JPH03232920A - 鉄／クロム分散強化合金を使用したスキッドレール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、高温における強度および耐食性にすぐれた耐
熱合金で製造され、炉内雰囲気にざらされる構成部分を
有するスキッドレールに関する。

【従来の技術】

一般に鋼板や鋼線材は、ブルーム、スラブ、ビレット等
の鋼片を、ウオーキングビーム炉やプッシャー炉のよう
な加熱炉中で均一に加熱した後、圧延することにより製
造している。　これらの鋼片の、加熱炉内で炉床金物と
接触している部分の温度が他の部分の温度より低いと、
圧延後の鋼材に厚さムラを生じたり、割れが生じたりす
る。 これを防止するためには、炉床金物の被加熱体との接触
部分の温度を、被加熱体の均熱温度に近くすることが必
要である。　そのため、炉床金物の最高使用温度は１３
００℃以上の高温に達する。 従来、１１５０℃以上の高温に耐える炉床金物材の代表
的な例としては、ＦｅにＣｒ：２０〜３５％、Ｎ＋：１
５〜３５％、ＣＯ：５〜５０％を主成分とじ、その他固
溶強化元素としてＭｏ：０゜５〜５％、Ｗ：０．５〜５
％、Ｔａ：０．２〜４゜０％を添加した固溶強化型耐熱
鋳造合金が使用されてきた。　しかし、加熱炉のソーキ
ングゾーンにおけるスキッドレールは、１２００〜１３
５０°Ｃという高温にさらされる上に変形や摩耗が激し
い。　上記の固溶強化型耐熱鋳造合金は、このような高
温で使用するスキッドレールの材料として不満足である
。 耐熱性と耐摩耗性の高い炉床金物の材料として、セラミ
ックスを使用することが提案されている（たとえば実公
昭５５−３５３２６号）。　ところが、スキッドレール
に要求されるいまひとつの特性である耐衝撃性の観点か
ら好ましいファインセラミックス材料、たとえばＳ＋　
Ｃや８１３Ｎ４は、酸化性の強い雰囲気で使用すると、
酸化により容易に損偏してしまう。 一方、酸化物分散強化型超合金、すなわちＮ超超合金に
イツトリアＹ２Ｏ３のような高融点の酸化物の微細粒子
を分散させて強化した酸化物分散強化型超合金が、ガス
タービンやジェット・エンジンに有用であることが開示
された（たとえば特公昭５６−３８６６５号）。　高温
炉に関しては、１２．５〜２０％のＣｒ、１％以下のＡ
、＋！、０．１％以下のＣおよび０．５％（容量）まで
のＹ２Ｏ３、残部Ｎｉからなる酸化物分散強化型超合金
を、メツシュベルトの材料として使用することが提案さ
れたく特公昭５９−９６１０号）。 ところで、Ｎｉ基超超合金重油を燃料として使用してい
る炉では、重油中のＳ成分による高温硫化腐食を受けや
すい。　また、いうまでもなくＮｉ基合金は高価である
から、なるべく廉価な合金でスキッドレールを構成する
ことが望ましい。 スキッドレール用としてＦｅ基合金でＮｉ基合金に近い
性能を示すものが得られれば、この希望をみたすことが
できる。

【発明が解決しようとする課題】

本発明の一般的な目的は、上記した酸化物分散強化型鉄
基耐熱合金（鋼）を使用して、高性能の加熱炉構造物と
くにスキッドレールとするための金属部品を提供するこ
とにある。 ［課題を解決するための手段］ 本発明のスキッドレールは、Ｃｒ：１０〜４０％を含有
し、残部が実質的にＦｅからなる合金のフェライトマト
リクス中に、微細な高融点金属酸化物を０．１〜２％分
散含有する酸化物分散強化型合金で製造し、少なくとも
ひとつの表面が高温の炉内雰囲気に接触するものである
。 この合金は、さらに１０％まで、有利には５％までのＡ
、ｌｌ、または５％までの八〃と５％までのＴｉとを含
有することができる。 Ｑｒ含有量の好ましい範囲は２０〜４０％、さらに好ま
しくは２０〜３５％である。 高融点金属酸化物は、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２およびＡ、ｌ
ｌ２０３からえらんだ１種または２種以上を使用する。 　Ｙ２Ｏ３が最良の結果を与える。 上記のような酸化物分散強化型超合金を製造するには、
ｌＮＣ０（ジ・インターナショナル・ッケル・カンパニ
ー・インコーホレーテッド）が開発した、いわゆるメカ
ニカル・アロイイング法が効果的である。　この方法は
、合金成分となる純金属の粒子とイツトリアのような高
融点金属酸化物の微結晶とを、ボールミルたとえば高運
動エネルギー型ボールミルに入れ、溶接と粉砕とを繰り
返ずことによって、各成分の微細粉末の緊密かつ均一な
混合物からなる粒状の製品を得ることからなる。　メカ
ニカル・アロイイングによって得た粉末混合物は、熱間
押出や熱間静水圧プレスにより圧粉成形および焼結し、
必要により機械加工を施して、スキッド部材のような炉
床金物とする。 スキッドレールは、上）ホした耐熱合金で全体を製作す
ることもできるし、他の材料と組み合わせて製作するこ
ともできる。　後者の場合の代表的な構造は、第１図な
いし第３図に示すように、水冷スキッドパイプ（２）に
金属製のサドル（３）を溶接固定し、このサドルに上記
の酸化物分散強化型耐熱合金で製造したスキッド部材（
４）を取り付り、スキッド部材以外の部分を耐火断熱材
（５）で被覆してなるスキッドレール（１）である。 スキッドレールは、もちろんそのほかの構造、たとえば
、円筒状のサドルを使用し、ボタン形状のスキッド部材
を取り付けた構造とすることもできる。

【作　用】

一般に、酸化物分散強化型Ｎｉ基超超合金高温度でも安
定であって、前記した既知のＮｉ基合金は、それぞれタ
ービンブレード（特公昭５６−３８６６５号）やメツシ
ュベルト（特公昭５９−９６１０＠）という用途に適し
た合金組成をもち、それに適した量の酸化物を含有して
いる。　しかし、既知のＮｉ基合金は、重油の燃焼によ
る雰囲気の加熱炉で起る高温硫化腐食に対して、十分な
腐食抵抗を有していない。 本発明に従って、上記した鉄基の酸化物分散強化型合金
を使用することにより、耐熱性および耐酸化性に加えて
、後記の実施例にみるように高い圧縮クリープ強度を達
成することが可能になる。 このようにして、廉価であるにもかかわらず耐久力の高
いスキッド部材が提供される。 本発明の合金の組成を前記のように選択した理由は、つ
ぎのとおりである。 基本的な組成の耐熱合金において、 Ｃｒ：１０〜４０％ Ｃｒ含有量がこの下限にみたないと所望の耐食性が得ら
れない。　一方、上限を超えるとσ相とよばれる金属間
化合物が生成し、材料が脆化する。　好ましいＣｒ含有
量は、前記のように２０〜４０％、とくに２０〜３５％
である。 任意に添加する成分を含む耐熱合金において、Ａ、Ｉ）
：１０％以下 より高い耐酸化性が要求される場合、たとえば比較的０
２量の多い（数％まで）雰囲気をもつ加熱炉に使用する
スキッドレールの材料にあっては、１０％まで、好まし
くは５％までのＡｆｌの添加が好結果を与える。　これ
以上の添加は、有害な大型介在物の生成をひきおこす。 Ｔｉ：５％以下 Ｔｉもまた、耐酸化性の向上に役立つので、必要に応じ
て、５％までの量を添加する。 ５％を超える添加は、大型介在物の生成をひきおこす。 高融点金属酸化カニ０．１〜２％ 最も好ましい金属酸化物は、前記のようにＹ２Ｏ３であ
る。　比較的低温（１２００℃くらいまで）の加熱炉で
使用するスキッド部材には、Ｙ２Ｏ３の一部または全部
を、ＺｒＯやＡ、Ｉｌ　２ｏ３と置換できる。　もちろ
ん、Ｙ２０３　、Ｚｒ　０２　、Ａ、Ｉｌ　２０３の２
種以上の併用も可能である。　金属酸化物の含有量は０
．１％以上にすべきである。　さもないと、合金を高温
で安定化する効果が不足である。　この効果は、含有量
が１％くらいから鈍化し２％で飽和するので、この範囲
内の適当な値を選択する。　アルミナが共存する場合、
はじめに加えたＹ２Ｏ３は、加工の過程で種々のイツト
リア−アルミナ化合物に添加することに留意すべきであ
る。 ０

【実施例】

ｌＮＣ０ＬＯＹ　　ＭＡ９５６および改良ＭＡ９５６の
グループに属する、第１表に記載の組成（重量％、残部
Ｆｅ　）の酸化物分散強化型合金を前述のメカニカル・
アロイイング法により調製し、その合金を熱間押出しお
よび機械加工によって、試験材料を製作した。 上記の材料と、従来のスキッドレール用材料ｒＴＨ１０
１Ｊ　（０，ＩＣ−３２Ｃｒ−２１Ｎｉ２３Ｃｏ−２，
５Ｗ−Ｚｒ　）にツイテ、超高温における圧縮クリープ
試験を行ない、スキッドレール材料としての耐久力を比
較した。　この試験は、直径３ｍ、高さ６．５ｒＩｕＩ
ｉの円柱状の試験片を上下から押え板および受は板で挟
み、高温で圧縮荷重をかけることによって行なう。　一
定時間後に試験片の高さを測定し、もとの高さに対する
減少のパーセンテージを締出して、変形量とする。 各試験条件における変形量（％）は、第２表に示すとお
りであった。 Ｎｏ、　１合金について、温度が１３００℃、応力が１ ０　、４　Ｋｙｆ／ｍｍ２で試験時間３０時間の場合に
着目すると、在来品は６．１４％も変形した。　これに
対し、本発明のスキッドレール材料は、変形量が０．３
０％に止まっている。　このように、好成績が確認でき
た。 実際の鋼片加熱炉のソーキングゾーンにおいて使用した
とき、本発明のスキッドレールは、在来品の１０倍を超
える長寿命を示した。 Ｙ２Ｏ３の一部を７ｒＯ２またはＡ、ｌｌ　２ｏ３で置
換したＮｏ、　３１よびＮｏ、　４の合金の場合、Ｙ２
Ｏ３の単独使用に比較して、試験時間が長くなっても変
形量が増えず、在来品に比較していっそうすぐれている
ことがわかる。　Ｙ２Ｏ３の全部をＺｒＯ２単独、Ａ、
Ｉｌ　２ｏ３単独またはそれらの組み合わせで置換した
場合でも、得られる金属酸化物強化型超合金は加熱炉温
度１２００℃程度では十分使用しうることが期待できる
。 ２ 第 表 ３ ４ ［発明の効果】 本発明のスキッドレールは、鋼材の熱間加工用など種々
の加熱炉に使用したとき、すぐれた耐熱変形性、耐酸化
性、耐摩耗性、耐硫化性および耐熱衝撃性を示し、それ
ゆえ、長期にわたって使用できる。　これは加熱炉の保
守の手数を減らして連続運転を容易にする。　エネルギ
ーおよびメンテナンスの費用の低減は、鋼の熱間加工の
コストダウンをもたらす。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は、本発明のスキッドレールの代表
的な構造を説明するものであって、第１図は平面図、第
２図は側面図、第３図は横断面図である。 １・・・スキッドレール ２・・・スキッドパイプ ３・・・サドル ４・・・スキッド部材 ５・・・耐火断熱剤 ５

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）高温の炉内で使用され、少なくともひとつの表面
   が高温の炉内雰囲気にさらされるスキッドレールであつ
   て、Ｃｒ：１０〜４０％（重量）を含有し、残部が実質
   的にＦｅからなり、フェライトマトリクス中に微細な高
   融点金属酸化物を０．１〜２％分散含有する酸化物分散
   強化型耐熱合金からなるスキッドレール。
2. （２）高温の炉内で使用され、少なくともひとつの表面
   が高温の炉内雰囲気にさらされるスキッドレールであつ
   て、Ｃｒ：１０〜４０％（重量）およびＡｌ：１０％以
   下を含有し、残部が実質的にＦｅからなる合金のフェラ
   イトマトリクス中に、微細な高融点金属酸化物を０．１
   〜２％分散含有する酸化物分散強化型の耐熱合金からな
   るスキッドレール。
3. （３）高温の炉内で使用され、少なくともひとつの表面
   が高温の炉内雰囲気にさらされるスキッドレールであっ
   て、Ｃｒ：１０〜４０％、Ａｌ：５％以下およびＴｉ：
   ５％以下を含有し、残部が実質的にＦｅからなる合金の
   フェライトマトリクス中に、微細な高融点金属酸化物を
   ０．１〜２％分散含有する酸化物分散強化型の耐熱合金
   であるスキッドレール。
4. （４）耐熱合金中の高融点の金属酸化物が Ｙ＿２Ｏ＿３である請求項１ないし３のいずれかのスキ
   ッドレール。