JPH0745703B2

JPH0745703B2 - 高温耐用性溶射被覆部材

Info

Publication number: JPH0745703B2
Application number: JP3115987A
Authority: JP
Inventors: 誠司花桐; 信一田村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1987-02-13
Filing date: 1987-02-13
Publication date: 1995-05-17
Anticipated expiration: 2010-05-17
Also published as: JPS63199857A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、鉄鋼業を始めとする高温装置産業において使
用する高温下で耐食性、耐摩耗性、及びビルドアップ防
止性に優れた設備部材に関するものである。

（従来の技術）鉄鋼業においては、例えば冷延鋼板、メッキ鋼板等の連
続焼鈍炉にハースロールが使用されている。これらハー
スロールは、鋼板を700℃以上に焼鈍する際の通板搬送
用ロールであり、高温で鋼板と接触する。その際、鋼板
表面のスケール層（鉄酸化物）や軟化した鋼板からの鉄
がハースロール表面に付着してビルドアップを形成し、
最終的には、鋼板に疵をつける。

また、厚板、パイプ、線材等の熱処理炉においても炉内
の搬送設備と製品とは、高温で接触するもので、ハース
ロール同様にビルドアップを発生し難い材料が要請さ
れ、更に摺動したり、摩擦が大きいところでは摩耗が生
ずることから熱間における耐摩耗性も不可欠となる。そ
の他、LD−OG転炉上部のガス捕集スカート、フードは高
温のガス、粉塵、ヒューム等が高速で通過し、時にはス
ラグ飛散物や地金が付着するため、スカート、フードの
内面は金属部材の酸化、粉塵による摩耗及び急激な温度
変動による剥離が問題となる。

このため、従来からこの種の材料としては、耐熱鋼、セ
ラミックス溶射被覆部材等が適用されている。例えば、
特公昭57−29549号公報および特公昭58−17775号公報で
記載されているように、前記のハースロールにおいては
ロール表面にジルコニアやアルミナ等のセラミックスや
耐熱合金を溶射被覆したりしていた。

（発明が解決しようとする問題点）しかし、耐熱合金の改良でも凝着堆積に起因するビルド
アップの発生防止には効果が薄く、又ジルコニアやアル
ミナのセラミック溶射被覆層は、母材金属との熱膨張係
数の差から多数回の温度変動を受けると皮膜自体の剥離
が生成するという欠点から、高温耐摩耗性とビルドアッ
プの防止において充分に満足し得るものになっていな
い。

また、前記のAl₂O₃サーメット系溶射被覆は、特公昭58
−17775号公報に示される如く、Al₂O₃を50vol.％まで含
むことによって、優れた耐摩耗性を有するが、種々の環
境の中では、化学的に不活性でないため、鉄酸化物と反
応し易くビルドアップ防止に対して残念ながら優れた効
果は示さない。

本発明者等は、これら酸化性又は還元性雰囲気中で使用
される搬送設備等の設備部材に要求される高温耐摩耗性
に優れ、かつビルドアップ防止の効果の大きい被覆材料
及び被覆方法を種々の研究の結果、ハースロール等の基
体との密着性に優れ、剥離することなく、かつ、高温強
度およびビルドアップ防止にも優れた溶射被覆層を見い
出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、酸化性又は還元性雰囲気中に配設
されて使用するに際して、優れた高温耐摩耗性とビルド
アップ防止効果の大きい被覆層を有する溶射被覆部材を
提供することを目的になされたものである。

（問題点を解決するための手段）本発明は、Al₂O₃を51〜95vol.％含み、残部がCo,Cr,Ta,
Al,Y,Si,Cからなる金属材料で溶射被覆を施したことを
特徴とする高温耐用性溶射被覆部材を要旨とするもので
ある。

以下、本発明について詳細に述べる。

ハースロール等の設備部材の基体は、例えば耐熱鋳鋼で
作られる。これらの基体には、Al₂O₃を51〜95vol.％含
んだサーメット被覆が溶射法により施こされる。

本発明においてセラミックス成分にAl₂O₃を用いたの
は、セラミックスの中でも耐食性、耐摩耗性に優れ、か
つ耐ビルドアップ性に優れていると考えたからである。
しかし、Al₂O₃は、溶射施工時のα難からγ型に変態し
たものが、800〜1100℃程度の使用温度域においてα型A
l₂O₃にもどるため、Al₂O₃単体では体積膨張を伴ない、
剥離し易く、充分な耐用性を示さない。そのため、本発
明ではCo,Cr,Ta,Al,Y,Si,Cといった成分を含むサーメッ
トとするもので、溶射方法としては、被溶射体へ衝突さ
せて、機械的に食い込ませるように付着させるため、Al
₂O₃のような高融点材料とCo,Cr,Ta,Al,Y,Si,C等を含む
金属材料を500m/sec以上の高速度で施工する方法が好ま
しい。

従って、本発明のコーティングは、例えば爆発溶射法が
望ましいが、プラズマアーク溶射法や、火炎溶射法、高
速プラズマ溶射法など他の溶射方法も適用できる。

Al₂O₃を51vol.％以上含むことによって溶射被覆は耐ビ
ルドアップ性を付与するに充分な化学的不活性を示す
が、従来Al₂O₃を51vol.％以上含むと溶射被覆の強度が
得られず、充分な耐剥離性を示さなかった。しかし、１
回の溶射施工被覆厚さを数μｍ〜25μｍ程度にすること
によって優れた耐剥離性を有する溶射被覆の形成が可能
となる。

この場合、Al₂O₃含有量が95vol.％を越えると配合する
マトリックス金属の量が減少し、充分なる耐用性（耐剥
離性）は得られない。この様なことから、本発明におい
ては、Al₂O₃含有量を51〜95vol％、残部をマトリックス
金属とするもので、特に好ましいのは、Al₂O₃70〜85vo
l.％、残部マトリックス金属よりなる混合組織である。
これは、Al₂O₃70〜85vol.％と制限することにより、よ
り顕著に耐ビルドアップ性に優れた耐剥離性被覆が得ら
れるからである。

（実施例）実施例１本発明者等は、鉄酸化物のビルドアップ性を調査するた
めに、第１図に示す試験装置を用いて、実験を行った。

SCH22（25Cr−20Ni−0.4C）を素材とした半径35mmの半
月形ロール６を製作し、第１表に示す各溶射皮膜を両面
に施した30mm×50mm×5mmサイズのSUS板４を試料とす
る。半月形ロール６と２枚の溶射試料４の間には、ビル
ドアップ原料５（Fe₃O₄等の酸化鉄粉）を散布し、２枚
の溶射試料４上を半月形ロール６が往復運動するような
ビルドアップ再現装置を評価試験に用いた。

これら装置は、つぼ型炉２の底に設置され、N₂−５％H₂
の還元雰囲気中で850℃の一定温度で４時間往復運動さ
せ、ビルドアップを発生させる。

以上の再現試験において第２図の如く、半月形ロールと
直接接触する面をＡ面、その裏側の面をＢ面、そしてＢ
面と向い合う面をＣとし、試験後のビルドアップ発生状
況を第２表に示すような耐ビルドアップ性指数を用い
て、それぞれの面の評価点を合計した値で比較した。ま
た、ビルドアップ源であるFe₃O₄の付着面積率の平均値
をもって溶射試料の耐ビルドアップ性を評価した。耐ビ
ルドアップ性試験結果を第３表に示す。Al₂O₃を70,85vo
l.％含んだ本発明は他に比べて優れたビルドアップ性を
示すことが分った。これは、前記の如くAl₂O₃が51vol.
％を越えた組成になると充分な耐ビルドアップ性を示す
不活性な性質な顕著に表われてくるためである。

実施例２さらに連続焼鈍炉のビルドアップの発生を正確に評価す
るために、下記の実験を行った。

SUS310Sを素材とし、直径260mm、胴長350mmの試験ロー
ル15,16を２本製作し、このロール表面に前記（第１表
）のAl₂O₃70vol.％と85vol.％の本発明溶射被覆を
施し、比較材としてSUS310Sステンレス鋼製ロールを用
いた。これら２本のロールにエンドレスの薄板鋼板14を
巻きつけ、回転接触試験を行った。

第３図に試験に用いた評価装置の概略図を示した。尚、
図中12,17は、駆動用モータ、18はバランスウェイト、1
3は炭化硅素発熱体である。第４図に試験した雰囲気と
温度パターンを示した。また、詳細な試験条件を下記に
示した。

張力:0.15kg/mm² 回転数:No.1ロール80r.p.m,No.2ロール40r.p.m（両ロー
ル共にスリップ発生）温度:850℃ 実験時間:20分本試験ロールについて、試験後のビルドアップ発生状況
をビルドアップの発生個数と付着面積率により評価し
た。その結果は第４表に示すようにビルドアップ発生個
数および付着面積率とも比較材であるステンレス鋼製ロ
ールより本発明品は、耐ビルドアップ性に優れているこ
とが認められた。また、耐摩耗性に関してもAl₂O₃を添
加することによって向上することが分った。

実施例３次に、本発明のコーティング材質の高温耐摩耗性を調べ
るために、下記の実験を行った。

第５図に示す如くSUS310Sを素材として、直径120mm、胴
長100mmのテストロール21を作製し、その表面に第５表
に示す種々の材質を溶射被覆した。これを発熱体22によ
る850℃の加熱下、酸化雰囲気と還元雰囲気中で75×500
×10（mm）のSS41鋼板20と端部支点19による自重過重で
回転接触させ、高温耐摩耗性を調査した。

第６表に実験結果を示しており、これよりAl₂O₃含有本
発明サーメット被覆〜はAl₂O₃とZrO₂のそれぞれ単
体から成る，に比べ耐摩耗性に優れていることがわ
かった。これは、Al₂O₃被覆やZrO₂被覆等を脆さをメタ
ルが補うという効果に起因している。

また、サーメット被覆の中では、Al₂O₃を60vol.以上含
む本発明サーメット被覆が優れており、これは、Al₂O₃
粒の高硬度に起因している。

以上の結果、本発明被覆が従来のセラミックス等の被膜
より優れた耐摩耗性を発揮するものと予想される。

実施例４次に溶射被膜の耐剥離性を熱衝撃試験により評価した。
30×50×5mmのSUS304製基板に各種原料を溶射施工し、
これを1000℃の電気炉で15分加熱した後、水中へ投下
し、急冷させる熱衝撃試験を行った。試料が剥離するま
で加熱急冷を繰り返し、その回数で評価した。尚、試験
雰囲気は大気中で行った。

試験材と熱衝撃試験結果を第７表に示した。これより本
発明被膜〜は比較材，に比べ、著しく耐剥離性
に優れていることがわかった。これは、金属基板とセラ
ミックスの熱膨張差を被膜中のメタル部分が緩衝材とし
て働き、耐熱衝撃性を向上させるためである。

（発明の効果）前述の実施例に示す如く、本発明に従った溶射被覆部材
は、耐ビルドアップ性、及び耐剥離性に著しく優れてお
り、高温装置に用いられる設備の長寿命化と鋼板製品の
高品質化に大きく貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はビルドアップ試験装置の説明図、第
３図は２ロールタイプビルドアップシミュレーターの概
略図、第４図は２ロールビルドアップシミュレーターで
試験した雰囲気と温度パターンを示す図、第５図は高温
摩耗試験装置の説明図である。 1:雰囲気ガス導入管、2:炉、3:トレイ、4:溶射試料、5:
ビルドアップ原料、6:ロール、7:加圧ロッド、8:加重材
料、9:カウンターバランス、10:シール板、11:減速機、
12:No.1モーター、13:炭化硅素発熱体、14:エンドレス
冷薄鋼板、15:No.1ロール、16:No.2ロール、17:No.2モ
ーター、18:バランスウェイト、19:支点、20:鋼板、21:
ロール、22:発熱体。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Al₂O₃を51〜95vol.％含み、残部がCo,Cr,T
a,Al,Y,Si,Cからなる金属材料で溶射被覆を施したこと
を特徴とする高温耐用性溶射被覆部材。
【請求項２】Al₂O₃を70〜85vol.％含み、残部がCo,Cr,T
a,Al,Y,Si,Cからなる金属材料で溶射被覆を施したこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高温耐用性溶
射被覆部材。