JPH10121172A - 鋼材加熱炉の炉床金物用耐熱合金鋼 - Google Patents
鋼材加熱炉の炉床金物用耐熱合金鋼Info
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- JPH10121172A JPH10121172A JP8276752A JP27675296A JPH10121172A JP H10121172 A JPH10121172 A JP H10121172A JP 8276752 A JP8276752 A JP 8276752A JP 27675296 A JP27675296 A JP 27675296A JP H10121172 A JPH10121172 A JP H10121172A
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- Heat Treatments In General, Especially Conveying And Cooling (AREA)
- Furnace Housings, Linings, Walls, And Ceilings (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 鋼材加熱炉内の鋼材支持部材であるスキッド
ボタン等の炉床金物として使用される改良された高温特
性を有する耐熱合金鋼を提供する。 【解決手段】 この耐熱合金鋼は、Ｃ: ０．０３〜０．
１％，Ｓｉ: ０．２〜０．７％，Ｍｎ: ０．２〜０．７
％，Ｎｉ: ４０〜６０％，Ｃｒ: ２５〜３５％，Ｗ: ８
〜２０％，Ｍｏ: ８％以下，Ｃｏ: ５％以下，残部は実
質的にＦｅからなる。１２５０℃を超える高温酸化雰囲
気での使用に耐え得る改良された圧縮変形強度，耐酸化
性を具備している。
ボタン等の炉床金物として使用される改良された高温特
性を有する耐熱合金鋼を提供する。 【解決手段】 この耐熱合金鋼は、Ｃ: ０．０３〜０．
１％，Ｓｉ: ０．２〜０．７％，Ｍｎ: ０．２〜０．７
％，Ｎｉ: ４０〜６０％，Ｃｒ: ２５〜３５％，Ｗ: ８
〜２０％，Ｍｏ: ８％以下，Ｃｏ: ５％以下，残部は実
質的にＦｅからなる。１２５０℃を超える高温酸化雰囲
気での使用に耐え得る改良された圧縮変形強度，耐酸化
性を具備している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鋼材加熱炉内の被
加熱鋼材の支持部材であるスキッドボタン等の炉床金物
として使用される改良された高温特性を有する耐熱合金
鋼に関する。
加熱鋼材の支持部材であるスキッドボタン等の炉床金物
として使用される改良された高温特性を有する耐熱合金
鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】スラブ，ビレット等の鋼材は、熱間塑性
加工（熱間圧延，熱間鍛造等）に先立って加熱炉に装入
され、所定の加熱処理が施される。加熱炉内には、被処
理材の支持部材として炉床金物が配置されている。ウオ
ーキングビーム・コンベア式加熱炉では、炉長方向に配
設された内部水冷構造のスキッドビーム（固定ビームと
可動ビーム）に、炉床金物として、耐熱合金製ブロック
（スキッドボタン）が一定の間隔をおいて取付けられて
いる。炉内に装入された鋼材は、固定ビームと可動ビー
ムの各スキッドボタンに交互に載置されながら炉内を搬
送される。炉床金物は、炉内の高温酸化雰囲気による腐
食（酸化損耗）を生じない耐酸化性、および重量物であ
る被加熱鋼材の圧縮荷重が反復作用しても容易に変形す
ることのない圧縮変形抵抗性を必要とする。従来より、
その炉床金物材料として、高Ni−高Cr系合金鋼（JIS G5
122 SCH22 等），Co含有Ni-Cr 系合金鋼（例えば、50Co
-20Ni-30Cr-Fe)等の高合金鋼が使用されてきた。また、
炉床合金の改良材として、0.3-0.6%C-40-60%Ni-25-35%C
r-8-15%W-Fe 合金（特公昭54-18650号公報）, 0.2-1.5%
C+N-15-60%Ni-15-40%Cr-3-10%W-Fe 合金（特公昭63-448
14号公報），1.0%≧C-26-38%Cr-10-25%W-Ni 合金（米国
特許第3,403,998 号公報）等が提案され一部は実用に供
されている。
加工（熱間圧延，熱間鍛造等）に先立って加熱炉に装入
され、所定の加熱処理が施される。加熱炉内には、被処
理材の支持部材として炉床金物が配置されている。ウオ
ーキングビーム・コンベア式加熱炉では、炉長方向に配
設された内部水冷構造のスキッドビーム（固定ビームと
可動ビーム）に、炉床金物として、耐熱合金製ブロック
（スキッドボタン）が一定の間隔をおいて取付けられて
いる。炉内に装入された鋼材は、固定ビームと可動ビー
ムの各スキッドボタンに交互に載置されながら炉内を搬
送される。炉床金物は、炉内の高温酸化雰囲気による腐
食（酸化損耗）を生じない耐酸化性、および重量物であ
る被加熱鋼材の圧縮荷重が反復作用しても容易に変形す
ることのない圧縮変形抵抗性を必要とする。従来より、
その炉床金物材料として、高Ni−高Cr系合金鋼（JIS G5
122 SCH22 等），Co含有Ni-Cr 系合金鋼（例えば、50Co
-20Ni-30Cr-Fe)等の高合金鋼が使用されてきた。また、
炉床合金の改良材として、0.3-0.6%C-40-60%Ni-25-35%C
r-8-15%W-Fe 合金（特公昭54-18650号公報）, 0.2-1.5%
C+N-15-60%Ni-15-40%Cr-3-10%W-Fe 合金（特公昭63-448
14号公報），1.0%≧C-26-38%Cr-10-25%W-Ni 合金（米国
特許第3,403,998 号公報）等が提案され一部は実用に供
されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】鋼材加熱炉は、多品種
に亙る鋼材の処理、加熱処理品質の向上，省エネルギー
等の要請から、操業温度は年々高くなり、１２５０℃な
いしそれ以上の高温操業が一般化し、炉内温度は１３０
０℃を超えることもある。このような高温操業を効率よ
く安定に遂行するために、炉床金物は、より高い耐酸化
性，圧縮変形抵抗性を有することが要求される。しか
し、従来の耐熱合金ではこのような高温化に十分に対処
し得ない。高温化対策として、スキッドビームの内部水
冷構造による炉床金物の冷却を強化することは、冷却水
による熱量損失の増大、炉床金物に支持された被加熱鋼
材の加熱ムラ（所謂「スキッドマーク」の発生）等を招
き、本質的対策とはなり得ない。本発明は、炉床金物に
関する上記問題を解決するための改良された高温特性を
有する耐熱合金鋼を提供するものである。
に亙る鋼材の処理、加熱処理品質の向上，省エネルギー
等の要請から、操業温度は年々高くなり、１２５０℃な
いしそれ以上の高温操業が一般化し、炉内温度は１３０
０℃を超えることもある。このような高温操業を効率よ
く安定に遂行するために、炉床金物は、より高い耐酸化
性，圧縮変形抵抗性を有することが要求される。しか
し、従来の耐熱合金ではこのような高温化に十分に対処
し得ない。高温化対策として、スキッドビームの内部水
冷構造による炉床金物の冷却を強化することは、冷却水
による熱量損失の増大、炉床金物に支持された被加熱鋼
材の加熱ムラ（所謂「スキッドマーク」の発生）等を招
き、本質的対策とはなり得ない。本発明は、炉床金物に
関する上記問題を解決するための改良された高温特性を
有する耐熱合金鋼を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の鋼材加熱炉の炉
床金物用高融点耐熱合金鋼は、Ｃ: ０．０３〜０．１
％，Ｓｉ: ０．２〜０．７％，Ｍｎ: ０．２〜０．７
％，Ｎｉ: ４０〜６０％，Ｃｒ: ２５〜３５％，Ｗ: ８
〜２０％，Ｍｏ: ８％以下，Ｃｏ: ５％以下，残部は実
質的にＦｅからなる化学組成を有する。
床金物用高融点耐熱合金鋼は、Ｃ: ０．０３〜０．１
％，Ｓｉ: ０．２〜０．７％，Ｍｎ: ０．２〜０．７
％，Ｎｉ: ４０〜６０％，Ｃｒ: ２５〜３５％，Ｗ: ８
〜２０％，Ｍｏ: ８％以下，Ｃｏ: ５％以下，残部は実
質的にＦｅからなる化学組成を有する。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明の耐熱合金鋼の成分限定理
由は次のとおりである。元素含有量を示す％は重量％で
ある。 Ｃ: ０．０３〜０．１％ 耐熱合金鋼では、ＣをＣｒ，Ｆｅ等と結合させ、析出炭
化物の分散強化作用で高温強度を向上させるのが一般で
あるが、本発明の対象とする１２５０℃を超える高温使
用環境では、炭化物はマトリックス固溶されてしまい、
強度向上に寄与しなくなる。また、Ｃは合金鋼の融点に
大きく影響する元素であり、高融点化の点からは、Ｃ量
を低減することが望ましい。そこで、本発明では、高融
点を得るために、Ｃ量を０．１％以下に制限し、所要の
高温強度は、後記のＷ，Ｍｏ，Ｃｏ等の強化元素の複合
添加効果により確保することとした。なお、Ｃ量を低く
する程、高融点化に有利であるが、合金の溶製コストの
増大を伴い、また０．０２％より低くする実質的利益は
ないので、これを下限とした。
由は次のとおりである。元素含有量を示す％は重量％で
ある。 Ｃ: ０．０３〜０．１％ 耐熱合金鋼では、ＣをＣｒ，Ｆｅ等と結合させ、析出炭
化物の分散強化作用で高温強度を向上させるのが一般で
あるが、本発明の対象とする１２５０℃を超える高温使
用環境では、炭化物はマトリックス固溶されてしまい、
強度向上に寄与しなくなる。また、Ｃは合金鋼の融点に
大きく影響する元素であり、高融点化の点からは、Ｃ量
を低減することが望ましい。そこで、本発明では、高融
点を得るために、Ｃ量を０．１％以下に制限し、所要の
高温強度は、後記のＷ，Ｍｏ，Ｃｏ等の強化元素の複合
添加効果により確保することとした。なお、Ｃ量を低く
する程、高融点化に有利であるが、合金の溶製コストの
増大を伴い、また０．０２％より低くする実質的利益は
ないので、これを下限とした。
【０００６】Ｓｉ: ０．２〜０．７％ Ｓｉは、合金溶製工程の脱酸剤として働き、また鋳造性
を良好化する元素であり、０．２％を下限とする。その
増量は合金の耐酸化性の改善に有効であるが、融点の低
下をきたすので、０．７％を上限とする。
を良好化する元素であり、０．２％を下限とする。その
増量は合金の耐酸化性の改善に有効であるが、融点の低
下をきたすので、０．７％を上限とする。
【０００７】Ｍｎ: ０．２〜０．７％ Ｍｎは、脱酸・脱硫元素であり、またオーステナイト組
織の安定化に寄与する。しかし、その増量は合金の融点
の低下を付随する。このため、０．２％を下限とし、
０．７％を上限とする。
織の安定化に寄与する。しかし、その増量は合金の融点
の低下を付随する。このため、０．２％を下限とし、
０．７％を上限とする。
【０００８】Ｎｉ: ４０〜６０％ Ｎｉは、耐熱合金鋼の基本元素であり、オーステナイト
組織を形成し、またＣｒとの共存により安定な酸化皮膜
を形成して耐食性を高めるほか、Ｃｒ，Ｗ等との複合効
果として高温強度を高め、圧縮変形抵抗性を強化する。
この効果を確保するために、下限を４０％とし、上限を
６０％とする。
組織を形成し、またＣｒとの共存により安定な酸化皮膜
を形成して耐食性を高めるほか、Ｃｒ，Ｗ等との複合効
果として高温強度を高め、圧縮変形抵抗性を強化する。
この効果を確保するために、下限を４０％とし、上限を
６０％とする。
【０００９】Ｃｒ: ２５〜３５％ Ｃｒは、耐酸化性および高温強度の改善に寄与する元素
である。この効果を得るために、少なくとも２５％を必
要とする。しかし、３５％を超えて多量に添加すると、
鋳造性が損なわれるほか、高温強度の低下をきたすの
で、これを上限とする。
である。この効果を得るために、少なくとも２５％を必
要とする。しかし、３５％を超えて多量に添加すると、
鋳造性が損なわれるほか、高温強度の低下をきたすの
で、これを上限とする。
【００１０】Ｗ: ８〜２０％ Ｗは、高温圧縮強度を高める元素である。この効果を得
るために、８％以上の添加を必要とする。増量により効
果を増すが、２０％を超えると、効果はほぼ飽和する。
また耐酸化性や鋳造性に悪影響を与える。このため、２
０％を上限とする。
るために、８％以上の添加を必要とする。増量により効
果を増すが、２０％を超えると、効果はほぼ飽和する。
また耐酸化性や鋳造性に悪影響を与える。このため、２
０％を上限とする。
【００１１】Ｍｏ: ８％以下 Ｍｏは、高温圧縮強度、高融点化によい影響を与える元
素である。この効果はＣｏとの複合添加により高められ
る。増量により効果を増すが、８％までの添加で十分で
あり、それを超える増量は経済性を損なうので、８％上
限とする。好ましくは、０．５〜５％である。
素である。この効果はＣｏとの複合添加により高められ
る。増量により効果を増すが、８％までの添加で十分で
あり、それを超える増量は経済性を損なうので、８％上
限とする。好ましくは、０．５〜５％である。
【００１２】Ｃｏ: ５％以下 Ｃｏは、Ｍｏと同様に高温圧縮強度，高融点化によい影
響を与え、その効果はＭｏとの共存により高められる。
増量に伴つて効果を増すが、高価な元素であるので、添
加効果と経済性と考慮して、５％を上限とする。好まし
くは、０．５〜３％である。
響を与え、その効果はＭｏとの共存により高められる。
増量に伴つて効果を増すが、高価な元素であるので、添
加効果と経済性と考慮して、５％を上限とする。好まし
くは、０．５〜３％である。
【００１３】本発明の耐熱合金鋼からなる炉床部材は、
その鋳造材を素材とし、機械加工を施し所要形状に仕上
げることにより製造される。本発明の耐熱合金鋼は、１
２５０℃を超える高温操業に耐え得る高強度・高耐酸化
性を有している。また、その固相線は１３００℃以上
と、著しく高融点である。この高融点は、スキッドビー
ムからの強制冷却を緩和した炉床構造の設計とそれによ
る炉内熱量損失の低減を可能とする。なお、炉床金物は
必ずしもその全体を本発明の耐熱合金鋼で形成する必要
はなく、炉床構造や操炉条件等により、炉床金物の基部
（スキッドビームに接触し比較的強い強制冷却作用が加
わる部分）は従来材からなるブロックを適用し、その上
側部分に本発明の耐熱合金鋼からなるブロックを接合形
成した積層構造体とすることもできる。
その鋳造材を素材とし、機械加工を施し所要形状に仕上
げることにより製造される。本発明の耐熱合金鋼は、１
２５０℃を超える高温操業に耐え得る高強度・高耐酸化
性を有している。また、その固相線は１３００℃以上
と、著しく高融点である。この高融点は、スキッドビー
ムからの強制冷却を緩和した炉床構造の設計とそれによ
る炉内熱量損失の低減を可能とする。なお、炉床金物は
必ずしもその全体を本発明の耐熱合金鋼で形成する必要
はなく、炉床構造や操炉条件等により、炉床金物の基部
（スキッドビームに接触し比較的強い強制冷却作用が加
わる部分）は従来材からなるブロックを適用し、その上
側部分に本発明の耐熱合金鋼からなるブロックを接合形
成した積層構造体とすることもできる。
【００１４】
【実施例】高周波溶解炉で溶製した合金溶湯を鋳造に付
し、得られた鋳造材に機械加工を加えて試験片を調製す
る。各供試合金の化学組成と、それぞれの固相線，高温
圧縮変形抵抗性，および耐酸化性の測定結果を表１〜２
に示す。表中、固相線（℃）は、昇温速度３℃／分での
測定値であり、高温圧縮変形量（％）および酸化減量
（mm／year）は下記の試験による測定値である。
し、得られた鋳造材に機械加工を加えて試験片を調製す
る。各供試合金の化学組成と、それぞれの固相線，高温
圧縮変形抵抗性，および耐酸化性の測定結果を表１〜２
に示す。表中、固相線（℃）は、昇温速度３℃／分での
測定値であり、高温圧縮変形量（％）および酸化減量
（mm／year）は下記の試験による測定値である。
【００１５】〔高温圧縮試験〕図１（１）のように、基
台（ａ) に円柱状試験片（ｂ) を直立載置し、頂面に押
圧治具（ｃ) を押付け圧縮荷重を加える。同図（２）の
ように、押圧状態を一定時間保持した後、圧縮荷重を解
除する操作を１サイクルとし、所定回数反復実施した
後、試験片（ｂ）の圧縮変形量Ｄ〔=( L1 -L0 ) / L 0
× 100 (％) 〕を算出する。 試験片サイズ: φ30×50 L(mm) 試験温度: 1300℃ 圧縮応力: 24.5 MPa 反復回数: 2000回
台（ａ) に円柱状試験片（ｂ) を直立載置し、頂面に押
圧治具（ｃ) を押付け圧縮荷重を加える。同図（２）の
ように、押圧状態を一定時間保持した後、圧縮荷重を解
除する操作を１サイクルとし、所定回数反復実施した
後、試験片（ｂ）の圧縮変形量Ｄ〔=( L1 -L0 ) / L 0
× 100 (％) 〕を算出する。 試験片サイズ: φ30×50 L(mm) 試験温度: 1300℃ 圧縮応力: 24.5 MPa 反復回数: 2000回
【００１６】〔酸化試験〕加熱炉（大気雰囲気）中に、
円柱状試験片を一定時間保持した後、試験片の酸化によ
る重量変化を測定し、酸化減量速度（mm／year) を求め
る。 試験片サイズ: φ8 ×50L(mm) 試験温度: 1250℃ 試験時間: 100 Hr
円柱状試験片を一定時間保持した後、試験片の酸化によ
る重量変化を測定し、酸化減量速度（mm／year) を求め
る。 試験片サイズ: φ8 ×50L(mm) 試験温度: 1250℃ 試験時間: 100 Hr
【００１７】表中、比較例（No.11 〜22) のうち、No.1
1 〜20は、発明例と同様の低Ｃ−高Ｎｉ−Ｗ系である
が、ＭｏとＣｏの複合含有組成ではない耐熱合金、No.2
1 およびNo.22 は、従来型の耐熱合金(No.21: 特公昭54
-18650号公報所載の合金相当材, No.22:米国特許第3,40
3,998 号所載の合金相当材）である。発明例（No.1〜
６）を従来材（No.21,No.22 ）と比べると、発明例のも
のは従来材に比し著しく高融点を有し、また改良された
圧縮変形抵抗性と耐酸化性とを具備している。比較例N
o.11 〜20は、従来材より高融点化されているが、圧縮
変形抵抗性と耐酸化性の両特性を同時に高めることがで
きず、発明例の材質改善効果に及ばない。
1 〜20は、発明例と同様の低Ｃ−高Ｎｉ−Ｗ系である
が、ＭｏとＣｏの複合含有組成ではない耐熱合金、No.2
1 およびNo.22 は、従来型の耐熱合金(No.21: 特公昭54
-18650号公報所載の合金相当材, No.22:米国特許第3,40
3,998 号所載の合金相当材）である。発明例（No.1〜
６）を従来材（No.21,No.22 ）と比べると、発明例のも
のは従来材に比し著しく高融点を有し、また改良された
圧縮変形抵抗性と耐酸化性とを具備している。比較例N
o.11 〜20は、従来材より高融点化されているが、圧縮
変形抵抗性と耐酸化性の両特性を同時に高めることがで
きず、発明例の材質改善効果に及ばない。
【００１８】
【表１】
【００１９】
【表２】
【００２０】
【発明の効果】本発明の耐熱合金鋼は、鋼材加熱炉の炉
床金物に要求される高い圧縮変形抵抗，耐酸化性を備
え、かつ著しく高い融点を有している。この改良された
高温特性により、近時の高温操炉条件の炉床金物材とし
て、耐久性の向上、メンテナンスの軽減、炉操業の安定
な維持・操炉効率の向上等を可能にする。また高融点で
あることは、炉床金物の強制冷却を緩和して炉外に持ち
出される熱量損失を少なくし、省エネルギ効果をもたら
すものである。
床金物に要求される高い圧縮変形抵抗，耐酸化性を備
え、かつ著しく高い融点を有している。この改良された
高温特性により、近時の高温操炉条件の炉床金物材とし
て、耐久性の向上、メンテナンスの軽減、炉操業の安定
な維持・操炉効率の向上等を可能にする。また高融点で
あることは、炉床金物の強制冷却を緩和して炉外に持ち
出される熱量損失を少なくし、省エネルギ効果をもたら
すものである。
【図１】高温圧縮試験要領の説明図である。
ａ: 基盤，ｂ: 試験片，ｃ: 押圧治具。
Claims (1)
- 【請求項１】 Ｃ: ０．０３〜０．１％，Ｓｉ: ０．２
〜０．７％，Ｍｎ:０．２〜０．７％，Ｎｉ: ４０〜６
０％，Ｃｒ: ２５〜３５％，Ｗ: ８〜２０％，Ｍｏ: ８
％以下，Ｃｏ: ５％以下，残部は実質的にＦｅからなる
鋼材加熱炉の炉床金物用耐熱合金鋼。
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8276752A JPH10121172A (ja) | 1996-10-21 | 1996-10-21 | 鋼材加熱炉の炉床金物用耐熱合金鋼 |
| TW086113060A TW449622B (en) | 1996-10-21 | 1997-09-09 | Heat-resistant alloy steel for hearth metal members of steel material heating furnaces |
| DE69710151T DE69710151T2 (de) | 1996-10-21 | 1997-09-10 | Hitzebeständige Stahllegierung für metallische Hüttensohlteile in Wärmebehandlungsöfen für Stahlwerkstoffe |
| EP97115749A EP0837150B1 (en) | 1996-10-21 | 1997-09-10 | Heat-resistant alloy steel for hearth metal members of steel material heating furnaces |
| AT97115749T ATE212680T1 (de) | 1996-10-21 | 1997-09-10 | Hitzebeständige stahllegierung für metallische hüttensohlteile in wärmebehandlungsöfen für stahlwerkstoffe |
| US08/928,502 US5882440A (en) | 1996-10-21 | 1997-09-12 | Heat-resistant alloy steel for hearth metal members of steel material heating furnaces |
| KR1019970047066A KR100354510B1 (ko) | 1996-10-21 | 1997-09-12 | 강재가열로의노상금속부재용내열합금강 |
| CA002215447A CA2215447C (en) | 1996-10-21 | 1997-09-15 | Heat-resistant alloy steel for hearth metal members of steel material heating furnaces |
| AU38338/97A AU729085B2 (en) | 1996-10-21 | 1997-09-17 | Heat-resistant alloy steel for hearth metal members of steel material furnaces |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8276752A JPH10121172A (ja) | 1996-10-21 | 1996-10-21 | 鋼材加熱炉の炉床金物用耐熱合金鋼 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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