JPS60200948A - 加熱炉の支持部材用複合材料 - 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】 産業上の利用分野 本発明は加熱炉の支持部材用複合材料に関する。

更に詳しくは、耐熱金属をマトリックスとし、これにセ
ラミック粒子を分散させた複合材料に関する。

従来技術 一般に、スラブ等の加熱炉の炉床用レール材例えばスキ
ッドレール、並びにスキッドボタン等の支持部材として
は、種々の特性、例えば耐酸化性、耐圧縮性、耐熱衝撃
性、溶接性、高温長時間安定性、耐機械的衝撃特性等が
要求される。

そこで、従来は、このような加熱炉の炉床ではレール４
月として、被加熱物の移動の際に大きな機械的衝撃が加
わる恐れのない場合には耐火物が、一方大きな機械的衝
撃が加わる恐れのある場合には空気または水で冷却した
削熱金属が使用されていた。例えば第１図に示すように
従来の炉床では、炉床レール１が水冷パイプ２上に断熱
材３を介して配置された構成を有しており、レール支持
台４が水冷パイプ２と断熱材３との間に置かれ、被加熱
物５は該炉床レール１」−で加熱されるようになってい
る。

更に、よく知られている押型炉（プッシャー型連続炉）
は小鋼塊からスラブ、ビレットに亘る広範囲の種類、寸
法の被処理物に適用できることから、圧延工場で最も頻
繁に利用されている。このプッシャー型加熱炉において
も、耐火物では被加熱物が移動する際に、レールに機械
的な衝撃力が加わると該耐火物が割れてしまうので、冷
却した耐熱金属が使用されている。

しかしながら、この場合、被加熱物の耐熱金属と接して
いる部分が十分に加熱されず、その結果スキッドマーク
とよばれる低温スポットが形成される恐れがある。

従って、この問題を解決する新たな加熱炉炉床用支持部
材を作製するだめの材料を開発することは当分野におい
て極めて大きな意義を有する。

発明の目的 本発明の目的は上記従来法の欠点を解決する新規な加熱
炉支持部材製造用複合材料を提供することにある。また
、該複合材料から造られた加熱炉炉床用支持部材も目的
のひとつである。

発明の構成 本発明者は前記従来法の現状に鑑みて、加熱炉炉床にお
いて使用する支持部材の作製材料を開発すべく種々検討
、研究した結果、耐熱金属をマトリックスとし、該マト
リックス中に特定のセラミック粒子を所定量均一に分散
させることが前記目的を達成する上で極めて有効である
ことを見だした。本発明はかかる新規な知見に基づくも
のである。

即し、本発明の加熱炉の支持部利用複合材料は耐熱性金
属または合金のマ）　ＩＪツク又と、該マトリックス中
に均一に分散された、平均粒径５＋１１Ｔｌ＋以下の少
なくとも１種のセラミックス５０〜９０容量％とを含む
ことを特徴とする。

本発明に従って、加熱炉の支持部材用材料を前記のよう
な構成とすることにより、これから得られる該支持部材
において従来のスキッドマー９　形成の問題などを有効
に回避できることがわかった。

本発明の複合材料において使用する耐熱金属は耐熱性な
らびに耐酸化性において優れたものであればとくに制限
されないが、Ｃｏを主成分とする合金、Ｎ１を主成分と
する合金またはステンレス鋼などが好ましく、また、こ
れらを主体としてＣ「、Ａ１、Ｓｌ、Ｍｏ等を適量配合
したものも有利に使用できる。

また、本発明において使用するセラミックスとしテハ、
例えばＡ９．２０　ｓ、３ＡＳ！２０＋　−２３ｉ０２
、ＺｒＯ２などの酸化物系セラミックス、ＳｉＣ，Ｔｉ
Ｃなどの炭化物系セラミックスあるいは８１３Ｎ７、Ａ
９Ｎ、ＴｉＮなどの窒化物セラミックス、ザイアロン等
を例示することができる。これらは単独でもしくは２種
以上の組み合わせとして使用することができる。

前記耐熱金属に添加されるセラミックスはいずれも通常
の金属材料よりも高い硬度を有するが、複合材料ならび
に加熱炉用支持部材に本発明の目的とする性能を付与す
るためには、その粒径並びに添加率が極めて重要なファ
クターとなる。即ち、クリープ変形並びに衝撃強度試験
結果によれば、セラミックス分散粒子の平均粒径は５ｍ
ｍ以下であることが必要であり、かつ添加率は５０〜ｂ
であることが必要であることがわがっている。

平均粒径が前記上限部ち５ｍｍを越えるセラミックス分
散粒子を使用した場合には、高周波炉において、セラミ
ックスと耐熱金属とを炉内÷混合し、加熱する場合に、
これら両者の間の熱膨張率差に基つく応力が生じ、その
ためにセラミックスが局部的に損傷を受け、鋼中にクラ
ックが発生し、靭性が劣化する傾向が高い。従って、平
均粒径５ｍｍ以下のセラミックスを使用することは本発
明の目的達成のために必須の要件となる。

尚、）■性を向上させるためにはセラミックスの粉粒体
をできるだけ微細化することが好ましいが、鋳造方法を
採用する場合（圧縮成形法では大きなものを得ることは
できない）には、高い成形圧力が必要となり、設備の大
型化を行わなければならない。従って、これらの経済性
を考慮すると、下限を０．０１ｍｍ程度とすることが好
ましい。

前記の如く、本発明においては更にセラミックスの添加
量も臨界的であり、セラミックスを上限の９０容量％を
越えて添加した場合には衝撃強度が著し、く低下し、一
方５０容量％に満だない量で使用した場合には耐クリー
プ変形性が劣化するので、いずれの場合にも本発明の目
的とする優れた加熱炉の支持部材用複合材料並びに加熱
炉々床用支持部材を（Ｍることかできない。

本発明の複合材料は例えば高周波炉を使用して製造する
ことができる。この高周波炉を利用する製造方法につい
て以下に簡単に述べる。

まず、本発明で使用する高周波炉は、第２図に概略的に
示したように、外壁１０と、これに埋設され螺旋状に巻
かれた中空高周波用コイル１１およびその内部の円筒形
耐火るつぼ１２を含んでいる。これらは更に非磁性鋼製
の炉体枠（図示せず）等の中に収納される。該中空コイ
ルは、その内部に冷却水を通してコイル自身並びにるつ
ぼ１２の冷却保護を行うと共に、高周波電流を流せるよ
うになっている。

本発明では更に、該るつぼ１２の内部にるつは１３（Ａ
ｓ！２０３製）、黒鉛リング１４およびるつぼ１５（Ａ
ｓ！２０３製）をこの順序で配置して使用する。被処理
物はるつぼ１５内に投入される。また、るつば１５の内
径よりもわずかに小さな外径を有するＡ９！。０３製る
つぼ１６を介して押さえ用耐火物１７を高周波炉上方に
設けて、被処理物を加圧ｆｆ１）できるようになってい
る。

」二記のような高周波炉を使用し、るつぼ１５内に耐熱
金属粉末と、所定粒度のセラミ・ツク粒子との混合物を
投入腰加熱する。耐熱金属が溶けた時点で上部から加圧
手段１Ｇおよび１７により加圧し、溶融金属がセラミッ
ク粒子間の間隙をまんべんなく満たずようにする。

このような本発明の複合材料の形成方法によれば、セラ
ミック粒子と耐熱金属粉末とが混合物の状態で一緒に加
熱されるのでセラミック粒子が急熱されることはなく、
従ってスポーリングを生ずる恐れはない。

また、かくして得られる複合材料を常法に従って成形す
ることにより加熱炉の支持部材、例えばスキッドレール
もしくはスキッドボタンを得ることができる。

発明の効果 かくして、本発明の加熱炉の支持部材用複合材料によれ
ば、その構成をＣｏを主成分とする合金、Ｎ１を主成分
とする合金、ステンレス鋼等の耐熱金属のマトリックス
と、該マトリックス中に均一に分散された５０〜９０容
量％の平均粒径５ｍｍ以下のセラミックス粒子との組合
せとしたことにより、目的とする高温での耐圧縮クリー
プ特性、耐機械的衝撃特性、耐熱衝撃特性、耐酸化特性
、溶接性、耐摩耗性等といった緒特性に優れた製品が得
られ、これを用いることにより、スラブ等の加熱炉炉床
用レール材の前記諸要求特性を満たすことが可能となる
。即ち、このような複合材料で前記支持部材を形成する
ことにより、被加熱物と接触する該支持部材の耐熱温度
を改善し、該被加熱物のスキッドマークの形成を軽減す
ることが可能となる。

更に、このような構成並びに特性を有する加熱炉炉床用
支持部材を使用することにより、熱間圧延時におけるス
ラブの板厚のバラツキを０８１％以内におさえることが
でき、その結果圧延歩留りを大巾に向上させることが可
能となる。また、本発明のスキッドレール並びにスキッ
ドボタンは下部（水冷スキッドパイプ）への熱伝達量を
少なくすることができるので、大巾な省エネルギーとな
る。

これは前記の如く支持部材（炉床レール）の耐熱温度が
改善されたことから、水冷パイプによる熱の抜取り量を
減じることが可能となることに基づくものである。

実施例 以下、本発明を実施例に従って更に具体的に説明するが
、これら実施例は単に本発明を例示するものであって、
何等本発明の範囲を制限しない。

耐熱金属としてはＣｏＸＮｉ、Ｃｒ、　Ｆｅなどを添加
した、第１表に示したような組成の各種合金を使用し、
またセラミックスとしてはＡ父２０３．３Ａ９．２０３
・２ＳｉＯ２、ＳｉＣおよびＡ９Ｎを使用した。これら
セラミックスの平均粒径並びに添加量は夫々第２表に示
した通りである。

これら耐熱金属の粉末およびセラミックス粒子を第２表
に示した配合比で混合し、得られる混合物を第２図に示
したような高周波炉に装入した。

高周波加熱用コイルに電流を流し該混合物の温度を１４
５０　ｔ−まで徐々に高めて、該混合物中の耐熱金属を
溶融し、次いで成形圧力２ｋｇｆ／ｃｍ２の下で夫々の
複合材料を鋳造した。

このような操作を、第２表に示した１４種の試料につき
順次行って、夫夕対応する鋳造複合材料を得た。

かくして得た、１４種の複合材料につき、クリープ変形
量、衝撃強度並びにスキッドマークの発生状況を調べた
。各試験は夫々以下のように実施した。

ｌ）クリープ変形量 これは、例えばスラブ荷重によるレールの圧縮変形性を
評価するのに有効であり、テストピース（５０φ×５０
βｍｍ）を１２００℃に加熱し、これに負荷（−軸加圧
）　２ｋｇｆ／ｍｍ２を１時間かけ、ソノ時の変形率（
ｍｍ　／時）として得られる。

１１）衝撃強度 これは、例えばプッシャ一式加熱炉において、スラブが
移動する際にスラブが上昇、落下を生じ、その落下の際
にこれを支持するスキッドレールに衝撃を与えるので、
該レールのこのような衝撃に対する強度を評価するのに
有効であり、テストピース（５０φＸ３（ｉｆ！ｍｍ）
を１２００℃に加熱し、これにくさび付きの重り（５ｋ
ｇｆ　）を落下させ、該テストピースに割れを発生させ
るのに必要とされる衝撃エネルギー（ｋｇｆ−ｍ）とし
て得られる。

１１１）スキッドマークの発生状況 スキッドマークの発生により、圧延時に板厚のバラツキ
が生じる。これを板厚２５ｍｍのスラブにつき処理後の
板厚を測定し、相対的な板厚のバラツキ量（％）で示し
た。

第４表：耐熱金属成分の組成 第２表 第２表に示された試験結果から明らかな如く、本発明に
よる複合材料製の加熱炉用支持部材は従来のものと比較
して各種物性において優れている。

一般に、この種の用途に適した材料としてはクリープ変
形量において０．０５以下であることが必要であり、ま
たｔｋ撃強度は５０Ｊｆ−ｍ以上であることが必要とさ
れる。

クリープ変形量および衝撃強度について前記試験結果を
みると、本発明の複合材料（実験１〜９）はすべて上記
要件をみたしており、即ち高くとも０．０３のクリープ
変形量および少なくとも８６ｋｇ１ｍの衝撃強度を有し
ているので加熱炉用支持部材として使用するのに極めて
有用であることがわかる。

一方、比較例（実験１０〜１２）並びに従来法（実験１
３．１４）ではいずれも、前記２つの要件の一方は満足
するが、他方において不満足であり、結果としてスキッ
ドマータの発生が本発明のものよりも著しく、加熱炉用
支持部材の材料として使用するには不十分であることが
わかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の炉床レールの構成を説明するための断面
図であり、 第２図は本発明の複合材料を製造するために使用される
高周波炉を説明するための断面図である。 （主な参照番号） １・・・炉床レール、２・・・水冷パイプ、３・・・断
熱材、４・・・レール支持台、５・・・被加熱物、１０
・・・外壁、′、１・・・高周波用コイル、１２．１３
．１５．１６・・・るつぼ、１４・・・黒鉛リング、１
７・・・押え用耐火物、 特許出願人　住友金属工業株式会社 代理人　弁理士新居正彦

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）耐熱性金属または合金のマ）　ＩＪソックス、該
   マトリックス中に均一に分散された、平均粒径５ｍｍ以
   下の少なくとも１種のセラミックス５０〜９０容量％と
   を含むことを特徴とする加熱炉の支持部材用複合材料。
2. （２）前記耐熱性金属または合金がＣｏを主成分とする
   合金、Ｎｉを主成分とする合金およびステンレス鋼から
   なる群から選ばれることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の複合材料。
3. （３）該耐熱性金属または合金が更にＣｒ５Ａｌｌ、’
   　Ｓｉ、Ｍｏをも含有することを特徴とする特許請求の
   範囲第２項記載の複合材料。
4. （４）前記セラミックスがＡｌ１２０３．３Ａ９２０３
   　・　２Ｓ＋　０２　、　ＺｒＯ２、５ＩＣ２、５１３
   Ｎ、　、Ａ父Ｎ、ＴｉＮ、サイアロンからなる群から選
   ばれることを特徴とする特許請求の範囲第１〜３項記載
   のいずれか１項に記載の複合材料。
5. （５）前記支持部材がスキッドレールまたはスキッドボ
   タンであることを特徴とする特許請求の範囲第１〜４項
   のいずれかに記載の複合材料。