JPH02175679A - 耐熱支持部材 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、加熱炉内等て鋼片などの被加熱物を支持する
スキットボタンやハースロール等の耐熱支持部材に関す
る。

［従来の技術］ 従来より、加熱炉て鋼片等の加熱を行う場合、この鋼片
を支持するために金属製の支持部材、例えばスキッドボ
タン、スキットレールあるいはハースロールなどが使用
されている。

ところが、高温型の加熱炉ては、金属製の支持部材は熱
負荷による損傷を受けやすいため、この支持部材の一部
を空冷または水冷する手段を採っていた。その結果、被
加熱物である鋼片にスキットマークと呼ばれる低温スポ
ットか発生し、鋼片か熱間加工て不均一変形を起こし、
製品の品質や寸法精度を劣化させる原因となっていた。

この低温スポットを緩和除去するためには、加熱炉全体
を必要以上に加熱したり、加熱炉の支持部材近傍を局部
加熱するなどの手段を取る必要かあるのて、エネルキー
消費量の増大や炉構造物の短寿命化などの二に業」二の
問題かあった。

本発明者らは、この金属製支持部材に代えて断熱性の優
れた窒化けい素（Ｓｉ３ＮＪ　、炭化けい素（ＳｊＣ）
なとのセラミックス製の支持部材について実炉試験を行
なった結果、セラミックス製の支持部材を用いると前述
したスキットマークを低減する効果があることを確認し
た。しかしながら、セラミックスのような脆性材料から
なる支持部材は被加熱物の搬送時に作用する剪断力や振
動により割れ（クラック）が発生しやずく、長期間の使
用に耐え得ないことが判明した。

これらの点に着眼し、最近では金属とセラミックスの双
方の良好な性質を兼備する金属セラミックス複合材料か
注目され、セラミックス粉末の性状や配合量を適正化さ
せることにより、靭性と圧縮強さと断熱性の優れた耐熱
支持部材用の新規な耐熱複合材料か提案されている。（
たとえば、特開昭５１−１４９４５４　、特開昭６０−
２００９４８　）［発明が解決し・ようとする課題］ しかし、これらのセラミックス分散サーメット型耐熱支
持部材ては、この部材て支持される鋼片等の被加熱物の
高温化、高重量化、高積載頻度化などにより使用環境が
厳しい場合、サーメット型の焼結芯体を被覆する耐熱金
属層にクラックが入りやすいので、耐熱支持部材の支持
強度が低下し、被加熱物を支持する耐熱支持部材の支持
面が沈下する現象か見られた。これは焼結芯体に一時的
に過負荷が作用するのか原因て焼結芯体を被覆する耐熱
金属層が補強限界を超えて座屈現象を生じたためと推定
される。また、被加熱物が片当りすることにより、高温
部分に位置する」二部か横変形することかある。これは
、マトリックスを構成する耐熱金属部分かせん断力等に
よる横方向の抵抗かないために生しると推定される。

さらに耐熱支持部上部表面ては、耐熱金属は極めて耐摩
耗性の優れたセラミックスをつなぎ止めて強靭性を確保
する役割を有するものであるが、セラミックスより耐摩
耗性が劣るため耐熱金属部分が選択的に摩耗し、上部表
面のマトリックスを緩めるために、分散されたセラミッ
クスか欠は落ち、損耗か大きくなりサーメットの特徴を
十分に発揮するのに難かあった。

これらの問題点は、セラミックス粒子を金属層内に分散
させ、三次元網目状構造を有するのかマトリックスの金
属たけであることに起因すると推定した。そこで本発明
者らは、三次元網目状構造をセラミックス、金属両者に
保有させ、お互いにからみ合わすことにより、両者の特
徴を十分に発揮てきる耐熱支持部材を開発し、本発明を
完成した。

［課題を解決するための手段］ そこで、前述した課題を解決するため本発明の耐熱支持
部材は、ハニカム状あるいフオーム状のほぼ同形の三次
元網目状の気孔を持つ多孔性セラミックスの気孔内に耐
熱金属か充填されたサーメット材料をスキッドボタンの
全部あるいは一部に有することを特徴とする。

本発明の耐熱支持部材に使用する耐熱金属または合金は
、熱負荷に耐える圧縮強度を有する材料であることか前
提となり、加圧成形（焼結）しやすく、かつ多孔性セラ
ミックスに濡れやすい特徴を有するものである。望まし
くは、Ｎｉ系またはＮｉ　−Ｃｒ系の耐熱合金たとえば
Ｆｅ　−Ｎｉ　−Ｃｒ　−Ｃｏ系。

Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系、Ｃｒ−Ｎｉ系、　Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍ
ｏ−Ｃｏ系などの合金が使用される。また、三次元網目
状の気孔をもつ多孔性セラミックとしては、使用温度か
１１００℃以上であれば溶融温度または分解温度か１５
００℃以上の材料、例えばＡｌ２Ｏ２，Ｚｒ（ｈｒ、　
ＡＱ２Ｃｂ　−Ｃｒ２０３等の酸化物系セラミックスか
好ましい。

これらの多孔性セラミックスの三次元網目状の気孔内に
耐熱金属を充填させるためには、鋳型内に多孔性セラミ
ックスを設置し溶融金属を鋳込む方法、金属粉末を多孔
性セラミックスに充填し、旧Ｐ処理をすることにより粉
末焼結させ耐熱金属に三次元連続体構造を形成させる方
法等がある。

［実施例］ 本発明の実施例を図面に基いて説明する。第１図〜第］
０図は１本発明を円柱状のスキットボタンに適用した実
施例を表わす断面図である。

第１図に示す実施例は、スキットボタンｌの全体が、三
次元網目状の気孔を有する多孔性セラミックス３と、該
三次元網目状の気孔内に充填された耐熱金属４とから構
成される円柱状のサーメット材料からなるものである。

そして、頂面２ａにて鋼片等の被加熱物か支持され、底
面２ｂは水冷パイプに接続されて冷却される。

第２図に示す実施例は、基本構造は第１図に示す実施例
と同様であるか、多孔性セラミックス３と耐熱金属４か
ら構成される円柱状のサーメット材料をスキットボタン
１の上部部分に有し、残りの下部は耐熱金属５からなる
円柱状の焼結晶、鋳造品等である。

第３図及び第４図に示す実施例は、第１図、第２図に示
したサーメット材料の周囲に耐熱金属層６を被覆した例
である。また第５図及び６図に示す実施例は、第１図、
第２図に示したサーメット材料の周囲および被加熱材接
触面に耐熱金属層６．７を被覆した例である。

第７図及び第８図に示す実施例は、サーメット材料内の
セラミックスと耐熱金属の配合比を変えた、すなわち小
気孔を持つ多孔性セラミックス３’　、４’を上部に、
その下部に上部よりも大きい気孔を有する多孔性セラミ
ックス３，４を連続した耐熱金属で充填・接合したサー
メット材料からなるものである。また第９図及び第１０
図に示す実施例は、第７図、第８図に示したサーメット
材料の周囲および被加熱材接触面に耐熱金属層を被覆し
た例である。

これらの実施例ては、三次元連続体のセラミックスと金
属かお互いにからみ合っているため、上記問題点を解決
てき、かつセラミックスを適量含有するのて、被加熱物
に接触する部分の断熱性か向上される。

なお、本耐熱支持部材と水冷パイプとの接合は、直接水
冷パイプ上面に溶接する方法、あるいは本耐熱支持部材
を台座に溶接し、水冷パイプ上面と台座を溶接する方法
等かある。

以下本発明の具体的実施例について説明する。

［具体的実施例コ 溶湯噴霧法により製造した粒径６０メツシユ以下の合金
粉末を市販の三次元網目状の気孔を有する多孔性セラミ
ックス内に充填し、この混合物を芯部とし、この周囲に
金属粉末を充填したものを内径７０ｍ＋ｎの円柱状の軟
鋼缶内に配置して、これらを上部構造とし、この上部構
造の上から下部構造に対応する金属粉末を充填し、この
軟鋼毎に蓋をする。そしてこの軟鋼毎をＮ２雰囲気中で
溶接し内部を真空にし密封した後、１２００°Ｃて１ト
ン／ｃｍ２の圧力下に１時間熱間静水圧プレス（ＨＴＰ
）処理を施した。使用した耐熱合金４，５．６および７
の組成と多孔性セラミクスの材質は第１表に示す。得ら
れた円柱状の軟鋼毎の両端と側面の缶材を切除して焼結
体を取り出し、この焼結体について熱負荷試験を行なっ
た。

試験条件 負荷条件：試料（焼結体）の軸方向に圧力５０ｋｇ／ｃ
ｍ２で５秒間向重をかけた後７秒間無負荷で保持するサ
イクルを繰り 返す（１００サイクルに一度衝撃荷重 を加える。） 加熱温度：１．３５０８Ｃ 雰囲気　二大気 試験時間：４時間（約１２００サイクル）試験後、試料
の変形や損傷度合などを観察し、また変形率を算出して
それぞれの耐熱負荷を評価した。結果を第１表に示す。

第１表から明らかなように、本発明（試料Ｎｏ２〜６）
の多孔性セラミックスを内部に配置したスキッドボタン
は、耐熱支持部材として健全な状態を保ち、（変形率≦
２％）従来品（試料Ｎｏ１）より優れていることかわか
る。

（発明の効果） 以上のように、三次元網目状の気孔を持つ多孔性セラミ
ックスの気孔内に耐熱金属が充填されたサーメット材料
をスキッドボタンに適用することにより、耐熱強度を改
善でき、長期間の使用に耐えることが判明した。また、
セラミックスを内在させることにより熱伝導率を下げる
ことがてき、スキットマーク低減に寄与てきることが判
明した。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第１０図はそれぞれ本発明をスキッドボタンに
適用した実施例を表わす断面図である。 １・・・スキットボタン、２・・・三次元網目状の気孔
を有する多孔性セラミックス、４・・・三次元網目状の
気孔内に充填された耐熱金属、５，６．７・・・耐熱金
属。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、三次元網目状の気孔を持つ多孔性セラミックスの気
   孔内に耐熱金属が充填されたサーメット材料を被加熱材
   の接触面に有する耐熱支持部材。 ２、三次元網目状の小気孔を持つ多孔性セラミックスの
   小気孔内に耐熱金属が充填されたサーメットを被加熱材
   の接触面に有し、その下部に上記多孔性セラミックスの
   三次元網目状小気孔よりも大きい気孔を有し、その大気
   孔内に耐熱金属が充填されたサーメットを有する耐熱支
   持部材。 ３、サーメット材料の周囲に耐熱金属層を被覆した請求
   項１又は２記載の耐熱支持部材。 ４、サーメット材料の周囲及び被加熱材接触面に耐熱金
   属層を被覆した請求項１又は２記載の耐熱支持部材。