MX2012009650A - Rodillo refractario que tiene alta resistencia a la acumulacion de mn. - Google Patents

Abstract

Se proporciona un rodillo refractario que tiene alta resistencia a la acumulación de materiales a base de Mn, el rodillo refractario incluye un recubrimiento rociado térmicamente formado sobre la superficie del mismo, el recubrimiento rociado térmicamente incluye un nitruro de un elemento seleccionado del grupo que consiste de Ti, Nb, Ta, Cr y Fe, un óxido de un elemento seleccionado del grupo que consiste de Y, Ce, Nd, Al, y Cr o un óxido múltiple de dos o más de los elementos, y un metal matriz compuesto de uno o dos o más metales seleccionados del grupo que consiste de metales refractarios que se pueden utilizar a 900°C o una temperatura superior. En el rodillo refractario que tiene alta resistencia a la acumulación de Mn, se satisfacen las siguientes expresiones: 3% en volumen = X1 = 50% en volumen; 3% en volumen = X2 = 50% en volumen; y 40% en volumen = X1 + X2 = 80% en volumen; en las cuales X1 es el porcentaje en volumen del nitruro contenido en el recubrimiento rociado térmicamente con respecto al volumen total (100% en volumen) del recubrimiento rociado térmicamente, y X2 es el porcentaje en volumen del óxido o el óxido múltiple contenido en el recubrimiento rociado térmicamente con respecto al volumen total del recubrimiento rociado térmicamente.

Description

RODILLO REFRACTARIO QUE TIENE ALTA RESISTENCIA A LA ACUMULACIÓN DE Mn CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con un rodillo refractario colocado en un horno para tratamiento con calor continuo y se utiliza para transportar una hoja de acero, y en particular con un recubrimiento por aerosol rociado térmicamente sobre la superficie externa del rodillo refractario .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Un rodillo refractario colocado en un horno para tratamiento con calor para hojas de acero se utiliza por un tiempo prolongado en una atmósfera débilmente oxidante o reductora a 600 hasta 1,300°C. Se ha considerado que los óxidos de Fe y el polvo de hierro que se adhiere a una hoja de acero forman un depósito adherente denominado "acumulación" sobre la superficie del rodillo refractario, sin embargo, un problema reciente debido a un aumento en el uso de acero de alta resistencia a la tensión y cambios en las condiciones de funcionamiento de horno, etc., es la acumulación de óxidos de Mn.

Cuando se presenta la acumulación en un rodillo refractario, se forman defectos sobre la hoja de acero, provocando una reducción de la calidad. Para mejorar la resistencia a la acumulación, la Bibliografía de Patentes 1, describe un rodillo refractario en el cual se ha rociado térmicamente nitruro de Ti o carburo de Ti sobre la superficie del cuerpo de rodillo.

La Bibliografía de Patentes 2, describe un rodillo refractario que tiene un recubrimiento de cermet compuesto de un material de cerámica tal como MgAl204 que tiene baja reactividad con los óxidos de manganeso y MCrAlY que contiene cantidades limitadas de Al y Cr para reducir la reactividad con los óxidos de manganeso.

Para superar una desventaja en la Bibliografía de Patentes 1, la Bibliografía de Patentes 3, describe un rodillo refractario que incluye: un recubrimiento de cermet formado de un metal refractario y partículas de TiN recubiertas con un óxido metálico estable a altas temperaturas; y una capa de adhesión metálica formada entre el recubrimiento de cermet y el rodillo.

La Bibliografía de Patentes 1: solicitud de patente japonesa expuesta al público No. Sho. 63-250449.

La Bibliografía de patentes 2: solicitud de patente japonesa expuesta al público No. Hei. 08-67960.

Bibliografía de Patentes 3: solicitud de patente japonesa expuesta al público No. Hei. 10-195547.

Como se describió anteriormente, la acumulación convencional está compuesta principalmente de Fe. Sin embargo, en años recientes, debido a un aumento en el uso de acero de alta resistencia a la tensión y cambios en las condiciones de funcionamiento de hornos, etc., la acumulación de Mn compuesta principalmente de n en lugar de Fe se está tornando en un grave problema.

TiN y TiC en el rodillo refractario descrito en la Bibliografía de Patentes 1, por si mismos son materiales que tienen alta resistencia al desgaste y alta resistencia a la acumulación. Sin embargo, debido a que el recubrimiento rociado térmicamente se oxida durante el rociado térmico, la estructura del recubrimiento tiene muchos poros y es muy quebradizo. Por lo tanto, cuando entra en contacto con una hoja de acero, el recubrimiento se desgasta y se desprende en escamas, y es difícil el uso a largo plazo del rodillo refractario .

En la Bibliografía de Patentes 3, en la cual se ha mejorado esta desventaja, se utiliza un recubrimiento formado de cermet, y se proporciona una capa de adhesión entre el recubrimiento y el material base del rodillo. Esto permite una mejora en la resistencia al desgaste y la resistencia al choque térmico del recubrimiento. Además, el TiN está recubierto con un metal. Por lo tanto, durante el rocío térmico, se evita la oxidación del TiN, y simultáneamente el metal de recubrimiento se convierte a óxidos que tiene capacidad de abrasión. Se ha esperado que esto pueda mejorar la resistencia a la acumulación.

Sin embargo, en la práctica, aunque la oxidación del TiN durante el rociado térmico se puede evitar a algún grado, el grado de prevención fue insuficiente, y casi no se presentó oxidación del metal de recubrimiento debido a que el tiempo de vuelo del material de rocío térmico fue demasiado corto (en el orden de unos cuantos mseg) . Por lo tanto, la resistencia a la acumulación alcanzada no fue suficiente. Además, las partículas de TiN se deben recubrir con un metal utilizando una técnica tal como chapeado, PVD, CVD o aleación mecánica. Esto da por resultado en un aumento en el costo, provocando un problema económico.

En la Bibliografía de Patentes 2, la resistencia a choque térmico y la resistencia al desgaste se mejoraron cuando fue alta la proporción de MCrAlY. Sin embargo, la resistencia a la acumulación alcanzada al limitar las cantidades de Al y Cr no fue suficiente.

Como se describió anteriormente, con las tecnologías convencionales, no se pueden satisfacer las características requeridas descritas anteriormente.

El objetivo de cada una de las Bibliografías de Patentes anteriores es evitar la acumulación compuesta principalmente de Fe. Sin embargo, no se proporciona ninguna consideración al problema reciente de la acumulación compuesta principalmente de Mn.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención se ha realizado para resolver los problemas convencionales anteriores, y un objetivo es proporcionar un rodillo refractario que tenga alta resistencia a la acumulación de materiales a base de Mn.

Para resolver los problemas anteriores la presente invención, proporciona un rodillo refractario que tiene alta resistencia a la acumulación de Mn, el rodillo refractario comprende un recubrimiento rociado térmicamente formado sobre una superficie del mismo, en donde el recubrimiento rociado térmicamente incluye un nitruro de un elemento seleccionado de grupo que consiste de Ti, Nb, Ta, Cr y Fe, un óxido de un elemento seleccionado del grupo que consiste de Y, Ce, Nd, Al, y Cr o un óxido múltiple de dos o más de los elementos, y un metal matriz compuesto de uno o dos o más metales seleccionados del grupo que consiste de metales refractarios que se pueden utilizar a 900 °C o una temperatura superior, y en donde se satisfacen las siguientes expresiones condicionales (1) a (3) : 3% en volumen < Xi < '50% en volumen; (1) 3% en volumen < X2 = 50% en volumen; y (2) 40% en volumen < Xi + X2 < 80% en volumen; (3) en las cuales Xi es el porcentaje en volumen del nitruro contenido en el recubrimiento rociado térmicamente con respecto al volumen total (100% en volumen) del recubrimiento rociado térmicamente, y X2 es el porcentaje en volumen del óxido o el óxido múltiple contenido en el recubrimiento rociado térmicamente con respecto al volumen total (100% en volumen) del recubrimiento rociado térmicamente .

El metal matriz compuesto de uno o dos o más metales seleccionados del grupo que consiste de metales refractarios que se pueden utilizar a 900°C o una temperatura superior pueden ser un metal matriz compuesto de uno o dos o más metales seleccionados del grupo que consiste de aleaciones de NiCr, aleaciones Hastelloy, aleaciones Inconel, aleaciones Incoloy, aleaciones Stellite, y MCrAlY con M que será uno o dos o más elementos metálicos seleccionados de Fe, Ni y Co. De preferencia, el espesor de recubrimiento rociado térmicamente es de 10 µta o mayor y 1,000 µ?t? o menor.

De acuerdo con la presente invención, se puede proporcionar un rodillo refractario que tenga una alta resistencia a la acumulación de materiales a base de Mn.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Una modalidad de la invención, es decir, un rodillo refractario que tenga una alta resistencia a la acumulación de Mn, se describirá más adelante en detalle. De acuerdo con los estudios por parte de los inventores de la presente, cada uno de los materiales de rociado térmico que constituyen los el recubrimiento rociado térmicamente en la modalidad de la presente tiene las siguientes propiedades. El nitruro de un elemento seleccionado del grupo que consiste de Ti, Nb, Ta, Cr, y Fe (en lo sucesivo denominado simplemente como un nitruro) tiene alta resistencia a la acumulación de materiales a base de Mn (en lo sucesivo se puede denominar como resistencia a la acumulación de Mn) . Similarmente , el óxido de un elemento seleccionado del grupo que consiste de Y, Ce, Nd, Al, y Cr o un óxido múltiple de dos o más de los elementos que se utiliza en la modalidad de la presente (en lo sucesivo se puede denominar simplemente como un óxido) tiene alta resistencia a la acumulación de materiales a base de Mn, aunque el grado de resistencia no es tan alto como el del nitruro. Estos nitruros y óxidos convencionalmente se han utilizado individualmente. Sin embargo, los inventores de la presente han hecho estudios exhaustivos y han encontrado que, cuando se utilizan tanto el nitruro como el óxido y se dispersan en un recubrimiento rociado térmicamente a una proporción prescrita, se puede obtener una resistencia mucho mayor a la acumulación de materiales a base de Mn mediante el efecto sinérgico de estos materiales.

La "proporción prescrita" significa que se satisfacen las siguientes expresiones condicionales (1) a (3) . 3% en volumen < Xi < 50% en volumen; (1) 3% en volumen < X2 < 50% en volumen; y (2) 40% en volumen < Xi + X2 < 80% en volumen; (3) aquí, Xi es el porcentaje en volumen del nitruro contenido en el recubrimiento rociado térmicamente con respecto al volumen total (100% en volumen) del recubrimiento rociado térmicamente, y X2 es el porcentaje en volumen del óxido o el óxido múltiple contenido en el recubrimiento rociado térmicamente con respecto al volumen total del recubrimiento rociado térmicamente.

En las expresiones (1) y (2), si cada una de las cantidades del nitruro y óxido es menor que 3% en volumen, disminuye la resistencia a la acumulación de Mn. Si cada una de las cantidades del nitruro y óxido es mayor que el 50% en volumen, se disminuye la cantidad del metal matriz, y puede disminuir la resistencia al choque térmico y la resistencia al desgaste. En la expresión (3) , si la cantidad total del nitruro y óxido es menor que el 40% en volumen, disminuye la resistencia a la acumulación de Mn. Si la cantidad total del nitruro y el óxido es mayor que el 80% en volumen, disminuye la cantidad del metal matriz, y disminuye la resistencia al choque térmico y la resistencia al desgaste.

Tanto el nitruro como el óxido son materiales de alta dureza, y el metal matriz compuesto de uno o dos o más metales seleccionados del grupo que consiste de metales refractarios (incluyendo aleaciones) se puede utilizar a 900 °C o una temperatura superior (en lo sucesivo se puede denominar simplemente como metal matriz) tiene alta resistencia al calor y alta resistencia a la oxidación y puede asegurar firmemente el nitruro y el óxido al recubrimiento. Por lo tanto, se puede mantener por un periodo prolongado la alta resistencia al choque térmico y la alta resistencia al desgaste.

Más específicamente, para exhibir una alta resistencia a la acumulación de materiales a base de Mn, una alta resistencia al choque térmico, y una alta resistencia al desgaste, el recubrimiento rociado térmicamente debe contener la totalidad de los tres materiales anteriores, es decir, el nitruro, el óxido y el metal matriz.

Con respecto a esto, el hallazgo anterior es diferente de los conceptos de las Bibliografías de Patentes 1 a 3.

Cualquiera de TiN, NbN, TaN, CrN, Fe3N, etc., se pueden utilizar como el nitruro utilizado en el rodillo refractario que tiene alta resistencia a la acumulación de Mn en la modalidad presente. Óxidos tales como, Y203, Ce02, Nd203 y A1203, se pueden utilizar como el óxido utilizado en el rodillo refractario que tiene alta resistencia a la acumulación Mn en la modalidad presente. Muchos óxidos tales como YCr03 se pueden utilizar como el óxido múltiple utilizado en el rodillo refractario que tiene alta resistencia a la acumulación Mn en la modalidad de la presente. Cualquiera de FeCrAlY, NiCrAlY, CoCrAlY, CoNiCrAlY, NiCr, Hastelloy C276, Inconel 600, Incoloy 800, Stellite 6, etc., se puede utilizar como el metal matriz utilizado en el rodillo refractario.

El material de rocío térmico utilizado en la modalidad de la presente se puede obtener, por ejemplo, al mezclar el nitruro, el óxido, y el metal matriz que tienen una dimensión rociable térmicamente, o al agregar un aglutinante orgánico de polvos finos del nitruro, el óxido y el metal matriz y luego granular el polvo. Los ejemplos del método de granulación utilizados pueden incluir granulación por aerosol, granulación de lecho fluidizado, y aleación mecánica. Además, se pueden realizar la separación y aglomeración aunque no siempre son necesarias.

El material de rocío térmico en la modalidad de la presente se puede rociar térmicamente mediante rociado por flama, rociado por plasma, rociado HVOF, rociado por flama y detonación, y otros métodos de rociado. De éstos, se prefieren el rociado HVOF y el rociado por flama y detonación, debido a que tiene pocos efectos térmicos y pueden formar un recubrimiento denso.

Si el espesor del recubrimiento rociado térmicamente es menor de 10 um, pueden no obtenerse sus efectos. Si el espesor es mayor que 1, 000 µp?, la resistencia residual se hace alta y existe una alta posibilidad de que se presente descascarillado. Por lo tanto, el espesor del recubrimiento rociado térmicamente de preferencia es de 10 pm o mayor y 1, 000 µp? o menor.

Para mejorar adicionalmente las características del choque térmico, un sub-recubrimiento rociado térmicamente formado de MCrAlY (M es uno o dos o más elementos metálicos seleccionados de Fe, Ni y Co) , una aleación de NiCr, una aleación de Hastelloy, una aleación de Inconel, Ni-Al, o, etc., se puede interponer entre el recubrimiento rociado térmicamente y la base del rodillo. Más específicamente, un recubrimiento que tenga una estructura de capas múltiples también queda dentro del alcance de la presente invención.

Como se describió anteriormente, el rodillo refractario en la modalidad de la invención tiene alta resistencia a acumulación de Mn. Más específicamente, un material de rocío térmico que contiene cantidades controladas de los tres materiales prescritos, es decir, el nitruro, el óxido y el metal matriz prescritos, se rocía térmicamente sobre las superficies de un rodillo refractario, con lo cual se puede proporcionar el Mn que tenga una alta resistencia a la acumulación de Mn.

[Ejemplos] El rodillo refractario que tiene una alta resistencia a la acumulación de Mn de la presente invención se describirá con mayor detalle a manera de los Ejemplos. Sin embargo, el rodillo refractario que tiene alta resistencia a la acumulación Mn de la presente invención no se limita a lo siguiente ejemplos.

Se evaluó la resistencia a la acumulación de Mn de cada uno de los materiales de rociado térmico en los Ejemplos 1 a 6 y los Ejemplos Comparativos 1 a 14 mostrados en la Tabla 1.

Tabla 1 Se realizó una prueba de resistencia a la acumulación de Mn de acuerdo con un procedimiento que incluye los siguientes pasos 1 a 3. En el paso 1, las superficies rociadas térmicamente de dos piezas de prueba rociadas térmicamente se dispusieron encontradas entre si, y se emparedó polvo de MnO (la materia prima para acumulación) entre las piezas de prueba y se presionó a una carga de 0.4 g/mm2. En el paso 2, las dos piezas de prueba rociadas térmicamente con el polvo de MnO (la materia prima para acumulación) emparedado entre las mismas se colocó en un horno eléctrico y se dejó reposar en una atmósfera reductora de N2-5%H2 a una temperatura constante de 950°C durante aproximadamente 25 horas. En el paso 3, se realizó un análisis superficial EPMA (microanalizador con sonda electrónica) sobre las secciones transversales de las piezas de prueba.

Los resultados del análisis superficial se clasificaron como buenos (representados por "A") cuando la suma del espesor del Mn que se adhiere a la superficie de un recubrimiento rociado térmicamente y la profundidad de penetración del Mn en el recubrimiento rociado fue menor que 15 µ??. Los resultados se clasificaron como ligeramente deficientes (representados por "B") cuando la suma fue 15 pm o mayor y menos de 20 µp? y se clasificaron como deficientes (representados por "C") cuando la suma fue 20 pm o mayor. La Taba 2 muestra los resultados de la prueba de resistencia a la acumulación y los resultados de clasificación.

Tabla 2 El recubrimiento rociado térmicamente en el Ejemplo 1 contuvo 3% de volumen de TiN que será un nitruro y 39% en volumen de YCr03 que será un óxido múltiple, y los resultados de la prueba de resistencia a la acumulación se clasificaron como buenos representados por "A". El recubrimiento rociador térmicamente en el Ejemplo 6 contuvo 39% en volumen de TiN que será un nitruro y 3% en volumen de YCr03 que será un óxido múltiple, y los resultados de la prueba de resistencia a la acumulación Mn se clasificaron como buenos representados por "A". Sin embargo, como se muestra en el Ejemplo Comparativo 4, cuando el nitruro utilizado en el Ejemplo 1 no se utilizó y se reemplazó con YCr03, es decir, la cantidad de YCr03 se aumentó a 42% en volumen, los resultados de la prueba de resistencia a la acumulación Mn se clasificaron como ligeramente deficientes representados por "B". Como se muestra en el Ejemplo Comparativo 5, cuando el óxido múltiple utilizado en el Ejemplo 1 no se utilizó y se reemplazó con TiN, es decir, la cantidad de TiN se aumentó a 42% en volumen, los resultados de la prueba de resistencia a la acumulación de Mn se clasificaron como ligeramente deficientes representados por "B". Por lo tanto, se encontró que cuando la cantidad de uno del nitruro y óxido fue menor del 3% en volumen, disminuyó significativamente la resistencia a la acumulación Mn.

El recubrimiento rociado térmicamente en el Ejemplo 2 contuvo 20% en volumen de NbN que será un nitruro y 20% en volumen de A1203 que será un óxido, y los resultados de la prueba de resistencia a la acumulación Mn se clasificaron como buenos representados por "A". Sin embargo, como se muestra en el Ejemplo Comparativo 1, cuando el óxido utilizado en el Ejemplo 2 no se utilizó y se reemplazó con el nitruro, es decir, la cantidad de NbN se aumentó al 40% en volumen, los resultados de la prueba de resistencia a la acumulación Mn se clasificaron como deficientes representados por "C". Como se muestra en el Ejemplo Comparativo 2, cuando el nitruro utilizado en el Ejemplo 2 no se utilizó y se reemplazó con el óxido, es decir, la cantidad de AI2O3 se aumentó al 40% en volumen, los resultados de la prueba de resistencia Mn se clasificaron como deficientes representados por "C", por lo tanto, se encontró que cuando la cantidad de uno del nitruro y óxido fue menor del 3% en volumen, disminuyó significativamente la resistencia a la acumulación Mn.

El recubrimiento rociado térmicamente en el Ejemplo 3 contuvo 40% en volumen de TaN que será un nitruro y 40% en volumen de Nd203 que será un óxido, y los resultados de la prueba de resistencia a la acumulación Mn se clasificaron como buenos representados por "A". Sin embargo, como se muestra en el Ejemplo Comparativo 14, cuando cada una de las cantidades de TaN y Nd203 se redujeron al 18% en peso, los resultados de la prueba de resistencia a la acumulación Mn se clasificaron como ligeramente deficientes representados por "B". Por lo tanto, se encontró que cuando la cantidad total del nitruro y óxido fue menor del 40% en volumen, disminuyó la resistencia a la acumulación Mn.

El recubrimiento rociado térmicamente en el Ejemplo 5 contuvo 30% en volumen de Fe3N que será un nitruro y 50% en volumen de Y203 que será un óxido, y los resultados de la prueba de resistencia a la acumulación Mn se clasificaron como buenos representados por "A". Sin embargo, como se muestra en el Ejemplo Comparativo 3, cuando el óxido utilizado en el Ejemplo 5 no se utilizó y se reemplazó con el nitruro, es decir, la cantidad de Fe3N se aumentó al 80% en volumen, los resultados de la prueba de resistencia a la acumulación Mn se clasificaron como deficientes representados por "C". Por lo tanto, se encontró que cunado la cantidad del óxido fue menor del 3% en volumen, disminuyó significativamente la resistencia a la acumulación de Mn.

Un nitruro y un óxido se han utilizado convencionalmente de manera individual para obtener una resistencia a la acumulación satisfactoria. Sin embargo, como se puede verificar a partir de los resultados anteriores, un uso combinado de un nitruro y un óxido pueden mejorar la resistencia a la acumulación de Mn significativamente incluso cuando la cantidad de la combinación del nitruro y el óxido es la misma que la cantidad del nitruro o el óxido utilizados individualmente .

También se encontró que cuando se satisfacen las proporciones prescritas en (1) a (3) , se mejoró la resistencia a la acumulación de Mn.

Claims (3)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito el presente invento, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes REIVINDICACIONES :

1. Un rodillo refractario que tiene alta resistencia a la acumulación de Mn, el rodillo refractario comprende un recubrimiento rociado térmicamente formado sobre una superficie del mismo, caracterizado porque el recubrimiento rociado térmicamente incluye un nitruro de un elemento seleccionado de grupo que consiste de Ti, Nb, Ta, Cr y Fe, un óxido de un elemento seleccionado del grupo que consiste de Y, Ce, Nd, Al, y Cr o un óxido múltiple de dos o más de los elementos, y un metal matriz compuesto de uno o dos o más metales seleccionados del grupo que consiste de metales refractarios que se pueden utilizar a 900 °C o una temperatura superior, y en donde se satisfacen las siguientes expresiones condicionales (1) a (3) : 3% en volumen < Xi < 50% en volumen; (1) 3% en volumen = X2 < 50% en volumen; y (2) 40% en volumen < Xi + X2 < 80% en volumen; (3) en las cuales Xi es el porcentaje en volumen del nitruro contenido en el recubrimiento rociado térmicamente con respecto al volumen total (100% en volumen) del recubrimiento rociado térmicamente, y X2 es el porcentaje en volumen del óxido o el óxido múltiple contenido en el recubrimiento rociado térmicamente con respecto al volumen total (100% en volumen) del recubrimiento rociado térmicamente.

2. El rodillo refractario de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el metal matriz compuesto de uno o dos o más metales seleccionados del grupo' que consiste de metales refractarios que se pueden utilizar a 900°C o una temperatura superior es un metal matriz compuesto de uno o dos o más metales seleccionados del grupo que consiste de aleaciones de NiCr, aleaciones Hastelloy, aleaciones Inconel, aleaciones Incoloy, aleaciones Stellite, y MCrAlY con M que será uno o dos o más elementos metálicos seleccionados de Fe, Ni y Co.

3. El rodillo refractario de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el recubrimiento rociado térmicamente tiene un espesor de 10 µp? o mayor y 1,000 µta. o menor.