JPH08127813A - 加熱炉における被加熱体支持部材用材料 - Google Patents

加熱炉における被加熱体支持部材用材料

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JPH08127813A
JPH08127813A JP10106895A JP10106895A JPH08127813A JP H08127813 A JPH08127813 A JP H08127813A JP 10106895 A JP10106895 A JP 10106895A JP 10106895 A JP10106895 A JP 10106895A JP H08127813 A JPH08127813 A JP H08127813A
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JP
Japan
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heated
heating furnace
powder
supporting
resistance
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JP10106895A
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Shingo Izumi
真吾 泉
Masatoshi Ayagaki
昌俊 綾垣
Tadami Oishi
忠美 大石
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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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9
9%以上の金属クロムと残部が不可避不純物からなる焼
結体に熱間塑性加工を加えることにより、平均結晶粒を
60μm以上に再結晶粗大化させた素材により構成す
る。 【効果】 本発明材は優れたクリープ変形抵抗性、耐高
温腐食性、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

【発明の詳細な説明】
【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に関する
もので、特に、スキッドライダーあるいは炉内搬送ロー
ル用として適した被加熱体支持部材用材料に係る。
【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)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SC
H12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。
【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。
【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く製造
加工費が高くなるばかりでなく、機械的特性が不十分で
あるため整備中、操業中に衝撃等により割損し、被加熱
材の表面に傷をつける場合がある。また、これら複合材
料は鋳造合金に比較して表面高温腐食層が形成され易
く、容易に腐食層の表面剥離が起こるという問題があ
る。これらの問題を避けるためにセラミックス量を低減
させた場合は、圧縮クリープ特性が不十分となりへたり
が改善できない。
【0006】一方、CrまたはCr−Fe合金原料中に
2 −O2 混合ガス中、高エネルギー粉砕装置で微粉砕
して焼結原料とし、その圧縮成形体を常圧焼結法で焼結
することにより、窒化クロム粒子0.1〜5%(窒素換
算値)、酸化クロム粒子0.1〜5%(酸素換算値)か
らなるCr基耐熱焼結合金の製造方法が報告されている
(特開平5−263179号公報)。しかしながら、こ
れら高エネルギー粉砕装置を用いて製造されたCr微粉
砕粉末は窒化、酸化され易いため、その粉末表面に多量
の窒化物、酸化物が生成されるため、焼成された焼結材
粒界は脆く、衝撃により割損し易い材料になるという問
題がある。さらに粒界に生成された窒化物、酸化物は粒
界を安定にするため、熱処理等を施しても再結晶が起こ
り難い上に、粉砕により製造された粉末はそもそもの粒
径が小さいため、その焼結後の素材結晶粒が小さく、素
材中の結晶粒界面積が増大し、粒界すべりが起因となる
高温でのクリープ変形を十分抑制できなくなるという問
題がある。
【0007】従って、1300℃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。
【0008】
【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圧縮
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。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、加熱炉用被加
熱体支持部材における前述の問題を解決するため、従来
のセラミックス分散複合材料の衝撃値をはじめとする機
械的特性を向上させるため添加セラミックス量を大幅に
低減、または除去しつつも、圧縮クリープ抵抗性を十分
保有する素材成分を見いだしたものである。即ち、 (1)純度99%以上の金属クロムと残部が不可避不純
物からなる焼結体に熱間塑性加工を加えることにより、
平均結晶粒を60μm以上に再結晶粗大化させた素材に
より構成されることを特徴とする加熱炉における被加熱
体支持部材。 (2)金属Cr中に酸化物が0.05体積%以上、5体
積%以下となるよう均一混合した粉末または金属Cr粉
末、あるいはそれらの焼結体に熱間加工を加え、平均粒
径を60μm以上とすることを特徴とする加熱炉におけ
る被加熱体支持部材用材料。を要旨とするものである。
【0010】本発明の焼結材料は99%純度以上、粉末
粒径250μm以下のCr粉末と粉末粒径5μm以下の
金属酸化物、好ましくはY2 3 ,La2 3 等の希土
類酸化物粉末からなる混合粉末、およびCr粉末単体を
原料粉末とする。その製造方法は加圧成形及び常圧焼結
法、好ましくは熱間等方圧加圧装置(HIP)を用いて
金属容器中に真空封入にした粉末を加圧焼結したのち、
この焼結素材に圧延、鍛造または押出し成形等の熱間塑
性加工を加えることにより、結晶粒の再結晶粗大化を図
り製造されるものである。あるいは、真空封入された粉
末を直接熱間押出し、引抜きすることによっても製造す
ることができる。
【0011】この場合、結晶粒粗大化は塑性加工後の素
材を1000℃以上の高温加熱することにより一層容易
に達成できる。また1200℃以上での長時間加熱によ
っても達成できる。Crは難焼結材であるため、HIP
焼結法を用いる場合には1300℃〜1450℃の超高
温下で100〜200MPa の圧力のもと2時間〜5時間
保持して焼結でき、圧延または鍛造は塑性変形が可能な
800℃以上において30%以上の塑性変形を与えるこ
とにより、結晶粒の再結晶粗大化が図れる。この時、3
0%以下の塑性変形では加工エネルギーが不十分なた
め、再結晶による結晶粒の粗大化が十分達成できない。
これらの製造方法により、セラミックス添加量を大幅に
低減または添加しなくても優れたクリープ変形抵抗を有
し、かつ常温付近での機械的特性が改善できる。
【0012】
【作用】本発明において金属Crを母金属としたのは、
元来Crが有する高温での優れた耐酸化性、圧縮クリー
プ変形抵抗性に着目したとともに、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%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。さらに、250μm以下の粉末を使用したのは難
焼結材であるCr焼結性を考慮したためである。
【0013】一方、添加材として酸化物を選定したのは
1300℃前後の高温においても金属Crあるいは被加
熱体である鋼材と反応することなく、それ自体熱力学的
に非常に安定であり、かつ結晶粒内に均一に分散した場
合、金属Cr結晶粒界面でのすべりを起こり難くし、結
果としてクリープ抵抗性が向上するためである。
【0014】さらに、これらの酸化物は高温環境下で生
成された表面腐食層と素材の界面に凝集し、表面腐食層
と生地をつなぐ楔の役割をはたすことにより表層剥離を
抑制し、高温腐食による損傷を軽微ならしめるためであ
る。酸化物粉末の粒径を5μm以下と限定したのは酸化
物粉末の割損・脱落を防止し、熱間塑性加工により再結
晶粗大化をするために障害とならない粉末粒径を考慮し
たことによる。
【0015】また、本発明の焼結材料に占める酸化物添
加量の上限は、粉末粒界に酸化物凝集箇所が形成され衝
撃値が著しく低下せず再結晶粗大化が可能である5体積
%以下とした。また、下限は酸化物分散効果が得られる
0.05体積%以上とした。これらの機能は高温で安定
な金属酸化物であれば効果がみられるが、特に希土類酸
化物において顕著な効果をもたらす。一方、酸化物を添
加しない場合は分散効果がないため若干特性は劣るが、
コスト的に有利であるとともに結晶粒制御を行うことに
より従来技術以上の性能を確保できる。
【0016】これらCr粉末と酸化物との混合粉末また
はCr粉末のみを焼結しただけでは結晶粒が小さいため
結晶粒界面積が多くなるとともに、酸化物が結晶粒界の
みに凝集することにより容易に粒界すべりをおこし、圧
縮クリープ抵抗性が向上しない。さらに、粒界からの高
温腐食部位も多くなり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。
【0017】本発明では前述した粉末または焼結素材に
対し、800℃以上の高温で塑性変形を加えることによ
り結晶粒界を活性化せしめ、再結晶による結晶粒粗大化
を図った。これにより結晶粒界面積が減少し、クリープ
性、酸化性が向上することを見いだした。さらに微細酸
化物を添加した場合、これらが結晶粒内に多数分布する
ことにより素材変形抵抗をたかめ、優れた圧縮クリープ
抵抗性を得る事ができた。さらにこの時、酸化物、特に
希土類酸化物の前述した効果により表層剥離を抑制し、
高温腐食による表面損傷を軽微ならしめることを見いだ
した。
【0018】
【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。
【0019】(1)素材の製造 表1に示すように99%純度以上、粉末粒径250μm
以下のCr粉末および酸化物として粉末粒径5μm以下
のY2 3 粉末およびCr2 3 を使用した。酸化物分
散材については事前に十分混合した後、Cr単体粉につ
いては原料粉末をそれぞれ軟鋼製容器に真空封入してH
IP処理を施すことにより焼結材とした。HIP処理は
高融点材料であるCrおよび酸化物が十分焼結するよう
1400℃×150MPa ×2時間なる条件で実施した。
また、熱間塑性加工は800℃〜1200℃の温度範囲
で鍛造により実施し、再結晶による結晶粒の粗大化をさ
せ、素材の平均結晶粒を60μm以上とした。このとき
の鍛造による塑性加工率は30%、60%とした。以上
の製法により製造したNo.1〜No.6の素材を使用
し、表2による各種試験を行った。
【0020】(2)素材の材料特性 表2に示すように本発明の素材(No.1〜No.6)
は熱間塑性加工による再結晶粗大化により比較材(N
o.7〜No.9)、従来材(No.10,No.1
1)と比較して優れた圧縮クリープ抵抗性、高温腐食性
を有し、衝撃値、強度等機械的性質も大幅に向上してい
る。再結晶粗大化した素材はCr単体材(No.5,N
o.6)でもかなりの特性改善がみられるが、少量の酸
化物を添加することにより一層の圧縮クリープ抵抗性お
よび高温腐食特性の改善が行え(No.1〜No.
4)、硬度はほとんど上昇せず良好な切削性が得られて
いる。図1に示すように圧縮クリープ抵抗性は熱間塑性
加工による素材の平均結晶粒径の制御と強い相関がみら
れ、60μm以上に結晶粒を粗大化させるに伴い大幅に
改善される。一方、セラミックス添加量が5体積%を超
えた場合は衝撃値、強度の低下が著しくなる(No.1
0)。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.10)。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の焼結材料は
1300℃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。さらに熱間塑性加工により最終製品に近い形状に
成形できることから素材歩留りを向上できるとともに、
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。
【図面の簡単な説明】
【図1】圧縮クリープ抵抗性と素材の平均結晶粒径との
関係を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F27D 3/02 // C22C 1/05 E

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 純度99%以上の金属クロムと残部が不
    可避不純物からなる焼結体に熱間塑性加工を加えること
    により、平均結晶粒を60μm以上に再結晶粗大化させ
    た素材により構成されることを特徴とする加熱炉におけ
    る被加熱体支持部材。
  2. 【請求項2】 0.05体積%以上5体積%以下の金属
    酸化物を有し、残部が純度99%以上の金属クロムと不
    可避不純物からなる焼結体に熱間塑性加工を加えること
    により、平均結晶粒を60μm以上に再結晶粗大化させ
    た素材により構成されることを特徴とする加熱炉におけ
    る被加熱体支持部材。
JP10106895A 1994-09-07 1995-04-25 加熱炉における被加熱体支持部材用材料 Withdrawn JPH08127813A (ja)

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JP10106895A JPH08127813A (ja) 1994-09-07 1995-04-25 加熱炉における被加熱体支持部材用材料

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JP21345294 1994-09-07
JP6-213452 1994-09-07
JP10106895A JPH08127813A (ja) 1994-09-07 1995-04-25 加熱炉における被加熱体支持部材用材料

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104785787A (zh) * 2015-04-29 2015-07-22 宁波依司特加热设备有限公司 粉末冶金快速冷却系统

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Effective date: 20020702