JPH0657322A - ウォーキングビーム式加熱炉用スキッドボタン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スキッドパイプに溶接可能な構造とし、1300
℃以上の加熱使用条件下でも、圧縮強度、耐酸化性及び
靱性の全ての特性に関して、所望の性能を具備するスキ
ッドボタンを提供する。 【構成】 上層部分(21)、中間層部分(22)及び下層部分
(23)の複合構造とし、被加熱材と接する上層部分を、Ｃ
ｒの含有量が80％以上であって、耐酸化性及び高温圧縮
強度にすぐれる高Ｃｒ合金から形成し、中間層部分を靱
性にすぐれる合金から形成し、下層部分を溶接可能な耐
熱合金から形成しており、中間層部分は少なくとも４層
以上に細分化し、各層の成分組成は上層部分と下層部分
との間で段階的に変化させている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼片、スラブ等の鋼材
を加熱するウォーキングビーム式加熱炉に使用するスキ
ッドボタンに関する。

【０００２】

【従来技術及び問題点】ウォーキングビーム式加熱炉
は、移動ビームと固定ビームとからなるスキッドビーム
を複数列備えており、移動ビームが昇降と水平の往復動
作を周期的に繰り返すことによって、被加熱材を、移動
ビームと固定ビームに交互に移し替えながら搬送するも
のである。スキッドビーム(1)は、図１に示す如く、耐
熱合金から作られた中空のスキッドパイプ(10)に、軸方
向に一定の間隔をあけて複数のスキッドボタン(12)を立
設したもので、被加熱材(3)は、スキッドボタン(12)の
頂部で支持されて搬送される。

【０００３】スキッドパイプ(10)の中は、冷却水を強制
的に流通させており、炉内の高温酸化性雰囲気によるス
キッドボタンへの熱影響を緩和し、スキッドボタンの温
度上昇を防止している。近年は、加熱炉の操業効率の向
上を図るために、約1300℃以上の温度で操業が行なわ
れ、またスキッドパイプは冷却水による冷却によってそ
の表面温度は約200℃であるから、スキッドボタンの基
部と頂部との間は約1100℃の温度勾配が生じている。

【０００４】スキッドボタンに要求される特性として、
近年の苛酷な操業条件を考慮すると、まず第１にスキッ
ドボタンの少なくとも頂部近傍は1300℃以上の高温にて
被加熱材の荷重に耐え得る圧縮強度と耐酸化性を具備せ
ねばならない。

【０００５】また、被加熱材搬送時、スキッドボタンに
大きな動的荷重が繰り返し加わるので、スキッドボタン
は衝撃に耐え得る靱性を備えていなければならない。

【０００６】スキッドボタンの材料として、従来は、耐
熱合金又はセラミック焼結材が使用されてきたが、この
ように1300℃以上の高温使用条件下にあっては、前者の
材料では十分な高温圧縮強度が得られず、後者の材料で
は靱性に乏しいという不都合があった。また、セラミッ
クの微細粒子を金属Ｃｏ又はＣｒ等と複合化した混合組
織を有する複合焼結合金も提案されているが、高温使用
環境にてセラミックと金属とが相互反応を生じて材質劣
化を招く問題があった。

【０００７】そこで、高温強度及び耐酸化性にすぐれた
効果を発揮するＣｒに注目が集まり、最近ではＣｒ80％
以上含むＣｒ−Ｆｅ系の高Ｃｒ合金がスキッドボタン用
材料として使用されている。

【０００８】ところで、高Ｃｒ合金においてＣｒを約80
％以上含むと、約1000℃以上の高温で使用したとき、材
質に粘りが出てくるが、それより低温で使用すると機械
的衝撃に対して弱くなる問題がある。また、約650〜700
℃近傍の温度にさらされる部分では、シグマ層が析出し
て材質が脆化するため、少なくともこの領域では靱性の
点で不十分となる。

【０００９】また、高Ｃｒ合金は溶接性が良くないた
め、高Ｃｒ合金から作ったスキッドボタンは、溶接によ
ってスキッドパイプに直接取り付けることができない。
このため、図２に示す如く、耐熱鋼のケーシング(14)を
スキッドパイプ(10)に溶接(16)で取り付け、スキッドボ
タン(12)はケーシング(14)の中に嵌め込んで使用してい
た。

【００１０】スキッドボタンをスキッドパイプに直接取
り付けることができれば、スキッドボタンの安定性が高
まり、繰返し荷重に対する割れ抵抗性は向上するだけで
なく、部品数が少なくなり経済的にも有利である。この
ため、スキッドボタンは溶接性にすぐれることが一層望
ましい。

【００１１】ところで、前述した圧縮強度と靱性は、元
来、二律背反する性質である。従って、前述したよう
に、高温部が1300℃以上、低温部が約200℃となる温度
域での使用条件下では、単一の材質で必要な特性を全て
満足させることは難しいのが実情である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高温部が13
00℃以上、低温部が約200℃にさらされる使用条件下で
も、圧縮強度、耐酸化性、靱性及び溶接性の全ての特性
に関して、所望の性能を具備するスキッドボタンを提供
することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のスキッドボタン
は、実際の使用環境下におけるスキッドボタンの温度勾
配に対応させて、上層部分、中間層部分及び下層部分の
少なくとも３層からなる複合構造としたものであって、
上層部分はＣｒ含有量が80％以上であって耐酸化性及び
高温圧縮強度にすぐれる合金から形成し、中間層部分は
靱性にすぐれる合金から形成し、下層部分は溶接可能な
耐熱合金から形成しており、中間層部分は少なくとも４
層以上に細分化し、各層の成分組成は上層部分と下層部
分との間で段階的に変化させるようにしたものである。
中間層部分を少なくとも４層以上に細分化して各層の成
分組成を段階的に変化させるのは、上層部分と中間層部
分、及び中間層部分と下層部分を接合する際、成分間の
相違をできるだけ少なくするためである。成分の相違が
大きすぎると、熱膨張・収縮量が異なり、接合時にクラ
ックが発生しやすくなるからである。少なくとも４層に
細分化すれば、各成分相互間の相違は小さくて済み、接
合時のクラック発生を防止することができる。

【００１４】上層部分に使用される合金は、約1300℃以
上の高温でもすぐれた圧縮強度と耐酸化性を備える合金
であって、Ｃｒ80％以上含有し、残部実質的にＦｅから
なるＣｒ−Ｆｅの二元合金が望ましい。なお、Ｃｒを80
％以上含有しておればよく、必要に応じて、Ｆｅの一部
又は全部を、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔ
ｉ、Ｖ、Ｔａ等の元素と、単独又は複合的に置換するこ
とができる。

【００１５】下層部分に使用される耐熱合金は、耐熱鋼
製のスキッドパイプに溶接可能な材料であればよい。し
かし、被加熱材の搬送時、スキッドボタンに荷重が繰返
し作用してスキッドボタンの基部に割れを生じることが
あり、またスキッドパイプとの接続部の温度は約200〜3
00℃であるから、この近傍の温度で耐衝撃性にすぐれる
耐熱合金を使用することがより望ましい。

【００１６】下層部分に使用される耐熱合金として、例
えば、図４の領域(ａ)及び(ｂ)に示されるＣｒ−Ｆｅ−
Ｎｉの三元合金を挙げることができる。なお、溶接可能
なその他の合金を使用することができることは勿論であ
る。

【００１７】中間層部分は、少なくとも約650〜700℃の
温度域にさらされる部分を含んでいる。このため、該温
度域部には、少なくともシグマ相を析出しない材料を使
用せねばならない。シグマ相が析出すれば、材質の脆化
を招き、材料が本来的に有する靱性を発揮することがで
きないからである。

【００１８】シグマ相を析出しない耐熱合金として、図
４の領域(ｃ)に示されるＣｒ−Ｆｅ−Ｎｉの三元合金を
挙げることができる。なお、靱性にすぐれ、シグマ相を
析出しないものであれば、その他の耐熱合金を使用する
こともできる。

【００１９】

【作用】本発明のスキッドボタンについて、被加熱材と
接する上層部分は、1300℃以上の高温使用下でもすぐれ
た耐酸化性と高い高温圧縮強度を発揮する。中間層部分
は、約650〜700℃の温度域にさらされる部分を含めてす
ぐれた靱性を発揮する。また、下層部分は、スキッドパ
イプに直接溶接接合することができる。

【００２０】

【発明の効果】本発明のスキッドボタンは、1300℃以上
の高温操業条件下であっても、圧縮強度、耐酸化性及び
靱性の全ての特性に関して、所望の性能を具備している
から、十分な耐久性を確保することができる。従って、
メインテナンスの軽減及びそれに伴う操業効率の向上に
大きく寄与することができる。また、スキッドパイプに
直接溶接可能であるから、繰返し荷重に対する割れ抵抗
性が高まるだけでなく、部品数が少なくなり経済的にも
有利である。

【００２１】

【実施例】図３において、スキッドボタン(12)は、上層
部分(21)、中間層部分(22)及び下層部分(23)から構成さ
れる。上層部分は、Ｃｒ含有量が80％以上であって耐酸
化性及び高温圧縮強度にすぐれる合金、中間層部分は靱
性にすぐれる合金、下層部分は溶接可能な耐熱合金から
形成し、下層部分(16)の基部は、符号(16)で示す如く、
スキッドパイプ(10)に溶接接合されている。

【００２２】なお、図示はしないが、中間層部分(22)
は、少なくとも４層以上に細分化し、各層の成分組成を
上層部分と下層部分との間で段階的に変化させる必要が
ある。細分化する層の数を多くすると、上層部分と中間
層部分、中間層内での各層、及び中間層部分と下層部分
との成分差を可及的に小さくすることができる。従っ
て、層数を多くする方が望ましいが、層数が多くなるほ
ど製作に多大の手間を要することになるため、４層以上
の範囲で適宜選択すればよい。

【００２３】上層部分(21)と中間層部分(22)、中間層部
分(22)内での各細分化層、及び中間層部分(22)と下層部
分(23)を接合するには、予め、所定成分の合金板材を準
備しておき、これら板材にホットプレス又はＨＩＰを施
して一体に形成することもできるし、所定成分の粉末を
準備し、ＨＩＰ又は自己発熱燃焼焼結法を利用して緻密
な焼結体に形成することもできる。

【００２４】本発明のスキッドボタンの一実施例を次の
通り示す。作製したスキッドボタンは、中間層部分を７
層に細分化した直方体形状のブロックで、サイズは、50
×100×202(高さ)mmである。各層の肉厚及び成分を表１
に示す。表１において、中間層の各層は上から順番に第
１層、第２層・・・、第７層と称している。ブロック
は、まず原料粉末を予め定められた組成に従ってカプセ
ル中に分配し、脱気密封した後、約５時間のＨＩＰ処理
(1200℃、1000気圧)により成形した。

【００２５】

【表１】

【００２６】表１において、上層部分は1300℃以上の高
温でもすぐれた耐酸化性と高い高温圧縮強度を発揮する
材料であり、中間層部分の各層は靱性にすぐれる材料で
あり、下層部分はスキッドパイプに直接溶接可能な材料
である。また、接合すべき各層どうしの合金成分を近似
させているから、成形時における熱膨張収縮量の差は小
さく、接合状態の良好なブロックを作製することができ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】ウォーキングビーム式加熱炉に使用されるスキ
ッドビームの説明図である。

【図２】高Ｃｒ合金からなるスキッドボタンのスキッド
パイプへの取付方法を説明する図である。

【図３】本発明のスキッドボタンの一実施例の断面図で
ある。

【図４】Ｃｒ−Ｆｅ−Ｎｉの三元合金の状態図であり、
本発明のスキッドボタンの中間層部分の一部、及び下層
部分に使用される材質の一例を説明する図である。

【符号の説明】

(1) スキッドビーム (10) スキッドパイプ (12) スキッドボタン (21) 上層部分 (22) 中間層部分 (23) 下層部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西田 和善 大阪府大阪市西区京町堀２丁目４番７号 中外炉工業株式会社内 (72)発明者 河合 徹 大阪府枚方市中宮大池１丁目１番１号 株 式会社クボタ枚方製造所内 (72)発明者 篠崎 斌 大阪府枚方市中宮大池１丁目１番１号 株 式会社クボタ枚方製造所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウォーキングビーム式加熱炉に使用さ
   れ、スキッドパイプに取り付けて被加熱材を支持するた
   めのスキッドボタンであって、被加熱材と接する上層部
   分、中間層部分、及びスキッドパイプに接合される下層
   部分からなる複合構造とし、上層部分はＣｒ含有量が80
   ％以上であって耐酸化性及び高温圧縮強度にすぐれる合
   金から形成し、中間層部分は靱性にすぐれる合金から形
   成し、下層部分は溶接可能な耐熱合金から形成してお
   り、中間層部分は少なくとも４層以上に細分化し、各層
   の成分組成は上層部分と下層部分との間で段階的に変化
   させていることを特徴とする、ウォーキングビーム式加
   熱炉用スキッドボタン。