JPS59107973A - 耐熱用セラミツク材料 - Google Patents
耐熱用セラミツク材料Info
- Publication number
- JPS59107973A JPS59107973A JP57215944A JP21594482A JPS59107973A JP S59107973 A JPS59107973 A JP S59107973A JP 57215944 A JP57215944 A JP 57215944A JP 21594482 A JP21594482 A JP 21594482A JP S59107973 A JPS59107973 A JP S59107973A
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- Japan
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- skid
- ceramic material
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は加熱炉、均熱炉、焼鈍炉などの高温雰囲気で使
用される耐熱用セラミ・ツク材料に関する。
用される耐熱用セラミ・ツク材料に関する。
例えば加熱炉に於けるスキッドレール用材料としては従
来から各種耐熱合金が用いられていたが、炉内雰囲気温
度が１３００〜１３５０℃に設定され、スラブ等の金属
片が１２５０〜１３００℃に加熱されるという如く高温
域にさらされるのでスキッドレールに用いられている耐
熱合金にとっても極めて苛酷な使用条件である。従って
一般には第１図に示すように、Ｆ（Ｆ）内の下部の架台
（１）に水冷スキッドパイプ（２）を複数本配設すると
ともに、各スキッドパイプの上面にスキッドレール（３
）を敷設して炉床（スキッド）を構成し、パイプ（２〕
内を流通する冷却水にてスキレッドレールの昇温を防止
するようにした水冷方式が採られている。しかし、この
場合、スキレッドレール上に載置された金属片（Ｓ）は
、レールとの接触面から熱を奪われ、局部的に冷却され
るため、温度むらが生じる。
来から各種耐熱合金が用いられていたが、炉内雰囲気温
度が１３００〜１３５０℃に設定され、スラブ等の金属
片が１２５０〜１３００℃に加熱されるという如く高温
域にさらされるのでスキッドレールに用いられている耐
熱合金にとっても極めて苛酷な使用条件である。従って
一般には第１図に示すように、Ｆ（Ｆ）内の下部の架台
（１）に水冷スキッドパイプ（２）を複数本配設すると
ともに、各スキッドパイプの上面にスキッドレール（３
）を敷設して炉床（スキッド）を構成し、パイプ（２〕
内を流通する冷却水にてスキレッドレールの昇温を防止
するようにした水冷方式が採られている。しかし、この
場合、スキレッドレール上に載置された金属片（Ｓ）は
、レールとの接触面から熱を奪われ、局部的に冷却され
るため、温度むらが生じる。
この温度むらは金属片（Ｓ）の在炉時間を長時間に設定
することにより緩和することはできるが、その効果は十
分でなく、また加熱炉の効率が著しく悪くなる。
することにより緩和することはできるが、その効果は十
分でなく、また加熱炉の効率が著しく悪くなる。
この対策として、スキッドレール（３）にセラミック材
料からなる耐熱台を設け、金属片（Ｓ）とレール（３）
との直接々触を防止することが提案され、そのセラミ
ック材料として、酸化ジルコニウム（ＺｒＯｚＪ系、ア
ルミナ ＋Ａｌλ０３）系、窒化ケイ素（ＳｉｊＮ４）
系などが試験的に使用されている。ところが、これらセ
ラミック材料は、急速加熱材たる金属片のスケールとの
反応が生じ易いため、長時間の安定した操業を維持する
ことは不可能である。
料からなる耐熱台を設け、金属片（Ｓ）とレール（３）
との直接々触を防止することが提案され、そのセラミ
ック材料として、酸化ジルコニウム（ＺｒＯｚＪ系、ア
ルミナ ＋Ａｌλ０３）系、窒化ケイ素（ＳｉｊＮ４）
系などが試験的に使用されている。ところが、これらセ
ラミック材料は、急速加熱材たる金属片のスケールとの
反応が生じ易いため、長時間の安定した操業を維持する
ことは不可能である。
ところでセラミ・ツク材料の中で他の材料と比較した場
合に特異な性質を示し、とりわけ溶融金属に対して極め
て優れた耐食性を示すものとして炭化クロム系セラミッ
ク材料がある。この炭化クロム系セラミック材料として
、従来、炭化クロムを金属コバルトやニッケルで結合焼
結したものが、耐熱材料や耐食材料としては知られてい
るが、これらは加熱炉内での高温雰囲気では、強度の劣
化と、スケールとの反応が著しく、例えば、１２００℃
では室温時の１７３以下の強度に激減するので、加熱炉
の炉床のように高温下で動的応力が作用する苛酷な使用
環境にはとうてい耐え得ず、結局スキッドレール耐熱台
用材料としては適用することができない。
合に特異な性質を示し、とりわけ溶融金属に対して極め
て優れた耐食性を示すものとして炭化クロム系セラミッ
ク材料がある。この炭化クロム系セラミック材料として
、従来、炭化クロムを金属コバルトやニッケルで結合焼
結したものが、耐熱材料や耐食材料としては知られてい
るが、これらは加熱炉内での高温雰囲気では、強度の劣
化と、スケールとの反応が著しく、例えば、１２００℃
では室温時の１７３以下の強度に激減するので、加熱炉
の炉床のように高温下で動的応力が作用する苛酷な使用
環境にはとうてい耐え得ず、結局スキッドレール耐熱台
用材料としては適用することができない。
本発明は上述の諸問題を解決する為に炭化クロム主成分
とし特にその高温域に於ける耐疲労特性を改良した材料
を提供せんとするものであり、その要旨はリン化鉄、リ
ン化コバルト、リン化クロム、リン化チタン、リン化ホ
ウ素から選ばれる１種以上が０，２〜１０重量％、残部
が炭化クロムからなる組成の耐熱用セラミック材料であ
る。
とし特にその高温域に於ける耐疲労特性を改良した材料
を提供せんとするものであり、その要旨はリン化鉄、リ
ン化コバルト、リン化クロム、リン化チタン、リン化ホ
ウ素から選ばれる１種以上が０，２〜１０重量％、残部
が炭化クロムからなる組成の耐熱用セラミック材料であ
る。
なお本発明材料は上述の如き組成範囲に各種材料粉末を
配合しその後公知の焼結方法、即ちコールドプレス法、
ホットプレス法あるいは熱間等方圧加圧焼結法等による
方法により焼結して得られるが、この焼結条件としては
コールドプレス法の場合真空度１０” 〜１Ｏ−３ｔｏ
ｒｒ、温度１３００〜１５００℃、ホットプレス法の場
合加圧力５０〜３５０ｋｇ／ｃｊ、温度１３５０〜１５
５０℃、又熱間等方圧加圧焼結法の場合には圧力５００
ｋｇ ／ ｃｆｆ１以上、温度１５００℃以下に設定す
るのがそれぞれ好ましい。そして用いる各種原料粉末は
出来る限り高純度のもの、好ましくは９９％以上の純度
を有するものを使用する様にする、これは不純物がある
と高温焼成時にそれが蒸発して気孔の原因となったり低
融点相を形成するなどして得られる製品の高温特性の低
下を招くからである。またこの原料粉末は焼結性を向上
せしめ得られる製品が高密度となる為に粒度１０μｍ以
下の微細粉末を使用するのが望ましい。
配合しその後公知の焼結方法、即ちコールドプレス法、
ホットプレス法あるいは熱間等方圧加圧焼結法等による
方法により焼結して得られるが、この焼結条件としては
コールドプレス法の場合真空度１０” 〜１Ｏ−３ｔｏ
ｒｒ、温度１３００〜１５００℃、ホットプレス法の場
合加圧力５０〜３５０ｋｇ／ｃｊ、温度１３５０〜１５
５０℃、又熱間等方圧加圧焼結法の場合には圧力５００
ｋｇ ／ ｃｆｆ１以上、温度１５００℃以下に設定す
るのがそれぞれ好ましい。そして用いる各種原料粉末は
出来る限り高純度のもの、好ましくは９９％以上の純度
を有するものを使用する様にする、これは不純物がある
と高温焼成時にそれが蒸発して気孔の原因となったり低
融点相を形成するなどして得られる製品の高温特性の低
下を招くからである。またこの原料粉末は焼結性を向上
せしめ得られる製品が高密度となる為に粒度１０μｍ以
下の微細粉末を使用するのが望ましい。
次に本発明材料を開発するに至った試験並びにその結果
を示す。即ち、 純度９９．９％で粒度が５μｍの炭化クロム粉末と他の
各種添加物をそれぞれ下記第１表に示す割合に混合した
もの１００重量部に対しパラフィンを３重量部添加混合
したものを原料粉末とした。乙の様にして得た原料を成
形圧力１．５トン／ｃＩ１１′で１０閣×３０ｍｍ Ｘ
６ ｍに成形し、７８０℃、１０分間真空中にて予備
焼結をし、次いで真空中１４５０℃、６０分間本焼結を
行なって得た焼結体から各種試験用供試体を得た。
を示す。即ち、 純度９９．９％で粒度が５μｍの炭化クロム粉末と他の
各種添加物をそれぞれ下記第１表に示す割合に混合した
もの１００重量部に対しパラフィンを３重量部添加混合
したものを原料粉末とした。乙の様にして得た原料を成
形圧力１．５トン／ｃＩ１１′で１０閣×３０ｍｍ Ｘ
６ ｍに成形し、７８０℃、１０分間真空中にて予備
焼結をし、次いで真空中１４５０℃、６０分間本焼結を
行なって得た焼結体から各種試験用供試体を得た。
これら各種焼結体についての相対理論密度、抗折力、粒
度、高温疲労強度についての各館をそれぞれ下記第２表
に示す。この中で高温疲労試験は部分繰返し曲げ試験機
を用い、大気中１０００℃の条件で、支点間距離を２０
＋ｎｍとし、１３２５回／分の割合で繰返し応力を与え
た。その繰返し応力の与え方は第５図に示す様に繰返し
上限応力をσＴｒｌａ×、繰返し下限応力をσｍｉｎ
、平均応力をσｍ、応力振幅をσａとし、ｉ＝σａ／ｅ
ｒｔｎとする時、σｍａ＝２０ｋｇ ／ ｃａｔ 、
ｉ ＝ ０．７３なる条件で行なった。
度、高温疲労強度についての各館をそれぞれ下記第２表
に示す。この中で高温疲労試験は部分繰返し曲げ試験機
を用い、大気中１０００℃の条件で、支点間距離を２０
＋ｎｍとし、１３２５回／分の割合で繰返し応力を与え
た。その繰返し応力の与え方は第５図に示す様に繰返し
上限応力をσＴｒｌａ×、繰返し下限応力をσｍｉｎ
、平均応力をσｍ、応力振幅をσａとし、ｉ＝σａ／ｅ
ｒｔｎとする時、σｍａ＝２０ｋｇ ／ ｃａｔ 、
ｉ ＝ ０．７３なる条件で行なった。
第１表
第２表
上記した第２表の各位を炭化クロムに対する添加リン化
物の添加量をある範囲に分けてまとめると下記第３表の
如くなる。
物の添加量をある範囲に分けてまとめると下記第３表の
如くなる。
第３表
なお上述の試験結果はＦａ、 Ｃｏ、、Ｃｒのリン化物
はそれぞれＦ ｅ３ Ｐ １ＣｏえＰ、 Ｃｒ５Ｐのみ
について示しているが、それぞれ他のリン化物ＦｅλＰ
、 ＦｅＰ 、 Ｆａ１％；ＣｏＰ 、 ＣｏＰ３、及
びＣｒＰについても同様の結果が得られる事を確認した
。
はそれぞれＦ ｅ３ Ｐ １ＣｏえＰ、 Ｃｒ５Ｐのみ
について示しているが、それぞれ他のリン化物ＦｅλＰ
、 ＦｅＰ 、 Ｆａ１％；ＣｏＰ 、 ＣｏＰ３、及
びＣｒＰについても同様の結果が得られる事を確認した
。
以上の試験結果から判る如く、炭化クロムに対し添加す
る各種リン化物の添加量については、それらを少なくと
も ０．２重量％用いなければ効果が不足し相対理論密
度、抗折力が小さく特に高温域に於ける疲労強度が著し
く小であるし、一方これらリン化物をあまり多く加えそ
の量が１０重量％を越える如くになると再び相対理論密
度、抗折力が低下するのでこれらの添加リン化物量は０
．２〜１０重量％とする。
る各種リン化物の添加量については、それらを少なくと
も ０．２重量％用いなければ効果が不足し相対理論密
度、抗折力が小さく特に高温域に於ける疲労強度が著し
く小であるし、一方これらリン化物をあまり多く加えそ
の量が１０重量％を越える如くになると再び相対理論密
度、抗折力が低下するのでこれらの添加リン化物量は０
．２〜１０重量％とする。
上記した如く本発明のセラミック材料は相対理論密度が
９７．０％以上で抗折力が４０ｋｇ ／ ｍｍ’ と大
であり、特に高温域に於ける繰返し応力に対する疲労強
度が大であるという優れた性質を有し、しかも被加熱材
たる金属片やそのスケールとの反応性も小なので従来用
いられていた様な特別な冷却設備の必要もなくスキッド
レールをはじめとする急熱、急冷を受ける様な高温用部
材として最適である。 第２図〜第４図は、それぞれ本
発明のセラミック材料にてスキッドレール耐熱台を製し
、スキッドを構成した例を示す。第２図は、水冷スキッ
ドパイプ（２）に敷設された耐熱合金製スキッドレール
（３）の上面に本発明のセラミック材料からなる板状の
耐熱台（４−１１を設けてスキッドを構成し、これに金
属片（Ｓ）を載置するようにしたものである。スキッド
レール（３）に対する［ｎＭ１４−１）の固定は、図示
のように適当な係止具（５）を介添さればよい。第３図
は、本発明のセラミック材料にてレール状の耐熱台（４
−２１を形成し、これを直接スキッドパイプ（２）の上
面に敷設し係止具（６）で支持してスキッドを構成した
例である。この場合、耐熱台（４−２１とスキッドパイ
プ（２）との直接々触をさけるために、第４図に示すよ
うに、例えばセラミックファイバーなどからなる断熱材
層（７〕を介在させ、その上に耐熱台＋４−２１を敷設
することも好ましいことである。
９７．０％以上で抗折力が４０ｋｇ ／ ｍｍ’ と大
であり、特に高温域に於ける繰返し応力に対する疲労強
度が大であるという優れた性質を有し、しかも被加熱材
たる金属片やそのスケールとの反応性も小なので従来用
いられていた様な特別な冷却設備の必要もなくスキッド
レールをはじめとする急熱、急冷を受ける様な高温用部
材として最適である。 第２図〜第４図は、それぞれ本
発明のセラミック材料にてスキッドレール耐熱台を製し
、スキッドを構成した例を示す。第２図は、水冷スキッ
ドパイプ（２）に敷設された耐熱合金製スキッドレール
（３）の上面に本発明のセラミック材料からなる板状の
耐熱台（４−１１を設けてスキッドを構成し、これに金
属片（Ｓ）を載置するようにしたものである。スキッド
レール（３）に対する［ｎＭ１４−１）の固定は、図示
のように適当な係止具（５）を介添さればよい。第３図
は、本発明のセラミック材料にてレール状の耐熱台（４
−２１を形成し、これを直接スキッドパイプ（２）の上
面に敷設し係止具（６）で支持してスキッドを構成した
例である。この場合、耐熱台（４−２１とスキッドパイ
プ（２）との直接々触をさけるために、第４図に示すよ
うに、例えばセラミックファイバーなどからなる断熱材
層（７〕を介在させ、その上に耐熱台＋４−２１を敷設
することも好ましいことである。
以上述へて来た如く、本発明の耐熱セラミック材料は、
抗折力が大で、しかも高温′疲労特性に優れており、か
つ断熱性に富む為にそれを例えばスキ・ソドレールその
もの、あるい（まスキッドレール用耐熱台の如き用途に
使用した場合に十分に耐え得、しかも被加熱材と当接し
ても該当接部がら熱を奪うという事が無い為に、該被加
熱材の局部的な冷却に伴う温度むらを生ぜしめる事なく
均一加熱を達成する事が出来る。従って温度むらを緩和
する為に従来行っていた様に在炉時間を長くする必要が
なく、かつスキッドレールを介して冷却水系が外部へ運
び去る熱量も減少するので作業能率の向上及び熱使用量
の減少が図れるものである。
抗折力が大で、しかも高温′疲労特性に優れており、か
つ断熱性に富む為にそれを例えばスキ・ソドレールその
もの、あるい（まスキッドレール用耐熱台の如き用途に
使用した場合に十分に耐え得、しかも被加熱材と当接し
ても該当接部がら熱を奪うという事が無い為に、該被加
熱材の局部的な冷却に伴う温度むらを生ぜしめる事なく
均一加熱を達成する事が出来る。従って温度むらを緩和
する為に従来行っていた様に在炉時間を長くする必要が
なく、かつスキッドレールを介して冷却水系が外部へ運
び去る熱量も減少するので作業能率の向上及び熱使用量
の減少が図れるものである。
第１図は従来の加熱炉炉床の断面図、第２図〜第４図は
それぞれ本発明の耐熱セラミック材料による耐熱台の使
用形態を示す要部の断面図、第５図は繰返し曲げ疲労試
験の説明図。 図中、 （１）：被加熱材たる金属片（２）ニスキッ
ドパイプ （３）： スキッドレール （４−１＋ 、 ＋４−２） 。 （４−３） ：耐熱台 特許出願人 久保田鉄工株式会社 （他１名） 代理人有吉教晴 第１頁の続き ■出 願 人 日本タングステン株式会社福岡市南区清
水２丁目２０番３１号 手続補正書ａ式） 昭和５７年 特 許 に 第２１５９４４号２、発
明 の名称 耐熱用セラミック材料３、補正をする者 事件との関係 特 許 出願人住所 氏名久保田鉄工株式会社 （ロ）１名）４、代 理 人 手続補正書 １、事件の表示 昭和５７年 特許願 第２１５９４４号２、発明の名称 耐熱用セラミック材料 ４、補正をする者 事件との関係 特 許 出願人 住所 氏名 久保田鉄工株式会社 （他１名）４、代理人 ６、補正の対象 明細書 （１）、第２頁第２行目及び第４行目の「スキレッドレ
ール」を、「スキッドレール」に補正する。 （２）、第５頁第１８行目の「σＩｎ８」を、ｒσｍａ
ｘＪに補正する。 （３）、第１０頁の第３表中高温疲労の欄ｒ ９．２Ｘ
１０以下」をｒ ９．２Ｘ１０’以下」に、ｒ１５Ｘ１
０以上」をｒ１５Ｘ１０Ｊ以上」に、ｒ ９．９Ｘ１０
息下」をｒ ９．９Ｘ１０’以下」にそれぞれ補正する
。 （４）、第１２頁第１行目の「さればよい。」を、「さ
せればよい。」に補正する。 （５）、第１３頁第８行目のｒ （１１Ｊを、ｒ （Ｓ
）Ｊに補正する。 （６）、第８頁全部を下記の通り補正する。 第２表
それぞれ本発明の耐熱セラミック材料による耐熱台の使
用形態を示す要部の断面図、第５図は繰返し曲げ疲労試
験の説明図。 図中、 （１）：被加熱材たる金属片（２）ニスキッ
ドパイプ （３）： スキッドレール （４−１＋ 、 ＋４−２） 。 （４−３） ：耐熱台 特許出願人 久保田鉄工株式会社 （他１名） 代理人有吉教晴 第１頁の続き ■出 願 人 日本タングステン株式会社福岡市南区清
水２丁目２０番３１号 手続補正書ａ式） 昭和５７年 特 許 に 第２１５９４４号２、発
明 の名称 耐熱用セラミック材料３、補正をする者 事件との関係 特 許 出願人住所 氏名久保田鉄工株式会社 （ロ）１名）４、代 理 人 手続補正書 １、事件の表示 昭和５７年 特許願 第２１５９４４号２、発明の名称 耐熱用セラミック材料 ４、補正をする者 事件との関係 特 許 出願人 住所 氏名 久保田鉄工株式会社 （他１名）４、代理人 ６、補正の対象 明細書 （１）、第２頁第２行目及び第４行目の「スキレッドレ
ール」を、「スキッドレール」に補正する。 （２）、第５頁第１８行目の「σＩｎ８」を、ｒσｍａ
ｘＪに補正する。 （３）、第１０頁の第３表中高温疲労の欄ｒ ９．２Ｘ
１０以下」をｒ ９．２Ｘ１０’以下」に、ｒ１５Ｘ１
０以上」をｒ１５Ｘ１０Ｊ以上」に、ｒ ９．９Ｘ１０
息下」をｒ ９．９Ｘ１０’以下」にそれぞれ補正する
。 （４）、第１２頁第１行目の「さればよい。」を、「さ
せればよい。」に補正する。 （５）、第１３頁第８行目のｒ （１１Ｊを、ｒ （Ｓ
）Ｊに補正する。 （６）、第８頁全部を下記の通り補正する。 第２表
Claims (1)
- １、リン化鉄、リン化コバルト、リン化クロム、リン化
チタン、リン化ホウ素から選ばれる１種以上が０．２〜
１０重量％、残部が炭化クロムからなる組成の耐熱用セ
ラミック材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57215944A JPS59107973A (ja) | 1982-12-09 | 1982-12-09 | 耐熱用セラミツク材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57215944A JPS59107973A (ja) | 1982-12-09 | 1982-12-09 | 耐熱用セラミツク材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59107973A true JPS59107973A (ja) | 1984-06-22 |
| JPS63390B2 JPS63390B2 (ja) | 1988-01-06 |
Family
ID=16680839
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57215944A Granted JPS59107973A (ja) | 1982-12-09 | 1982-12-09 | 耐熱用セラミツク材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59107973A (ja) |
-
1982
- 1982-12-09 JP JP57215944A patent/JPS59107973A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63390B2 (ja) | 1988-01-06 |
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