JPH0623487A - 水平式連続鋳造用ブレークリング - Google Patents

水平式連続鋳造用ブレークリング

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JPH0623487A
JPH0623487A JP4094829A JP9482992A JPH0623487A JP H0623487 A JPH0623487 A JP H0623487A JP 4094829 A JP4094829 A JP 4094829A JP 9482992 A JP9482992 A JP 9482992A JP H0623487 A JPH0623487 A JP H0623487A
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JP
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zirconia
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Withdrawn
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JP4094829A
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English (en)
Inventor
Tatsuya Ouchi
龍哉 大内
Mitsuo Sugawara
光男 菅原
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Kurosaki Refractories Co Ltd
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Kurosaki Refractories Co Ltd
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 セット時のコーナー部の剥離や鋳造開始後の
熱衝撃による破損がなく、溝状損耗部の形成が少ないブ
レークリングの提供。 【構成】 Al2 3 −Cr2 3 質焼結体であって、
第3成分としてイットリアとジルコニアのモル比が2/
98〜4/96の範囲の主として正方晶のジルコニアを
含むAl2 3 −Cr2 3 質のマトリックス連続相
と、その中に分散する第2相凝集粒からなり、マトリッ
クスが制御された微細クラックを含み、分散する第2相
が第3成分を除くマトリックスと未安定ジルコニアとの
均一混合部ととの凝集体とした。マトリックスは、酸化
アルミニウム37〜98重量%、酸化クロム1〜57重
量%、第3成分として部分安定化酸化ジルコニア6重量
%以下である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、水平式連続鋳造機に使
用するブレークリング、とくにその構成材料に関する。
【0002】
【従来の技術】水平式連続鋳造は、従来の垂直式に比べ
て設備費が安価であること、パウダーなしで鋳造できる
ため鋳片表面へのパウダーの巻き込みがないこと、タン
ディッシュとモールドが直結しているため空気の巻き込
みがないこと等の利点から、近年、その導入が増加して
いる。
【0003】水平式連続鋳造機において使用される耐火
物製ブレークリングは、タンディッシュと鋳型を接続す
るもので、凝固シェルを安定して形成するために最も重
要な役割を担っている。
【0004】ブレークリングに必要な特性としては、溶
鋼に濡れ難いこと、耐熱衝撃性に優れていること、耐食
性に優れていること、寸法精度に優れていること等の性
質を有することが求められ、従来は、窒化珪素、窒化硼
素を含有する耐火物が適用されている。
【0005】しかしながら、従来材質では鋳造開始後の
熱衝撃による割れの発生や、鋳造中にブレークリングの
引き抜き側表面にモールドに沿つて発生する溝状の損耗
により、ブレークリングとして必ずしも十分な耐用性は
得られていない。とくに、熱衝撃によるブレークリング
の割れは、すぐに、ブレークアウトの原因となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はセット
時のコーナー部の剥離、鋳造時の熱衝撃による破損防止
及び溝状損耗部の損耗量減少が可能なブレークリングを
提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のブレークリング
は、材質的には、Al2 3 −Cr2 3 質焼結体で緻
あって、イットリアを2〜4モル%含有する主として正
方晶のジルコニアを分散してなるAl2 3 −Cr2
3 質のマトリックス連続相(以下、「マトリックス」と
称する)と、その中に分散する第2相凝集粒(以下、
「凝集粒」と称する)とからなり、このマトリックスが
制御された微細なクラックを含み、分散する凝集粒が主
として単斜晶のジルコニアを含有している、これらマト
リックスと凝集粒との均一混合物からなる焼結体とする
ことによって、その目的を達成した。
【0008】マトリックスは、酸化アルミニウム37〜
98重量%、酸化クロム1〜57重量%、第3成分とし
てイットリアを2〜4モル%含有する主として正方晶の
ジルコニアを6重量%以下分散させて得られる。凝集粒
は、マトリックスの第3成分を除くアルミナ−クロミア
質と単斜晶ジルコニアで構成され、アルミナ−クロミア
質に対する単斜晶ジルコニアの量を5〜99容量%と
し、均一に分散されている。
【0009】マトリックス中に分散される凝集粒の大き
さは10〜200μmであり、マトリックスに占める凝
集粒の割合が10〜35容量%であり、凝集粒内の単斜
晶ジルコニアの粒度は0.3〜20μm粒度で、凝集粒
内の単斜晶ジルコニアの割合は5〜99容量%である。
【0010】この焼結体は、凝集粒の大きさが10〜2
00μmである凝集粒をマトリックスに対して10〜3
5容量%となるように混合調製し、この混合物を所望の
形状に成形した後、1500℃以上の温度で焼結するこ
とにより得られる。
【0011】
【作用】本発明によるアルミナ−クロミア焼結体からな
るブレークリングは、組織が微細な緻密質焼結体である
ことから、硬度が高くこのため摩耗抵抗性も高い。
【0012】さらに、本発明によるアルミナ−クロミア
材質の優れた耐熱衝撃性は第一に制御された適切なサイ
ズのマイクロクラックによるクラックブランチング効
果、第二に未安定ジルコニアに富む第2相でのジルコニ
ア変態による応力誘起変態、更には第3として凝集粒境
界でのクラック偏向により達成される。
【0013】第一の制御された適切なサイズのマイクロ
クラックとはクラック幅3〜20μm程度のものであ
り、このクラックが適切に分布することで、クラックが
進展する場合にクラックブランチングが生じ、クラック
の破壊エネルギーを吸収分散し、クラックの進展が阻止
される。
【0014】第二の未安定ジルコニアに富む第2相での
ジルコニア変態による応力誘起変態においては未安定ジ
ルコニアが内在されている第2相内にクラックが侵入し
た場合、第2相内でジルコニアの変態膨張による破壊エ
ネルギーの吸収と、第2相内部に発生している圧縮応力
によりクラック先端に圧縮力が作用し、クラックの進展
が阻害される。
【0015】第三の凝集粒境界でのクラック偏向におい
ては、第2相とセラミックスマトリックス境界部には引
張り応力が作用し、この境界にクラックが達するとクラ
ックは境界の接線方向に偏向され、その結果クラック進
展が阻害される。
【0016】この凝集粒はマトリックスと未安定ジルコ
ニアで構成され、未安定ジルコニアの量を5〜100容
量%とし均一に分散されている。凝集粒の変態膨張量
は、凝集粒内の未安定ジルコニア添加量にほぼ比例する
ことにより、凝集粒の膨張量を制御可能とする。
【0017】また凝集粒粒径とマトリックス内に添加す
る凝集粒の添加量を制御することにより、マトリックス
内部に発生させるクラックのサイズと量と分布を任意に
制御可能とするものである。
【0018】本発明による焼結体の優れた耐摩耗性はマ
トリックス組織を微細化し、硬度を上げることにより得
られる。
【0019】具体的にはマトリックスに第3成分として
部分安定化ジルコニアを添加しマトリックスの粒成長を
抑制、組織を微細化緻密化させ強度硬度を向上させるも
のである。
【0020】
【実施例】
実施例1 マトリックス量と第2相凝集粒の添加量を変更した材質
を作製し、耐熱衝撃抵抗性の調査を行ない、また従来品
との比較を行なった。
【0021】マトリックス材料として平均粒径0.4μ
mの酸化アルミニウム47重量%、平均粒径0.3μm
の酸化クロム47重量%と平均粒径0.6μmの部分安
定化ジルコニアを6重量%、焼結助剤として酸化チタニ
ウム又は滑石粉末と有機バインダーと精製水を加え、ボ
ールミルで24時間予備混合した後、アトライターにて
3時間混合分散処理し、得られたスラリーを噴霧乾燥機
により造粒し、マトリックス顆粒粉末を得た。平均粒径
は50μmであつた。
【0022】次に第2相凝集粒としてマトリックス材料
と同一原料、同一配合組成を有するもの100容量%に
対して、平均粒径2μmの未安定ジルコニアを外掛け量
で50容量%添加してなる粉末を秤量混合し、所定量の
有機バインダーと精製水を加え、ボールミルで24時間
予備混合した後、アトライターで3時間混合分散処理
し、碍られたスラリーを噴霧乾燥機により混合し、第2
相用の顆粒粉体/凝集粒を得た。この粒径は平均で50
μmであった。
【0023】次にマトリックス顆粒と第2相顆粒につい
て、表1に示す配合割合(容量割合)のものをV型ミキ
サーにて一定時間混合し、混合粉末とした。
【0024】この混合粉末を一軸成形機にて1.4トン
/cm2 の圧力で120角×12mmt形状に成形し
た。比較のためにジルコニアに富む第2相を添加しない
マトリックス単味だけの素地も成形した。
【0025】得られた素地を電気炉で大気雰囲気下16
50℃で2時間保持して焼成した。焼結体はアルキメデ
ス法により嵩密度、並びに見掛け気孔率を測定した。ま
た常温曲げ強度をJIS−R1601に準拠して測定し
た。熱衝撃抵抗性はJIS1601に準拠する曲げサン
プルを所定の温度で1時間保持し、水中へ急速に落下
し、その後乾燥した試料の曲げ強度を測定し、常温での
曲げ強度と比較し、急激に強度変化が生じた保持温度と
水温の差をΔT(℃)と定義しそのΔTが高いものほど
熱衝撃抵抗性が良好とみなした。
【0026】以上の素地の焼成結果及び焼成体の特性結
果を従来のブレークリング用材質であるBN−SiAl
ON系と比較して表1に示す。
【0027】
【表1】 表1の結果から、マトリックス組織を微細化した本発明
の実施符号4〜8は、マトリックスにジルコニアを含ま
ない比較例1に比べ、ΔTは維持したままで、硬度が倍
以上改善されていることがわかる。
【0028】実施符号3の添加量では第2相はマトリッ
クス粒界に均一に析出しており、マイクロクラックの発
生は認められなかった。符号4あたりから第2相凝集体
が不均一に表れ、それに伴い、マイクロクラックも析出
し始め、このためΔTも高くなった。ビッカース硬度も
比較例1に比べ倍以上の値を推移している。
【0029】このことから本発明ではジルコニアに富む
第2相の添加量は、15容量%〜35容量%であること
が好ましいことがわかる。
【0030】また従来材質のBN30重量%−SiAl
ON70重量%と比較しても、ΔT及び硬さの改善が認
められた。
【0031】実施例2 本発明のブレークリング焼結体と公知のジルコニア分散
強化セラミックスとの比較を行なった。比較例として、
特公昭59−25748号公報に準拠し、アルミナ−ク
ロミアをマトリックスとした粉体を作製した。マトリッ
クスとして平均粒径0.4μmの酸化アルミ50重量
%、平均粒径0.3μmの酸化クロム50重量%と焼結
助剤として酸化チタニウムと滑石を外掛け+1.0重量
%からなる粉末に実施例1で用いた平均粒径2μmの未
安定ジルコニアを表2に示す割合(容量%)で秤量し、
所定量の有機バインダーと精製水を加え、ボールミルで
24時間予備混合した後、アトライターにて3時間、混
合分散処理し、得られたスラリーを噴霧乾燥機により造
粒、マトリックス顆粒粉末を得た。
【0032】また、成形焼成は実施例1と同一方法にて
実施した。この方法で得られた焼結体特性を表2に示
す。
【0033】
【表2】 微細構造を走査型電子顕微鏡で観察したところ、実施符
号11,12の比較例ではマトリックスが非常に微細と
なっており、未安定ジルコニアが均−に分散していた。
これに対し本発明の4,7のマトリックス部も同一の5
〜10μmの細かい粒径をもち実施符号10,11の粒
径と同じ程度であった。
【0034】マトリックスの中には大きさ約35〜40
μm程度のジルコニアに富む第2相が均−に分散してお
り、第2相内は約5μm程度の微細マトリックスと未安
定ジルコニアとからなっていた。ここで実施例1での実
施番号4,7の焼結体中に占める未安定ジルコニアの容
量%は各々5,10容量%である。
【0035】したがって、比較例10と本発明に係る4
と、比較例11と本発明5はジルコニアの分散状態は全
く異なるが、焼結体に占める未安定ジルコニア容量%は
ほぼ同一である。
【0036】表2の結果から、特公昭59−25748
号公報に準拠した比較例10と11では未安定ジルコニ
アの均一分散により耐熱衝撃抵抗性は改善されている
が、効果は本発明ほど著しくないことが明らかである。
【0037】実施例3 本実施例では本発明のブレークリングにおける第2相内
のジルコニア添加量について検討した。
【0038】未安定ジルコニアは実施例1で使用した同
一物を使用し、第2相凝集粒内でのマトリックスと未安
定ジルコニアの添加割合(容量%)を表3に示す割合で
実施例1に示した顆粒製造工程と同一方法にて第2相凝
集粒を製造した。マトリックス組成は実施例1と同一で
ある。
【0039】得られた顆粒の平均粒径は約50μmであ
った。得られた未安定ジルコニア添加量が異なる各種第
2相凝集粒とマトリックス顆粒とを表4〜9に示す割合
にて混合し、実施例1と同一方法にて評価しその結果を
同じ表内に記載した。
【0040】
【表3】
【表4】
【表5】
【表6】
【表7】
【表8】
【表9】 表4の結果から、第2相凝集粒内の未安定ジルコニアが
99容量%の場合、その最適な添加量は3〜20容量%
であることがわかる。
【0041】表5〜7の結果から、第2相凝集粒内の未
安定ジルコニアが67容量%の場合、その最適な添加量
は10〜20容量%、同じく第2相凝集粒内の未安定ジ
ルコニアが50容量%の場合、最適な添加量は15〜3
0容量%、第2相凝集粒内の未安定ジルコニアが33容
量%の場合、その最適な添加量は15〜35容量%であ
ることがわかる。
【0042】また表8の結果より、第2相凝集粒内の未
安定ジルコニアが5容量%の場合は、その最適な添加量
は40〜50容量%であることがわかる。
【0043】しかし表9の結果から、第2相凝集粒内の
未安定ジルコニアの量が3容量%の場合、マトリックス
顆粒と第2相凝集粒の混合割合をいかように変化させて
も、耐熱衝撃特性の改善は認められない。すなわち、第
2相凝集粒内の未安定ジルコニアが5容量%未満となる
と本発明の効果は低い。したがって、本発明では第2相
凝集粒内の未安定ジルコニアの割合は5容量%以上が好
ましいことがわかる。また、第2相凝集粒の添加量は第
2相凝集粒内の未安定ジルコニア量が変化するととも
に、第2相凝集粒の最適な添加割合は変化するが、第2
相凝集粒内の未安定ジルコニア添加量が5〜99容量%
の場合、第2相凝集粒の最適添加量は3〜70容量%で
あることがわかる。
【0044】実施例4 マトリックスに第3成分として添加する部分安定化ジル
コニアの添加量について検討を行なった。マトリックス
として、平均粒径0.4μmの酸化アルミニウム、平均
粒径0.3μmの酸化クロムに平均粒径0.6μmの部
分安定化ジルコニアを各々3重量%、1.2重量%、
0.6重量%添加した3つの系にそれぞれ焼結助剤とし
て酸化チタニウム又は滑石粉末と有機バインダーと精製
水を加え、ボールミルで24時間予備混合した後、アト
ライターにて3時間混合分散処理し、得られたスラリー
を噴霧乾燥機により造粒し、マトリックス顆粒粉末を得
た。平均粒径は50μmであった。
【0045】次に第2相凝集粒としては実施例1で得ら
れたものを使用した。また、成形、焼成についても実施
例1と同一方法にて実施した。この方法で得られた焼結
体特性を表10に示す。
【0046】
【表10】 表10の結果から、マトリックスへの第3成分の添加量
を減少させても、耐衝撃特性は実施例とほぼ同じである
ことから、少ない添加量でも効果があることがわかる。
【0047】実施符号12,14,16の場合、同じ量
の第2相を含む実施符号3と比較すると、符号3が実施
例1で述べたように、第2相がマトリックス粒界に均一
に析出し、マイクロクラックが発生しないのに対し、第
2相凝集体が不均一に析出し、それに伴いマイクロクラ
ックの発生が認められ、耐熱衝撃性の改善が確認でき
た。
【0048】このことから、本発明ではマトリックスに
添加する第3成分の量は0.5重量%〜6.0重量%で
あるのが好ましいことがわかる。
【0049】実施例5 本発明のブレークリング材の耐摩耗性の試験を実施例1
での本発明6,7,8比較例とし、実施例の1また比較
例として非酸化物系のBN複合体を用いて実施した。試
験方法はピンオンディスク方式の摺動摩耗試験で、微細
条件はディスク(φ60×10mm)の中心から約25
mmの点に試料ピン(3×4×20mm)を荷重1Kg
で押しつける。このピンは破損を防ぐために先端のコー
ナー部をC2の面取り加工しピン試験片として使用。モ
ーター、変速機を通してディスクを一定速度で回転させ
ることにより摺動実験を行なった。
【0050】なお、摩耗量は試料ピンの減少した長さ
(mm)から、摩擦係数はピン取付アームがロードセル
を押し付ける力から測定した。ディスクにはヒーターが
内蔵され、試料ピンと接触する表面の温度が室温と10
00℃の場合の摩耗量(mm)及び摩擦係数を求めた。
室温での試験結果を表11に、1000℃での結果を表
12に示す。
【0051】
【表11】
【表12】 表11及び12から、本発明品は常温及び高温でも、比
較例に比べて非常に優れた耐摩耗性を示し、かつ摩擦係
数も当初から低い値で安定していることがわかる。特に
非酸化物系のBN複合体に対しては約1桁もの非常に優
れた特性を示した。
【0052】実施番号6,7,8,1について評価後の
組織観察から摺動面において粒界面において粒界破壊が
発生し、粒界から粒子が剥離した粒子欠損跡が認められ
たが、実施番号6,7,8についてはマトリックス粒径
を実施番号1よりも細かくしたこと、及び硬度も約倍で
あることから摩耗メカニズムは同じでも抵抗性が高く、
極めて優れた耐摩耗性を示したと考えられる。
【0053】以上のように本発明による焼結体は常温及
び高温時においても非常に良好な耐摩耗特性をもつこと
がわかる。
【0054】実施例6 本発明のブレークリング材において、実施例1に示した
本発明の4,6及び比較例10の材質にてブレークリン
グ供試サンプルを作製。鋳造試験を行ない溝状損耗量と
の関係を調査した。
【0055】鋳造は、鋼種:SUS304、溶湯温度:
1500℃、引抜き速度:1.7m/min、鋳造量:
30t、鋳造時間:2時間の条件で行なった。
【0056】溝状損耗量は鋳造後のブレークリング溝部
の深さを測定した。
【0057】その結果、実施例1に示した本発明4,6
の試料は比較例10の試料と比べて熱衝撃に強いため鋳
造初期の熱衝撃によるクラック発生もなく、2時間の鋳
造を達成することができた。また、従来剤であるSiA
lON30wt%BNより約4倍以上溝状損耗量が少な
いことにより、8時間以上の長時間連続鋳造が可能とな
った。
【0058】
【表13】
【0059】
【発明の効果】本発明によって、優れた耐用性を有する
ブレークリングを得ることができ、それによって水平式
連続鋳造の操業の安定化とブレークリング材購入費用の
低減を達成することができる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イットリアを2〜4モル%含有する主と
    して正方晶のジルコニアを分散してなるアルミナ−クロ
    ミア質のマトリックス連続相とその中に分散する第2相
    凝集粒とからなり、分散する凝集粒が主として単斜晶の
    ジルコニアを含有しているアルミナ−クロミア焼結体で
    あることを持徴とする水平式連続鋳造用ブレークリン
    グ。
JP4094829A 1992-03-21 1992-03-21 水平式連続鋳造用ブレークリング Withdrawn JPH0623487A (ja)

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