JPS6026615A - スキッドボタンの製造方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明はスキッドボタンに係シ、特にセラミックと金属
との複合構造とされたスキッドボタンに関するものであ
る。

〔従来技術〕

鋼材等の連続式又はバッチ加熱炉のウオーキングビーム
及び固定ビーム上の被加熱材の鋼材の保持を目的とした
スキッドボタンについて、セラミックを適用することが
最近急速に検討されつつある。

セラミックは耐熱鋼等に比較すると （＝）　熱伝導性が低い （ｂ）　耐熱性、耐クリープ性に優れている（Ｃ）耐酸
化特性に優れている （ｄ）耐摩耗性に優れている 等の長所を有しているところから、加熱炉のスキッドボ
タンに適用した場合には、 （ｅ）　被加熱材のスキッドマーク防止による品質向上 （ｆ）　加熱炉操業の省エネルギー化 という利点がある。その理由を以下に示す。

加熱炉の内部の高温酸化雰囲気下では耐熱鋼スキッドボ
タンはクリープ現象、酸化脱落等の問題があるためスキ
ッドボタンを固着するベースビームを介して強制水冷し
ている。その為被加熱材のスキッド接触部が局部的に冷
却され被加熱材が均一な温度分布でなくなり後工程で鋼
材の欠陥の原因になり得る。

また耐熱鋼スキッドボタンは、冷却を必要とするため、
相当な量の熱エネルギーを排出していることになる。

従って耐熱鋼スキッドボタンの代替としてセラミックス
キッドボタンを使用する場合炉操業エネルギーの低減化
及び鋼材のスキッドマーク減少による品質向上されるこ
ととなシその効果は大きい。

しかしながらセラミックは脆性材料であるだめ機械的な
衝撃及び偏荷重又は引張及び剪断応力に対して非常に弱
いという欠点を有する。そのためセラミックをスキッド
ボタンに適用する場合、ウオーキングビーム加熱炉等の
操業条件を考えると、その高負荷状況において割れ、亀
裂等の破壊につながる損傷が発生するおそれがあるため
、スキッドボタンのセラミック化という点には技術的な
問題を残していたのが実情である。

従って、このようにスキッドボタンにセラミックを適用
して、前述の如きセラミックの利点を活かすためにはセ
ラミックスキッドボタンの靭性を高める必要がある。而
してセラミックの靭性を高める手法として、金属との組
合せによる高靭性化がある。セラミックと金属とを組合
せる方法としては ■　セラミックと金属とを単に機械的に組合せる方法 ■　焼バメ、圧入等により一体化させる方法■　接着剤
を用いて接合する方法 などが考えられる。

上記■〜■のいずれの場合においてもセラミックと金属
の熱膨張率の差という問題が生じるため１０００℃以上
の高温域はもちろんその温度に至る以前の温度において
ハガレ又は落ち等の現象すなわち接着力、保持力がなく
なり到底満足すべきセラミックと金属の接合強度は得ら
れるものではない。

また上記■の焼バメ及び圧入による方法であるが焼バメ
に関しては熱衝撃によるセラミックの割れ等の問題、圧
入に関してけ圧入応力によるセラミックの割れ、カケ等
の問題があり、さらにいずれの方法も温度上昇に伴々う
セラミックと金属の熱膨張差が焼バメ代及び圧入代以へ
る温度においては使用できないという問題がある。

また上記■の接着剤による方法であるがセラミックと金
属の界面を形成する接着剤そのものをセラミックと金属
の中間の熱膨張率を有する物質で構成する方法等が考え
られているが高温における使用に十分に耐える接着剤は
いまだに捺供されていない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は上記従来技術の問題点を解消し、セラミ
ックが適用されておシ、低熱伝導性、でありかつ耐熱性
、耐クリープ性、耐酸化特性並びに耐摩耗性等の緒特性
に極めて優れておシ、シかも耐衝撃性などの機械的な特
性にも優れているスキッドボタンを提供することにある
。

〔発明の構成〕

本発明者らは上記した如き欠点のないセラミックと金属
の接合方法を開発すべく鋭意研究を重ねた。そして、Ｈ
ＩＰ処理による高温高圧接合法という上記■〜■の方法
とは全く異種の方法に着眼し、検討を加えたところ、Ｈ
ＩＰ法によって接合された金属とセラミックとから構成
されたスキッドボタンは操業時の加熱炉内の条件におい
ても優れた接合特性を具備していることを見出し、本発
明を完成するに至った。

即ち、スキッドボタンが使用される加熱炉の操業温度以
上の高温とその温度において、金属の降伏圧力以上のガ
ス圧力正確にはＨＩＰ処理温度における金属の歪が７チ
以上になるガス圧力でＨ工Ｐを利用し接合処理すればそ
のセラミックと金属の接合体は少なくとも処理温度まで
すなわち加熱炉操業下において満足すべく接合強度が得
られるのではないかということを着想した。そして該設
定温度と圧力においてＨＸＰ処理したセラミックと金属
の接合体は加熱炉操業下の高温においても接合力が保持
されスキッドボタンとして使用可能であるという事実が
見い出された。

而してこのようなＨＩＰ法によって接合されたセラミッ
クと金属との界面を電子顕微鏡で観察し線分析したとこ
ろ中間生成物又は相互拡散相の形成は認められなかった
ものの界面近倹約５μｍの幅でマイクロクラックによる
複雑な相が生じていることが確認された。

本発明はこのような知見に基いてなされたものであって
、第１の発明は、円筒又は円筒に類似した形状の金属製
柱状体と、該筒状体の内部に装入された円柱又は円柱に
近似した柱状形であるセラミック焼結体とからなり、該
筒状体とセラミック焼結体とはＨＩＰ法によ多接合され
てなることを特徴とするスキッドボタン、を要旨とする
ものである。また第２の発明は、円柱又は円柱に近似し
た柱状体であシその一端面には四部が形成された金属製
柱状体と、該凹部に装着されたセラミック焼結体とから
なシ、該柱状体とセラミック焼結体とはＨＩＰ法によ多
接合されてなることを特徴とするスキッドボタン、を要
旨とするものである。

本発明において、セラミックと接合される金属製の筒状
体又は柱状体の材質としては、４テンレス鋼又は耐熱鋼
が好適である。なおＨ工Ｐ処理を行なうに際して筒状体
又は柱状体の素材として、ステンレス鋼又は耐熱鋼の粉
末成形体を用いてもよい。

またセラミックとしては、窒化珪素、酸化ジルコニウム
、酸化アルミニウム、サイアロン又は炭化珪素が好適で
あシ、これらの種類のうち一種だけでも良く、又二種以
上複合して用いるようにしても良い。

以下本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。

第１図は第１の発明の一実施例に係るスキッドボタンの
断面図である。ｌＯはスキッドボタン本体であシ、取付
座金２０を介して冷却パイプ３゜に取り付けられている
。而してスキッドボタン本体１０は円筒又は円筒に近似
した形状の筒状体１１と該筒状体１１の内部に装入され
た円柱又は円柱に近似した形状のセラミック焼結体１２
とから構成されている。そしてこの筒状体１１とセラミ
ック焼結体１２とはＨＩＰ法によって接合されている。

第２図は第１の発明の異なる実施例に係るスキッドボタ
ンの断面図である。この実施例においては、セラミック
焼結体１２は柱高さ方向（図中、上下方向）に複数個（
図の実施例では３個）の部分１２　ａ　、　ｃに分割さ
れた構造とされており、最も上方の部分１２ａと中央の
部分１２ｂは緻密質セラミック、下方の部分１２Ｃは低
弾性率セラミックときれている。この第２図の実施例の
如くセラミック焼結体１２を上下方向に分割したものに
おいてはウオーキングビーム式加熱炉の操業条件である
移動床の運動方向に起因する被加熱材のスキッドボタン
に対する横方向の静的な負荷あるいけ衝撃力に対して有
効である。

第３図は第２の発明の一実施例に係るスキッドボタンの
断面図である。この実施例においては、スキッドボタン
本体１０は円柱又は円柱に近似した形状であシ、その一
端面（図では上端面）には四部１３が形成された金属製
の柱状体１４、及び、該凹部１３に装着されたセラミッ
ク焼結体１５から構成されている。而してセラミック焼
結体１５と柱状体１４とはＨＩＰ法によシ接合されてい
る。

第４図は第２の発明の異なる実施例に係るスキッドボタ
ンの断面図である。この実施例においては金属製柱状体
１４は柱高さ方向（図中、上下方向）に複数個（図の実
施例では３個）のそれぞれ異なる材質からなる部分１４
ａ−ｃから構成されている。図の実施例では最も上方の
部分１４ａは耐熱鋼、中央の部分１４ｂはステンレス鋼
、下方の部分１４Ｃは軟鋼である。

（なお第１図ないし第キ４図において、同一部分は同一
符号をもって示されている。）この第３図ないし第４図
の実施例の如くセラミックを金属の上部のみに設置した
ものはウオーキングビーム式加熱炉の操業条件である移
動床の運動方向に起因する被加熱材のスキッドボタンに
対する横方向の静的な負荷あるいは衝撃力に対して有効
である。

また第４図の実施例においては、軟鋼等の低弾性率、低
価格の材質の鋼材を有効に利用できるという効果がある
。

〔発明の実施例〕 以下本発明の具体的な実施例について説明する。

実施例 セラミックとして径φ５０羽高さ６４Ｈの窒化珪素焼結
体、金属として外径φ６４ｕ、内径φ５０龍、高さ６４
趨のステンレス鋼製のものを用いて、第１図に示す形状
のスキッドボタン本体をＨ工Ｐにて１３００℃１２００
　ｋｌｉ’／ｃＩｒＬ′！の条件で接合した。なおこの
条件は該ステンレス鋼に７％以上の歪を付与するもので
ある。このようにして製造されたセラミックと金属の接
合体をスキッドボタン本体とするセラミックスキッドボ
タンを１２５０℃のウオーキングビーム式加熱炉に採用
した。

比較例 上記実施例の比較としてセラミック及び金属の形状を同
じにした焼バメ品（焼バメ温度６ｏｏ℃、焼バメ代５０
μｍ）、圧入品（圧入代、５０μｍ）並びに金属のみの
スキッドボタンについて上記実施例と同様に１０００℃
のウオーキングビーム式加熱炉に採用した。

上記実施例及び比較例に係る加熱炉を所定期間実操業し
たところ、第１表に示す如き結果が認められた。

第１表よシ本発明品に係るものは耐衝撃性と耐摩耗性と
に格段に優れ、長期間にわたって安定して使用し得るこ
とが認められる。

なお本発明品を採用した加熱炉においては、冷却水の使
用量が格段に少量であり、エネルギーコストが大幅に低
減された。また製品も高品質のものであった。

〔発明の効果〕

以上詳述した通シ本発明のスキッドボタンはセラミック
と金属とを組み合せ、かつこれをＨＩＰ法によって接合
して一体化するようにしだものであシ、従来のスキッド
ボタンに比べ、熱伝導性が低い耐熱性、耐クリープ性に
優れている耐酸化特性に優れている、及び耐摩耗性に優
れている等の優れた特徴を有しておシ、被加熱材のスキ
ッドマーク防止による品質向上、及び加熱炉操業の省エ
ネルギー化を実現することができる。

また本発明のスキッドボタンは機械的衝撃に対しても極
めて強く、長期間にわたって安定して使用し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図はいずれも本発明の実施例に係るス
キッドボタンの断面図である。 ｌＯ・・−スキッドボタン本体、 ２０・・・取付座金、 ３０・・・冷却パイプ。 代理人　弁理士　重　野　剛

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）　円筒又は円筒に類似した形状の金属製筒状体と
   、該筒状体の内部に装入された円柱又は円柱に近似した
   柱状形であるセラミック焼結体とからなシ、該筒状体と
   セラミック焼結体とはＨＩＰ法によシ接合されてなるこ
   とを特徴とするスキッドボタン。
2. （２）　前記筒状体はステンレス鋼又は耐熱鋼製である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のスキッ
   ドボタン。
3. （３）　前記セラミック焼結体は窒化珪素、酸化ジルコ
   ニウム、酸化アルミニウム、サイアロン及び炭化珪素の
   １種又は２種以上の焼結体であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項又は第２項に記載のスキッドボタン。
4. （４）　前記セラミック焼結体は、特性の異なる２以上
   の分割体が柱高さ方向に積み重なった構造を有している
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項の
   いずれか１項に記載のスキッドボタン。
5. （５）　前記分割体のうち柱高さ方向一端側のものは緻
   密質であり、他端側のものは該一端側のものよりも低弾
   性率であることを特徴とする特許請求の範囲第４項に記
   載のスキッドボタン。
6. （６）　円柱又は円柱に近似した柱状体でありその一端
   面には凹部が形成された金属製柱状体と、該凹部に装着
   されたセラミック焼結体とからなり、該柱状体とセラミ
   ック焼結体とはＨＩＰ法により接合されてなることを特
   徴とするスキッドボタン。
7. （７）前記金属製柱状体は、材質が柱高さ方向において
   異なっていることを特徴とする特許請求の範囲第６項に
   記載のスキッドボタン。
8. （８）　前記金属製柱状体は、凹部が形成された柱高さ
   方向一端側が耐熱鋼、他端側か軟鋼であり、中央部分は
   ステンレス鋼であることを特徴とする特許請求の範囲第
   ７項に記載のスキッドボタン。