TWI728199B

TWI728199B - 爐床金屬件用耐熱合金

Info

Publication number: TWI728199B
Application number: TW106137036A
Authority: TW
Inventors: 遠城暢平; 松原基行; 早瀬優貴
Original assignee: 日商久保田股份有限公司
Priority date: 2016-10-28
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2021-05-21
Also published as: EP3533889A4; JP2018070945A; JP6144402B1; EP3533889A1; WO2018079073A1; US20200071797A1; TW201827618A; CA3041970A1; US10982304B2

Abstract

本發明係提供一種不含鈷之爐床金屬件用耐熱合金，其具備有與含鈷之耐熱鋼同等或其以上的特性。　　本發明之爐床金屬件用耐熱合金，係使用於鋼材加熱爐之爐床金屬件的爐床金屬件用耐熱合金，以質量%計，含有C：0.05%～0.5%、Si：超過0%、0.95%以下(其中，0.05%≦C＋Si≦1.0%)、Mn：超過0%、1.0%以下、Ni：40%～50%、Cr：25%～35%、及W：1.0%～3.0%，剩餘部分由10%以上之Fe及不可避免之雜質所構成。上述爐床金屬件用耐熱合金，以質量%計，可進一步含有Ti：0.05%～0.5%、及／或Zr：0.02%～1.0%。

Description

爐床金屬件用耐熱合金

[0001] 本發明是關於一種進行熱軋之加熱爐之爐床金屬件所使用的耐熱合金，更具體而言，係關於滑塊(skid button)或墊塊(skid liner)所使用的耐熱合金。

[0002] 於進行熱軋之移動樑式等之加熱爐，係將鋼板(鋼塊)以滑塊或墊塊等爐床金屬件支持而搬運。於加熱爐，鋼板係經由約1100℃以下之預熱區、約1100℃～約1300℃之加熱區，於均熱區加熱至超過約1300℃的溫度範圍。亦即，爐床金屬件，由於會暴露於高溫的大氣環境氣氛下，而要求優異的耐氧化性，並且，為了於高溫下支持具有重量的鋼板，亦要求高溫下之對於壓縮變形的高阻抗(壓縮變形阻抗速度)。　　[0003] 此處，例如，於預熱區使用Fe基合金，於加熱區使用含Co耐熱鋼，於均熱區使用Cr基合金。於加熱區所使用之含Co耐熱鋼，已知有以質量%計含有Co 25%～45%的耐熱合金(例如，參照專利文獻1)。　　[0004] 　　專利文獻1：日本特開平10-36936號公報

[發明欲解決之課題] 　　[0005] 近年來，Co於日本成為勞動安全衛生法的限制對象，而期盼能開發不含Co的爐床金屬件。　　[0006] 本發明之目的在於提供一種不含Co的爐床金屬件用耐熱合金，其具備有與含鈷之耐熱鋼同等或其以上的特性。 [解決課題之手段] 　　[0007] 本發明之爐床金屬件用耐熱合金，　　係使用於鋼材加熱爐之爐床金屬件的耐熱合金，　　以質量%計，其含有C：0.05%～0.5%、Si：超過0%、0.95%以下(其中，0.05%≦C＋Si≦1.0%)、Mn：超過0%、1.0%以下、Ni：40%～50%、Cr：25%～35%、及W：1.0%～3.0%，剩餘部分由10%以上之Fe及不可避免之雜質所構成。　　[0008] 上述爐床金屬件用耐熱合金，以質量%計，可進一步含有Ti：0.05%～0.5%、及/或Zr：0.02%～1.0%。　　[0009] 上述爐床金屬件用耐熱合金，以質量%計，容許含有P：超過0%、0.03%以下、及/或S：超過0%、0.03%以下。　　[0010] 上述爐床金屬件用耐熱合金，以質量%計，容許含有選自由N：超過0%、0.2%以下、O：超過0%、0.2%以下、及H：超過0%、0.1%以下所構成群中之至少一種。　　[0011] 又，本發明之爐床構件，其一部分或全部係由上述之爐床金屬件用耐熱合金所構成。 [發明的效果] 　　[0012] 本發明之爐床金屬件用耐熱合金，係不含Co。因此，不會成為日本勞動安全衛生法的限制對象。並且，本發明之爐床金屬件用耐熱合金，以Ni確保了Co的特性，減低C、Si的含量以提升基質的潔淨度，而防止了熔點的降低，並且，藉由複合添加Cr、W、選擇性地添加Ti、Zr，提高了耐氧化性及壓縮變形阻抗速度等之高溫強度，藉此，可具備與含Co耐熱鋼同等或其以上的特性，故極為適用於作為含Co耐熱鋼的替代品。　　[0013] ＜成分限定理由＞　　本發明之爐床金屬件用耐熱合金，含有以下之組成。又，除特別明示之外，「%」為質量%。　　[0014] C：0.05%～0.5% 　　C會與Cr、W等鍵結而形成碳化物，具有提高高溫強度的效果，故添加0.05%以上。另一方面，若C的含量超過0.5%，則耐熱合金的固相線溫度下降，而導致熔點的降低。因此，C含量之上限為0.5%。又，C含量之上限較佳為0.3%、更佳為0.2%。　　[0015] Si：超過0%、0.95%以下　　Si是用以提高耐氧化性的元素，具有脫酸作用，係為了提升基質的潔淨度以減少低熔點化合物所添加者。另一方面，如以下之說明所述，若C與Si的合計量超過1.0%，則固相線溫度下降，而導致熔點的降低。因此，Si含量的上限，係由C與Si之合計量的上限減去C的最低含量而為0.95%。　　[0016] 然而，C與Si由於會導致固相線溫度下降、熔點降低，故其之合計量(C＋Si)為0.05%～1.0%。　　[0017] Mn：超過0%、1.0%以下　　Mn是用以提高高溫強度的元素，具有脫酸、脫硫作用，係為了提升基質的潔淨度以減少低熔點化合物所添加者。另一方面，若Mn含量超過1%則會導致耐氧化性的降低。因此，Mn含量的上限為1%。　　[0018] Ni：40%～50% 　　Ni是用以維持高溫延伸、或作為Co的替代成分所添加者。Ni藉由與Cr或W複合添加、並選擇性添加Ti、Zr，可提高耐氧化性或壓縮變形阻抗速度等之高溫強度，故添加40%以上。另一方面，若Ni含量超過50%，則可能造成其他添加元素的減量，而特別是Cr的減量會導致各種高溫特性的降低。再者，由於Ni為稀有金屬而高價，故亦與製品的成本增加有關。因此，Ni含量的上限為5%。又，由於Ni較Co廉價，故採用Ni作為Co的替代成分，有能以低成本提供爐床金屬件的優點。　　[0019] Cr：25%～35% 　　Cr是藉由與Ni的複合添加效果，對提升耐氧化性極為有效的元素，為使其具備該複合添加效果，需添加25%～35%。　　[0020] W：1.0%～3.0% 　　W是為了提升高溫強度、同時藉由與Ni的複合添加效果而有助於耐氧化性之提升所添加者。W由於為高價之元素故期盼減低其之添加量，但為了得到上述效果，係添加1.0%～3.0%。　　[0021] 剩餘部分為10%以上之Fe及不可避免的雜質，而可選擇性地添加以下的元素。　　[0022] Ti：0.05%～0.5%、及/或Zr：0.02%～1.0% 　　Ti及Zr，係為了提升耐氧化性或提高高溫壓縮潛變強度而選擇性地添加一者或兩者。Zr亦具有脫氮效果。為了得到該等效果，Ti為0.05%以上、Zr為0.02%以上。另一方面，Ti隨著合金之流動性的降低會造成鑄造性的惡化，又，機械加工有變得困難之虞，因此其之上限為0.5%。Zr由於會使高溫塑性加工性(例如彎曲加工)降低，故其之上限為1.0%。　　[0023] 又，不可避免的雜質，作為一般之熔鑄技術上不可避免其混入的元素，可例示如P、S、N、O、H。該等元素，若分別含有P：0.03%以下、S：0.03%以下、N：0.2%以下、O：0.2%以下、H：0.1%以下，則可容許。

[0024] 本發明之爐床金屬件用耐熱合金，可將上述成分元素進行鑄造，施以熱處理及機械加工以精加工成所欲形狀，藉此來製造。爐床金屬件，可例示如滑塊或墊塊。又，可藉本發明之耐熱合金形成爐床金屬件的整體，但視爐床構造或爐操作條件等，亦可僅以本發明之耐熱合金作成爐床金屬件的一部分、例如與鋼板抵接的部位。　　[0025] 本發明之爐床金屬件用耐熱合金，如實施例所示，由於固相線溫度為約1300℃～1400℃，故適於採用於加熱爐中之預熱區或加熱區，更佳為使用於以約1100℃～1300℃進行操作的加熱區。　　[0026] 本發明之爐床金屬件用耐熱合金，由於不含Co，故為日本之勞動安全衛生法的限制外，如後述之實施例所示，由於固相線溫度高、耐氧化性及壓縮變形阻抗速度等之高溫強度高，故作為爐床金屬件所使用之含Co耐熱鋼的替代品極為有用。　　[0027] [實施例] 　　對於表1所示組成之耐熱合金，藉由高頻反應熔化爐之大氣熔解熔製為熔融液，進行鑄造以製作成供試材。表1所示之供試材之中，發明例為發明例1～5、比較例為比較例1～7。又，製作用以比較之含有Co的參考例。　　[0028]

[0029] 接著，對各供試材，測定固相線溫度、拉伸強度、拉伸伸長、壓縮變形率、及成為耐氧化性指標的氧化減量速度，分別進行評價。將結果示於表2至表5。　　[0030] 固相線溫度係於升溫速度3℃/分之測定值。將結果示於表2。　　[0031] 拉伸強度係依據JIS Z2241，以600℃、800℃、900℃及1100℃進行測定。於表2中顯示實測值的結果。　　[0032] 拉伸伸長係依據JIS Z2241，以600℃、800℃、900℃及1100℃進行測定，計算出破裂時之供試材長度相對於供試材原本長度的比(百分率%)。於表3中顯示實測值的結果。　　[0033] 壓縮變形率的測定，係對由各供試材所切出之複數的圓柱狀試驗片(高度50mm×直徑30mm)來實施。詳細地說，係於爐內溫度1300℃之電爐中，將試驗片直立固定於固定台上，使試驗片的溫度保持於1230℃～1260℃，對試驗片反覆加載9.81N/mm² 的壓縮荷重。反覆加載係對各試驗片，以加載5秒鐘、不加載5秒鐘、荷重加載與不加載的移行時間為各1秒而合計之12秒為一循環，反覆實施其2000循環。對2～4個試驗片實施該試驗之後，計測試驗片之試驗前後之高度與直徑的變化率，藉由計算出其之變化量(%)之平均來測定。於表4中顯示實測值的結果。　　[0034] 氧化減量速度之測定，亦對由各供試材所裁切出之圓棒狀試驗片(高度50mm×直徑10mm)來實施。詳細地說，係將試驗片於大氣環境氣氛中，以1200℃、1252℃、1302℃的條件保持100小時後，測定試驗片之因氧化所致的重量變化，求出氧化減量速度(mm/year)。於表5中顯示實測值的結果。　　[0035] 將上述各試驗之結果示於表2至表5。又，關於未測定的供試材，將其之結果以空欄表示。　　[0036] 固相線溫度，係對所有的供試材進行測定。參照表2可知，各供試材之固相線溫度(實測值)，皆超過1300℃。另一方面，於加熱爐，特別是為了於加熱區與均熱區謀求安定的操作，要求較1300℃高50℃～60℃以上之高的固相線溫度。此處，作為固相線溫度的評價，接近於參考例之1400℃以上者評價為「A」、1380℃以上者評價為「B」、1360℃以上者評價為「C」、未滿1360℃者評價為「D」。其結果，如表2所示，並無滿足評價「A」之發明例、比較例，但發明例滿足評價「B」或「C」。比較例中，比較例1雖滿足評價「C」，但除此之外皆為評價「D」。　　[0037]

[0038] 拉伸強度，係對於發明例2、3及5以外的供試材進行測定。又，對於發明例2、比較例6及比較例7，係僅測定一部分的測定溫度。所測定之拉伸強度(實測值)，相對於參考例之各測定溫度的實測值，將小於-5%者計分為「-1」、±5%以內者計分為「0」、大於+5%者計分為「+1」。將各測定溫度下之各別分數示於表2。而其之合計大於「+3」且不具負值者評價為「A」，其之合計大於「0」者評價為「B」，其之合計為「0」者評價為「C」，其之合計小於「0」者評價為「D」。將結果一同示於表2。　　[0039] 參照表2可知，關於拉伸強度，比較例2及比較例3為評價「A」，發明例1、比較例4、比較例5及比較例7為評價「B」，其他皆為評價「C」或「D」。　　[0040] 拉伸伸長，係對發明例3以外之供試材進行測定。又，對於發明例2、發明例5、比較例6及比較例7，係僅測定一部分的測定溫度。所測定之拉伸伸長(實測值)，係以參考例之600℃下的實測值(14%)為基準，將其之實測值小於14%者計分為「-1」、14%以上者計分為「+1」。又，一般而言愈高溫拉伸伸長愈大，故對於800℃以上之測定溫度，亦以相同值(14%)作為基準進行評價。將各測定溫度下之各別分數示於表3。而其之合計大於「0」且不具負值者評價為「B」，其之合計小於「0」或具有負值者評價為「C」。將結果一同示於表3。　　[0041]

[0042] 參照表3可知，拉伸伸長，發明例1、發明例2、發明例4、發明例5、比較例1及比較例4為評價「B」，其他皆為評價「C」。　　[0043] 壓縮變形率，係對於所有的供試材進行測定。所測定之壓縮變形率(實測值)，相對於參考例之高度及直徑方向之壓縮變形率(實測值)，將小於-50%者計分為「+2」、小於-5%者計分為「+1」、±5%以內者計分為「0」、大於+5%者計分為「-1」。將高度方向及直徑方向的各別分數示於表4。而其之合計大於「+3」且不具負值者評價為「A」，其之合計大於「0」者評價為「B」，其之合計為「0」者評價為「C」，其之合計小於「0」者評價為「D」。將結果一同示於表4。　　[0044]

[0045] 參照表4可知，壓縮變形率，發明例1至發明例5、比較例1及比較例5為評價「A」，比較例4、比較例6及比較例7為評價「B」，其他為評價「D」。　　[0046] 氧化減量速度，係對於所有的供試材進行測定。但對於發明例2至發明例5，係僅測定一部分的測定溫度。所測定之氧化減量速度(實測值)，相對於參考例之各測定溫度下的實測值，將小於-50%者計分為「+2」、小於-5%者計分為「+1」、±5%以內者計分為「0」、大於+5%者計分為「-1」。將各測定溫度下的各別分數示於表5。而其之合計大於「0」者評價為「B」，其之合計為「0」者評價為「C」，其之合計小於「0」且負數值有兩個以上者評價為「D」。將結果一同示於表5。　　[0047]

[0048] 參照表5可知，發明例1至發明例5、比較例2、比較例4、比較例5及比較例7為評價「B」，其他為評價「D」。　　[0049] 而關於上述所得之各供試材之評價「A」～「D」，再將評價「A」計分為「+2」，將評價「B」計分為「+1」，將評價「C」計分為「0」，將評價「D」計分為「-1」。將各供試材之評價及分數(括號內)示於表6。接著，根據各分數進行供試材的綜合評價。於綜合評價，將各分數的合計大於3且不具負值者評價為「A」、合計為3者評價為「B」、合計為0～2者評價為「C」、合計未滿0或負數值有兩個以上者評價為「D」。將綜合評價示於表6。　　[0050]

[0051] 參照表6，發明例之綜合評價皆為「A」，可知具備有與參考例之含Co耐熱鋼同等或其以上的特性。亦即，可知發明例之耐熱合金，作為爐床金屬件之含Co耐熱鋼的替代品極為有用。　　[0052] 另一方面，關於比較例，綜合評價皆為「B」～「D」。其主要可推測為以下之原因。　　[0053] 比較例1，C、Si、C+Si皆為本發明範圍內，故固相線溫度高，但Cr低於本發明範圍，故無法得到充分的耐氧化性(氧化減量速度)。　　[0054] 比較例2，Si、C+Si高於本發明範圍，故固相線溫度降低。因此，於本次的抗氧化試驗雖可確認充分的耐氧化性，但可能由於加熱爐中的異常，而有於溫度上升時熔化、或氧化量增加等之虞。　　[0055] 比較例3及比較例4，Si、C+Si高於本發明範圍，固相線溫度降低。又，由於Cr高於本發明範圍，故無法得到充分的延展性(拉伸伸長)。再者，關於比較例4，Ni低於本發明範圍，可知拉伸強度亦降低。　　[0056] 比較例5，C、Ni、Cr為本發明範圍內，但C+Si高於本發明範圍，故推測固相線溫度降低、並且拉伸伸長降低。　　[0057] 比較例6，C、Si、C+Si皆為本發明範圍內，但由於W超過本發明範圍，故可知耐氧化性降低。　　[0058] 比較例7，C、Si、C+Si皆為本發明範圍內，但由於Cr超過本發明範圍，故可知無法確保充分的延展性。　　[0059] 上述說明，係用以說明本發明者，並非用以限定申請專利範圍所記載的發明、或限縮範圍者。又，本發明之各部構成，並不限定於上述實施例，當然可於申請專利範圍所記載之技術範圍內進行各種變形。

Claims

一種爐床金屬件用耐熱合金，係使用於鋼材加熱爐之爐床金屬件的爐床金屬件用耐熱合金，其特徵係，以質量%計，含有C：0.05%~0.5%、Si：超過0%、0.95%以下(其中，0.05%≦C+Si≦1.0%)、Mn：超過0%、1.0%以下、Ni：40%~50%、Cr：25%~35%、及W：1.0%~3.0%，剩餘部分由10%以上之Fe及不可避免之雜質所構成。
如請求項1之爐床金屬件用耐熱合金，其中，以質量%計，進一步含有Ti：0.05%~0.5%、及/或Zr：0.02%~1.0%。
如請求項1或2之爐床金屬件用耐熱合金，其中，以質量%計，進一步含有P：0.03%以下、及/或S：0.03%以下。
如請求項1或2之爐床金屬件用耐熱合金，其中，以質量%計，含有選自由N：0.2%以下、O：0.2%以下、及H：0.1%以下所構成群中之至少一種。
如請求項3之爐床金屬件用耐熱合金，其中，以質量%計，含有選自由N：0.2%以下、O：0.2%以下、及H： 0.1%以下所構成群中之至少一種。
一種鋼材加熱爐之爐床構件，其特徵係，一部分或全部，係由如請求項1至5中任一項之爐床金屬件用耐熱合金所構成。