JPS631384B2 - - Google Patents
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- JPS631384B2 JPS631384B2 JP57215942A JP21594282A JPS631384B2 JP S631384 B2 JPS631384 B2 JP S631384B2 JP 57215942 A JP57215942 A JP 57215942A JP 21594282 A JP21594282 A JP 21594282A JP S631384 B2 JPS631384 B2 JP S631384B2
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Description
本発明は加熱炉、均熱炉、焼鈍炉などの高温雰
囲気で使用される耐熱用セラミツク材料に関す
る。例えば加熱炉に於けるスキツドレール用材料
としては従来から各種耐熱合金が用いられていた
が、炉内雰囲気温度が1300〜1350℃に設定され、
スラブ等の金属片が1250〜1300℃に加熱されると
いう如く高温域にさらされるのでスキツドレール
に用いられている耐熱合金にとつても極めて苛酷
な使用条件である。従つて一般には第１図に示す
ように、炉Ｆ内の下部の架台１に水冷スキツドパ
イプ２を複数本配設するとともに、各スキツドパ
イプの上面にスキツドレール３を敷設して炉床
（スキツド）を構成し、パイプ２内を流通する冷
却水にてスキツドレールの昇温を防止するように
した水冷方式が採られている。しかし、この場
合、スキツドレール上に載置された金属片Ｓは、
レールとの接触面から熱を奪われ、局部的に冷却
されるため、温度むらが生じる。 この温度むらは金属片Ｓの在炉時間を長時間に
設定することにより緩和することはできるが、そ
の効果は十分でなく、また加熱炉の効率が著しく
悪くなる。 この対策として、スキツドレール３にセラミツ
ク材料からなる耐熱台を設け、金属片Ｓとレール
３との直接々触を防止することが提案され、その
セラミツク材料として、酸化ジルコニウム
（ZrO2）系、アルミナ（Al2O3）系、窒化ケイ素
（Si3N4）系などが試験的に使用されている。と
ころが、これらセラミツク材料は、急速加熱材た
る金属片のスケールとの反応が生じ易いため、長
時間の安定した操業を維持することは不可能であ
る。 ところでセラミツク材料の中で他の材料と比較
した場合に特異な性質を示し、とりわけ溶融金属
に対して極めて優れた耐食性を示すものとして炭
化クロム系セラミツク材料がある。この炭化クロ
ム系セラミツク材料として、従来、炭化クロムを
金属コバルトやニツケルで結合焼結したものが、
耐熱材料や耐食材料として知られているが、これ
らは加熱炉内での高温雰囲気では、強度の劣化
と、スケールとの反応が著しく、例えば、1200℃
では室温時の1/3以下の強度に激減するので、加
熱炉の炉床のように高温下で動的応力が作用する
苛酷な使用環境にはとうてい耐え得ず、結局スキ
ツドレール耐熱台用材料としては適用することが
できない。 本発明は上述の諸問題を解決する為に炭化クロ
ム主成分とし特にその高温圧縮強度を高めた材料
を提供せんとするものであり、その要旨はモリブ
デン、タングステン、タンタル、チタン、ニオ
ブ、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウムから
選ばれる１種以上が0.2〜10重量％、残部が炭化
クロムからなる組成の耐熱用セラミツク材料であ
り、この場合にモリブデン、タングステン、タン
タル、チタン、ニオブ、ハフニウムについてはそ
れらを繊維状形態で用いると後で詳記する如く材
料の機械的強度を大きく向上せしめるのでより好
ましいものである。なお本発明材料は上述の如き
組成範囲に各種材料粉末を配合しその後公知の焼
結方法、即ちコールドプレス法、ホツトプレス法
あるいは熱間等方圧加圧焼結法等による方法によ
り焼結して得られるが、この焼結条件としてはコ
ールドプレス法の場合真空度10-1〜10-3torr、温
度1300〜1500℃、ホツトプレス法の場合加圧力50
〜350Kg／cm2、温度1350〜1550℃、又熱間等方圧
加圧焼結法の場合には圧力500Kg／cm2以上、温度
1500℃以下に設定するのがそれぞれ好ましい。そ
して用いる各種原料粉末は出来る限り高純度のも
の、好ましくは99％以上の純度を有するものを使
用する様にする、これは不純物があると高温焼成
時にそれが蒸発して気孔の原因となつたり低融点
相を形成するなどして得られる製品の高温特性の
低下を招くからである。またこの原料粉末は焼結
性を向上せしめ得られる製品が高密度となる為に
粒度10μｍ以下の微細粉末を使用するのが望まし
い。 次に本発明材料を開発するに至つた試験並びに
その結果を示す。即ち、 純度99.9％で粒度が5μｍの炭化クロム粉末と他
の各種添加物をそれぞれ下記第１表に示す割合に
混合したもの100重量部に対しパラフインを３重
量部添加混合したものを原料粉末とした。なお下
記第１表中でNo.58〜No.63の場合は、そこで用いた
モリブデン、タングステン、タンタル、チタン、
ニオブ、ハフニウムはそれぞれ直径50μｍの繊維
状物を原料とし（これら繊維状物を用いたものに
ついては該当No.の下にアンダーライン「−」を付
している）、その他のものについてはすべて粉末
状物を用いた。 この様にして得た原料を成形圧力1.5トン／cm2
で10mm×30mm×６mm及び７mm×７mm×７mmに成形
し、780℃、10分間真空中にて予備焼結をし、次
いで真空中1450℃、60分間本焼結を行つて得た焼
結体から各種試験用供試体を得た。 これらの各種焼結体についての相対理論密度、
抗折力、粒度、高温圧縮強度をそれぞれ下記第２
表に示す。この中で高温圧縮強度は真空中1300℃
に保持した供試体（５mm×５mm×５mm）を0.1
mm／分の加圧速度で加圧圧縮し変形を開始した時
の圧力値で示す。
囲気で使用される耐熱用セラミツク材料に関す
る。例えば加熱炉に於けるスキツドレール用材料
としては従来から各種耐熱合金が用いられていた
が、炉内雰囲気温度が1300〜1350℃に設定され、
スラブ等の金属片が1250〜1300℃に加熱されると
いう如く高温域にさらされるのでスキツドレール
に用いられている耐熱合金にとつても極めて苛酷
な使用条件である。従つて一般には第１図に示す
ように、炉Ｆ内の下部の架台１に水冷スキツドパ
イプ２を複数本配設するとともに、各スキツドパ
イプの上面にスキツドレール３を敷設して炉床
（スキツド）を構成し、パイプ２内を流通する冷
却水にてスキツドレールの昇温を防止するように
した水冷方式が採られている。しかし、この場
合、スキツドレール上に載置された金属片Ｓは、
レールとの接触面から熱を奪われ、局部的に冷却
されるため、温度むらが生じる。 この温度むらは金属片Ｓの在炉時間を長時間に
設定することにより緩和することはできるが、そ
の効果は十分でなく、また加熱炉の効率が著しく
悪くなる。 この対策として、スキツドレール３にセラミツ
ク材料からなる耐熱台を設け、金属片Ｓとレール
３との直接々触を防止することが提案され、その
セラミツク材料として、酸化ジルコニウム
（ZrO2）系、アルミナ（Al2O3）系、窒化ケイ素
（Si3N4）系などが試験的に使用されている。と
ころが、これらセラミツク材料は、急速加熱材た
る金属片のスケールとの反応が生じ易いため、長
時間の安定した操業を維持することは不可能であ
る。 ところでセラミツク材料の中で他の材料と比較
した場合に特異な性質を示し、とりわけ溶融金属
に対して極めて優れた耐食性を示すものとして炭
化クロム系セラミツク材料がある。この炭化クロ
ム系セラミツク材料として、従来、炭化クロムを
金属コバルトやニツケルで結合焼結したものが、
耐熱材料や耐食材料として知られているが、これ
らは加熱炉内での高温雰囲気では、強度の劣化
と、スケールとの反応が著しく、例えば、1200℃
では室温時の1/3以下の強度に激減するので、加
熱炉の炉床のように高温下で動的応力が作用する
苛酷な使用環境にはとうてい耐え得ず、結局スキ
ツドレール耐熱台用材料としては適用することが
できない。 本発明は上述の諸問題を解決する為に炭化クロ
ム主成分とし特にその高温圧縮強度を高めた材料
を提供せんとするものであり、その要旨はモリブ
デン、タングステン、タンタル、チタン、ニオ
ブ、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウムから
選ばれる１種以上が0.2〜10重量％、残部が炭化
クロムからなる組成の耐熱用セラミツク材料であ
り、この場合にモリブデン、タングステン、タン
タル、チタン、ニオブ、ハフニウムについてはそ
れらを繊維状形態で用いると後で詳記する如く材
料の機械的強度を大きく向上せしめるのでより好
ましいものである。なお本発明材料は上述の如き
組成範囲に各種材料粉末を配合しその後公知の焼
結方法、即ちコールドプレス法、ホツトプレス法
あるいは熱間等方圧加圧焼結法等による方法によ
り焼結して得られるが、この焼結条件としてはコ
ールドプレス法の場合真空度10-1〜10-3torr、温
度1300〜1500℃、ホツトプレス法の場合加圧力50
〜350Kg／cm2、温度1350〜1550℃、又熱間等方圧
加圧焼結法の場合には圧力500Kg／cm2以上、温度
1500℃以下に設定するのがそれぞれ好ましい。そ
して用いる各種原料粉末は出来る限り高純度のも
の、好ましくは99％以上の純度を有するものを使
用する様にする、これは不純物があると高温焼成
時にそれが蒸発して気孔の原因となつたり低融点
相を形成するなどして得られる製品の高温特性の
低下を招くからである。またこの原料粉末は焼結
性を向上せしめ得られる製品が高密度となる為に
粒度10μｍ以下の微細粉末を使用するのが望まし
い。 次に本発明材料を開発するに至つた試験並びに
その結果を示す。即ち、 純度99.9％で粒度が5μｍの炭化クロム粉末と他
の各種添加物をそれぞれ下記第１表に示す割合に
混合したもの100重量部に対しパラフインを３重
量部添加混合したものを原料粉末とした。なお下
記第１表中でNo.58〜No.63の場合は、そこで用いた
モリブデン、タングステン、タンタル、チタン、
ニオブ、ハフニウムはそれぞれ直径50μｍの繊維
状物を原料とし（これら繊維状物を用いたものに
ついては該当No.の下にアンダーライン「−」を付
している）、その他のものについてはすべて粉末
状物を用いた。 この様にして得た原料を成形圧力1.5トン／cm2
で10mm×30mm×６mm及び７mm×７mm×７mmに成形
し、780℃、10分間真空中にて予備焼結をし、次
いで真空中1450℃、60分間本焼結を行つて得た焼
結体から各種試験用供試体を得た。 これらの各種焼結体についての相対理論密度、
抗折力、粒度、高温圧縮強度をそれぞれ下記第２
表に示す。この中で高温圧縮強度は真空中1300℃
に保持した供試体（５mm×５mm×５mm）を0.1
mm／分の加圧速度で加圧圧縮し変形を開始した時
の圧力値で示す。
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
上記した第２表の各値を炭化クロムに対する添
加金属の添加量をある範囲に分けてまとめると下
記第３表の如くなる。
加金属の添加量をある範囲に分けてまとめると下
記第３表の如くなる。
【表】
以上の試験結果から判る如く、炭化クロムに対
し添加する各種金属の添加量については、それら
を少なくとも0.2重量％用いなければ効果が不足
し相対理論密度、抗折力が少さく一方これらの金
属をあまり多く加えその量が10重量％を越える如
くになると再び相対理論密度、抗折力の低下があ
りかつ高温に於ける圧縮強度の低下もあるのでこ
れらの添加金属量は0.2〜10重量％とする。 上記した如く本発明のセラミツク材料は相対理
論密度が98.0％以上で抗折力が40Kg／mm2と大であ
り、特に高温に於ける圧縮強度が大きいという優
れた性質を有し、しかも被加熱材たる金属片やそ
のスケールとの反応性も小なので従来用いられて
いた様な特別な冷却設備の必要もなくスキツドレ
ールをはじめとする高温用部材として最適であ
る。そして特に繊維状炭化物を用いた試料にあつ
てはその抗折力、高温圧縮強度の点で著しく大き
な値を示し一層効果的である。 第２図〜第４図は、それぞれ本発明のセラミツ
ク材料にてスキツドレール耐熱台を製し、スキツ
ドを構成した例を示す。第２図は、水冷スキツド
パイプ２に敷設された耐熱合金製スキツドレール
３の上面に本発明のセラミツク材料からなる板状
の耐熱台４−１を設けてスキツドを構成し、これ
に金属片Ｓを載置するようにしたものである。ス
キツドレール３に対する耐熱台４−１の固定は、
図示のように適当な係止具５を介添させればよ
い。第３図は、本発明のセラミツク材料にてレー
ル状の耐熱台４−２を形成し、これを直接スキツ
ドパイプ２の上面に敷設し係止具６で支持してス
キツドを構成した例である。この場合、耐熱台４
−２とスキツドパイプ２との直接々触をさけるた
めに、第４図に示すように、例えばセラミツクフ
アイバーなどからなる断熱材層７を介在させ、そ
の上に耐熱台４−２を敷設することも好ましいこ
とである。 以上述べて来た如く、本発明の耐熱セラミツク
材料は、抗折力が大で、しかも高温圧縮強度が大
きく、かつ断熱性に富む為にそれを例えばスキツ
ドレールそのもの、あるいはスキツドレール用耐
熱台の如き用途に使用した場合に十分に耐え得、
しかも被加熱材料と当接しても該当接部から熱を
奪うという事が無い為に、該被加熱材の局部的な
冷却に伴う温度むらを生ぜしめる事なく均一加熱
を達成する事が出来る。従つて温度むらを緩和す
る為に従来行つていた様に在炉時間を長くする必
要がなく、かつスキツドレールを介して冷却水系
が外部へ運び去る熱量も減少するので作業能率の
向上及び熱使用量の減少が図れるものである。
し添加する各種金属の添加量については、それら
を少なくとも0.2重量％用いなければ効果が不足
し相対理論密度、抗折力が少さく一方これらの金
属をあまり多く加えその量が10重量％を越える如
くになると再び相対理論密度、抗折力の低下があ
りかつ高温に於ける圧縮強度の低下もあるのでこ
れらの添加金属量は0.2〜10重量％とする。 上記した如く本発明のセラミツク材料は相対理
論密度が98.0％以上で抗折力が40Kg／mm2と大であ
り、特に高温に於ける圧縮強度が大きいという優
れた性質を有し、しかも被加熱材たる金属片やそ
のスケールとの反応性も小なので従来用いられて
いた様な特別な冷却設備の必要もなくスキツドレ
ールをはじめとする高温用部材として最適であ
る。そして特に繊維状炭化物を用いた試料にあつ
てはその抗折力、高温圧縮強度の点で著しく大き
な値を示し一層効果的である。 第２図〜第４図は、それぞれ本発明のセラミツ
ク材料にてスキツドレール耐熱台を製し、スキツ
ドを構成した例を示す。第２図は、水冷スキツド
パイプ２に敷設された耐熱合金製スキツドレール
３の上面に本発明のセラミツク材料からなる板状
の耐熱台４−１を設けてスキツドを構成し、これ
に金属片Ｓを載置するようにしたものである。ス
キツドレール３に対する耐熱台４−１の固定は、
図示のように適当な係止具５を介添させればよ
い。第３図は、本発明のセラミツク材料にてレー
ル状の耐熱台４−２を形成し、これを直接スキツ
ドパイプ２の上面に敷設し係止具６で支持してス
キツドを構成した例である。この場合、耐熱台４
−２とスキツドパイプ２との直接々触をさけるた
めに、第４図に示すように、例えばセラミツクフ
アイバーなどからなる断熱材層７を介在させ、そ
の上に耐熱台４−２を敷設することも好ましいこ
とである。 以上述べて来た如く、本発明の耐熱セラミツク
材料は、抗折力が大で、しかも高温圧縮強度が大
きく、かつ断熱性に富む為にそれを例えばスキツ
ドレールそのもの、あるいはスキツドレール用耐
熱台の如き用途に使用した場合に十分に耐え得、
しかも被加熱材料と当接しても該当接部から熱を
奪うという事が無い為に、該被加熱材の局部的な
冷却に伴う温度むらを生ぜしめる事なく均一加熱
を達成する事が出来る。従つて温度むらを緩和す
る為に従来行つていた様に在炉時間を長くする必
要がなく、かつスキツドレールを介して冷却水系
が外部へ運び去る熱量も減少するので作業能率の
向上及び熱使用量の減少が図れるものである。
第１図は従来の加熱炉炉床の断面図、第２図〜
第４図はそれぞれ本発明の耐熱セラミツク材料に
よる耐熱台の使用形態を示す要部の断面図。 図中、Ｓ：被加熱材たる金属片、２：スキツド
パイプ、３：スキツドレール、４−１，４−２，
４−３：耐熱台。
第４図はそれぞれ本発明の耐熱セラミツク材料に
よる耐熱台の使用形態を示す要部の断面図。 図中、Ｓ：被加熱材たる金属片、２：スキツド
パイプ、３：スキツドレール、４−１，４−２，
４−３：耐熱台。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ モリブデン、タングステン、タンタル、チタ
ン、ニオブ、バナジウム、ジルコニウム、ハフニ
ウムから選ばれる１種以上が0.2〜10重量％、残
部が炭化クロムからなる組成の耐熱用セラミツク
材料。 ２ モリブデン、タングステン、タンタル、チタ
ン、ニオブ、ハフニウムの少なくとも１種が繊維
状である特許請求の範囲第１項記載の耐熱用セラ
ミツク材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21594282A JPS59107059A (ja) | 1982-12-09 | 1982-12-09 | 耐熱用セラミツク材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21594282A JPS59107059A (ja) | 1982-12-09 | 1982-12-09 | 耐熱用セラミツク材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59107059A JPS59107059A (ja) | 1984-06-21 |
| JPS631384B2 true JPS631384B2 (ja) | 1988-01-12 |
Family
ID=16680807
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21594282A Granted JPS59107059A (ja) | 1982-12-09 | 1982-12-09 | 耐熱用セラミツク材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59107059A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE8701791D0 (sv) * | 1987-04-29 | 1987-04-29 | Sandvik Ab | Cemented carbonitride alloy with improved toughness behaviour |
| JPS63186760U (ja) * | 1987-05-21 | 1988-11-30 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5020910A (ja) * | 1973-06-27 | 1975-03-05 | ||
| JPS5162105A (ja) * | 1974-11-18 | 1976-05-29 | Suwa Seikosha Kk | Tainetsutaisankaseichokogokin |
-
1982
- 1982-12-09 JP JP21594282A patent/JPS59107059A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5020910A (ja) * | 1973-06-27 | 1975-03-05 | ||
| JPS5162105A (ja) * | 1974-11-18 | 1976-05-29 | Suwa Seikosha Kk | Tainetsutaisankaseichokogokin |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59107059A (ja) | 1984-06-21 |
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