JP5722475B2 - 特定の酸化物配合物に対するバリヤーとして作用する高水準のセラミックを装填した改質MCrAlY組成物の選択酸化 - Google Patents
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Description
本発明は、様々な用途に対する保護コーティングの生産における新規なMCrAlY配合物、及び前記配合物から誘導されるコーティングを製造する方法に関する。具体的には、MCrAlYコーティングは、特定の保護酸化物スケールを選択的に形成する能力を保持しながら大容量のセラミックで作製することができる複合材料であり、これは、付着した物質並びに他の望ましくない酸化物のピックアップの開始をなくするか又は遅らせる。
連続焼鈍ライン(以後、「CAL」と呼ぶ)は、典型的には鋼帯の熱処理に用いられている。垂直CAL及び連続亜鉛メッキライン(以後、「CGL」と呼ぶ)は、通常は加熱炉、浸漬炉及び冷却炉のそれぞれの区画に分けられている。所定の熱処理サイクルは、炉温度と一般に鋼帯速度と呼ばれる鋼帯がそれぞれの炉区画で費やす時間を制御することによって行われる。熱処理区画は、炉ロールを備えており、連続焼鈍及び/又は連続亜鉛メッキ工程を可能にする。炉ロールは、垂直熱処理区画の上部及び下部に配置されている転写ロールとして作用し、金属帯板を、これらの炉ロールによって懸垂されて、特異的雰囲気における温度に必要な時間置きながら、通過させる。これらのロールは、典型的には、鉄酸化物を金属鉄に転換する還元性雰囲気中で600℃−1200℃の範囲の温度で作動する。これらのロールは、長期間の連続操作にわたって高温で鋼帯を運搬する能力を保持することができなければならない。しかしながら、例えば、一層速いライン速度、より高温及び先進高強度鋼(以後、「AHSS」と呼ぶ)の処理などの過酷な操作条件の結果として、ロールは、ロール表面の摩損及びロールプロフィールなど幾つかの潜在的問題を受けやすい。更に、酸化物又は鉄粉型粒子状物質のロール表面への付着は、操作中に鋼帯からロールに移ることがある。粘着材料のロール表面への蓄積は、典型的には「ピックアップ」と呼ばれる。付着した物質のピックアップは、炉ロールが鋼帯表面に品質を損なうキズをつけることなく、鋼帯の運搬及び移動を行うことができない濃度にまで蓄積することがある。従って、炉を操業停止して、ロールの表面を清掃し又は交換できるようにしなければならない。炉の操業停止は、鋼生産に関してかなりの損失をもたらす。その上、炉を修理の目的で開放して冷却させた後、焼鈍温度にまで再加熱する際には、膨大な量のエネルギーが損失する。通常は、ラインを定期保守の目的で1年に1又は2回操業停止するが、不定期の操業停止は、製鉄業者にとってより高いコスト負担の一因となる。
本発明の目的及び利点は、関連する好ましい実施態様の下記の詳細な説明から一層よく理解されるであろう。本発明の開示内容は、様々な用途に対する保護コーティングの生産における新規なMCrAlY配合物に関する。本発明の配合物は、炉ロールを包含するが、これに限定されない高温での用途に特に好適である。開示内容は、本明細書では様々な実施態様で及び本発明の様々な側面及び特徴に関して提示される。
通常のMCrAlY配合物(本明細書では比較例1と呼ばれ、米国特許第4,124,737号公報に開示されている)を用いて、米国特許第5,741,556号公報に記載の方法を用いてコーティングを製造し、前記特許公報の開示内容は、そのまま参考として本明細書に引用されている。MCrAlYの組成は、54wt%Co、25wt%Cr、7.5wt%Al、10wt%Ta、及びY、Si及びCのそれぞれについて1%未満であった。MCrAlYを10wt%のAl2O3セラミックと混合して、90wt%のMCrAlYと10wt%のAl2O3の複合混合物を製造し、これは75容積%のMCrAlY及び25容積%のAl2O3と同等であった。前記で説明したように、コーティングをオーステナイト系ステンレス鋼基材に適用した。生成するコーティング組成は、51wt%Co、22.5wt%Cr、12wt%Al、9wt%Ta、5wt%O、及びY、Si及びCのそれぞれについて1%未満であった。炉条件は、CAL及びCGLにおけるコーティングを施した炉ロールで見られるピックアップを促進しシミュレートするようにデザインした。
通常のMCrAlY配合物(本明細書では比較例2と呼ばれ、米国特許第4,822,689号公報に開示されている)を用いて、米国特許第5,741,556号公報に記載の方法を用いてコーティングを製造した。MCrAlYの組成は、54wt%Co、25wt%Cr、7.5wt%Al、10重量%Ta、及びY、Si及びCのそれぞれについて1%未満であった。MCrAlYを30wt%のAl2O3セラミックと混合し、70wt%のMCrAlY及び30wt%のAl2O3の複合混合物を製造し、これは50容積%のMCrAlY及び50容積%のAl2O3と同等であった。コーティングを、オーステナイト系ステンレス鋼基材に適用した。生成するコーティング組成は、40wt%Co、17.5wt%Cr、21wt%Al、7wt%Ta、14wt%O、及びY、Si及びCのそれぞれについて1%未満であった。炉条件は、比較例1と同様に、CAL及びCGLにおけるコーティングを施した炉ロールで見られるピックアップを促進しシミュレートするようにデザインした。
もう一つの通常のMCrAlY配合物(本明細書では比較例3と呼ばれ、米国特許第6,572,518号公報の誘導体として開示されている)を用いて、米国特許第5,741,556号公報に記載の方法を用いてコーティングを製造した。MCrAlYの組成は、75wt%Ni、16wt%Cr、5wt%Al、3wt%Fe及び0.5wt%Yであった。MCrAlYを30wt%セラミックと混合して、70wt%MCrAlY及び30wt%セラミックの複合混合物を製造し、これは50容積%MCrAlY及び50容積%セラミックと同等であった。このセラミックは、Y2O3とCr3C2の混合物であった。Y2O3は、79wt%Y及び21wt%Oの配合を有し(総複合体の20wt%であった)。Cr3C2は、87wt%Cr及び13wt%Cの配合を有し(総複合体の10wt%であった)。コーティングを、オーステナイト系ステンレス鋼基材に適用した。生成するコーティング組成は、53wt%Ni、20wt%Cr、3.5wt%Al、16wt%Y、4wt%O、2.6wt%C及び2wt%Feであった。炉条件は、比較例1と同様に、CAL及びCGLにおけるコーティングを施した炉ロールで見られるピックアップを促進しシミュレートするようにデザインした。
100%アルミナ(Al2O3)を用いて、米国特許第5,741,556号公報に記載の方法を用いて上塗り層(約50μmの厚みを有する)を製造した。900℃におけるアルミナ層とオーステナイト系ステンレス鋼の間のCTEミスマッチにより、ボンディングコート層(比較例1の50μm)を用いてCTEグラディエントを形成し、アルミナオーステナイト系ステンレス鋼基材間のCTEミスマッチ応力を減少させた。炉条件は、比較例1と同様に、CAL及びCGLにおけるコーティングを施した炉ロールで見られるピックアップを促進しシミュレートするようにデザインした。アルミナ層は、有害な混合酸化物形成に対するバリヤーとして作用しなかった。元素ドットマップは、Fe/FeO及びMn/MnOはAl2O3スケールと反応して混合酸化物形成物を形成することを示していた。
本発明による改質MCrAlY配合物(本発明では例1と呼ばれる)を用いて、米国特許第5,741,556号公報に記載の方法を用いて熱溶射皮膜を製造した。改質MCrAlYの組成は、57wt%Co、20wt%Cr、7.5wt%Al、10wt%Nb、5wt%Ni及び0.5wt%Yであった。改質MCrAlYは、いずれのセラミックとも混合しなかった。従って、生成するコーティング組成物は、蒸着工程中に幾らかの内部酸化物の形成の結果として1−2wt%の酸素の添加を除き、改質MCrAlYと同じ組成であった。炉条件は、比較例1と同様に、CAL及びCGLにおけるコーティングを施した炉ロールで見られるピックアップを促進しシミュレートするようにデザインした。
改質MCrAlY配合物を用いて、米国特許第5,741,556号公報に記載の方法を用いてコーティングを製造した。改質MCrAlYの組成は、57wt%Co、20wt%Cr、7.5wt%Al、10wt%Nb、5wt%Ni及び0.5wt%Yであった。改質MCrAlYを20wt%Al2O3セラミックと混合して、80wt%MCrAlY及び20wt%Al2O3の複合混合物を製造し、これは60容積%MCrAlY及び40容積%Al2O3と同等であった。コーティングを、オーステナイト系ステンレス鋼基材に適用した。生成するコーティング組成は、46wt%Co、16wt%Cr、17wt%Al、8wt%Nb、4wt%Ni、9wt%O及び1wt%未満のYであった。炉条件は、比較例1と同様に、CAL及びCGLにおけるコーティングを施した炉ロールで見られるピックアップを促進しシミュレートするようにデザインした。
改質MCrAlY配合物を用いて、米国特許第5,741,556号公報に記載の方法を用いてコーティングを製造した。改質MCrAlYの組成は、57wt%Co、20wt%Cr、7.5wt%Al、10wt%Nb、5wt%Ni及び0.5wt%Yであった。改質MCrAlYを30wt%Al2O3セラミックと混合して、70wt%MCrAlY及び30wt%Al2O3の複合混合物を製造し、これは50容積%MCrAlY及び50容積%Al2O3と同等であった。コーティングを、オーステナイト系ステンレス鋼基材に適用した。生成するコーティング組成は、40wt%Co、14wt%Cr、21wt%Al、7wt%Nb、3.5wt%Ni、14wt%O及び1wt%未満のYであった。炉条件は、比較例1と同様に、CAL及びCGLにおけるコーティングを施した炉ロールで見られるピックアップを促進しシミュレートするようにデザインした。
Claims (13)
- i.改質MCrAlY配合物であって、M、Cr、Al及びY並びにNbを含むがケイ素及びハフニウムを含まないことを特徴とする配合物であって、
Mがコバルト、ニッケル、鉄及びそれらの組合せからなる群から選択され、Coが45−75重量%(wt%)(改質MCrAlY配合物の総重量に基づく)の量であり、Niが0−12wt%(改質MCrAlY配合物の総重量に基づく)の量であり及びFeが0−12wt%(改質MCrAlY配合物の総重量に基づく)の量であり、
Crが15−25wt%(改質MCrAlY配合物の総重量に基づく)の量であり、
Yが0.1−1.0wt%(改質MCrAlY配合物の総重量に基づく)の量であり、
Alが5−10wt%(改質MCrAlY配合物の総重量に基づく)であり、並びに
Nbが6−15wt%(改質MCrAlY配合物の総重量に基づく)の量である
配合物、並びに
ii.セラミック材料であって、複合材料の15−45wt%の量でMCrAlY配合物に配合され、金属酸化物である、セラミック材料
を含む、複合材料。 - i.Coが50−65重量%(wt%)(改質MCrAlY配合物の総重量に基づく)の量であり、Niが2−8wt%(改質MCrAlY配合物の総重量に基づく)の量であり及びFeが0−6wt%(改質MCrAlY配合物の総重量に基づく)の量であり、
Crが18−22wt%(改質MCrAlY配合物の総重量に基づく)の量であり、
Yが0.25−0.65wt%(改質MCrAlY配合物の総重量に基づく)の量であり、
Alが6−8wt%(改質MCrAlY配合物の総重量に基づく)の量であり、
Nbが8−11wt%(改質MCrAlY配合物の総重量に基づく)の量であり、並びに
ii.セラミック材料が複合材料の18−32wt%の量でMCrAlY配合物に配合されている
請求項1に記載の複合材料。 - セラミック材料が、アルミナ、他の金属イオンをドープしたアルミナ、ジルコニア、アルミノシリケート、イットリア、イットリア安定化ジルコニア、マグネシア安定化ジルコニア、ジルコン、ジルコニア強化アルミナ、シリカ、ムライト、及びそれらの組合せからなる群から選択される金属酸化物である、請求項1に記載の複合材料。
- セラミックがアルミナである、請求項3に記載の複合材料。
- セラミック材料が複合材料の18−32wt%の量のアルミナである、請求項4に記載の複合材料。
- i.改質MCrAlYによって表され及びM、Cr、Al及びY並びにNbを含むがケイ素及びハフニウムを含まないことを特徴とする第一成分であって、
Mがコバルト、ニッケル、鉄及びそれらの組合せからなる群から選択され、Coが45−75wt%(改質MCrAlYの総重量に基づく)の量であり、Niが0−12wt%(改質MCrAlYの総重量に基づく)の量であり及びFeが0−12wt%(改質MCrAlYの総重量に基づく)の量であり、
Crが15−25wt%(改質MCrAlYの総重量に基づく)の量であり、
Yが0.1−1wt%(改質MCrAlYの総重量に基づく)の量であり、
Alが5−10wt%(改質MCrAlYの総重量に基づく)であり、並びに
Nbが6−15wt%(改質MCrAlYの総重量に基づく)の量である
第一成分、並びに
ii.保護複合コーティングの15−45wt%の量で第一成分中に分散したセラミック材料を含む第二成分
を含む、保護複合コーティング。 - セラミック材料が、セラミック材料が、アルミナ、他の金属イオンをドープしたアルミナ、ジルコニア、アルミノシリケート、イットリア、イットリア安定化ジルコニア、マグネシア安定化ジルコニア、ジルコン、ジルコニア強化アルミナ、シリカ、ムライト、及びそれらの組合せからなる群から選択される金属酸化物である、請求項6に記載の保護複合コーティング。
- セラミック材料が保護複合コーティングの18−32wt%の量のアルミナである、請求項7に記載の保護複合コーティング。
- 改質MCrAlYが、保護コーティングの表面にアルミナ層を形成することができる、請求項8に記載の保護複合コーティング。
- コーティングの酸素含量が保護複合コーティングの7−25wt%である、請求項7に記載の保護複合コーティング。
- 前記アルミナ層が2−25μmの厚さである、請求項9に記載の保護複合コーティング。
- 前記コーティングが基材上に配置されている、基材及び請求項6に記載のコーティングを含む物品。
- コーティングが、基材と熱バリヤーコーティングの間に配置されたボンディングコートである、請求項6に記載の保護コーティング。
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