特許 6144402 炉床金物用の耐熱鋼

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6144402

(24)【登録日】2017年5月19日

(45)【発行日】2017年6月7日

(54)【発明の名称】炉床金物用の耐熱鋼

(51)【国際特許分類】

   C22C 38/00 20060101AFI20170529BHJP

   C22C 38/44 20060101ALI20170529BHJP

   C22C 19/05 20060101ALI20170529BHJP

   C22C 30/00 20060101ALI20170529BHJP

【ＦＩ】

   C22C38/00 302Z

   C22C38/44

   C22C19/05 Z

   C22C30/00

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-211630(P2016-211630)

(22)【出願日】2016年10月28日

【審査請求日】2017年2月28日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000001052

【氏名又は名称】株式会社クボタ

(74)【代理人】

【識別番号】110001438

【氏名又は名称】特許業務法人 丸山国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】遠城 暢平

(72)【発明者】

【氏名】松原 基行

(72)【発明者】

【氏名】早瀬 優貴

【審査官】 本多 仁

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−１２１１７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５３−９５８２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平５−１１２８４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−２４３４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭５０−４００９９（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 中国特許出願公開第１０１９２８８６８（ＣＮ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０３０３６６９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第３７７８２５６（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２２Ｃ ３８／００−３８／６０

Ｃ２２Ｃ １９／０５

Ｃ２２Ｃ ３０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋼材加熱炉の炉床金物に用いられる耐熱鋼であって、
質量％にて、Ｃ：０．０５％〜０．５％、Ｓｉ：０％を越えて０．９５％以下、但し、０．０５％≦Ｃ＋Ｓｉ≦１．０％、Ｍｎ：０％を越えて１．０％以下、Ｎｉ：４０％〜５０％、Ｃｒ：２５％〜３５％、及び、Ｗ：１．０％〜３．０％を含有し、残部１０％以上のＦｅ及び不可避的不純物からなる、
炉床金物用の耐熱鋼。

【請求項2】

質量％にて、Ｔｉ：０．０５％〜０．５％、及び／又は、Ｚｒ：０．０２％〜１．０％をさらに含有する、
請求項１に記載の炉床金物用の耐熱鋼。

【請求項3】

質量％にて、Ｐ：０．０３％以下、及び／又は、Ｓ：０．０３％以下をさらに含有する、
請求項１又は請求項２に記載の炉床金物用の耐熱鋼。

【請求項4】

質量％にて、Ｎ：０．２％以下、Ｏ：０．２％以下、及び、Ｈ：０．１％以下よりなる群から選択される少なくとも一種を含有する、
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の炉床金物用の耐熱鋼。

【請求項5】

一部又は全部が、請求項１乃至請求項４の何れかに記載の炉床金物用の耐熱鋼からなる鋼材加熱炉の炉床部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱間圧延を行なう加熱炉の炉床金物に用いられる耐熱鋼に関するものであり、より具体的には、スキッドボタンやスキッドライナーに用いられる耐熱鋼に関するものである。

【背景技術】

【0002】

熱間圧延を行なうウォーキングビーム式等の加熱炉では、スラブ（鋼塊）をスキッドボタンやスキッドライナーなどの炉床金物で支持して搬送する。加熱炉では、スラブは、約１１００℃以下の予熱帯、約１１００℃〜約１３００℃の加熱帯を経て、均熱帯で約１３００℃を越える温度域まで加熱される。すなわち、炉床金物は、高温の大気雰囲気に曝されるためにすぐれた耐酸化性が要求され、また、高温で重量のあるスラブを支持するために高温での圧縮変形に対する高い抵抗（圧縮変形抵抗速度）が要求される。

【0003】

そこで、たとえば、予熱帯ではＦｅ基合金、加熱帯ではＣｏ含有耐熱鋼、均熱帯ではＣｒ基合金が使用されている。加熱帯で使用されるＣｏ含有耐熱鋼として、Ｃｏを質量％にて２５％〜４５％含有する耐熱合金が知られている（たとえば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１０−３６９３６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

近年、Ｃｏが日本国における労働安全衛生法の規制対象となり、Ｃｏフリーの炉床金物の開発が求められている。

【0006】

本発明の目的は、Ｃｏ含有耐熱鋼と同等又はそれ以上の特性を具備し、Ｃｏフリーの炉床金物用の耐熱鋼を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る炉床金物用の耐熱鋼は、
鋼材加熱炉の炉床金物に用いられる耐熱鋼であって、
質量％にて、Ｃ：０．０５％〜０．５％、Ｓｉ：０％を越えて０．９５％以下、但し、０．０５％≦Ｃ＋Ｓｉ≦１．０％、Ｍｎ：０％を越えて１．０％以下、Ｎｉ：４０％〜５０％、Ｃｒ：２５％〜３５％、及び、Ｗ：１．０％〜３．０％を含有し、残部１０％以上のＦｅ及び不可避的不純物からなる。

【0008】

上記炉床金物用の耐熱鋼は、質量％にて、Ｔｉ：０．０５％〜０．５％、及び／又は、Ｚｒ：０．０２％〜１．０％をさらに含有することができる。

【0009】

上記炉床金物用の耐熱鋼は、質量％にて、Ｐ：０％を越えて０．０３％以下、及び／又は、Ｓ：０％を越えて０．０３％以下の含有を許容する。

【0010】

上記炉床金物用の耐熱鋼は、質量％にて、Ｎ：０％を越えて０．２％以下、Ｏ：０％を越えて０．２％以下、及び、Ｈ：０％を越えて０．１％以下よりなる群から選択される少なくとも一種の含有を許容する。

【0011】

また、本発明の炉床部材は、一部又は全部が上記の炉床金物用の耐熱鋼からなる。

【発明の効果】

【0012】

本発明の炉床金物用の耐熱鋼は、Ｃｏフリーである。従って、日本国の労働安全衛生法の規制対象にはならない。また、本発明の炉床金物用の耐熱鋼は、Ｃｏの特性をＮｉで担保し、Ｃ、Ｓｉの含有量を下げてマトリクスの清浄度を向上させ、融点の低下を防ぐと共に、Ｃｒ、Ｗ、選択的にＴｉ、Ｚｒを複合的に添加することにより、耐酸化性や圧縮変形抵抗速度等の高温強度を高めることで、Ｃｏ含有耐熱鋼と同等又はそれ以上の特性を具備できるから、Ｃｏ含有耐熱鋼の代替品として極めて有用である。

【0013】

＜成分限定理由＞
本発明の炉床金物用の耐熱鋼は、以下の組成を含有する。なお、特に明示しない限り、「％」は質量％である。

【0014】

Ｃ：０．０５％〜０．５％
Ｃは、Ｃｒ、Ｗなどと結合して炭化物を形成し、高温強度を高める効果があるため０．０５％以上添加する。一方、Ｃの含有量が０．５％を越えると、耐熱鋼の固相線温度が下がり、融点の低下を招く。従って、Ｃの含有量の上限は０．５％とする。なお、Ｃの含有量の上限は０．３％が望ましく、０．２％がより望ましい。

【0015】

Ｓｉ：０％を越えて０．９５％以下
Ｓｉは、耐酸化性を高める元素であり、脱酸作用を有しマトリクスの清浄度を向上させて低融点化合物を減少させるために添加する。一方、次に説明するとおり、ＣとＳｉの合計量が１．０％を越えると、固相線温度が下がり、融点の低下を招く。従って、Ｓｉの含有量の上限は、ＣとＳｉの合計量の上限からＣの最低含有量を引いた０．９５％とする。

【0016】

但し、ＣとＳｉは、固相線温度を下げ、融点の低下を招くため、その合計量（Ｃ＋Ｓｉ）は、０．０５％〜１．０％とする。

【0017】

Ｍｎ：０％を越えて１．０％以下
Ｍｎは、高温強度を高める元素であり、脱酸・脱硫作用を有しマトリクスの清浄度を向上させて低融点化合物を減少させるために添加する。一方、Ｍｎの含有量が１％を越えると耐酸化性の低下を招く。従って、Ｍｎの含有量の上限は１％とする。

【0018】

Ｎｉ：４０％〜５０％
Ｎｉは、高温伸びを維持し、また、Ｃｏの代替成分として添加する。Ｎｉは、ＣｒやＷ、さらに選択的に添加されるＴｉ、Ｚｒとの複合添加により、耐酸化性や圧縮変形抵抗速度等の高温強度を高めることができるため、４０％以上添加する。一方、Ｎｉの含有量が５０％を越えると、他の添加元素の減量に繋がり、特にＣｒの減量は各種高温特性の低下を招く。さらにＮｉはレアメタルであり高価である為、製品のコスト増加にもつながる。従って、Ｎｉの含有量の上限は５０％とする。なお、Ｎｉは、Ｃｏよりは安価であるため、Ｃｏの代替成分としてＮｉを採用することで炉床金物を低コストで提供できる利点もある。

【0019】

Ｃｒ：２５％〜３５％
Ｃｒは、Ｎｉとの複合添加効果によって耐酸化性の向上に極めて有効な元素であり、その複合添加効果を具備するために２５％〜３５％添加する。

【0020】

Ｗ：１．０％〜３．０％
Ｗは、高温強度を向上させると共に、Ｎｉとの複合添加効果によって耐酸化性を向上に寄与するため添加する。Ｗは、高価な元素であるため添加量を低減させることが望ましいが、上記効果を得るために、１．０％〜３．０％添加する。

【0021】

残部１０％以上のＦｅ及び不可避的不純物であるが、選択的に以下の元素を添加することができる。

【0022】

Ｔｉ：０．０５％〜０．５％、及び／又は、Ｚｒ：０．０２％〜１．０％
Ｔｉ及びＺｒは、耐酸化性向上や高温圧縮クリープ強度を高めるために選択的に一方又は両方を添加する。Ｚｒは、脱窒効果も有する。これら効果を得るために、Ｔｉは０．０５％以上、Ｚｒは０．０２％以上とする。一方、Ｔｉは、合金の湯流れ性の低下に伴う鋳造性の悪化を招き、また、機械加工が困難になる虞があるため、その上限を０．５％とする。Ｚｒは、熱間塑性加工性（たとえば曲げ加工）を低下させるため、その上限を１．０％とする。

【0023】

なお、不可避的不純物として、通常の溶製技術上不可避的に混入する元素として、Ｐ、Ｓ、Ｎ、Ｏ、Ｈを例示できる。これらの元素は、夫々Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎ：０．２％以下、Ｏ：０．２％以下、Ｈ：０．１％以下であれば、その含有が許容される。

【発明を実施するための形態】

【0024】

本発明の炉床金物用の耐熱鋼は、上記成分元素を鋳造し、熱処理及び機械加工を施して所望形状に仕上げることにより製造することができる。炉床金物として、スキッドボタンやスキッドレールを例示できる。なお、炉床金物の全体を本発明の耐熱鋼によって形成することもできるが、炉床構造や操炉条件等によって、炉床金物の一部、たとえばスラブと当接する部位のみを本発明の耐熱鋼としても構わない。

【0025】

本発明の炉床金物用の耐熱鋼は、実施例に示すように、固相線温度が約１３００℃〜１４００℃であるため、加熱炉における予熱帯や加熱帯への採用が好適であり、約１１００℃〜１３００℃で操業される加熱帯での使用がより望ましい。

【0026】

本発明の炉床金物用の耐熱鋼は、Ｃｏフリーであるため、日本国の労働安全衛生法の適用外であり、後述する実施例に示すように、固相線温度が高く、耐酸化性や圧縮変形抵抗速度等の高温強度が高いことから、炉床金物に用いられるＣｏ含有耐熱鋼の代替品として極めて有用である。

【実施例】

【0027】

表１に示す組成の耐熱鋼について、高周波誘導溶解炉の大気溶解により溶湯を溶製し、鋳造を行なって供試材を作製した。表１に示す供試材のうち、発明例は発明例１〜５、比較例は比較例１〜７である。なお、Ｃｏを含有する参考例を比較のため作製した。

【0028】

【表1】

【0029】

そして、各供試材について、固相線温度、引張強さ、引張伸び、圧縮変形率及び耐酸化性の指標となる酸化減量速度を測定し、夫々評価した。結果を表２乃至表５に示す。

【0030】

固相線温度は、昇温速度３℃／分での測定値である。結果を表２に示している。

【0031】

引張強さは、ＪＩＳ Ｚ２２４１に準拠して、６００℃、８００℃、９００℃及び１１００℃で測定した。結果を表２中、実測値に示している。

【0032】

引張伸びは、ＪＩＳＺ２２４１に準拠して、６００℃、８００℃、９００℃及び１１００℃で測定し、供試材の元の長さに対する破断時の供試材の長さの比を百分率（％）で算出した。結果を表３中、実測値に示している。

【0033】

圧縮変形率の測定は、各供試材から切り出した複数の円柱状試験片（高さ５０ｍｍ×直径３０ｍｍ）に対して実施した。詳細には、炉内温度１３００℃の電気炉中で、試験片を固定台の上に直立固定し、試験片の温度を１２３０℃〜１２６０℃で保持しつつ、試験片に９．８１Ｎ／ｍｍ^２の圧縮荷重を反復負荷した。反復負荷は、各試験片に対して、５秒間負荷、５秒間無負荷、荷重負荷と無負荷の移行時間を夫々１秒の合計１２秒を１サイクルとし、これを２０００サイクル反復実施した。この試験を２〜４個の試験片に実施した後、試験片の試験前後の高さと直径の変化率を計測し、その変化量（％）の平均を算出することで測定した。結果を表４中、実測値に示している。

【0034】

酸化減量速度の測定も、各供試材から切り出した丸棒状試験片（長さ５０ｍｍ×直径１０ｍｍ）に対して実施した。詳細には、試験片を大気雰囲気中で１２００℃、１２５２℃、１３０２℃の条件にて１００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）を求めた。結果を表５中、実測値に示している。

【0035】

上記各試験の結果を表２乃至表５に示している。なお、未測定の供試材については、結果を空欄としている。

【0036】

固相線温度は、すべての供試材について測定した。表２を参照すると、各供試材の固相線温度（実測値）は、何れも１３００℃を越えていることがわかる。一方で、加熱炉では、特に加熱帯や均熱帯で安定操業を図るために、１３００℃よりも５０℃〜６０℃以上高い固相線温度が要求される。そこで、固相線温度の評価として、参考例に近い１４００℃以上のものを評価「Ａ」、１３８０℃以上を評価「Ｂ」、１３６０℃以上を評価「Ｃ」、１３６０℃未満を評価「Ｄ」とした。その結果、表２に示すように、評価「Ａ」を満たす発明例、比較例はなかったが、発明例は評価「Ｂ」又は「Ｃ」を満足していた。比較例は比較例１が評価「Ｃ」であるが、それ以外は何れも評価「Ｄ」であった。

【0037】

【表2】

【0038】

引張強さは、発明例２、３及び５を除く供試材について測定した。なお、発明例２、比較例６及び比較例７については一部の測定温度のみ測定した。測定された引張強さ（実測値）は、参考例の各測定温度における実測値に対し、−５％より小さいものを「−１」、±５％以内のものを「０」、＋５％より大きいものを「＋１」と点数化した。各測定温度における個別点数を表２に示す。そして、その合計が「＋３」よりも大きく且つマイナスがないものを評価「Ａ」、その合計が「０」より大きいものを評価「Ｂ」、その合計が「０」のものを評価「Ｃ」、その合計が「０」より小さいものを評価「Ｄ」とした。結果を合わせて表２に示す。

【0039】

表２を参照すると、引張強さについては、比較例２及び比較例３が評価「Ａ」であり、発明例１、比較例４、比較例５及び比較例７が評価「Ｂ」、その他は何れも評価「Ｃ」又は「Ｄ」であった。

【0040】

引張伸びは、発明例３を除く供試材について測定した。なお、発明例２、発明例５、比較例６及び比較例７は一部の測定温度についてのみ測定した。測定された引張伸び（実測値）は、参考例の６００℃における実測値（１４％）を基準とし、その実測値が１４％より小さいものを「−１」、１４％以上を「＋１」と点数化した。なお、一般的に高温になるほど引張伸びは大きくなることから、８００℃以上の測定温度についても同じ値（１４％）を基準として評価を行なった。各測定温度における個別点数を表３に示す。そして、その合計が「０」よりも大きく且つマイナスがないものを評価「Ｂ」、その合計が「０」より小又はマイナスがあるものを評価「Ｃ」とした。結果を合わせて表３に示す。

【0041】

【表3】

【0042】

表３を参照すると、引張伸びは、発明例１、発明例２、発明例４、発明例５、比較例１及び比較例４が評価「Ｂ」、その他は何れも評価「Ｃ」であった。

【0043】

圧縮変形率は、すべての供試材について測定した。測定された圧縮変形率（実測値）は、参考例の高さ及び直径方向の圧縮変形率（実測値）に対し、−５０％より小さいものを「＋２」、−５％より小さいものを「＋１」、±５％以内のものを「０」、＋５％より大きいものを「−１」と点数化した。高さ方向及び直径方向の個別点数を表４に示す。そして、その合計が「＋３」よりも大きく且つマイナスがないものを評価「Ａ」、その合計が「０」より大きいものを評価「Ｂ」、その合計が「０」のものを評価「Ｃ」、その合計が「０」より小さいものを評価「Ｄ」とした。結果を合わせて表４に示す。

【0044】

【表4】

【0045】

表４を参照すると、圧縮変形率は、発明例１乃至発明例５、比較例１及び比較例５が評価「Ａ」、比較例４、比較例６及び比較例７が評価「Ｂ」、その他が評価「Ｄ」であった。

【0046】

酸化減量速度は、すべての供試材について測定した。但し、発明例２乃至発明例５については、一部の測定温度のみについて測定した。測定された酸化減量速度（実測値）は、参考例の各測定温度における実測値に対して、−５０％より小さいものを「＋２」、−５％より小さいものを「＋１」、±５％以内のものを「０」、＋５％より大きいものを「−１」と点数化した。各測定温度における個別点数を表５に示す。そして、その合計が「０」より大きいものを評価「Ｂ」、その合計が「０」であるものを評価「Ｃ」、その合計が「０」より小さく且つマイナスが２つ以上あるものを評価「Ｄ」とした。結果を合わせて表５に示す。

【0047】

【表5】

【0048】

表５を参照すると、発明例１乃至発明例５、比較例２、比較例４、比較例５及び比較例７が評価「Ｂ」、それ以外は評価「Ｄ」であった。

【0049】

そして、上記得られた各供試材の評価「Ａ」〜「Ｄ」について、評価「Ａ」は「＋２」、評価「Ｂ」は「＋１」、評価「Ｃ」は「０」、評価「Ｄ」は「−１」として再度点数化した。各供試材の評価及び点数（括弧内）を表６に示す。そして、各点数に基づいて供試材の総合評価を行なった。総合評価では、各点数の合計が３より大きく且つマイナスがないものを評価「Ａ」、合計が３のものを評価「Ｂ」、合計が０〜２のものを評価「Ｃ」、合計が０未満又はマイナスが２以上あるものを評価「Ｄ」とした。総合評価を表６に示す。

【0050】

【表6】

【0051】

表６を参照すると、発明例は何れも総合評価が「Ａ」であり、参考例のＣｏ含有耐熱鋼と同等又はそれ以上の特性を具備していることがわかる。すなわち、発明例の耐熱鋼は、炉床金物として、Ｃｏ含有耐熱鋼の代替品として極めて有用であることがわかる。

【0052】

一方、比較例については、何れも総合評価が「Ｂ」〜「Ｄ」であった。これは、以下の要因によるものと考えられる。

【0053】

比較例１は、Ｃ、Ｓｉ、Ｃ＋Ｓｉは共に本発明範囲内であるため固相線温度は高いが、Ｃｒが本発明範囲を下回っているため、十分な耐酸化性（酸化減量速度）を得られなかった。

【0054】

比較例２は、Ｓｉ、Ｃ＋Ｓｉが本発明範囲を上回っているため、固相線温度が低下している。従って、今回の耐酸化試験では十分な耐酸化性を確認できているが、加熱炉中の異常により、温度が上昇したときに溶ける、或いは、酸化量が増加する等の虞がある。

【0055】

比較例３及び比較例４は、Ｓｉ、Ｃ＋Ｓｉが本発明範囲を上回っており、固相線温度が低下している。また、Ｃｒが本発明範囲を上回っているため、十分な延性（引張伸び）が得られなかった。さらに、比較例４については、Ｎｉが本発明範囲を下回っており、引張強さも低下していることがわかる。

【0056】

比較例５は、Ｃ、Ｎｉ、Ｃｒは本発明範囲内であるが、Ｃ＋Ｓｉが本発明範囲を上回っており、固相線温度が低下すると共に、引張伸びが低下したと考えられる。

【0057】

比較例６は、Ｃ、Ｓｉ、Ｃ＋Ｓｉは共に本発明範囲内であるが、Ｗが本発明範囲を超えたため耐酸化性が低下していることがわかる。

【0058】

比較例７は、Ｃ、Ｓｉ、Ｃ＋Ｓｉは共に本発明範囲内であるが、Ｃｒが本発明範囲を超えたため、十分な延性が確保できていないことがわかる。

【0059】

上記説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或いは範囲を限縮するように解すべきではない。また、本発明の各部構成は、上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。

【要約】

【課題】本発明は、Ｃｏ含有耐熱鋼と同等又はそれ以上の特性を具備し、Ｃｏフリーの炉床金物用の耐熱鋼を提供する。
【解決手段】本発明に係る炉床金物用の耐熱鋼は、鋼材加熱炉の炉床金物に用いられる耐熱鋼であって、質量％にて、Ｃ：０．０５％〜０．５％、Ｓｉ：０％を越えて０．９５％以下、但し、０．０５％≦Ｃ＋Ｓｉ≦１．０％、Ｍｎ：０％を越えて１．０％以下、Ｎｉ：４０％〜５０％、Ｃｒ：２５％〜３５％、及び、Ｗ：１．０％〜３．０％を含有し、残部１０％以上のＦｅ及び不可避的不純物からなる。上記炉床金物用の耐熱鋼は、質量％にて、Ｔｉ：０．０５％〜０．５％、及び／又は、Ｚｒ：０．０２％〜１．０％をさらに含有することができる。
【選択図】なし