JP4219544B2

JP4219544B2 - Heating furnace components

Info

Publication number: JP4219544B2
Application number: JP2000312208A
Authority: JP
Inventors: 和潔來村; 敏朗安楽; 憲治坪内; 純生飯田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date: 2000-10-12
Filing date: 2000-10-12
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2020-10-12
Also published as: JP2002115975A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、鋼材を加熱したり熱処理したりする加熱炉内において被加熱鋼材を支持搬送するための搬送ローラやスキッドボタンなどの耐ビルドアップ性に優れる加熱炉用部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
厚鋼板や薄鋼板、丸や角などの棒鋼や鋼管などの各種形状の鋼材の加熱や熱処理に用いられる加熱炉内にある被加熱鋼材を支持、搬送するための搬送ローラやスキッドボタン、ウォーキングビームなどの加熱炉用部材の表面には、被加熱鋼材から剥離脱落する金属粉や酸化スケールが堆積、固着するいわゆるビルドアップ現象が生じる。
【０００３】
このビルドアップは、被加熱鋼材の表面に押し込み疵を発生させ、その製品の商品価値を著しく低下させるだけでなく、被加熱鋼材が加熱炉用部材上の所定の位置に在ることを妨げ、搬送不良を生じさせる。
【０００４】
このため、従来から、種々の対策が採られてきた。すなわち、その主たる対策は、加熱炉用部材の表面をセラミックで被覆する方法（例えば特開平１−１３９７１５号公報、同１−１７６０２０号公報）や、加熱炉用部材を耐焼き付き性に優れた耐熱合金製にすること（例えば特開平２−１４１５２２号公報）などである。
【０００５】
しかし、これらの対策は、ビルドアップが発生するのを抑制できるだけで、その発生自体を防ぐことができないため、耐ビルドアップ性が十分でない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は、ビルドアップの発生自体をも防ぐことが可能な耐ビルドアップ性の優れた加熱炉用部材を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の目的を達成すべく、ビルドアップの発生状況を詳細に調査した結果、以下のような知見を得た。
【０００８】
ビルドアップ現象は、熱処理で鋼材が酸化されて生じた酸化皮膜（以下、鋼材スケールという）が搬送用部材に堆積し、さらに、鋼材により押圧されて表面に固着する。これが繰り返され、ビルドアップを形成するに至る。
【０００９】
さらに、鋼材スケールが搬送用部材に固着する原因は、搬送用部材の表面酸化物が鋼材スケールと反応して固着に寄与する場合や搬送用部材表面の凹凸により固着する場合がある。
【００１０】
しかし、搬送用部材表面の酸化がビルドアップ形成の速度を上回る場合、搬送用部材表面から固着した鋼材スケールを脱落させることができ、ビルドアップ形成に至らない。
【００１１】
この発明は、上記の知見に基づいて完成させたもので、その要旨は、「加熱炉内において被加熱鋼材を支持搬送するための加熱炉用部材であって、少なくとも被加熱鋼材と接する部分の表層部が、酸化速度の遅い耐熱合金中に酸化速度の速いセラミックス粒子を分散させた溶射肉盛材からなり、当該加熱炉用部材の使用される加熱炉と同じ雰囲気および温度による１００時間の酸化試験後における表面酸化層の平均厚みから算出される酸化速度が０．１μｍ／ｈ以上の素材からなる加熱炉用部材。」である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明において、加熱炉用部材（以下、単に「部材」ともいう）の少なくとも被加熱鋼材と接する部分の表層部を構成する素材の酸化速度を上記のごとく限定した理由を作用とともに説明する。
【００１３】
加熱炉用部材の少なくとも被加熱鋼材と接する部分の表層部を構成する素材の酸化速度が遅い場合、部材表面において鋼材スケールと部材の表面酸化物とが反応したり、部材表面の凹凸を起点として部材表面に鋼材スケールが固着し、鋼材により押圧されてビルドアップの形成に至る。
【００１４】
しかし、部材が使用される加熱炉と同じ雰囲気および温度による１００時間の酸化試験後における表面酸化層の平均厚みから算出される酸化速度が０．１μｍ／ｈ以上の素材の場合、部材（素材）表面への鋼材スケール固着が起こっても、部材（素材）表面の酸化層とともに鋼材スケールが脱落し、ビルドアップの形成には至らない。このことは、後述する実施例の結果からも明らかである。
【００１５】
ここで、上記酸化試験後における表面酸化層の平均厚みとは、酸化試験後に断面の顕微鏡観察を行い、部材（素材）表面上に生成した素材の酸化物（金属材料の酸化物または金属材料の酸化物とセラミックスの酸化物）からなる層を表面酸化層と見なして視野内の表面酸化層面積を求め、この表面酸化層面積を視野幅で除して算出される値である。
【００１６】
上記の酸化速度を得るための素材は、酸化速度の遅い耐熱合金中に酸化速度の速いセラミックス粒子を分散させた溶射肉盛材からなり、上記条件の酸化試験による酸化速度が０．１μｍ／ｈ以上で、かつ被加熱鋼材を支持するのに必要な強度を有するものでありさえすればよく、部材が使用される加熱炉の雰囲気、温度および部材に作用する負荷荷重に応じて任意に選ぶことができる。
【００１７】
具体的に説明すると、その素材は、被加熱鋼材を支持するのに必要な強度を有する種々の化学組成からなる酸化速度の遅い耐熱合金中に酸化速度の速いセラミックス粒子を分散させた溶射肉盛材であって、上記条件の酸化試験による酸化速度が０．１μｍ／ｈ以上とする。
【００１８】
上記の合金材料としては、例えば、Ｃｒを含むＦｅ基合金であればＣｒ量を減らした合金や、Ｗを含むＦｅ基合金であればその合金中の鉄成分や鋼材スケール中の鉄成分と反応して異常酸化を起こすように成分設計された合金などで、具体的に例示すれば、ＳＵＳ４１０や２５％Ｃｒ−７％Ｎｉ−３％Ｍｏ−３％Ｗ−残Ｆｅ合金などを挙げることができる。
【００１９】
上記溶射肉盛材としては、ＳＵＳ３０９やハステロイＣ２７６（１５％Ｃｒ−１６％Ｍｏ−３％Ｗ−４％Ｆｅ−残Ｎｉ）のような酸化速度の遅い耐熱合金中に、ＮｂＣ、ＴｉＣ、ＮｂＮ、ＶＮ、ＷＮなどの酸化速度の速い炭化物や窒化物からなるセラミックス粒子を分散させたものを挙げることができる。なお、酸化速度の遅い耐熱合金中に分散させる酸化速度の速い炭化物や窒化物からなるセラミックス粒子の混合割合は特に制限されず、加熱炉用部材が使用される加熱炉の雰囲気と温度において前記の酸化速度０．１μｍ／ｈ以上が得られるように適宜配合すればよい。
【００２０】
上記の酸化速度は、ビルドアップの発生を防ぐ観点からは大きければ大きいほどよいことから、その上限は特に制限しない。しかし、酸化速度があまりにも大きいと、部材の減少が大きくなって寿命が短くなるので、大きくても０．３μｍ／ｈ程度にするのがよい。
【００２１】
本発明の加熱炉用部材は、素材が金属材料の場合、その全体を素材のみで構成してもよいが、基材を高強度な金属材料とし、その基材の被加熱鋼材と接する表層部のみ素材で構成するのが好ましい。
【００２２】
【実施例】
《実施例１》
表１に示す１３種類の供試材を準備し、次に述べる耐ビルドアップ性試験に供した。なお、表１に示す各供試材の酸化速度は、表１に示す雰囲気および温度条件のもとで１００時間加熱保持する酸化試験を予め行って求めた値である。
【００２３】
【表１】

耐ビルドアップ性試験：
図１に示すように、準備した供試材Ｔ（上端部分が素材）の上方に、炭素鋼（ＳＳ４１）製の回転押圧部材Ｗを配置する一方、相対向する端部の外周に高周波加熱コイルＨを配置し、両材の端部を表１に示すのと同じ雰囲気および温度で１時間加熱した後、回転押圧部材Ｗを５ｒｐｍにて回転させながら、２．９４ＭＰａの荷重を６秒間負荷後１００秒間無負荷とする操作を１００回繰り返す。そして、この操作を３回（合計３００回）繰り返した後、供試材Ｔの上端面に残存したスケール厚を調べ、スケール厚が２００μｍ未満のものをビルドアップ形成なし「○」、２００μｍ以上のものをビルドアップ形成有り「×」として評価し、その結果を表１に併せて示した。
【００２４】
なお、ビルドアップ形成の有無基準を、供試材Ｔの上端面に残存したスケール厚２００μｍとしたのは、スケール厚２００μｍ未満のものの場合、回転押圧部材Ｗ（被加熱鋼材に相当）にビルドアップ起因の手入れを必要とする有害な疵の発生が認められなかったのに対し、２００μｍ以上のものでは回転押圧部材Ｗにビルドアップ起因の有害な疵の発生が認められたことによる。
【００２５】
表１に示したように、酸化速度が０．１μｍ／ｈ以上の素材を用いた供試材（No. １〜６）には、いずれも、ビルドアップは形成しなかった。これに対し、酸化速度が０．１μｍ／ｈ未満の素材を用いた供試材（No. ７〜１３）には、ビルドアップが形成した。
《実施例２》
表２に示す４種類の搬送ロールを準備し、これらを雰囲気が種々異なる設定炉温１０００℃の実機熱処理炉の使用に供する試験を行い、実際の炉温における１００時間使用後における搬送ロール表面の酸化速度を調べる一方、ビルドアップ形成の有無を実施例１と同じ基準により評価した。以上の結果を、表２に、用いた素材、炉内の雰囲気、温度と併せて示した。なお、No. １７の搬送ロールは、Ｓｉ₃Ｎ₄のみからなるロールである。
【００２６】
【表２】

表２に示したように、素材の酸化速度が０．１μｍ／ｈ以上であった搬送ロール（No. １４、１５）にはビルドアップは形成しなかった。これに対し、素材の酸化速度が０．１μｍ／ｈ未満であった搬送ロール（No. １６、１７）にはビルドアップが形成した。
【００２７】
【発明の効果】
この発明の加熱炉用部材は、大きなビルドアップが形成されない。このため、被加熱鋼材にビルドアップ起因の欠陥が生じないので良好な品質の製品が得られる他、搬送不良が生じることがない。また、加熱炉や熱処理炉の炉温を室温程度にまで低下させてのビルドアップ除去作業が不要になるので、エネルギー低減およびコスト低減が図れるのに加え、加熱、熱処理能率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例における耐ビルドアップ性試験の方法を示す模式図である。
【符号の説明】
Ｔ：供試材、
Ｗ：回転押圧部材、
Ｈ：高周波加熱コイル。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heating furnace member having excellent build-up resistance such as a transport roller and a skid button for supporting and transporting a steel material to be heated in a heating furnace that heats or heat-treats the steel material.
[0002]
[Prior art]
Transport rollers, skid buttons, and walking beams for supporting and transporting heated steel in heating furnaces used for heating and heat treatment of steel plates of various shapes such as steel plates and steel plates such as round and square steel bars and steel pipes A so-called build-up phenomenon occurs in which metal powder or oxide scale that peels and drops from the steel material to be heated accumulates and adheres to the surface of the heating furnace member.
[0003]
This build-up not only causes indentation flaws on the surface of the steel to be heated and significantly reduces the commercial value of the product, but also prevents the steel to be heated from being in a predetermined position on the heating furnace member, Causes conveyance failure.
[0004]
For this reason, various measures have been taken conventionally. That is, the main countermeasures are a method of coating the surface of the heating furnace member with ceramic (for example, JP-A Nos. 1-139715 and 1-176020), and a heat resistance of the heating furnace member excellent in seizure resistance. It is made of an alloy (for example, JP-A-2-141522).
[0005]
However, these countermeasures can only suppress the occurrence of build-up, and cannot prevent the occurrence itself, so that the build-up resistance is not sufficient.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a heating furnace member having excellent buildup resistance that can prevent the occurrence of buildup itself.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
As a result of detailed investigation of the occurrence of buildup in order to achieve the above object, the present inventors have obtained the following knowledge.
[0008]
In the build-up phenomenon, an oxide film (hereinafter referred to as a steel material scale) generated by oxidizing a steel material by heat treatment is deposited on a conveying member, and is further pressed by the steel material and fixed to the surface. This is repeated until a build-up is formed.
[0009]
Furthermore, the cause of the steel material scale sticking to the conveying member may be that the surface oxide of the conveying member reacts with the steel scale to contribute to the sticking or the surface of the conveying member is stuck due to irregularities.
[0010]
However, when the oxidation on the surface of the conveying member exceeds the speed of the build-up formation, the steel scale adhered from the surface of the conveying member can be removed, and the build-up formation is not achieved.
[0011]
The present invention was completed based on the above findings and has as its gist, a heating furnace member for supporting conveying the heated steel in a "furnace, the portion in contact with at least the heated steel The surface layer portion is made of a sprayed cladding material in which ceramic particles having a high oxidation rate are dispersed in a heat-resistant alloy having a low oxidation rate, and is oxidized for 100 hours in the same atmosphere and temperature as the heating furnace in which the heating furnace member is used. A heating furnace member made of a material having an oxidation rate calculated from an average thickness of the surface oxide layer after the test of 0.1 μm / h or more.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, in the present invention, the reason why the oxidation rate of the material constituting the surface layer portion of at least the portion in contact with the steel material to be heated of the heating furnace member (hereinafter also simply referred to as “member”) will be described together with the action. .
[0013]
When the oxidation rate of the material constituting the surface layer part of the heating furnace member at least in contact with the steel material to be heated is slow, the steel material scale reacts with the surface oxide of the member on the member surface, or the unevenness of the member surface is the starting point. A steel material scale adheres to the surface of the member and is pressed by the steel material to form a buildup.
[0014]
However, when the material has an oxidation rate of 0.1 μm / h or more calculated from the average thickness of the surface oxide layer after an oxidation test for 100 hours under the same atmosphere and temperature as the heating furnace in which the member is used, the member (material) Even if the steel scale adheres to the surface, the steel scale falls off together with the oxide layer on the surface of the member (material), and build-up is not formed. This is also clear from the results of Examples described later.
[0015]
Here, the average thickness of the surface oxide layer after the oxidation test is a cross-sectional microscopic observation after the oxidation test, and a material oxide (metal oxide or metal material generated on the surface of the member (material)). This is a value calculated by regarding the surface oxide layer area in the field of view as a surface oxide layer, and by dividing the surface oxide layer area by the field width.
[0016]
The material for obtaining the oxidation rate is made of a thermal sprayed material in which ceramic particles having a high oxidation rate are dispersed in a heat-resistant alloy having a low oxidation rate, and the oxidation rate by the oxidation test under the above conditions is 0.1 μm / h. As long as it has the strength required to support the steel material to be heated as described above, it is arbitrarily selected according to the atmosphere and temperature of the heating furnace in which the member is used and the load applied to the member Can do.
[0017]
Specifically, the material is sprayed cladding containing dispersed fast ceramic particles oxidation rate slower heat the alloy oxidation rate consisting of a variety of chemical compositions having the strength required to support the heated steel It is a material , The oxidation rate by the oxidation test of the said conditions shall be 0.1 micrometer / h or more.
[0018]
Examples of the alloy materials, for example, an alloy or with a reduced amount of Cr if Fe-based alloy containing Cr, if Fe-based alloy containing W and iron component of the iron component and steel scales in the alloy reaction For example, SUS410 and 25% Cr-7% Ni-3% Mo-3% W-residual Fe alloy can be cited as specific examples of alloys designed to cause abnormal oxidation. .
[0019]
The above and then is sprayed cladding material, in a slow heat-resistant alloy oxidation rate such as SUS309 and Hastelloy C276 (15% Cr-16% Mo-3% W-4% Fe- residual Ni), NbC, TiC, Examples include NbN, VN, WN or the like in which ceramic particles made of carbide or nitride having a high oxidation rate are dispersed . In addition, the mixing ratio of ceramic particles made of carbide or nitride having a high oxidation rate dispersed in a heat-resistant alloy having a low oxidation rate is not particularly limited. What is necessary is just to mix | blend suitably so that an oxidation rate of 0.1 micrometer / h or more may be obtained.
[0020]
The above oxidation rate is preferably as large as possible from the viewpoint of preventing buildup, and therefore the upper limit is not particularly limited. However, if the oxidation rate is too high, the number of members is increased and the life is shortened. Therefore, it is preferable that the rate be at most about 0.3 μm / h.
[0021]
When the raw material is a metal material, the heating furnace member of the present invention may be composed entirely of the raw material, but the base material is a high-strength metal material, and the surface layer portion in contact with the heated steel material of the base material It is preferable that it is composed only of a material.
[0022]
【Example】
Example 1
Thirteen kinds of test materials shown in Table 1 were prepared and subjected to the build-up resistance test described below. In addition, the oxidation rate of each test material shown in Table 1 is a value obtained by conducting in advance an oxidation test that is heated and held for 100 hours under the atmosphere and temperature conditions shown in Table 1.
[0023]
[Table 1]

Build-up resistance test:
As shown in FIG. 1, a rotating pressing member W made of carbon steel (SS41) is disposed above the prepared specimen T (the upper end portion is made of a material), while a high-frequency heating coil is disposed on the outer periphery of the opposite ends. After H was placed and the ends of both materials were heated for 1 hour at the same atmosphere and temperature as shown in Table 1, the load of 2.94 MPa was applied for 6 seconds while rotating the rotary pressing member W at 5 rpm. The operation of making no load for 100 seconds is repeated 100 times. Then, after repeating this operation three times (total 300 times), the scale thickness remaining on the upper end surface of the test material T was examined. The products were evaluated as “×” with build-up formation, and the results are also shown in Table 1.
[0024]
In addition, the scale thickness of 200 μm remaining on the upper end surface of the test material T was used as the basis for the presence or absence of build-up formation. The generation of harmful wrinkles that require maintenance due to the cause was not observed, whereas the generation of harmful wrinkles due to build-up was observed in the rotary pressing member W in the case of 200 μm or more.
[0025]
As shown in Table 1, no buildup was formed on any of the test materials (Nos. 1 to 6) using materials having an oxidation rate of 0.1 μm / h or more. On the other hand, build-up was formed on the test materials (Nos. 7 to 13) using materials having an oxidation rate of less than 0.1 μm / h.
Example 2
Four types of conveyance rolls shown in Table 2 were prepared, and these were subjected to a test for use in an actual heat treatment furnace having a set furnace temperature of 1000 ° C. with different atmospheres. While examining the oxidation rate, the presence or absence of build-up formation was evaluated according to the same criteria as in Example 1. The above results are shown in Table 2 together with the materials used, the atmosphere in the furnace, and the temperature. Incidentally, No. 17 transport roll is a roll consisting of only Si ₃ N _4.
[0026]
[Table 2]

As shown in Table 2, no buildup was formed on the transport rolls (No. 14, 15) in which the oxidation rate of the material was 0.1 μm / h or more. On the other hand, build-up was formed on the transport rolls (No. 16, 17) in which the raw material oxidation rate was less than 0.1 μm / h.
[0027]
【The invention's effect】
A large buildup is not formed in the heating furnace member of the present invention. For this reason, since the defect due to buildup does not occur in the steel material to be heated, a product of good quality is obtained, and no conveyance failure occurs. In addition, the build-up removal work by lowering the furnace temperature of the heating furnace or heat treatment furnace to about room temperature is not required, so that energy and cost can be reduced, and heating and heat treatment efficiency is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a method for a build-up resistance test in Examples.
[Explanation of symbols]
T: Test material
W: rotation pressing member,
H: High frequency heating coil.

Claims

A heating furnace member for supporting and transporting a steel material to be heated in a heating furnace, and at least a surface layer portion in contact with the steel material to be heated disperses ceramic particles having a high oxidation rate in a heat-resistant alloy having a low oxidation rate. The oxidation rate calculated from the average thickness of the surface oxide layer after an oxidation test for 100 hours under the same atmosphere and temperature as the heating furnace used for the heating furnace member is 0.1 μm / h. A heating furnace member made of the above materials.