JPS63390B2 - - Google Patents
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- JPS63390B2 JPS63390B2 JP57215944A JP21594482A JPS63390B2 JP S63390 B2 JPS63390 B2 JP S63390B2 JP 57215944 A JP57215944 A JP 57215944A JP 21594482 A JP21594482 A JP 21594482A JP S63390 B2 JPS63390 B2 JP S63390B2
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
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は知られているが、こ
れらは加熱炉内での高温雰囲気では、強度の冷化
と、スケールとの反応が著しく、例えば、1200℃
では高温時の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域に於ける耐疲労特性
を改良した材料を提供せんとするものであり、そ
の要旨はリン化鉄、リン化コバルト、リン化クロ
ム、リン化チタン、リン化ホウ素から選ばれる１
種以上が0.2〜10量量部、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。この様
にして得た原料を成形圧力1.5トン／cm2で10mm×
30mm×６mm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
結を行なつて得た焼結体から各種試験用供試体を
得た。 これら各種焼結体についての相対理論密度、抗
折力、粒度、高温疲疲労強度についての各値をそ
れぞれ下記第２表に示す。この中で高温疲労試験
は部分繰返し曲げ試験機を用い、大気中1000℃の
条件で、支点間距離を20mmとし、1325回／分の割
合で繰返し応力を与えた。その繰返し応力の与え
方は第５図に示す様に繰返し上限応力をσmax、
繰返し下限応力をσmin、平均応力をσm、応力振
幅をσaとし、ｉ＝σa／σmとする時、σmax＝20
Kg／cm2、ｉ＝0.73なる条件で行なつた。
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は知られているが、こ
れらは加熱炉内での高温雰囲気では、強度の冷化
と、スケールとの反応が著しく、例えば、1200℃
では高温時の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域に於ける耐疲労特性
を改良した材料を提供せんとするものであり、そ
の要旨はリン化鉄、リン化コバルト、リン化クロ
ム、リン化チタン、リン化ホウ素から選ばれる１
種以上が0.2〜10量量部、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。この様
にして得た原料を成形圧力1.5トン／cm2で10mm×
30mm×６mm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
結を行なつて得た焼結体から各種試験用供試体を
得た。 これら各種焼結体についての相対理論密度、抗
折力、粒度、高温疲疲労強度についての各値をそ
れぞれ下記第２表に示す。この中で高温疲労試験
は部分繰返し曲げ試験機を用い、大気中1000℃の
条件で、支点間距離を20mmとし、1325回／分の割
合で繰返し応力を与えた。その繰返し応力の与え
方は第５図に示す様に繰返し上限応力をσmax、
繰返し下限応力をσmin、平均応力をσm、応力振
幅をσaとし、ｉ＝σa／σmとする時、σmax＝20
Kg／cm2、ｉ＝0.73なる条件で行なつた。
【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
加リン化物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。
加リン化物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】
なお上述の試験結果はFe、Co、Crのリン化物
はそれぞれFe3P、Co2P、Cr3Pのみについて示し
ているが、それぞれ他のリン化物Fe2P、FeP、
FeP2；CoP、CoP3、及びCrPについても同様の
結果が得られる事を確認した。 以上の試験結果から判る如く、炭化クロムに対
し添加する各種リン化物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、抗折力が小さく特に高温域
に於ける疲労強度が著しく小であるし、一方これ
らリン化物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、抗折力が
低下するのでこれらの添加リン化物量は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97.0％以上で抗折力が40Kg／mm2と大であ
り、特に高温域に於ける繰返し応力に対する疲労
強度が大である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急
熱、急冷を受ける様な高温用部材として最適であ
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、しかも高温疲労特性に優
れており、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。
はそれぞれFe3P、Co2P、Cr3Pのみについて示し
ているが、それぞれ他のリン化物Fe2P、FeP、
FeP2；CoP、CoP3、及びCrPについても同様の
結果が得られる事を確認した。 以上の試験結果から判る如く、炭化クロムに対
し添加する各種リン化物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、抗折力が小さく特に高温域
に於ける疲労強度が著しく小であるし、一方これ
らリン化物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、抗折力が
低下するのでこれらの添加リン化物量は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97.0％以上で抗折力が40Kg／mm2と大であ
り、特に高温域に於ける繰返し応力に対する疲労
強度が大である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急
熱、急冷を受ける様な高温用部材として最適であ
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、しかも高温疲労特性に優
れており、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、第５
図は繰返し曲げ疲労試験の説明図。 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、第５
図は繰返し曲げ疲労試験の説明図。 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)
- １ リン化鉄、リン化コバルト、リン化クロム、
リン化チタン、リン化ホウ素から選ばれる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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57215944A JPS59107973A (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 |
|---|---|---|---|
| JP57215944A JPS59107973A (ja) | 1982-12-09 | 1982-12-09 | 耐熱用セラミツク材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59107973A JPS59107973A (ja) | 1984-06-22 |
| JPS63390B2 true JPS63390B2 (ja) | 1988-01-06 |
Family
ID=16680839
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57215944A Granted JPS59107973A (ja) | 1982-12-09 | 1982-12-09 | 耐熱用セラミツク材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59107973A (ja) |
-
1982
- 1982-12-09 JP JP57215944A patent/JPS59107973A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59107973A (ja) | 1984-06-22 |
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