stainless steel wire that is the same material as the stainless steel pipe, adhesion and welding are accelerated, and such scuffs are likely to occur.
熱処理の温度が高いほど、例えば、1000℃以上に加熱される条件では、金属製パイプの変形(蛇行)が大きくなり、また、線材の軟化と表面の活性化が進み、擦り疵は発生し易くなる。 The higher the temperature of the heat treatment, the greater the deformation (meandering) of the metal pipe, for example, under the condition of being heated to 1000 ° C. or higher, and the softening of the wire and the activation of the surface progress, and scuffing is likely to occur. Become.
線材は、熱処理を行う前に洗浄等を行い、表面の清浄化が行われることもあるが、前工程で使用された伸線の潤滑剤に含まれるカルシウム、ナトリウム、シュウ酸塩、リン酸塩、ケイ酸塩、油分等がある程度、残存して付着しており、これらがパイプ内で加熱され反応して、硬い炭化物等の固体(塊)となって金属製パイプの内壁に蓄積する。 The wire may be cleaned before heat treatment to clean the surface, but calcium, sodium, oxalate, phosphate contained in the wire drawing lubricant used in the previous process Silicates, oils, and the like remain and adhere to some extent, and these are heated and reacted in the pipe to form solids (lumps) such as hard carbide and accumulate on the inner wall of the metal pipe.
この硬い炭化物等の固体が一定以上の大きさになり、またシャープなコーナーを有する場合、移動する線材と接触すると、軟化した線材は表面にアブレイシブな(ひっかき状の)疵を発生する。 When the solid such as hard carbide has a certain size or more and has a sharp corner, the softened wire generates an abraded (scratch-like) wrinkle on the surface when it comes into contact with the moving wire.
金属製パイプの内壁に蓄積した炭化物等の硬い固体による疵の発生を防ぐために、通常、年に最低一回程度、定期的にパイプを交換していたが、これが生産性を低下とコストアップにつながり、大きな負担となっていた。 In order to prevent the occurrence of soot due to hard solids such as carbides accumulated on the inner wall of metal pipes, pipes were normally replaced at least once a year, but this lowered productivity and increased costs. It was a big burden.
こうした主に2種類の擦り疵を防ぐために、これまでに多くの方法が検討されてきた。まず、線材と金属製パイプの内壁との直接の接触を防ぐために、撓みを小さくする目的で線材に引張り力(張力)を与えることが考えられたが、軟化した線材に伸びが発生し、断面の寸法が減少し、寸法不良を生じることとなり、十分に大きな引張り力を与えることができなかった。 Many methods have been studied so far in order to prevent these two types of scuffs. First, in order to prevent direct contact between the wire and the inner wall of the metal pipe, it was considered to apply a tensile force (tension) to the wire in order to reduce the deflection, but the softened wire was stretched and the cross section As a result, the dimension was reduced, resulting in a defective dimension, and a sufficiently large tensile force could not be applied.
線材と金属製パイプの内壁の接触を避けるために、外径が金属製パイプの内径以下で、短尺のセラミックスパイプを金属製パイプに挿入することが試みられた。しかし、セラミックスのパイプの内面には、線材が持ち込む潤滑剤の残存物により、同様の炭化物等の硬い塊が固着形成され、擦り疵を防ぐことはできなかった。(特許文献1) In order to avoid contact between the wire and the inner wall of the metal pipe, an attempt has been made to insert a short ceramic pipe having an outer diameter equal to or smaller than the inner diameter of the metal pipe into the metal pipe. However, a hard lump of the same carbide or the like was fixedly formed on the inner surface of the ceramic pipe by the residual lubricant brought in by the wire, and it was not possible to prevent scuffing. (Patent Document 1)
同様の目的で、セラミックスのボールをパイプ内に多数挿入し、転がりを用いて擦り疵を防ぐことも考えられたが、セラミックボール上に形成された炭化物等が、軟化した線材に擦り傷を発生させ、疵を解消するには至らなかった。(特許文献2参照) For the same purpose, it was considered that many ceramic balls were inserted into the pipe and rolling was used to prevent rubbing. However, carbides formed on the ceramic balls caused scratches on the softened wire. I couldn't get rid of the habit. (See Patent Document 2)
さらに、線材とパイプの内壁との直接の接触を防ぐために、耐熱クロスや、セラミックスのシートを金属製パイプに挿入し、線材の擦り疵を防止することが考えられた。しかし、この方法では、セラミックス表面の酸化を防ぐための還元性ガスの増量が必要となり、コストアップの問題を生じていた。特に、熱処理の温度が、1000℃を超える処理において顕著であり、また、セラミックスシートが破損することもあった。(特許文献3参照) Furthermore, in order to prevent direct contact between the wire and the inner wall of the pipe, it has been considered to insert a heat-resistant cloth or a ceramic sheet into the metal pipe to prevent the wire from rubbing. However, this method requires an increase in the amount of reducing gas to prevent the oxidation of the ceramic surface, resulting in a problem of cost increase. In particular, the temperature of the heat treatment is remarkable in the treatment exceeding 1000 ° C., and the ceramic sheet may be damaged. (See Patent Document 3)
線材の連続熱処理炉において、線材を、無酸化あるいは還元性の雰囲気ガスを流しながら効率よく加熱、温度保持、冷却を行うために、金属製パイプの中を走行させる際、線材がパイプの内壁に接触して溶着することにより発生する擦り疵、あるいは金属製パイプ内に生成した硬い炭化物等の固体に接触し、擦れて削られることにより生じる擦り疵の発生を抑制することを課題とする。 In a continuous heat treatment furnace for wire, when the wire is run through a metal pipe in order to efficiently heat, maintain and cool the wire while flowing a non-oxidizing or reducing atmosphere gas, the wire is applied to the inner wall of the pipe. It is an object of the present invention to suppress the generation of scraping generated by contact and welding, or generated by contact with a solid such as a hard carbide generated in a metal pipe and scraping by scraping.
これまで擦り疵防止対策として行われてきた、耐熱クロス、セラミックスのシート、セラミックスのボールなどの部材をパイプに挿入したり取り出したりする方法は、手間がかかる面倒な作業であり、また、こうした部材が金属製パイプ内に導入されることで、雰囲気ガスの増量が必要となった。こうした部材をパイプに挿入することなく、疵の発生を抑制することを課題とする。 The methods of inserting and removing members such as heat-resistant cloth, ceramic sheets, and ceramic balls, which have been used as countermeasures against rubbing so far, into a pipe are time-consuming and troublesome operations. As a result, it was necessary to increase the amount of atmospheric gas. It is an object to suppress the generation of wrinkles without inserting such a member into the pipe.
線材が持ち込んだ潤滑材の残存物が、高温で蒸発し、金属製パイプ内に蓄積して硬い炭化物等の塊を形成し、移動する線材に擦り疵を発生するが、この擦り疵の原因となる塊はパイプの内壁に密着し金属製パイプから容易に取り除くことができないため、金属製パイプそのものを交換していた。金属製パイプを熱処理炉から取り出して交換することなく、出来る限り取付けたまま、金属製パイプ内に蓄積して硬い炭化物等の塊を取り除いて金属パイプの交換頻度を低減しながら、疵の発生を抑制することを課題とする。 Residue of the lubricant brought in by the wire is evaporated at a high temperature and accumulates in the metal pipe to form a hard carbide lump, which generates scuffs on the moving wire. Since the resulting lump was in close contact with the inner wall of the pipe and could not be easily removed from the metal pipe, the metal pipe itself was replaced. Without removing the metal pipe from the heat-treating furnace and replacing it as much as possible, it accumulates in the metal pipe and removes lumps of hard carbide etc. accumulated in the metal pipe, reducing the frequency of replacement of the metal pipe and reducing the occurrence of soot It is a problem to suppress.
これまで、熱処理稼働中に、金属製パイプの内壁の状態を、線材に生じる疵を防止の観点から、評価することが出来なかったので、早めに金属製パイプを交換していた。金属製パイプの内壁の状態を監視・評価できるようにすることで、金属製パイプの適切な交換時期を予測し、効率の良い金属製パイプの交換を行いながら、疵の発生を抑制することを課題とする。 In the past, during the heat treatment operation, the state of the inner wall of the metal pipe could not be evaluated from the viewpoint of preventing wrinkles generated in the wire, so the metal pipe was replaced early. By making it possible to monitor and evaluate the condition of the inner wall of the metal pipe, it is possible to predict the appropriate replacement time of the metal pipe and to suppress the occurrence of soot while performing efficient metal pipe replacement. Let it be an issue.
金属の線材を連続熱処理するための熱処理炉にあって、線材を挿入、通過させて、無酸化あるいは還元雰囲気の中で加熱熱処理するために使用される耐熱金属パイプにおいて、その内面あるいは全面に、六方晶窒化ホウ素を主成分とする膜を成膜した金属製パイプを用いる。 In a heat treatment furnace for continuously heat-treating a metal wire, in the heat-resistant metal pipe used for heat treatment in a non-oxidizing or reducing atmosphere by inserting and passing the wire, on the inner surface or the entire surface thereof, A metal pipe formed with a film mainly composed of hexagonal boron nitride is used.
上記の六方晶窒化ホウ素が98%以上の純度であることを特徴とする六方晶窒化ホウ素を成膜した金属製パイプを用いる。 A metal pipe having a hexagonal boron nitride film formed using the hexagonal boron nitride having a purity of 98% or more is used.
上記の六方晶窒化ホウ素において、膜厚が0.2μm〜5.0μmであることを特徴とする金属製パイプを用いる。 In the above hexagonal boron nitride, a metal pipe having a film thickness of 0.2 μm to 5.0 μm is used.
上記の六方晶窒化ホウ素を成膜した金属製パイプと線材の間の電気抵抗を計測することで、六方晶窒化ホウ素膜の膜厚を求め、六方晶窒化ホウ素膜の能力と残存寿命を予測することができる金属製パイプを用いる。
By measuring the electrical resistance between the metal pipe on which the hexagonal boron nitride film is formed and the wire, the film thickness of the hexagonal boron nitride film is obtained, and the ability and remaining life of the hexagonal boron nitride film are predicted. Metal pipe that can be used.
本発明は、線材の熱処理において、線材の表面の酸化を抑制するために、線材が通過するパイプの中に雰囲気ガスを流しながら、熱処理を行う連続熱処理炉において、処理中に線材表面に発生する疵を防止するために、表面処理を行った金属製パイプに関するものである。 The present invention generates heat on the surface of the wire during the treatment in a continuous heat treatment furnace in which heat treatment is performed while flowing atmospheric gas through the pipe through which the wire passes to suppress oxidation of the surface of the wire during heat treatment of the wire. The present invention relates to a metal pipe that has been surface-treated to prevent wrinkles.
図1に、連続熱処理炉の加熱炉7において、熱処理をされる線材1、線材1を加熱するための連続熱処理炉における金属製パイプ2、金属製パイプ2を外側から加熱して線材1を加熱するためのヒーター3、および雰囲気ガスの導入口4を模式的に示す。雰囲気ガスは、アルゴンガスや変成された還元性のガスなど、酸化を防ぎ、また、過度の酸化スケールが発生しないために用いられるガスを指している。金属製パイプ2は複数(10本程度)を並列して炉内に設置されるが、ここでは説明をわかりやすくするため、その中の一本について示している。
In FIG. 1, in a
金属製パイプ2は、一般にヒーター3により800℃以上に加熱され、線材1を所定の温度に加熱する。このため、金属製パイプ2に使用される材質は、高温での耐食性の高いSUS310などのステンレスが主に使用されるが、高温の耐食性が十分であれば、他の材質も使用することが可能である。
The
金属製パイプ2の長さSが、線材1の径Tに比べ大きく(SとTの比ははおよそ2000)、また金属製パイプ2の内径Uは線材1の径Tに比べそれほど大きくないため(UとTの比は10以下)、線材1は、実際には炉の中で図2(a)のように重力で撓み、図2(b)の金属製パイプの内壁21に接触している。また、ヒーター3による加熱で、金属製パイプ2自身は熱膨張して伸びるが、この時、加熱炉7により長さ方向に拘束があるため、金属製パイプ2は、曲りあるいは蛇行を生じる。これにより、線材1と金属製パイプの内壁21とは、重力以外の要因からも接触が生じ、線材1が進行方向Wに動くため、両者の相対的な擦れは避けられない。
The length S of the
また、線材の表面11の酸化を防ぐために、雰囲気ガス導入口4から導入される雰囲気ガスVの中で、加熱は行われる。そのため、線材の表面11および金属製パイプの内壁21は、非常に化学的に活性になっており、接触すると図2(b)のように凝着Oを生じ、線材1が進行方向Wに移動することで、図2(c)のように線材の表面11に凝着による擦り疵Pを発生する。
In order to prevent oxidation of the surface 11 of the wire, heating is performed in the atmospheric gas V introduced from the
図3に、これを防ぐための本発明である六方晶窒化ホウ素膜5を金属製パイプの内壁21に形成させた金属製パイプ2を示す。
FIG. 3 shows a
窒化ホウ素には、高圧で作られる立方晶窒化ホウ素(c-BN)と、常圧で作られる六方晶窒化ホウ素(h-BN)があるが、前者は、合成ダイヤモンドに次いで硬い構造をもつ化合物であり、切削工具等に用いられる。立方晶窒化ホウ素には、摩擦係数を小さくする構造がないため、擦られると線材の表面11に擦り疵がつく。 Boron nitride includes cubic boron nitride (c-BN) made at high pressure and hexagonal boron nitride (h-BN) made at normal pressure. The former is a compound with a hard structure next to synthetic diamond. It is used for cutting tools and the like. Cubic boron nitride does not have a structure that reduces the friction coefficient, and therefore, when rubbed, the surface 11 of the wire rod is rubbed.
これに対し、六方晶窒化ホウ素は、グラファイト、二硫化モリブデン、雲母などと同様、二次元的に共有結合で連結した平板状の構造が、弱い結合力(ファンデルワールス力)で積み重なった層状の構造(積層構造)をしており、平板状の構造が容易にせん断変形して滑ることで、小さい摩擦係数を示す。これにより、加熱された軟化した線材1がこの上を擦られても、六方晶窒化ホウ素膜5がせん断変形するため、図2に示すような線材の表面1に凝着による擦り疵Pがつくことはない。すなわち、六方晶窒化ホウ素膜5は、線材の表面11と金属パイプの表面21の間に入り、金属同士の直接の接触を防いで凝着を防ぐと共に、摩擦係数が小さく滑り性が良いので、線材1が六方晶窒化ホウ素膜5の上を擦られても線材の表面11に疵をつけることがない。
On the other hand, hexagonal boron nitride, like graphite, molybdenum disulfide, and mica, has a layered structure in which two-dimensionally linked flat structures are stacked with weak bonding force (van der Waals force). It has a structure (laminated structure), and a flat structure easily shears and slides to show a small coefficient of friction. As a result, even if the heated softened
グラファイト、二硫化モリブデン、雲母も、同様の構造を示し、優れた固体潤滑剤として小さい摩擦係数を示すが、大気中では500℃以下でも酸化が進行し、また、無酸化雰囲気中でも約800℃で構造変化が生じて、前記の積層構造が壊れ、機能が著しく低下する。一方、六方晶窒化ホウ素は、大気中でも900℃まで安定しており、無酸化雰囲気では1800℃、窒素雰囲気では3000℃まで安定といわれている。今回、主たる対象となるステンレス鋼線材の溶体化熱処理温度は、1000℃〜1200℃であり、この温度領域で十分な構造的な安定性と良好な滑り性を有している。 Graphite, molybdenum disulfide, and mica also show the same structure and show a small coefficient of friction as an excellent solid lubricant. However, oxidation proceeds in the air at 500 ° C. or lower, and in a non-oxidizing atmosphere at about 800 ° C. A structural change occurs, the laminated structure is broken, and the function is significantly reduced. On the other hand, hexagonal boron nitride is stable up to 900 ° C. even in the air, and is said to be stable up to 1800 ° C. in a non-oxidizing atmosphere and 3000 ° C. in a nitrogen atmosphere. This time, the solution heat treatment temperature of the stainless steel wire which is the main target is 1000 ° C. to 1200 ° C., and has sufficient structural stability and good slipperiness in this temperature range.
六方晶窒化ホウ素膜5は、その成膜も比較的容易である。窒化ホウ素の粉末は、容易に水あるいは溶剤に溶けないが、適当な分散剤を用いることで、それらに溶け、また、金属製パイプ2の材質であるステンレス(SUS310)に対し適度な濡れ性を有しているので、室温で均一に広がり、安定した表面処理(成膜)ができる。
The hexagonal
尚、水の分散剤としては、オキシビスホスホン酸カリウム、カルボキシメチル、セルロースナトリウムなどが適当であり、また溶剤の分散剤としては、ニトロセルロース、イソプロピルアルコールが有効である。これらは、いずれも、六方晶窒化ホウ素20%に対し、2〜6%で使用するのが適当である。少ないと分散が不十分で、多すぎると六方晶窒化ホウ素膜5の偏析等のムラが生じて、安定した表面処理(成膜)ができないからである。
As the water dispersant, potassium oxybisphosphonate, carboxymethyl, sodium cellulose and the like are suitable. Nitrocellulose and isopropyl alcohol are effective as the solvent dispersant. All of these are suitably used at 2 to 6% with respect to 20% of hexagonal boron nitride. If the amount is too small, the dispersion is insufficient. If the amount is too large, unevenness such as segregation of the hexagonal
分散剤は、加熱炉7のヒーター3がオンとなり、金属製パイプ2の温度が500℃を超えると、すべて蒸発し、六方晶窒化ホウ素膜5だけが表面に残る。尚、使用される窒化ホウ素粉末の純度は、高温での機能に支障がないように、98%以上であることが好ましい。
When the
こうして成膜された六方晶窒化ホウ素膜5は、1000℃以上の高温において化学的に安定であると同時に、膜厚Xが均一であり、線材の表面11とパイプ内壁21の間に立ち、図2(c)のように凝着Oを抑制し、六方晶窒化ホウ素膜5が成膜された金属製パイプ2を通過する線材1は、線材の表面11に、擦り疵Pを発生することがない。
The hexagonal
六方晶窒化ホウ素の膜厚Xは、薄すぎると摩耗寿命が十分でない場合があり、0.2μm以上が必要である。また、厚すぎると、六方晶窒化ホウ素5の弾性率が金属製パイプの約2倍ある(390GPa)ことから、表面および界面に応力が発生して剥離を生じる恐れがある。曲げ試験の結果より、最大の膜厚Xは5μm以下とすることで安定した効果を発揮する。
If the film thickness X of the hexagonal boron nitride is too thin, the wear life may not be sufficient, and 0.2 μm or more is necessary. On the other hand, if it is too thick, the elastic modulus of
図4(a)に、線材1に残存する潤滑剤(カルシウム、ナトリウム、シュウ酸塩、リン酸塩、ケイ酸塩等)の気化Kにより、それらが金属製パイプ2に付着して、高温で硬い炭化物等の塊Lを形成して、パイプ内壁21に堆積した状態を示す。
In FIG. 4 (a), due to vaporization K of the lubricant (calcium, sodium, oxalate, phosphate, silicate, etc.) remaining in the
六方晶窒化ホウ素膜5がない場合、炭化物等の塊Lは、金属製パイプの表面21と反応することで、強く固着しており、この炭化物等の塊Lに線材1が擦られることにより、図4(c)のように通過した線材12に擦り疵Qを発生する。
When the hexagonal
擦り疵Qを防止するために、金属製パイプ2を炉に取付けたまま炭化物等の塊Lを掻き出すことを試みても、密着性が強いため、取り除くことは容易でない。そのため、金属製パイプ2を定期的に交換することが必要となり、この作業が生産上およびコストの点で大きな負担となっていた。
Even if an attempt is made to scrape off a lump of carbide or the like while the
六方晶窒化ホウ素膜5は、高温における安定性が、他の固体潤滑(例えばグラファイト、二硫化モリブデンなど)より優れ、カルシウム、ナトリウム、シュウ酸塩、リン酸塩、ケイ酸塩等、また、これらの炭化物等と1000℃以上でもほとんど反応しない。そのため、図5(a)の六方晶窒化ホウ素膜上の炭化物等の塊Mと六方晶窒化ホウ素膜5との密着力は化学的なものでなくなり、非常に小さくなる。
The hexagonal
六方晶窒化ホウ素膜5が金属製パイプ2の上に成膜されていると、残存する潤滑剤の気化Kにより生成する六方晶窒化ホウ素膜上の炭化物等の塊Mの密着力は低下しているので、図5(b)のように、パイプ端面22から、例えば5kg/cm2程度の圧力のエアブローNで容易に吹き飛ばされ、六方晶窒化ホウ素膜5の上の炭化物等の塊Mを除去することができる。これにより、金属製パイプを交換することなく、擦れ疵Qを防ぐことができる。
When the hexagonal
六方晶窒化ホウ素膜5が一定以上残存いれば、使用を継続できるので、金属製パイプの交換頻度が低下する。また、六方晶窒化ホウ素膜2が摩耗した後、同一の金属製パイプ2を使用して、再び表面処理を行い、六方晶窒化ホウ素膜5を再成膜することで可能なので、コストダウンも実現する。
If the hexagonal
線材1と六方晶窒化ホウ素膜5の間の摩擦係数は小さいので、摩耗による膜厚Xの減少の速度は小さく、また、前記の適切な膜厚Xの範囲であれば突然剥がれることがなく、摩耗速度は安定している。摩耗による膜厚の減少の速度が分かれば、六方晶窒化ホウ素膜2の残存する膜厚が求まり、六方晶窒化ホウ素膜2が成膜された金属製パイプ2の疵防止の機能の残された寿命が予測可能となり、金属製パイプ2の交換時期も明らかなものとなる。
Since the friction coefficient between the
六方晶窒化ホウ素は、非常に電気抵抗が大きく、およそ1×1016 Ωmといわれている。図6に、この六方晶窒化ホウ素の高い絶縁性を利用して、線材1と六方晶窒化ホウ素膜5を成膜した金属製パイプ2を繋いで回路6を作り、回路6の電気抵抗の変化を計測し、六方晶窒化ホウ素膜5の残存する膜Zの膜厚Xを求め、膜の余寿命hを予測するシステムの概念図を示す。回路6は、線材1との接点61、金属製パイプ2との接点62、直流電圧63と電流計64からなる。尚、接点62は測定精度を考慮して、図6のように金属製パイプの複数の箇所に設けることができる。電流値をi、電圧値をeとすると、線材1と六方晶窒化ホウ素膜5を成膜した金属製パイプ2の間の抵抗R、また、その他の回路6の抵抗rとすると
R=e/i−r
と求めることができる。抵抗Rが大きいほど残存する膜Zの膜厚Xが大きく、反対に抵抗Rが小さくなるに従い膜厚Xは減少する。抵抗Rが膜厚Xにほぼ比例することから、熱処理する線材1と熱処理条件に応じた比例係数aを求めて、残存する膜Zの膜厚Xを求めることができる。例えば、Rを「線材1」と「六方晶窒化ホウ素膜5」と「金属製パイプ2」の間の抵抗とし、tを六方晶窒化ホウ素膜5の膜厚Xの値とし、比例係数aを用いて、
t=a・R
から膜厚Xの値としてtを求めることができる。尚、一次式でなくRに関する2次式あるいは多項式等を使用することもできる。
Hexagonal boron nitride has a very high electrical resistance and is said to be approximately 1 × 10 16 Ωm. FIG. 6 shows a
R = e / i−r
It can be asked. The larger the resistance R, the larger the film thickness X of the remaining film Z. On the contrary, the film thickness X decreases as the resistance R decreases. Since the resistance R is substantially proportional to the film thickness X, the proportionality coefficient a corresponding to the
t = a ・ R
From this, t can be obtained as the value of the film thickness X. In addition, a quadratic expression relating to R, a polynomial, or the like can be used instead of the linear expression.
凝着による擦り疵P、および炭化物等の塊との擦り疵Qを発生させることのない膜厚Xの限界の値cを実験等から設定し、残存する膜Zの膜厚Xの値tと比較して、膜の減少速度vを用いることで、金属性パイプの余寿命hを予測することができる。すなわち
h=(t−c)/v
のように表される。余寿命hが分かれば、適正な時期に効率的に金属性パイプ2の交換ができる。これにより、従来1回/1年の程度行っていた金属製パイプ2の交換頻度が、大幅に低減させることができる。
The limit value c of the film thickness X that does not generate the scraping soot P due to adhesion and the scraping soot Q with a lump of carbide or the like is set from experiments and the like. In comparison, the remaining life h of the metallic pipe can be predicted by using the decrease rate v of the film. Ie
h = (t−c) / v
It is expressed as If the remaining life h is known, the
尚、六方晶窒化ホウ素膜5は、金属製パイプの内壁21だけでなく、金属製パイプ2の外周部を含めた全周であってよい。これは、この六方晶窒化ホウ素膜5が酸化雰囲気中であっても高温で安定であり、熱伝導性も良好であることによる。
The hexagonal
1 線材
2 金属製パイプ
3 ヒーター
4 雰囲気ガスの導入口
5 六方晶窒化ホウ素膜
6 回路
7 連続熱処理炉の加熱炉
11 線材の表面
12 通過した線材
21 金属製パイプの内壁
22 パイプ端面
61 線材との接点
62 金属製パイプとの接点
63 直流電圧
64 電流計
O 凝着
P 凝着による擦り疵
Q 擦り疵
K 残存する潤滑剤の気化
L 炭化物等の塊
M 六方晶窒化ホウ素膜上の炭化物等の塊
N エアブロー
R 抵抗
S パイプの長さ
T 線材の径
U 内径
V 雰囲気ガス
W 進行方向
X 膜厚
Z 残存する膜
a 比例係数
c 限界の値
i 電流値
e 電圧値
h 余寿命
r その他の回路の抵抗
t 膜厚の値
v 摩耗速度
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Wire surface 12 Passed
O adhesion
P Rub due to adhesion
Q rub
K Vaporization of remaining lubricant
L Mass of carbide
M Mass of carbide etc. on hexagonal boron nitride film
N Air blow R Resistance
S pipe length
T Wire diameter
U inner diameter
V Atmospheric gas
W direction of travel
X film thickness Z remaining film
a Proportional coefficient c Limit value i Current value e Voltage value h Remaining life r Other circuit resistance t Film thickness value v Wear rate
Claims (4)
By providing means for measuring the electrical resistance between the metal pipe on which the hexagonal boron nitride film is formed and the wire, the film thickness of the hexagonal boron nitride film is obtained, and the lifetime of the hexagonal boron nitride film is increased. The surface-treated metal pipe according to claim 1, which can be predicted.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015119280A JP2017002371A (en) | 2015-06-12 | 2015-06-12 | Surface-treated metallic pipe for heat treatment furnace |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (1)
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CN112646965A (en) * | 2020-11-13 | 2021-04-13 | 中国原子能科学研究院 | Manufacturing method for controlling deformation of ferrite/martensite steel hexagonal pipe |
-
2015
- 2015-06-12 JP JP2015119280A patent/JP2017002371A/en active Pending
Cited By (2)
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CN112646965A (en) * | 2020-11-13 | 2021-04-13 | 中国原子能科学研究院 | Manufacturing method for controlling deformation of ferrite/martensite steel hexagonal pipe |
CN112646965B (en) * | 2020-11-13 | 2022-03-11 | 中国原子能科学研究院 | Manufacturing method for controlling deformation of ferrite/martensite steel hexagonal pipe |
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