JPH06264173A - 加熱炉における被加熱体支持部材用複合材料 - Google Patents
加熱炉における被加熱体支持部材用複合材料Info
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- JPH06264173A JPH06264173A JP5056118A JP5611893A JPH06264173A JP H06264173 A JPH06264173 A JP H06264173A JP 5056118 A JP5056118 A JP 5056118A JP 5611893 A JP5611893 A JP 5611893A JP H06264173 A JPH06264173 A JP H06264173A
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- heating furnace
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- Heat Treatments In General, Especially Conveying And Cooling (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は加熱炉における被加熱体支持部材用
材料を改良することにより支持部材の性能を向上させる
ことを目的とするものである。 【構成】 本発明の被加熱体支持部材用材料は純度９９
重量％以上の母材Ｃｒに０．１〜３重量％の希土類酸化
物または０．１〜１０重量％以下のクロム炭化物と希土
類酸化物を均一分散した焼結複合材料であり、粉末粒径
２５０μｍ以下のＣｒ粉末と粉末粒径５０μｍ以下のク
ロム炭化物及び粉末粒径１０μｍ以下の希土類酸化物を
原料粉末とすることを特徴とする。 【効果】 本発明材は優れたクリープ変形抵抗性、耐酸
化・炭化性、耐衝撃性を有するため耐用寿命を従来品よ
り長くすることができるとともに、加熱炉内の輻射熱を
むらなく被加熱体に供給できることからスキッドマーク
の低減が図れ熱間圧延コイルの品質向上が得られる。
材料を改良することにより支持部材の性能を向上させる
ことを目的とするものである。 【構成】 本発明の被加熱体支持部材用材料は純度９９
重量％以上の母材Ｃｒに０．１〜３重量％の希土類酸化
物または０．１〜１０重量％以下のクロム炭化物と希土
類酸化物を均一分散した焼結複合材料であり、粉末粒径
２５０μｍ以下のＣｒ粉末と粉末粒径５０μｍ以下のク
ロム炭化物及び粉末粒径１０μｍ以下の希土類酸化物を
原料粉末とすることを特徴とする。 【効果】 本発明材は優れたクリープ変形抵抗性、耐酸
化・炭化性、耐衝撃性を有するため耐用寿命を従来品よ
り長くすることができるとともに、加熱炉内の輻射熱を
むらなく被加熱体に供給できることからスキッドマーク
の低減が図れ熱間圧延コイルの品質向上が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は熱間圧延用または鋼材熱
処理用等の加熱炉における被加熱体支持部材であるスキ
ッドライダーあるいは炉内搬送ロール用として適した金
属クロム（Ｃｒ）粉末中にセラミックス粉末を分散させ
た被加熱体支持部材用複合材料に関する。
処理用等の加熱炉における被加熱体支持部材であるスキ
ッドライダーあるいは炉内搬送ロール用として適した金
属クロム（Ｃｒ）粉末中にセラミックス粉末を分散させ
た被加熱体支持部材用複合材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に加熱炉内でスラブ等被加熱体を保
持するための加熱炉用支持部材は、安定した炉の操業を
行うため高温でのクリープ変形抵抗性、耐高温腐食（酸
化・炭化等）性、耐衝撃性が要求される。従来これら加
熱炉用被加熱体支持部材はスキッドパイプと呼ばれる水
冷パイプ上に配置され、その材料としては主にＳＣＨ１
２耐熱合金やＣｏ耐熱合金等の耐熱鋳造材が使用されて
きた。
持するための加熱炉用支持部材は、安定した炉の操業を
行うため高温でのクリープ変形抵抗性、耐高温腐食（酸
化・炭化等）性、耐衝撃性が要求される。従来これら加
熱炉用被加熱体支持部材はスキッドパイプと呼ばれる水
冷パイプ上に配置され、その材料としては主にＳＣＨ１
２耐熱合金やＣｏ耐熱合金等の耐熱鋳造材が使用されて
きた。
【０００３】一方、加熱炉は生産性向上のため１２５０
℃以上の高温操業が日常化してきており、従来の耐熱鋳
造合金では大きなクリープ変形を起こしてしまう。この
ため加熱炉支持部材高さが低下し、被加熱体と加熱炉支
持部材との接触面温度を低下させることにより、スキッ
ドマークと呼ばれる低温スポットができ、被加熱材の均
一加熱を困難なものにしている。
℃以上の高温操業が日常化してきており、従来の耐熱鋳
造合金では大きなクリープ変形を起こしてしまう。この
ため加熱炉支持部材高さが低下し、被加熱体と加熱炉支
持部材との接触面温度を低下させることにより、スキッ
ドマークと呼ばれる低温スポットができ、被加熱材の均
一加熱を困難なものにしている。
【０００４】近年、かかる問題を解決するためＣｒ−Ｆ
ｅ合金中に８５重量％以下のセラミックスを均一分散さ
せた複合材料を加熱炉における被加熱体支持部材として
適用する研究がなされている（たとえば特開平３−４７
９１２号公報）。これら合金中にセラミックスを分散さ
せたサーメット材料は１９５０年代から各種研究がなさ
れており、その圧縮クリープ特性が優れていることは良
く知られている。
ｅ合金中に８５重量％以下のセラミックスを均一分散さ
せた複合材料を加熱炉における被加熱体支持部材として
適用する研究がなされている（たとえば特開平３−４７
９１２号公報）。これら合金中にセラミックスを分散さ
せたサーメット材料は１９５０年代から各種研究がなさ
れており、その圧縮クリープ特性が優れていることは良
く知られている。
【０００５】しかしながら、セラミックスを多量に添加
した複合材料は、高硬度であるため切削加工性が悪いた
め製造加工費が高くなるばかりでなく、材料靭性が不十
分であることから操業中に被加熱材から受ける衝撃、熱
衝撃により割損し、被加熱材の表面に傷をつける場合が
ある。また、鋳造合金に比較して表面高温腐食スケール
が容易に剥離し耐高温腐食が不十分であるという問題が
ある。従って、１２５０℃以上での高温雰囲気で、前述
した加熱炉用被加熱体支持部材の要求特性を満足する材
料を開発することは工業的に極めて重大な意義を有す
る。
した複合材料は、高硬度であるため切削加工性が悪いた
め製造加工費が高くなるばかりでなく、材料靭性が不十
分であることから操業中に被加熱材から受ける衝撃、熱
衝撃により割損し、被加熱材の表面に傷をつける場合が
ある。また、鋳造合金に比較して表面高温腐食スケール
が容易に剥離し耐高温腐食が不十分であるという問題が
ある。従って、１２５０℃以上での高温雰囲気で、前述
した加熱炉用被加熱体支持部材の要求特性を満足する材
料を開発することは工業的に極めて重大な意義を有す
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述した従
来の加熱炉用被加熱体支持部材の有する問題点、即ち
耐熱鋳造合金製スキッドライダーの欠点である高温クリ
ープ変形とそれに伴うスキッドマークの発生、セラミ
ックスと耐熱金属からなる複合材料製スキッドライダー
で生じる高温腐食損耗及び、被加熱体が与える衝撃荷重
または熱衝撃荷重に起因する割損等の問題点を解決しよ
うとするものである。
来の加熱炉用被加熱体支持部材の有する問題点、即ち
耐熱鋳造合金製スキッドライダーの欠点である高温クリ
ープ変形とそれに伴うスキッドマークの発生、セラミ
ックスと耐熱金属からなる複合材料製スキッドライダー
で生じる高温腐食損耗及び、被加熱体が与える衝撃荷重
または熱衝撃荷重に起因する割損等の問題点を解決しよ
うとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は０．１〜３重量
％の希土類酸化物を有し、残部が純度９９重量％以上の
Ｃｒからなる焼結複合材料、または０．１〜３重量％の
希土類酸化物と、希土類酸化物との総量が１０重量％以
下であるクロム炭化物を有し、残部が純度９９重量％以
上のＣｒからなる焼結複合材料を加熱炉における被加熱
体支持部材として適用することを特徴とする。
％の希土類酸化物を有し、残部が純度９９重量％以上の
Ｃｒからなる焼結複合材料、または０．１〜３重量％の
希土類酸化物と、希土類酸化物との総量が１０重量％以
下であるクロム炭化物を有し、残部が純度９９重量％以
上のＣｒからなる焼結複合材料を加熱炉における被加熱
体支持部材として適用することを特徴とする。
【０００８】
【作用】本発明において母材として高純度Ｃｒを用いた
のは、元来Ｃｒが有する高温での優れた耐腐食性、クリ
ープ変形抵抗性に着目するとともに、他金属と合金化し
た場合しばしばみられるσ相等の脆性金属間化合物の生
成を避けるためである。また、純度を９９重量％以上と
したのはＣｒ中の不純物（たとえば窒素）が増加するこ
とにより、Ｃｒそのものが著しく脆化することを防止す
るためである。
のは、元来Ｃｒが有する高温での優れた耐腐食性、クリ
ープ変形抵抗性に着目するとともに、他金属と合金化し
た場合しばしばみられるσ相等の脆性金属間化合物の生
成を避けるためである。また、純度を９９重量％以上と
したのはＣｒ中の不純物（たとえば窒素）が増加するこ
とにより、Ｃｒそのものが著しく脆化することを防止す
るためである。
【０００９】一方、Ｃｒ単体では加熱炉用被加熱体支持
部材としての十分な特性を得られないため、セラミック
スを添加することによりその特性を一層向上させた。即
ち、１２５０℃以上の高温において、Ｃｒと熱力学的に
安定な状態を形成する希土類酸化物、または希土類酸化
物とクロム炭化物をＣｒ中に均一分散添加することによ
り、粒子分散効果からクリープ変形抵抗性を著しく向上
させた。
部材としての十分な特性を得られないため、セラミック
スを添加することによりその特性を一層向上させた。即
ち、１２５０℃以上の高温において、Ｃｒと熱力学的に
安定な状態を形成する希土類酸化物、または希土類酸化
物とクロム炭化物をＣｒ中に均一分散添加することによ
り、粒子分散効果からクリープ変形抵抗性を著しく向上
させた。
【００１０】さらにこの時、希土類酸化物は高温環境下
で生成された表面Ｃｒの高温腐食皮膜と焼結複合材の界
面に凝集し、高温腐食皮膜と生地をつなぐ楔の役割をは
たすことにより皮膜の剥離を抑制し、高温腐食による損
傷をも軽微ならしめるものである。
で生成された表面Ｃｒの高温腐食皮膜と焼結複合材の界
面に凝集し、高温腐食皮膜と生地をつなぐ楔の役割をは
たすことにより皮膜の剥離を抑制し、高温腐食による損
傷をも軽微ならしめるものである。
【００１１】本発明の焼結複合材料に添加する希土類酸
化物は０．１重量％添加により効果が認められ、添加量
の増大とともに効果は顕著となるが、３重量％超ではそ
れ以上の効果が期待できず、原料粉末も高価なことから
希土類酸化物の成分範囲を０．１重量％以上３重量％以
下とした。
化物は０．１重量％添加により効果が認められ、添加量
の増大とともに効果は顕著となるが、３重量％超ではそ
れ以上の効果が期待できず、原料粉末も高価なことから
希土類酸化物の成分範囲を０．１重量％以上３重量％以
下とした。
【００１２】また、クロム炭化物は添加量の増大に伴い
クリープ変形抵抗性を向上させるものであるが、希土類
酸化物とクロム炭化物の総量が１０重量％以上になる
と、Ｃｒ粒界にこれらセラミックスの層が形成され、硬
度上昇に伴う加工性低下と靭性の低下に伴う耐衝撃性、
耐熱衝撃性の劣化が起こるため添加量の上限は１０重量
％とする。
クリープ変形抵抗性を向上させるものであるが、希土類
酸化物とクロム炭化物の総量が１０重量％以上になる
と、Ｃｒ粒界にこれらセラミックスの層が形成され、硬
度上昇に伴う加工性低下と靭性の低下に伴う耐衝撃性、
耐熱衝撃性の劣化が起こるため添加量の上限は１０重量
％とする。
【００１３】クリープ変形抵抗性を考慮した場合、焼結
複合材料の結晶粒径は大きい方が良く、Ｃｒ粉末粒径も
大きい方が望ましいが、焼結性を考慮すると最大２５０
μｍ程度が適当である。また、クロム炭化物は大きすぎ
ると欠けや脱落を起こし、小さすぎる場合はクリープ変
形に対する粒界強化作用が不十分となるため、５０〜１
０μｍが望ましい。希土類酸化物は通常生産されている
１０μｍ粒径以下であって良い。
複合材料の結晶粒径は大きい方が良く、Ｃｒ粉末粒径も
大きい方が望ましいが、焼結性を考慮すると最大２５０
μｍ程度が適当である。また、クロム炭化物は大きすぎ
ると欠けや脱落を起こし、小さすぎる場合はクリープ変
形に対する粒界強化作用が不十分となるため、５０〜１
０μｍが望ましい。希土類酸化物は通常生産されている
１０μｍ粒径以下であって良い。
【００１４】焼結方法は加圧成形及び焼結を行う常圧焼
結法を用いても何ら問題はないが、好ましくは熱間等方
圧加圧装置（ＨＩＰ）を用いたカプセル封入法によるＨ
ＩＰ焼結法や熱間押出し、あるいは引抜き焼結法により
製造される。ＨＩＰ焼結法の場合、その処理は難焼結材
であるＣｒを十分焼結させるため、１３００〜１４５０
℃の超高温下で１００〜２００MPa の圧力のもと、２〜
５時間保持することにより高結果が得られる。
結法を用いても何ら問題はないが、好ましくは熱間等方
圧加圧装置（ＨＩＰ）を用いたカプセル封入法によるＨ
ＩＰ焼結法や熱間押出し、あるいは引抜き焼結法により
製造される。ＨＩＰ焼結法の場合、その処理は難焼結材
であるＣｒを十分焼結させるため、１３００〜１４５０
℃の超高温下で１００〜２００MPa の圧力のもと、２〜
５時間保持することにより高結果が得られる。
【００１５】
【実施例】本発明の加熱炉用被加熱体支持部材の製造及
び材料特性について実施例により説明する。 （１）焼結材料の製造 母材金属として純度９９重量％以上、粉末粒径２５０μ
ｍ以下のＣｒ粉末を使用した。この母金属に粉末粒径５
０μｍ以下のクロム炭化物（Ｃｒ3 Ｃ2 ）及び粉末粒径
１０μｍ以下のＹ2 Ｏ3 またはＬａ2 Ｏ3 の各希土類酸
化物を表１に示す組成となるよう添加した。
び材料特性について実施例により説明する。 （１）焼結材料の製造 母材金属として純度９９重量％以上、粉末粒径２５０μ
ｍ以下のＣｒ粉末を使用した。この母金属に粉末粒径５
０μｍ以下のクロム炭化物（Ｃｒ3 Ｃ2 ）及び粉末粒径
１０μｍ以下のＹ2 Ｏ3 またはＬａ2 Ｏ3 の各希土類酸
化物を表１に示す組成となるよう添加した。
【００１６】これら粉末は均一に分散するよう十分混合
した後、軟鋼製容器に真空封入してＨＩＰ処理を施すこ
とにより１００mm×２００mm×２００mmの焼結材とし
た。ＨＩＰ処理は高融点材料であるＣｒ及びセラミック
スが十分焼結するよう１４００℃×１５０MPa ×２時間
なる条件で実施した。
した後、軟鋼製容器に真空封入してＨＩＰ処理を施すこ
とにより１００mm×２００mm×２００mmの焼結材とし
た。ＨＩＰ処理は高融点材料であるＣｒ及びセラミック
スが十分焼結するよう１４００℃×１５０MPa ×２時間
なる条件で実施した。
【００１７】
【表１】
【００１８】（２）焼結材料の材料特性 表２に示すように本発明例の焼結体（No．１〜No．５）
は高温腐食、圧縮クリープ、硬度（衝撃性の代用）、切
削性の各特性が最も汎用的な従来鋳造合金材（No．９）
に対し全て優れた特性を有しているのに対し、希土類酸
化物を添加しない場合高温腐食特性は大きく低下する
（No．６）。
は高温腐食、圧縮クリープ、硬度（衝撃性の代用）、切
削性の各特性が最も汎用的な従来鋳造合金材（No．９）
に対し全て優れた特性を有しているのに対し、希土類酸
化物を添加しない場合高温腐食特性は大きく低下する
（No．６）。
【００１９】また、セラミックス添加量が１０重量％を
超えると硬度上昇による靭性、切削性低下がみられる
（No．７）。従来法の母材をＣｒ−Ｆｅとした場合、合
金化作用及び局部的なσ相の発生により著しい硬度上昇
が起こるとともに各種特性が低下する（No．８）。
超えると硬度上昇による靭性、切削性低下がみられる
（No．７）。従来法の母材をＣｒ−Ｆｅとした場合、合
金化作用及び局部的なσ相の発生により著しい硬度上昇
が起こるとともに各種特性が低下する（No．８）。
【００２０】
【表２】
【００２１】
【発明の効果】本発明の複合材料焼結体は１２５０℃以
上の高温雰囲気において優れた圧縮クリープ特性、耐高
温腐食性及び耐衝撃割損性を有するため加熱炉内におい
て背丈の高いスキッドライダーを長期間保持することが
可能となった。このことにより耐用寿命を従来品より長
くすることができるとともに、加熱炉内の輻射熱をむら
なく被加熱体に供給できることからスキッドマークの低
減が図れ熱間圧延コイルの品質向上が得られる。さらに
低硬度材であることから切削性が良好であり、任意形状
のスキッドライダーを低価格で供給できる。
上の高温雰囲気において優れた圧縮クリープ特性、耐高
温腐食性及び耐衝撃割損性を有するため加熱炉内におい
て背丈の高いスキッドライダーを長期間保持することが
可能となった。このことにより耐用寿命を従来品より長
くすることができるとともに、加熱炉内の輻射熱をむら
なく被加熱体に供給できることからスキッドマークの低
減が図れ熱間圧延コイルの品質向上が得られる。さらに
低硬度材であることから切削性が良好であり、任意形状
のスキッドライダーを低価格で供給できる。
【００２２】また、本発明はスキッドライダーのみでは
なく、同様な機能を要求される加熱炉の炉内搬送用ロー
ルに適用しても優れた圧縮クリープ特性、耐高温腐食性
から耐用寿命の延長及び搬送される被加熱材のロール疵
を少なくすることにおいて顕著な作用、効果を奏する。
なく、同様な機能を要求される加熱炉の炉内搬送用ロー
ルに適用しても優れた圧縮クリープ特性、耐高温腐食性
から耐用寿命の延長及び搬送される被加熱材のロール疵
を少なくすることにおいて顕著な作用、効果を奏する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２７Ｄ 3/02 7141−4Ｋ (72)発明者 大堀 潤二 東海市東海町５−３ 新日本製鐵株式会社 名古屋製鐵所内
Claims (2)
- 【請求項１】 ０．１〜３重量％の希土類酸化物を有
し、残部が純度９９重量％以上の金属クロムと不可避不
純物からなる加熱炉における被加熱体支持部材用複合材
料。 - 【請求項２】 ０．１〜３重量％の希土類酸化物と、希
土類酸化物との総量が１０重量％以下であるクロム炭化
物を有する請求項１記載の加熱炉における被加熱体支持
部材用複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5056118A JPH06264173A (ja) | 1993-03-16 | 1993-03-16 | 加熱炉における被加熱体支持部材用複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5056118A JPH06264173A (ja) | 1993-03-16 | 1993-03-16 | 加熱炉における被加熱体支持部材用複合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06264173A true JPH06264173A (ja) | 1994-09-20 |
Family
ID=13018162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5056118A Withdrawn JPH06264173A (ja) | 1993-03-16 | 1993-03-16 | 加熱炉における被加熱体支持部材用複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06264173A (ja) |
-
1993
- 1993-03-16 JP JP5056118A patent/JPH06264173A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000530 |