高溫材料輸送用構(gòu)件的制作方法

專利名稱：高溫材料輸送用構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適合支承、輸送利用熱處理等加熱的鋼材及其他高溫材料的高溫 材料輸送用構(gòu)件，特別是涉及一種熱處理爐內(nèi)的輸送用棍、墊塊(skid button)等高溫材料 輸送用構(gòu)件。
背景技術(shù)：
在熱加工溫度下的無縫管的制造過程中及其他金屬材料的熱加工過程中，例如為 了輸送熱處理爐內(nèi)的加工用原料或產(chǎn)品、或者利用熱處理爐等加熱到高溫的這些材料(以 下，總稱作“高溫材料”。)，大多使用輥式輸送機(jī)等輸送用構(gòu)件。在輸送高溫材料時(shí)，例如，若在高溫材料和輸送用構(gòu)件之間發(fā)生打滑，則有時(shí)會 在高溫材料和輸送用構(gòu)件之間發(fā)生粘著。此時(shí)，若來自高溫材料的剝離物或者其氧化物 局部地附著在高溫材料或者輸送用構(gòu)件表面(以下，將這些附著物稱作“積層(e ^ k 了 y 7°)”。)，則會存在輸送過程中在高溫材料表面發(fā)生壓痕缺陷(押込 疵)，降低產(chǎn)品的表面 品質(zhì)及成品率這樣的問題。為了抑制這樣的不良的產(chǎn)生，以往使輸送用構(gòu)件的母材的材質(zhì)例如為Cr、Ni合金 等耐粘著性優(yōu)良的材料，但若只是那樣做，實(shí)際上無法獲得充分的效果。因此，如下所示，提 出了在母材的表面形成有被膜的各種各樣的構(gòu)件的技術(shù)方案。例如，在專利文獻(xiàn)1中公開了如下發(fā)明在輥母材的表面堆焊通過使3Cr — INi— Fe系合金中含有30體積％ 50體積％的NbC而成的耐熱材料，接著，在含有C0氣體的氧 化性氣氛中進(jìn)行熱處理，而在輥母材的表面付與牢固的氧化皮被膜。采用該發(fā)明，能夠制造 在輸送熱處理材料時(shí)在熱處理材料和輥的兩個(gè)面之間不會發(fā)生粘結(jié)的、耐磨損性和耐粘著 性優(yōu)良的熱輸送輥。在專利文獻(xiàn)2中公開了一種在其母材表面具有雙層被膜的熱加工工具的防粘著 技術(shù)，該雙層被膜由以體積比計(jì)含有20 % 70 %的鈮碳化物粒子的金屬_碳化物復(fù)合被膜 和形成在該被膜的最外表面的氧化物被膜構(gòu)成。另外，在專利文獻(xiàn)3中提出了一種涉及由 合金粉末和20重量％ 70重量％的碳化物系陶瓷粉末形成的等離子粉體堆焊用復(fù)合焊接 材料的發(fā)明，該合金粉末由Cr、W、Fe、C和余量Co形成，在專利文獻(xiàn)4中提出了一種涉及由 含有20體積％ 60體積％的鉻系碳化物的鈷或者鈷基合金形成的堆焊輥的發(fā)明。在專利文獻(xiàn)5中公開了一種涉及利用等離子粉體焊接堆焊向Co — Cr一Fe合金材 料中添加Cr3C2而成的粉末、形成覆蓋層的金屬零件的表面處理方法的發(fā)明。在專利文獻(xiàn)6 中公開了一種涉及耐積層性優(yōu)良的高溫材料輸送用輥的發(fā)明，該高溫材料輸送用輥在其最 外表面構(gòu)成了含有20體積％ 70體積％的碳化物、余量由金屬形成的金屬一碳化物復(fù)合 被膜。另外，在專利文獻(xiàn)7中提出了如下技術(shù)方案為了抑制在固化堆焊層中發(fā)生龜裂，而 在碳化物或者碳氮化物的硬質(zhì)粒子部分熔融于熔融的碳素鋼中的未熔融狀態(tài)下使熔融的 碳素鋼凝固，然后進(jìn)行淬火。在專利文獻(xiàn)8及專利文獻(xiàn)9中公開了涉及分別含有25.0% 45. 0%及20% 40%的Co、余量由Fe形成的堆焊用的焊接材料的發(fā)明?！?008〕 除了上述形成堆焊層的方法以外，也提出了涉及應(yīng)用了噴鍍法的表面改性的技 術(shù)。
〔0009〕 例如，在專利文獻(xiàn)10中公開了一種涉及在其胴部表面具有由10面積50面 積5^的粒徑1 0 III 100 0 III的硬質(zhì)粒子和90面積50面積^的基質(zhì)合金相形成的噴 鍍被膜的鋼材處理用噴鍍輥的發(fā)明。另外，在專利文獻(xiàn)11中公開了一種涉及使在混合粉 末的噴鍍被膜中再析出的碳化物分散的電鍍用導(dǎo)電輥的發(fā)明，該混合粉末由含有10被^ 60界1:5^的碳化物金屬陶瓷粉末和90被40被5^的0的鎳鉻合金粉末構(gòu)成。
〔0010〕 在專利文獻(xiàn)12中公開了一種涉及具有碳化物系被膜的熱處理爐內(nèi)輥的發(fā)明，該 碳化物系被膜的耐積層性、耐熱性、耐磨損性優(yōu)良，在其表面噴鍍有含有50重量90重 量^的鉻碳化物、余量含有鎳和鈷中的一種以上以及鉻和鋁中的一種以上的合金的金屬陶 瓷材料。另外，在專利文獻(xiàn)13中公開了一種涉及由耐熱合金形成的、適合受到反復(fù)熱沖擊 的滑動(dòng)磨損構(gòu)件的噴鍍被膜的發(fā)明，該噴鍍被膜含有5重量30重量^的0等的碳化 物、硼化物、氧化物、復(fù)合氧化物中的1種以上的上述物質(zhì)，余量含有60、0及10。
〔0011〕 在專利文獻(xiàn)14中，公開了一種涉及用于鋼帶熱處理爐的爐內(nèi)輸送輥的、耐積層性 優(yōu)良的噴鍍覆蓋用金屬陶瓷粉末的發(fā)明，該噴鍍覆蓋用金屬陶瓷粉末由合金粉末和陶瓷粉 末構(gòu)成，該合金粉末含有八1、0及V，余量由⑶和附中的1種以上形成，該陶瓷粉末由硼 化物、碳化物中的1種以上形成。另外，在專利文獻(xiàn)15中公開了一種涉及形成有0丨5皿 3111111的噴鍍覆蓋層的連續(xù)鑄造用輥的發(fā)明，該噴鍍覆蓋層含有10被^ 50被^的由碳化 鎢、碳化鉻、碳化鈮等碳化物或者由一種以上的金屬粘合劑結(jié)合而成的混合物，余量由含有 0 0丨02被5^ 0丨25被5^、0 0丨5被5^ 15被5^的自熔合金(附基或者00基)形成。另外， 在專利文獻(xiàn)16中公開了一種涉及利用噴鍍法在輥母材的表面覆蓋陶瓷與鎳基合金或者鈷 基自熔性合金的混合覆蓋層而成的高溫鋼板輸送用輥的發(fā)明。〔0012〕專利文獻(xiàn)1 :日本特開平5— 84570號公報(bào)〔0013〕專利文獻(xiàn)2 日本特開平6— 315704號公報(bào)〔0014〕專利文獻(xiàn)3 日本特開昭64—18599號公報(bào)〔0015〕專利文獻(xiàn)4 日本特開平3— 207510號公報(bào)〔0016〕專利文獻(xiàn)5 日本特開平8 —13116號公報(bào)〔0011~\專利文獻(xiàn)6 日本特開2003— 340511號公報(bào)〔0018〕專利文獻(xiàn)7 日本特開2008— 763號公報(bào)〔0019〕專利文獻(xiàn)8 日本特開昭62—134193號公報(bào)〔0020〕專利文獻(xiàn)9 日本特開昭64—11093號公報(bào)〔0021〕專利文獻(xiàn)10:日本特開平3— 2362號公報(bào)〔0022〕專利文獻(xiàn)11:日本特開平5— 295592號公報(bào)〔0023〕專利文獻(xiàn)12:日本特開平6— 33149號公報(bào)〔0024〕專利文獻(xiàn)13:日本特開平9一316621號公報(bào)〔0025〕專利文獻(xiàn)14:國際公開第01/34866號〔0026〕專利文獻(xiàn)15:日本特開2006— 263807號公報(bào)〔0027〕專利文獻(xiàn)16:日本特開昭63— 255352號公報(bào)〔0028〕在專利文獻(xiàn)1及專利文獻(xiàn)2中提出的技術(shù)為在母材上形成他0與合金的復(fù)合被膜，欲防止粘著。但是，NbC缺乏耐氧化性，特別是在高溫的氣氛下無法穩(wěn)定地存在，耐磨損 性急劇下降。在專利文獻(xiàn)3 專利文獻(xiàn)5中提出的技術(shù)為在母材上形成含有Cr碳化物的 各種碳化物和金屬的復(fù)合被膜，以改善高溫下的耐磨損性為目標(biāo)。但是，以提高耐磨損性為 目標(biāo)的結(jié)果是成為又硬又脆的金屬組織，而在實(shí)施等離子粉體堆焊過程中的冷卻時(shí)容易發(fā) 生龜裂。由于在龜裂部耐磨損性降低，因此，存在無法獲得均勻品質(zhì)的問題。而且，通過經(jīng) 受長時(shí)間使用過程中的加熱一冷卻的熱歷程，會進(jìn)一步發(fā)生龜裂，損害耐磨損性。在專利文獻(xiàn)6中提出的被膜也成為高硬度的脆弱的金屬組織，所以難以避免發(fā)生 龜裂，在龜裂部容易附著氧化物，耐積層性降低。另外，在專利文獻(xiàn)7所述的發(fā)明中，以抑制 又硬又脆的堆焊層發(fā)生龜裂為目標(biāo)，但由于是由焊接材料和碳化物形成的被膜，該焊接材 料由碳素鋼形成，因此，無法獲得充分的耐氧化性，其結(jié)果，被膜的表面發(fā)生變化，也會使耐 磨損性及耐積層性劣化。另一方面，在專利文獻(xiàn)8及專利文獻(xiàn)9所述的發(fā)明中，由于是將Co 的含量抑制得較低、余量由Fe構(gòu)成的焊接材料，所以能夠抑制堆焊層發(fā)生龜裂，但耐磨損 性稱不上充分。在專利文獻(xiàn)10 專利文獻(xiàn)16所示的利用噴鍍形成被膜的方法中，通過利用氣流 使加熱熔融后的涂敷材料呈微粒子狀并沖撞、積層于基材而形成被膜。因此，通常在被膜內(nèi) 容易形成氣孔，耐磨損性、耐積層性稱不上充分。另外，利用等離子粉體堆焊法形成的被膜 與基材是熔融接合(化學(xué)結(jié)合)的，而噴鍍被膜與基材是物理結(jié)合的，因此結(jié)合力較弱。因 此，在高溫材料的輸送用輥上形成的被膜在使用過程中會發(fā)生剝離，耐磨損性、耐積層性急 劇下降。由于專利文獻(xiàn)16所示的混合覆蓋層的Cr的含量較低，因此，耐氧化性不充分，特 別是不適于作為1100°C以上的高溫材料的輸送用輥。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在高溫氣體氣氛中耐積層性、耐磨損性及耐氧化性優(yōu) 良且抑制了在實(shí)施等離子粉體堆焊時(shí)發(fā)生龜裂的高溫材料輸送用構(gòu)件，進(jìn)一步具體而言， 其目的在于提供一種在高溫氣體氣氛中、特別是在1100°c以上的氣體氣氛的高溫環(huán)境中使 用的情況下，具有優(yōu)良的耐積層性、防止產(chǎn)生壓痕缺陷的高溫材料輸送用構(gòu)件。本發(fā)明人研究了各種在高溫、特別是1100°C以上的、例如熱處理爐內(nèi)這樣的氣體 氣氛中，即使利用輥輸送時(shí)也會有效防止積層的方法，其結(jié)果，獲得了以下的見解。a.以往的防止積層的方法將重點(diǎn)放在防止在高溫材料和輸送用構(gòu)件之間產(chǎn)生粘 著、凝結(jié)上。因此，意圖運(yùn)用輸送用構(gòu)件表面的氧化皮的熱潤滑作用來提升其效果，但在這 種防止方法中，對于抑制由積層引起的壓痕缺陷的發(fā)生存在極限。即，以往例如將重點(diǎn)放 在通過加固具有熱潤滑作用的氧化皮而使其難以剝離上，但氧化皮會因長時(shí)間的使用而變 薄、或者因沖擊而發(fā)生剝離，從而無法抑制積層。b.因此，本發(fā)明人為了有效地抑制輸送過程中在高溫材料表面產(chǎn)生壓痕缺陷，著 眼于在輸送用構(gòu)件的表面形成堆焊被膜，減弱該被膜氧化時(shí)生成的氧化皮(A)的密合性，即 提升剝離性即可。通過形成這樣的結(jié)構(gòu)，即使在輸送材料側(cè)的氧化皮(B)移附至輸送用構(gòu) 件側(cè)的氧化皮(A)上的情況下，也由于氧化皮(A)容易自堆焊被膜剝落，因此，氧化皮(B)會 與氧化皮(A)—同被除去。其結(jié)果，能夠防止積層，并能夠有效地抑制在進(jìn)行輸送的高溫材 料上產(chǎn)生壓痕缺陷等表面缺陷。
c.明確了在堆焊被膜內(nèi)分散地存在用于降低密合性的不同材質(zhì)對提高堆焊被膜 上的氧化皮(A)的剝離性是有效的。對該不同材質(zhì)反復(fù)進(jìn)行各種研究之后，得知Cr碳化物 具有耐積層性。特別是在1100°C以上的氣體氣氛中其效果顯著。另外，發(fā)現(xiàn)通過具有分散 有Cr碳化物的合金-Cr碳化物復(fù)合被膜(以下，也簡記作“復(fù)合被膜”)，能夠具有耐磨損性。d.對復(fù)合被膜繼續(xù)進(jìn)行了在高溫氣體氣氛中的應(yīng)用研究之后，明確了除上述耐積 層性、耐磨損性較為重要以外，在長時(shí)間使用方面耐氧化性也較為重要。還明確了在實(shí)施等 離子粉體堆焊時(shí)，有時(shí)發(fā)生龜裂，這種缺陷會損害耐積層性、耐磨損性能。在為了解決這些 課題而調(diào)查了復(fù)合被膜的合金粉末的成分的效果之后，獲得了以下見解為了提高耐氧化 性，重要的是含有目標(biāo)量的Cr和Si，另一方面，為了抑制發(fā)生龜裂，重要的是限制C的含量 并降低復(fù)合被膜的硬度。e.但是，通過限制合金粉末的C量，能夠抑制在實(shí)施堆焊時(shí)復(fù)合被膜發(fā)生龜裂，但 另一方面存在耐磨損性容易降低這樣的問題。因此，需要適當(dāng)?shù)乜刂艭的含量。還明確了 為了確保耐磨損性，關(guān)鍵是使合金粉末的主要成分不為Ni或者Fe、而是Co。S卩，只要是采 用使c的含量為0. 03質(zhì)量％ 0. 6質(zhì)量％、且含有大于50%的Co的Co基合金粉末的復(fù)合 被膜，就能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)耐磨損性和抑制實(shí)施堆焊時(shí)的龜裂，并且能夠發(fā)揮優(yōu)良的耐積層性。 對于滿足上述條件的輸送用構(gòu)件而言，即使無縫管用原材料等高溫材料的氧化皮熔接在輸 送用構(gòu)件的表面而發(fā)生了積層，也由于該積層在生長之前會剝離、脫落，因此積層不會生長 得較大。由此，不會發(fā)生表面缺陷，能夠長期地輸送高溫材料。通過遵照上述b e的見解，能夠獲得優(yōu)良的高溫材料輸送用構(gòu)件，但通過本發(fā)明 人的進(jìn)一步研究，明確了由于使用條件的不同存在耐磨損性、耐積層性下降的情況，而且在 實(shí)施等離子粉體堆焊時(shí)會發(fā)生龜裂。慎重地分析了其原因，結(jié)果，獲得了以下的見解。f.明確了復(fù)合被膜中的Cr碳化物的體積百分率對龜裂發(fā)生也有影響。S卩，若Cr 碳化物的含有率過少，則存在無法確保耐積層性和耐磨損性的情況，另一方面，若含有率過 高，則存在實(shí)施堆焊時(shí)會發(fā)生許多龜裂的情況。因此，得知優(yōu)選Cr碳化物粉末的含量以相 對于混合粉末總量的體積比計(jì)為20體積％ 70體積％。g.上述現(xiàn)象僅在特別是高于1200°C的溫度區(qū)中使用的情況下發(fā)生，是在超高溫 的使用環(huán)境下特有的現(xiàn)象。因此，利用DTA (差熱分析)對復(fù)合被膜的反應(yīng)性進(jìn)行調(diào)查之后， 在使用溫度附近出現(xiàn)吸熱反應(yīng)。該反應(yīng)的詳細(xì)情況也有不清楚的地方，但引起復(fù)合被膜其 開始熔解的狀態(tài)變化、或者碳化物的化學(xué)變化的可能性很高。由于發(fā)生該反應(yīng)，復(fù)合被膜的 強(qiáng)度急劇下降，結(jié)果，耐磨損性及耐積層性下降。在調(diào)查了合金粉末中的元素的影響之后， 明確了為了提高Co基合金的耐氧化性而含有的Si及為了提高耐磨損性而含有的C都會降 低發(fā)生吸熱反應(yīng)的溫度(以下，稱作“吸熱反應(yīng)溫度”。)。因此，需要適當(dāng)?shù)乜刂芐i及C的含 量。另外，考慮到在1200°C 1250°C的溫度下作業(yè)的情況，優(yōu)選進(jìn)行組織控制使復(fù)合被膜 中出現(xiàn)的吸熱反應(yīng)溫度處于1250°C以上。本發(fā)明即是基于這樣的見解而完成的，以如下(1) (6)所示的高溫材料輸送用 構(gòu)件為主要內(nèi)容。(1) 一種高溫材料輸送用構(gòu)件，其利用等離子粉體堆焊法在母材表面形成有被膜， 其特征在于，被膜是采用了由Co基合金粉末和Cr碳化物的粉末構(gòu)成的混合粉末的復(fù)合被 膜，該Co基合金粉末按質(zhì)量％計(jì)含有0. 03% 0. 6%的C、0. 2% 3%的Si、22% 35%的Cr及大于50%的Co。(2)—種高溫材料輸送用構(gòu)件，其利用等離子粉體堆焊法在母材表面形成有被膜， 其特征在于，被膜是采用了由Co基合金粉末和Cr碳化物的粉末構(gòu)成的混合粉末的復(fù)合被 膜，該Co基合金粉末按質(zhì)量％計(jì)含有0. 03% 0. 6%的C、0. 2% 3%的Si、22% 35% 的Cr及大于50 %的Co，余量由雜質(zhì)形成。(3)根據(jù)上述(2)所述的高溫材料輸送用構(gòu)件，其特征在于，Co基合金粉末按質(zhì) 量％計(jì)還含有1種以上屬于從下述〈1>至〈4>的組中選擇的1組以上的組中的元素。<l>Mn :10% 以下、Cu :10% 以下、Ni : 10% 以下及 Fe :10% 以下<2>Mo :10% 以下及 W :10% 以下<3>B :3% 以下、Ti :3% 以下、V :3% 以下、Zr :3% 以下、Nb :3% 以下及 Ta :3% 以下<4>A1 :1% 以下、Ca :1 % 以下及 REM :1% 以下(4)根據(jù)上述(1)至(3)中的任一項(xiàng)所述的高溫材料輸送用構(gòu)件，其特征在于，Cr 碳化物粉末的含量以相對于混合粉末總量的體積比計(jì)為20體積％ 體積70%。(5)根據(jù)上述(1)至(4)中的任一項(xiàng)所述的高溫材料輸送用構(gòu)件，其特征在于，被 膜的吸熱反應(yīng)溫度在1250°C以上。(6)上述(1)至(5)中的任一項(xiàng)所述的高溫材料輸送用構(gòu)件，其特征在于，在 1100°C以上的氣體氣氛下具有優(yōu)良的耐積層性。采用本發(fā)明，即使在熱處理爐的爐內(nèi)這樣的高溫環(huán)境下輸送高溫材料，經(jīng)過長時(shí) 間也不會產(chǎn)生積層，從而不會在輸送材料上產(chǎn)生壓痕缺陷。而且其耐久性也較為優(yōu)良。因 此，除了提升熱加工產(chǎn)品的品質(zhì)、提高成品率之外，對由輸送輥的壽命延長帶來的制造成本 的降低等作出較大貢獻(xiàn)，因此，其效果顯著。特別是被輸送的材料和輥的接觸面積越小，接 觸部分的壓力越大，其結(jié)果，積層、磨損越顯著，由此，本發(fā)明適用于輸送管形狀那樣的接觸 面積較小的金屬材料的輥。


圖1是表示旋轉(zhuǎn)摩擦壓接試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)的剖視示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的高溫材料輸送用構(gòu)件在其母材表面具有Co基合金一Cr碳化物的復(fù)合被 膜。該復(fù)合被膜使用由Co基合金粉末和Cr碳化物的粉末構(gòu)成的混合粉末，利用等離子粉 體堆焊法形成。在以下說明中，只要沒有特別的規(guī)定，關(guān)于含量的“ ％ ”就表示“質(zhì)量％ ”。1. Co基合金粉末C 0. 03% 0. 6%C具有提高高溫下的硬度的作用，為了獲得該效果，需要含有0.03%以上。另一 方面，在C的含量大于0. 6%時(shí)，在實(shí)施等離子粉體堆焊的冷卻過程中，在堆焊被膜內(nèi)會發(fā) 生龜裂，龜裂部的耐磨損性及耐積層性會顯著下降。因此，使C的含量為0. 03% 0. 6%。 另外，由于C會降低吸熱反應(yīng)溫度，因此，特別是在高溫下使用的情況下，優(yōu)選使其上限為 0. 5%，更優(yōu)選的上限為0. 4%。另外，通過使C的含量為0. 05%以上，上述效果更加顯著。 更優(yōu)選為0. 1 %以上。
Si :02% 3%Si是提高高溫氣體氣氛下復(fù)合被膜的耐氧化性的元素，需要含有0. 2%以上。另 一方面，在Si的含量大于3%時(shí)，耐氧化性的改善效果較小，反而會降低復(fù)合被膜的吸熱 反應(yīng)溫度，從而使高溫作業(yè)條件下的耐積層性及耐磨損性急劇下降。因此，使Si的含量為 0.2% 3%。從耐氧化性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使其含量為0.3%以上。另一方面，從耐積層性 及耐磨損性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使其含量為2%以下。特別是在1100°C以上的氣體氣氛下使 用的情況下，優(yōu)選使其含量為1%以下。Cr :22% 35%Cr是對提高耐氧化性有效的元素，需要含有22%以上。另一方面，在Cr的含量大 于35%時(shí)，復(fù)合被膜變得又硬又脆，會促進(jìn)實(shí)施堆焊時(shí)的龜裂。另外，還會使韌性下降，因 此，構(gòu)件在作業(yè)過程中受到急劇的加熱一冷卻的負(fù)荷時(shí)發(fā)生龜裂。在這些龜裂部，耐積層性 及耐磨損性顯著惡化。因此，使Cr的含量為22% 35%。Cr的含量的優(yōu)選下限為23%， 優(yōu)選上限為33%。Co :大于 50%Co基合金與Ni基合金或者Fe基合金相比較，能夠提高高溫下的硬度因此，在耐磨 損性方面發(fā)揮效果。因而，在本發(fā)明中，使用含有大于50%的Co的Co基合金粉末作為復(fù)合 被膜的基本成分。在重視耐磨損性的情況下，優(yōu)選使其含量為55%以上，更優(yōu)選為61%以 上。除上述元素以外，為了改善高溫強(qiáng)度、韌性等特性，根據(jù)需要可以分別含有適量的 如下所示的元素。Mn、Cu、Ni 及 Fe :分另[J 10% 以下Mn、Cu、Ni及Fe是對穩(wěn)定組織有效的元素，因此，可以根據(jù)需要含有從這些元素 中選擇的一種以上的元素。但是，在過量地含有這些元素時(shí)，復(fù)合被膜的耐磨損性會下降。 因而，優(yōu)選使含有這些元素的情況下的含量分別為10%以下。更優(yōu)選的上限的含量分別為 9%。另外，即便是微量，但只要含有上述元素，就能獲得上述效果，但使上述效果變得顯著 是在含有0. 1 %以上的各元素的情況下。另外，對它們的合計(jì)含量并沒有特別規(guī)定，但優(yōu)選 為20%以下。Mo及W :分別10%以下B、Ti、V、Zr、Nb 及 Ta :分別 3% 以下Mo、W、B、Ti、V、Zr、Nb及Ta對提高高溫強(qiáng)度有效，因此，可以根據(jù)需要含有從這些 元素中選擇的一種以上的元素。但是，在過量地含有這些元素時(shí)，碳化物、氮化物、脆化相等 會在合金中析出，組織變脆，從而在實(shí)施堆焊時(shí)容易發(fā)生龜裂。而且，存在因高溫作業(yè)中的 急劇的停止冷卻而發(fā)生龜裂的危險(xiǎn)性。因而，在含有從Mo及W中選擇的一種以上的元素的 情況下，優(yōu)選使其含量分別為10%以下，在含有從B、Ti、V、Zr、Nb及Ta中選擇的一種以上 的元素的情況下，優(yōu)選使其含量分別為3%以下。Mo及W的更優(yōu)選的上限分別為7%，B、Ti、 V、Zr、Nb及Ta的更優(yōu)選的上限分別設(shè)為1.4%。另外，即便是微量但只要含有上述元素，就 能獲得上述效果，但使上述效果變得顯著是在含有0. 001%以上的B、分別含有0. 01%以上 的Ti、V、Zr、Nb及Ta、分別含有0. 1%以上的Mo及W的情況下。另外，對它們的合計(jì)含量 并沒有特別規(guī)定，但優(yōu)選為6%以下。
Al、Ca 及 REM :分別 I % 以下Al、Ca及REM與氧的親和カ較強(qiáng)，因此，也可以為了在實(shí)施堆焊時(shí)固定氧而含有 Al、Ca及REM。但是，在過量地含有這些元素時(shí)，會在合金中生成粗大的氧化物，阻礙堆焊 實(shí)施性。因而，在含有從這些元素中選擇的ー種以上的元素的情況下，優(yōu)選使其含量分別為 1%以下。更優(yōu)選使Al的含量為0.3%以下，更優(yōu)選使Ca及REM的含量分別為0. 1%以下。 其中，在本案說明書中，“REM”是Sc、Y及鑭系元素的合計(jì)17種元素的總稱，且REM的含量 是指上述元素的合計(jì)含量。另外，即便是微量但只要含有上述元素，就能獲得上述效果，但 使上述效果變得顯著是在含有0. 005%以上的Al、含有0. 001%以上的Ca、含有0.01%以上 的REM的情況下。另外，對它們的合計(jì)含量并沒有特別規(guī)定，但優(yōu)選為2%以下。另外，存在Co基合金粉末中作為雜質(zhì)含有P、S、N、0等元素的情況。而且，通過積 極地含有這些元素，也能夠提高強(qiáng)度。雜質(zhì)是指在エ業(yè)上制造合金材料吋，由于礦石、廢料 等原料及其他原因混入的成分，是在不對本發(fā)明產(chǎn)生不良影響的范圍內(nèi)被容許的成分。2. Cr 碳化物Cr碳化物具有確保高溫下的耐氧化性、并提高高溫硬度的效果。因此，在與合金 粉末一同構(gòu)成的復(fù)合被膜中發(fā)揮優(yōu)良的耐氧化性和耐磨損性。特別是在1100°c以上的氣 體氣氛下較為有效。作為Cr碳化物，列舉有Cr3C2、Cr7C3> Cr23C6等。另外，也可以將這些碳 化物復(fù)合。對Cr碳化物的含量并沒有特別規(guī)定，但為了提高輸送用構(gòu)件的復(fù)合被膜上的氧 化皮(A)的剝離性，優(yōu)選使其含量以相對于混合粉末總量的體積比計(jì)為20體積％以上。更 優(yōu)選為30體積％以上。另ー方面,在Cr碳化物的含量大于70體積％時(shí),存在這樣的情況 不僅耐積層性提高作用飽和，也使合金的比率降低而使碳化物的保持力降低，從而難以形 成復(fù)合被膜。另外，有時(shí)會助長實(shí)施等離子粉體堆焊時(shí)的龜裂。因此，優(yōu)選使復(fù)合被膜中的 Cr碳化物的含量為70體積％以下。在這里，對Cr碳化物的大小并沒有特別限制，但優(yōu)選使用碳化物粒子的平均直徑 在50 ii m 200 ii m的范圍內(nèi)的Cr碳化物，這樣可以有效地使其均勻地分散在基質(zhì)中。碳 化物的形狀可以是球形、橢圓形、棒狀等，也可以將它們混合。3.復(fù)合被膜的形成方法本發(fā)明的高溫材料輸送用構(gòu)件中的復(fù)合被膜的形成方法是向在電極和母材之間 產(chǎn)生的等離子體中輸送上述混合粉末并將其熔融堆焊在母材表面的方法，即，利用等離子 粉體堆焊法。采用該方法，與等離子噴鍍等相比，孔隙率較小，而且與基材的密合性也較高， 能夠減少由剝離導(dǎo)致的損傷。還能夠簡便地形成被膜，而且在制作成本方面也較為有利。對復(fù)合被膜的厚度并沒有特別限制，但為了在從常溫到高溫的范圍內(nèi)確保充分的 表面強(qiáng)度，優(yōu)選具有0. 3mm以上的厚度。特別是在1100°C以上的氣體氣氛中使用的情況下， 優(yōu)選具有0. 5mm以上的厚度，若是Imm以上的厚度則更佳。4.吸熱反應(yīng)溫度對于將Co基合金粉末和Cr碳化物的混合粉末利用等離子粉體堆焊法實(shí)施堆焊而 成的復(fù)合被膜而言，重要的是使其隨著高溫下的反應(yīng)而產(chǎn)生的組織狀態(tài)不發(fā)生變化。在被 膜的吸熱反應(yīng)溫度小于1250°C的情況下，例如作為大于1200°C、125(TC以下這樣的高溫的 熱處理爐的輸送用構(gòu)件，有可能無法維持充分的耐積層性及耐磨損性。因此，優(yōu)選使吸熱反 應(yīng)溫度在1250°C以上。另外，反應(yīng)開始的溫度可由復(fù)合被膜的合金粉末的組成、硬質(zhì)粒子種類及它們的混合比等來控制。自復(fù)合被膜切下試驗(yàn)片，例如利用TG — DTA (差熱天秤)等測 量電動(dòng)勢，根據(jù)隨著吸熱而產(chǎn)生的電動(dòng)勢的變化能夠求得吸熱溫度。5.高溫材料輸送用構(gòu)件的母材作為本發(fā)明的高溫材料輸送用構(gòu)件的母材，可以使用以往輸送用輥等所采用的公 知的鋼。特別是在高溫的爐內(nèi)(高溫氣氛中)使用的情況下，需要母材不發(fā)生由反復(fù)熱應(yīng)力 引起的變形、由裂紋的發(fā)展引起的的裂損，并且考慮被加工材料的溫度、變形阻抗、使用條 件等，對母材進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇即可。例如，使用不銹鑄鋼、耐熱鑄鋼等即可。被輸送的高溫 材料可以是任何形狀，但通過應(yīng)用于特別是輸送金屬管的輥，本發(fā)明所具有的耐積層性及 耐磨損性會發(fā)揮效果。在母材表面形成復(fù)合被膜之后，能夠直接作為產(chǎn)品進(jìn)行使用。另外，也可以適當(dāng)?shù)?實(shí)施去應(yīng)カ退火、外表面的切削加工等。實(shí)施例I首先，準(zhǔn)備通過將具有表I所示的化學(xué)組成的合金粉末及碳化物粉末混合而獲得 的混合粉末(試驗(yàn)編號I 試驗(yàn)編號14)和合金粉末(試驗(yàn)編號15)。使用這些粉末,利用等 離子粉體堆焊法在由Ni—Cr合金形成的母材表面形成厚度為0. 7mm 4. 5mm的被膜,作為 試驗(yàn)用材料。為了確認(rèn)本發(fā)明的效果，對這些試驗(yàn)用材料進(jìn)行了下述試驗(yàn)。積層試齡自上述各試驗(yàn)用材料，以形成有被膜的表面成為試驗(yàn)片的端面的方式切下直徑為 20mm、長度為50mm的圓柱狀試驗(yàn)片(試驗(yàn)材料A),另一方面，自SUS304鋼切下直徑為20mm、 長度為50mm的圓柱狀試驗(yàn)片(試驗(yàn)材料B)，應(yīng)用圖I所示的試驗(yàn)機(jī)，用于積層試驗(yàn)。圖I是表示模擬積層發(fā)生的旋轉(zhuǎn)摩擦壓接試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)的剖視示意圖。該試驗(yàn)機(jī) 是模擬在熱處理爐內(nèi)利用輥式輸送機(jī)等輸送用構(gòu)件輸送高溫材料的情況下發(fā)生的積層的 實(shí)驗(yàn)裝置。在圖I中，附圖標(biāo)記I表示模仿高溫材料輸送用構(gòu)件的圓柱狀試驗(yàn)材料A，附圖 標(biāo)記2表示形成在試驗(yàn)材料A的端面的被膜，附圖標(biāo)記3表示模仿被輸送的材料的圓柱狀 的試驗(yàn)材料B，附圖標(biāo)記4表示高頻加熱用線圈，附圖標(biāo)記5a及5b表示試驗(yàn)材料支承器具， 附圖標(biāo)記6表不加熱室。在將試驗(yàn)材料設(shè)置在試驗(yàn)裝置的上下的支承器具上之后，關(guān)閉加熱室，向高頻加 熱用線圈通電，保持I個(gè)小時(shí)，在大氣中將試驗(yàn)材料A加熱至1250°C。首先，使試驗(yàn)材料B (附圖標(biāo)記3)如圖I所示那樣停止在試驗(yàn)材料A的上方待機(jī)位置。接著，通過旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)材 料B并且使其下降，使其端面壓接在試驗(yàn)材料A的復(fù)合被膜的表面。此時(shí)，試驗(yàn)材料B負(fù)荷 的載荷P為98N，轉(zhuǎn)速為5rpm，一個(gè)循環(huán)的壓接作業(yè)的壓接時(shí)間為6秒。在壓接結(jié)束之后， 使試驗(yàn)材料B返回到上方的待機(jī)位置，將此作為I個(gè)循環(huán)的壓接作業(yè)。重復(fù)該壓接作業(yè)100 個(gè)循環(huán)之后降溫，從支承器具取下試驗(yàn)材料A，通過目測觀察調(diào)查積層的發(fā)生狀況。重復(fù)上 述作業(yè)直到發(fā)生積層為止。在表I中表示發(fā)生了積層的循環(huán)數(shù)。另外，從試驗(yàn)材料B開始下降到開始壓接的時(shí)間及從壓接結(jié)束到完成上升的時(shí)間 都是15秒，至100個(gè)循環(huán)結(jié)束為止的時(shí)間約為I個(gè)小時(shí)，之后花費(fèi)約I個(gè)小時(shí)冷卻至常溫 附近。將在500個(gè)循環(huán)以后發(fā)生積層的試驗(yàn)材料判斷為耐積層性優(yōu)良。磨損試驗(yàn)包含上述試驗(yàn)用材料的被膜地切下厚度為5mm、寬度為25mm、長度為50mm的試驗(yàn)片。通過使用大越式磨損試驗(yàn)機(jī)調(diào)查該試驗(yàn)片的復(fù)合被膜的磨損量。試驗(yàn)使用SUJ— 2作 為對比材料，在載荷為12. 75kg、試驗(yàn)距離為200m、常溫條件下實(shí)施。求出試驗(yàn)后的磨損量 (_3)，表示在表1中。另外，將磨損量為0. 2mm3以下的試驗(yàn)材料判斷為耐磨損性優(yōu)良。高淵氣化試齡自形成有上述試驗(yàn)用材料的被膜的部分切下厚度為2mm、寬度為10mm、長度為 15mm的試驗(yàn)片。在將該試驗(yàn)片脫脂之后，在20% 0—5% H20 — bal. N2的氣體氣氛下的加 熱爐中進(jìn)行1250°C X50個(gè)小時(shí)的氧化試驗(yàn)。之后，取出各試驗(yàn)片，氣冷至常溫，之后，去除 在試驗(yàn)片上生成的氧化皮，利用測微器測量任意5處的壁厚減少量，求出其平均值，表示在 表1中。另外，將壁厚減少量在200 u m以下的試驗(yàn)材料判斷為耐氧化性優(yōu)良。熱裂紋試驗(yàn)在厚度為20mm、寬度為70mm、長度為100mm的Ni—Cr合金上以3mm的厚度堆焊形 成被膜之后，切下包括被膜的厚度為20mm、寬度為40mm、長度為40mm的試驗(yàn)片。將向1250°C 的加熱爐中插入試驗(yàn)片并在保持1個(gè)小時(shí)之后氣冷至常溫的作業(yè)作為1個(gè)循環(huán)，實(shí)施至10 個(gè)循環(huán)為止。之后，利用外觀觀察及滲透探傷試驗(yàn)對龜裂發(fā)生進(jìn)行了評價(jià)。在表1中表示 是否發(fā)生龜裂。
權(quán)利要求
1.ー種高溫材料輸送用構(gòu)件，其利用等離子粉體堆焊法在母材表面形成有被膜，其特征在干， 被膜是采用了由Co基合金粉末和Cr碳化物的粉末構(gòu)成的混合粉末的復(fù)合被膜，該Co基合金粉末按質(zhì)量％計(jì)含有0. 03 % 0. 6 %的C、0. 2 % 3 %的Si、22 % 35 %的Cr及大于50%的Co。
2.ー種高溫材料輸送用構(gòu)件，其利用等離子粉體堆焊法在母材表面形成有被膜，其特征在干， 被膜是采用了由Co基合金粉末和Cr碳化物的粉末構(gòu)成的混合粉末的復(fù)合被膜，該Co基合金粉末按質(zhì)量％計(jì)含有0. 03% 0. 6%的C、0. 2% 3%的Si、22% 35%的Cr及大于50%的Co，余量由雜質(zhì)形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高溫材料輸送用構(gòu)件，其特征在干， Co基合金粉末按質(zhì)量％計(jì)還含有I種以上屬于從以下〈1>至〈4>的組中選擇的I組以上的組中的元素。
<l>Mn :10%以下、Cu : 10%以下、Ni : 10%以下以及Fe :10%以下 <2>Mo :10%以下以及W :10%以下 <3>B :3%以下、Ti :3%以下、V :3%以下、Zr :3%以下、Nb :3%以下及Ta :3%以下 <4>A1 :1%以下、Ca :1%以下及REM :1%以下
4.根據(jù)權(quán)利要求I 3中任一項(xiàng)所述的高溫材料輸送用構(gòu)件，其特征在干， Cr碳化物粉末的含量以相對于混合粉末總量的體積比計(jì)為20體積％ 70體積％。
5.根據(jù)權(quán)利要求I 4中任一項(xiàng)所述的高溫材料輸送用構(gòu)件，其特征在干， 被膜的吸熱反應(yīng)溫度為1250°C以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求I 5中任一項(xiàng)所述的高溫材料輸送用構(gòu)件，其特征在干， 在1100°C以上的氣體氣氛中具有優(yōu)良的耐積層性。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高溫材料輸送用構(gòu)件。該高溫材料輸送用構(gòu)件的耐積層性、耐氧化性及耐熱裂紋性優(yōu)良。該高溫材料輸送用構(gòu)件在母材表面形成有被膜，其中，被膜是采用由Co基合金粉末和Cr碳化物的粉末構(gòu)成的混合粉末，利用等離子粉體堆焊法形成的復(fù)合被膜，該Co基合金粉末按質(zhì)量％計(jì)含有0.03％～0.6％的C、0.2％～3％的Si、22％～35％的Cr及大于50％的Co。該高溫材料輸送用構(gòu)件特別是在1100℃以上的氣體氣氛下具有優(yōu)良的耐積層性。
文檔編號B23K10/02GK102666924SQ200980162519
公開日2012年9月12日 申請日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日
發(fā)明者小野敏秀, 河上忠司, 米山三樹男, 西山佳孝, 辰巳佳宏 申請人:住友金屬工業(yè)株式會社