(57)【要約】【課題】  被支持物を支持する、耐熱性と耐摩耗性を備えたスキッドボタンを提供すること。【解決手段】  本発明のスキッドボタンは、見掛気孔率が５％以下のアルミナ質セラミックスよりなり、かつ、全体を１００ｍａｓｓ％としたときに、１０ｍａｓｓ％以下で無機結合材を含有することを特徴とする。本発明のスキッドボタンは、無機結合材の含有割合が少なく緻密なアルミナ質セラミックスよりなることで、耐摩耗性に優れ、緻密で均一な組織を有することで部分的な応力の集中を減らし長寿命なスキッドボタンとなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
見掛気孔率が５％以下のアルミナ質セラミックスよりなり、かつ、全体を１００ｍａｓｓ％としたときに、１０ｍａｓｓ％以下で無機結合材を含有することを特徴とするスキッドボタン。
【請求項２】
前記結合材は、シリカである請求項１記載のスキッドボタン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スキッドボタンに関し、詳しくはセラミックスにより形成されたスキッドボタンに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、鉄鋼業における著しい技術革新に伴って、鋼片の熱間圧延分野でも設備の大型化・高速化が進行している。コスト競争力向上の観点からも、省エネルギーの点で有利なウォーキングビーム式加熱炉の普及が進んでいる。
【０００３】
ウォーキングビーム式加熱炉は、鋼片（被支持物）を支持するスキッドビームが移動ビームと固定ビームとで構成されている。そして、移動ビームが、油圧作用や電動作用により、上昇→前進→下降→後退というサイクル運動を繰り返すことにより、鋼片を前方に搬送する。そして、移動ビームの運動の繰り返しにより、鋼片は、固定ビーム上を摺動することなく逐次前進する。このため、ウォーキングビーム式加熱炉は、高温においても、鋼片にキズがつきにくいという利点もあった。
【０００４】
そして、スキッドビームは、内部を冷媒（水）が通過して冷却されるスキッドパイプの表面に、スキッドボタンが取り付けられている。スキッドビームにおいては、スキッドボタンが鋼片を支える構造となっている。
鋼片と直接当接するスキッドボタンは、例えば、特許文献１に記載されている耐熱合金を用いて製造される。
特許文献１には、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ，Ｃｒ，Ｗ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｎ，Ｂ，Ｏを所定の割合で含み、残部がＦｅ及び不可避不純物から成る加熱炉スキッドボタン用耐熱合金が記載されている。
【０００５】
また、セラミックスよりなるスキッドボタンとしては、特許文献２に記載されている。
特許文献２には、アルミナ−クロミア質のマトリックス連続相と、その中に分散する第２相凝集粒とからなり、分散する凝集粒が主として単斜晶のジルコニアを含有しているアルミナ−クロミア質焼結体であるスキッドボタンが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１７５３号公報
【特許文献２】特開平５−２６３１２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の耐熱合金で作られたスキッドボタンは、高温下で酸化による劣化やクリープ強度不足のため鋼材との摩擦などにより摩耗や塑性変形を起こし、短い試用期間での交換を余儀なくされていた。
【０００８】
さらに、スキッドボタン自身が合金よりなることで、熱伝導率が比較的高く、スキッドパイプにより冷却されやすい。つまり、鋼片と直接接触するスキッドボタンの温度が低くなりやすくなっている。スキッドボタンの温度が低下すると、鋼片のスキッドボタンと当接する当接部の温度が部分的に低下して、鋼片が均一に加熱できなくなるという問題が生じていた。
従来のセラミックスよりなるスキッドボタンについては、ジルコニアを凝集粒として分
散することで、耐熱衝撃性及び強度の向上を行う。しかしながら、このスキッドボタンにおいては、マイクロクラックや凝集粒を含むことから、これらの境界（界面）が存在することで、強度の向上に限界があった。
また、凝集粒を分散させた構成であり、その製造における工程数の増加がコストの増加を招くという問題もあった。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、長寿命（耐熱性と耐摩耗性に優れた）で被支持物に加熱ムラを生じさせることなく支持できるスキッドボタンを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明者らはスキッドボタンの材質にセラミックスを用いることについて検討を重ねた結果本発明をなすに至った。
すなわち、本発明のスキッドボタンは、見掛気孔率が５％以下のアルミナ質セラミックスよりなり、かつ、全体を１００ｍａｓｓ％としたときに、１０ｍａｓｓ％以下で無機結合材を含有することを特徴とする。
本発明のスキッドボタンは、緻密なアルミナ質セラミックスよりなることで、高温下での酸化安定性や高い圧縮強度を持ち、少量の無機結合材を使用することにより熱伝導率を下げ、被支持物に加熱ムラを生じさせることなく支持できるスキッドボタンとなる。
また、無機結合材の含有割合が少なくなることで、スキッドパイプへの熱の拡散が生じにくくなり、被支持物の温度の低下が抑えられる。その結果、被支持物に加熱ムラを生じさせることなく支持できるスキッドボタンとなる。
さらに、本発明のスキッドボタンによると、被支持物に加熱ムラを生じさせることなく支持できることから、それ自身の温度差が発生しにくくなる。つまり、スキッドボタンが被支持物と当接する部分と、スキッドパイプと当接する部分との間の温度差が発生しにくくなり、この温度差によるスキッドボタンの損傷が抑えられる。つまり、本発明のスキッドボタンは、より長寿命で繰り返しの使用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態のスキッドボタンの構成を示す斜視図である。
【図２】実施形態のスキッドボタンが取り付けられたスキッドパイプを示す拡大斜視図である。
【図３】実施形態のスキッドボタンを利用するウォーキングビーム式加熱炉の構成を示す構成図である。
【図４】実施例の試料１の試験片のＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明のスキッドボタンを、図面を参照して説明する。
【００１２】
［スキッドボタンのセラミックス］
本形態のスキッドボタンは、見掛気孔率が５％以下のアルミナ質セラミックスで形成されている。
本形態のスキッドボタンは、アルミナ質セラミックスよりなる。アルミナ質セラミックスとは、アルミナを主成分とするセラミックスであり、詳しくはアルミナの含有割合が最も大きな成分となるセラミックスである。アルミナ質セラミックスでは、アルミナの含有割合が高いほど好ましく、９０ｍａｓｓ％以上でアルミナを含有することが好ましく、後述の無機結合材以外がアルミナであることが最も好ましい。なお、不可避不純物が含まれていてもよい。
アルミナは耐熱性に優れた材質であり、加熱された被支持物（鋼片）を支持したときに熱による損傷を生じない。
また、アルミナは、反応性の低い（被支持物との反応性が低い）セラミックスであり、
鋼片等の被支持物と接触しても、被支持物を変質しない。
【００１３】
本形態のスキッドボタンは、見掛気孔率が５％以下と緻密に形成されている。見掛気孔率が５％以下と緻密に形成されることで、鋼片等の被支持物を支持できる圧縮強度を持ち、耐摩耗性に優れているので鋼材との接触による摩耗や変形が生じにくい。なお、見掛気孔率が５％を超えて大きくなると、スキッドボタンの強度の低下や耐摩耗性の減少が生じる。
スキッドボタンの見掛気孔率は、小さければ小さいほど好ましく、３％以下であることがより好ましい。すなわち、緻密体であることがより好ましい。緻密性の確認は、例えば、破断面を拡大して観察すること（例えば、顕微鏡写真を撮影して観察すること）ができる。
【００１４】
本形態のスキッドボタンを形成するセラミックスは、さらに、均一な組織を持つことが好ましい。この構成を持つことで、摩耗や変形がより生じにくくなる。仮に、その内部に粒界やクラックが存在すると、当該界面に部分的な応力の集中が生じ、スキッドボタンの損傷の起点となる。また、当該界面に沿って、部分的な伝熱経路が形成され、被支持物の温度の低下を招くおそれがある。
【００１５】
本形態のスキッドボタンを形成するセラミックスは、全体を１００ｍａｓｓ％としたときに、１０ｍａｓｓ％以下で無機結合材を含有する。セラミックスは、熱伝導率の低い無機結合材を少量含有することで熱伝導性が低く、スキッドボタンとして使用したときに、スキッドパイプへの熱の拡散が生じにくくなる。すなわち、加熱された被支持物（鋼片）を支持したときに、被支持物（鋼片）の温度の低下を生じにくい。
スキッドボタンを形成するセラミックスが無機結合材を含有することで、高温下での強度を低下させることなく熱伝導率を下げることができる。無機結合材が１０ｍａｓｓ％を超えると、アルミナの含有量が低下し、スキッドボタンの強度の低下を生じさせる。結合材は、０．５〜８ｍａｓｓ％であることがより好ましい。
結合材は、含有の効果を発揮できる程度の割合で含有することが好ましく、２ｍａｓｓ％以上であることがより好ましい。
【００１６】
結合材は、シリカ（ＳｉＯ２）であることが好ましい。シリカは、耐熱衝撃性に優れ、熱伝導率の低い材質である。このため、加熱された被支持物（鋼片）を支持したときに、被支持物（鋼片）との接触による熱衝撃での割れや温度の低下を生じにくいスキッドボタンとなる。
【００１７】
本形態のスキッドボタンにおいて、シリカは、アルミナとの間で化合物を形成した状態で含有していてもよい。すなわち、本形態のスキッドボタンを形成するための原料として、アルミナとシリカの化合物（アルミノケイ酸塩）を用いても良い。さらに、アルミナとシリカの化合物（アルミノケイ酸塩）としては、ムライト（Ａｌ６Ｏ１３Ｓｉ２）をあげることができる。
【００１８】
［スキッドボタン］
本形態のスキッドボタン１は、その形状が限定されるものではなく、スキッドパイプ２に取り付けられたときに、加熱された鋼片を支持できる形状であればよい。例えば、図１に示した断面略台形の形状をあげることができる。
【００１９】
本形態のスキッドボタン１は、略台形の上辺に当たる上面１ａは、被支持物（鋼片）３を支持可能な平面をなすように形成されている。また、略台形の下辺に当たる下面１ｂは、スキッドボタン１が取り付けられるスキッドパイプ２の外周面に応じた形状（曲面）となっている。
本形態のスキッドボタン１は、図２に示したように、スキッドパイプ２に取り付けられる。
【００２０】
本形態のスキッドボタン１は、図示されない固定部材でスキッドパイプ２に接触するように取り付けられている。また、スキッドボタン１とスキッドパイプ２との周囲は、図示しない耐火物層で被覆されている。
【００２１】
本形態のスキッドボタン１が組み付けられるスキッドパイプ２及び耐火物層は、その構成が限定されるものではなく、従来のスキッドパイプ及び耐火物層と同様の構成とすることができる。
【００２２】
本形態のスキッドボタン１が組み付けられるスキッドパイプ２であるスキッドビームは、図３に示したように、上面１ａに被支持物（鋼片）３が当接するように、被支持物（鋼片）３を支持する。
【００２３】
［ウォーキングビーム式加熱炉］
本形態のスキッドボタン１（スキッドビーム）が用いられるウォーキングビーム式加熱炉は、その構成が限定されるものではなく、従来公知の加熱炉を用いることができる。
【実施例】
【００２４】
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
本発明のスキッドボタンの実施例として試験片を作成し、評価を行った。
【００２５】
（以下、下線は省略しました。）
（実施例）
（試料１）
試料１の試験片は、Ａｌ２Ｏ３：９６ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：３．５ｍａｓｓ％、残部：不可避不純物の組成を有する。
本試料の試験片は、以下のように製造した。
まず、平均粒径（Ｄ５０）：０．５μｍ、純度９９．９％のアルミナ粉末を準備した。無機結合材として、アルミナとシリカを主成分とする結合材を準備した。無機結合材は、シリカが５５ｍａｓｓ％で含まれる。
【００２６】
準備したアルミナ粉末、結着材を、上記の組成となるように秤量し、有機バインダ及び水とともに混練した。有機バインダは、ポリビニルアルコールよりなり、その後の焼成工程で消失（焼失）する。
アルミナ粉末、結着材を含む混練物を成形型を用いてプレス成形し、板状の成形体を得た。プレス成形は、９８．１ＭＰａ（１０００ｋｇｆ／ｃｍ２）の圧力で加圧して行われた。
板状の成形体は、自然乾燥後、大気雰囲気下：４００℃で２４時間保持して脱脂した。
【００２７】
脱脂後、大気雰囲気下１６００℃で２時間保持して焼成した。焼成後、放冷し、板状の焼成体（焼結体）が得られた。
焼成体は、３０×４０ｍｍになるように切断し、表面を平面研削機で研削した。厚み：１０ｍｍ、反り：１００μｍ以下の板状（平板状）の試料１が作製された。
試料１の試験片の見掛気孔率を、ＪＩＳ  Ｒ  ２２０５  耐火れんがの見掛気孔率、吸水率、比重の測定方法に記載の方法で測定した。試料１の試験片の見掛気孔率は、０％であった。
【００２８】
（試料２）
試料２の試験片は、組成が異なること以外は、試料１と同様な試験片である。試料２の
試験片は、Ａｌ２Ｏ３：９２ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：７ｍａｓｓ％、残部：不可避不純物の組成を有する。また、試料２の試験片の見掛気孔率は、０％であった。
本試験片は、アルミナ粉末及び結着材の混合割合が異なるようにして、作成された。
【００２９】
（試料３）
試料３の試験片は、Ａｌ２Ｏ３：９６ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：３．５ｍａｓｓ％、残部：不可避不純物の組成を有する。試料３の試験片の見掛気孔率は、４．８％であった。
本試料は、アルミナ粉末及び結着材に、さらに平均粒径（Ｄ５０）：１０μｍの球状黒鉛を所定量加えたこと以外は、試料１と同様に作成される。なお、球状黒鉛は、その後の焼成により消失（焼失）し、細孔（空孔）を形成する。
【００３０】
（比較例）
（試料４）
試料４の試験片は、組成が異なること以外は、試料１と同様な試験片である。Ａｌ２Ｏ３：８８ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：１０．５ｍａｓｓ％、残部：不可避不純物の組成を有する。また、試料４の試験片の見掛気孔率は、０％であった。
本試験片は、アルミナ粉末及び結着材の混合割合が異なるようにして、作成された。
【００３１】
（試料５）
試料５の試験片は、見掛気孔率が異なること以外は、試料４と同様な試験片である。試料５の試験片は、Ａｌ２Ｏ３：９６ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：３．５ｍａｓｓ％、残部：不可避不純物の組成を有する。また、試料５の試験片の見掛気孔率は、９．２％であった。
【００３２】
（試料６）
本試料は、高クロム耐熱鋼よりなる板状の試料である。板状の形状は、各試料と同じである。本試料の高クロム耐熱鋼は、ＳＵＳ３１０Ｓ（ＪＩＳ）よりなり、ＣｒとＮｉが２５Ｃｒ−２０Ｎｉのバランスで含まれる。
【００３３】
［評価］
先ず、試料１の試験片について、ＳＥＭ写真を撮影した。詳しくは、試料１の試験片破断し、その破断面を撮影した。ＳＥＭ写真を図４に示す。
（ＳＥＭ写真）
試料１の試験片のＳＥＭ写真を図４に示した。
図４に示したように、試料１の試験片は、緻密で均一な構成を有することが確認できる。細孔（詳しくは、気孔やマイクロクラック）が確認できず、この点からも、緻密で均一な構成をもつことが確認できる。
【００３４】
つづいて、各試料の評価として、以下に記載の方法で耐摩耗試験を行った。
試験は、大越式迅速摩耗試験機（東京試験機製）を使用した。試験は、厚み：３ｍｍ、直径：３０ｍｍの回転円板を、各試料の試験片の表面に押しつけ、摩耗距離２００ｍになるまで回転させる。このとき、接触荷重は６１．８Ｎ（６．３ｋｇｆ）、回転速度は１．６４ｍ／ｓとした。
【００３５】
そして、試験後の摩耗痕幅をスケール付きのルーペを用いて計測する。測定した摩耗痕幅をｂ、円板の厚みをＢ、直径をＤとし、摩耗量Ｗを下記の式を用いて計算した。得られた摩耗量Ｗを表１に示した。
Ｗ＝Ｂｂ３／６Ｄ  （ｍｍ３）
【００３６】
【表１】
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【００３７】
表１に示したように、実施例の試料１〜３の試験片は、比較例の試料６の試験片と比較すると、摩耗痕幅及び摩耗量が大幅に低減している。すなわち、従来の非常に高い耐摩耗性があることが確認できる。
【００３８】
また、実施例の試料１〜３の試験片は、比較例の試料５の試験片と比較すると、摩耗痕幅及び摩耗量が大幅に低減している。すなわち、見掛気孔率が小さいほど、高い耐摩耗性があることが確認できる。
【００３９】
さらに、実施例の試料１、２の試験片は、比較例の試料４の試験片と比較すると、同じ見掛気孔率でも無機結合材の含有量が増加すると、摩耗痕幅及び摩耗量が増加している。すなわち、無機結着材の含有量がＳｉＯ２比率で１０ｍａｓｓ％以下であれば、高い耐摩耗性があることが確認できる。
【００４０】
以上に詳述したように、実施例の各試料の試験片は、高い耐摩耗性を備えていることが確認できる。このことは、各試験片からスキッドボタンを作製したときに、それぞれのスキッドボタンが耐摩耗性に優れていることを示す。そうすると、スキッドボタンは、耐摩耗性に優れていることから、繰り返しの使用回数が増加する。この結果、長寿命のスキッドボタンとなる。
【符号の説明】
【００４１】
１：スキッドボタン
２：スキッドパイプ
３：被支持物
【図１】
2017165997.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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