JP4731537B2 - Method for producing firelite sintered body - Google Patents
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Description
本発明は、ファイヤライト相の様々な物性を把握するための測定用試料として用いたり、各種素材として用いることができるファイヤライト焼結体を製造する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a firelite sintered body which can be used as a measurement sample for grasping various physical properties of a firelite phase or used as various materials.
鉄鋼製品の製造プロセスにおいては、表面に酸化皮膜(スケール)が形成され、製品の品質や性能を劣化させたり、生産歩留まりを低下させる原因となっている。例えば、加熱炉で形成された厚い1次スケールの除去が不完全で、一部が残ったまま圧延に供されると、スケールの破壊や押し込みが生じ、鋼材にスケール疵が発生することがある。また、2次スケールに起因してメカニカルデスケーリング(MD)性が不良となったり、メッキ性が不良になることがある。このようにスケールは、鋼材の表面性状に大きく影響を与えている。そこでスケールに起因する問題を解決するには、圧延プロセス中におけるスケール形成挙動やスケール破壊・変形挙動など動的な挙動を把握すればよい。特に、圧延プロセス過程におけるスケールの破壊・変形挙動を把握するには、高温状態におけるスケールの物性(例えば、物理的特性や機械的特性など)を把握すればよい。 In the manufacturing process of steel products, an oxide film (scale) is formed on the surface, which causes the quality and performance of the product to deteriorate and the production yield to decrease. For example, if the removal of the thick primary scale formed in the heating furnace is incomplete and it is subjected to rolling with a part remaining, the scale may be broken or pushed in, and the scale material may generate scale flaws. . Further, due to the secondary scale, mechanical descaling (MD) property may be poor or plating property may be poor. Thus, the scale greatly affects the surface properties of the steel material. Therefore, in order to solve the problem caused by the scale, it is only necessary to grasp the dynamic behavior such as the scale formation behavior and the scale fracture / deformation behavior during the rolling process. In particular, in order to grasp the fracture / deformation behavior of the scale during the rolling process, it is only necessary to grasp the physical properties of the scale (for example, physical characteristics and mechanical characteristics) in a high temperature state.
ところで上記スケールは、通常、Fe系酸化物(例えば、FeO,Fe3O4,Fe2O3など)で構成されており、特に鋼材がSi含有鋼の場合は、サブスケールとして、例えば、ファイヤライト(Fe2SiO4)なども形成されている。そこで高温状態におけるスケールの物性を把握するには、こうしたFe系酸化物やサブスケールの単体試料を作製し、高温状態における硬度やヤング率(弾性定数)、線膨張率などの物性を測定すればよいと考えられる。 By the way, the scale is usually composed of an Fe-based oxide (for example, FeO, Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3, etc.). Especially when the steel material is Si-containing steel, as a subscale, for example, Light (Fe 2 SiO 4 ) or the like is also formed. Therefore, to understand the physical properties of the scale at high temperatures, it is necessary to prepare such Fe-type oxide and subscale single samples and measure the physical properties such as hardness, Young's modulus (elastic constant), and linear expansion coefficient at high temperatures. It is considered good.
ところがサブスケールとして形成されるファイヤライトは、Fe系酸化物が形成されるときに副次的に形成されるスケールであるため、単体試料の作製は極めて困難である。というのもFeは、圧延プロセス過程で酸化されると、FeO,Fe3O4,Fe2O3などの比較的安定なFe系酸化物を形成するが、これらのFe系酸化物が形成されるときの平衡酸素圧は、温度によっても異なるが、通常、FeO,Fe3O4,Fe2O3の順で高くなっている。そのため酸素ポテンシャル(酸素分圧)の高い鋼材表面には、Fe2O3が形成され、表面から地鉄に向かってFe2O3,Fe3O4,FeOの順に層状のスケールが形成される。これらのスケールのうち最も深い位置に形成されるFeO層より内側の地鉄領域では、酸素ポテンシャル(酸素分圧)はFeOが形成されるときの平衡酸素圧よりも更に低くなる。しかしSiO2が形成されるときの平衡酸素圧はFeOが形成されるときの平衡酸素圧よりも低いため、FeO層より内側の地鉄領域にSiが存在していると、Siは酸化され、SiO2が形成される。形成したSiO2は、近傍のFeOと反応して複合化合物、即ち、ファイヤライト(Fe2SiO4)を形成する。この形成したファイヤライトが層状になったものが、サブスケールと呼ばれているのである。このように、ファイヤライトは、外層スケールとしてFe系酸化物が形成されるときに、内層スケールとして副次的に形成されるスケールであり、外層スケールと地鉄との界面に形成されるスケールであるため、ファイヤライト純度の高い単体試料の作製は極めて困難である。 However, since the firelite formed as a subscale is a scale formed as a secondary when the Fe-based oxide is formed, it is extremely difficult to produce a single sample. This is because when Fe is oxidized during the rolling process, it forms relatively stable Fe-based oxides such as FeO, Fe 3 O 4 , and Fe 2 O 3, but these Fe-based oxides are formed. The equilibrium oxygen pressure at this time varies depending on the temperature, but usually increases in the order of FeO, Fe 3 O 4 and Fe 2 O 3 . Therefore, Fe 2 O 3 is formed on the surface of the steel material having a high oxygen potential (oxygen partial pressure), and a layered scale is formed in the order of Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , and FeO from the surface toward the ground iron. . Among these scales, the oxygen potential (oxygen partial pressure) is further lower than the equilibrium oxygen pressure when FeO is formed in the iron region inside the FeO layer formed at the deepest position. However, since the equilibrium oxygen pressure when SiO 2 is formed is lower than the equilibrium oxygen pressure when FeO is formed, if Si is present in the iron region inside the FeO layer, Si is oxidized, SiO 2 is formed. The formed SiO 2 reacts with nearby FeO to form a composite compound, ie, firelite (Fe 2 SiO 4 ). The layer of the formed firelite is called a subscale. Thus, the firelite is a scale that is formed as a secondary layer as the inner layer scale when the Fe-based oxide is formed as the outer layer scale, and is a scale formed at the interface between the outer layer scale and the ground iron. For this reason, it is extremely difficult to produce a single sample having high firelite purity.
その一方で、ファイヤライトは、内層スケールとして形成されるため、外層スケール(Fe系酸化物)を含めたスケール全体の物性に影響を与えると考えられ、高温状態におけるスケール全体の物性(例えば、物理的特性や機械的特性など)を把握するためには、ファイヤライトの物性(例えば、物理的特性や機械的特性など)を把握することが極めて重要であると考えられる。 On the other hand, since firelite is formed as an inner layer scale, it is considered that the physical properties of the entire scale including the outer layer scale (Fe-based oxide) are affected. In order to grasp the physical characteristics and mechanical characteristics), it is considered to be extremely important to grasp the physical properties (for example, physical characteristics and mechanical characteristics) of the firelite.
ファイヤライトの物理的特性を評価した技術として、非特許文献1には、Si添加鋼を加熱して鋼材表面にスケールを形成させ、露出させたスケール断面のうちファイヤライト(Fe2SiO4)が形成されている層のビッカース硬度を1000℃で測定することが開示されている。しかしこの非特許文献1は、ファイヤライト純度の高い単体試料を作製する技術を開示するものではないため、ファイヤライトの機械的特性(例えば、ファイヤライトのヤング率や線膨張率など)を測定することはできない。 As a technique for evaluating the physical characteristics of firelite, Non-Patent Document 1 discloses that, in the exposed scale section, firelite (Fe 2 SiO 4 ) is formed by heating Si-added steel to form a scale on the surface of the steel material. It is disclosed that the Vickers hardness of the formed layer is measured at 1000 ° C. However, since this Non-Patent Document 1 does not disclose a technique for producing a single sample having high firelite purity, the mechanical properties of firelite (for example, Young's modulus and linear expansion coefficient of firelite) are measured. It is not possible.
なお、ファイヤライト単体試料としては、鉄カンラン石が入手可能であるが、入手可能な鉄カンラン石は、1辺が10〜20mm程度の石膏状であり、小さ過ぎるためヤング率や線膨張率などの機械的特性を測定することはできない。
本発明は、この様な状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、ファイヤライト純度の高い焼結体を製造できる方法を提供することにある。 This invention is made | formed in view of such a condition, The objective is to provide the method of manufacturing a sintered compact with high firelite purity.
上記課題を解決することのできた本発明に係るファイヤライト焼結体の製造方法とは、150メッシュの篩を通過する鉄カンラン石粉末を成型して成型体を得る工程と、得られた成型体を焼結して焼結体を得る工程、を含み、前記成型は、98〜294MPaの圧力で行い、前記焼結は、0.13Pa以下の真空雰囲気で、1000〜1150℃で行う点に要旨を有する。 The method for producing a firelite sintered body according to the present invention that has solved the above problems includes a step of molding iron olivine powder passing through a 150-mesh sieve to obtain a molded body, and the obtained molded body The molding is performed at a pressure of 98 to 294 MPa, and the sintering is performed at 1000 to 1150 ° C. in a vacuum atmosphere of 0.13 Pa or less. Have
前記鉄カンラン石粉末としては、鉄カンラン石を粉砕し、150メッシュの篩を用いて分級を行い、篩を通過する粉末を回収したものを用いるとよい。前記焼結は、10〜120分で行うことが好ましい。 As the iron olivine powder, it is preferable to use a powder obtained by pulverizing iron olivine and performing classification using a 150-mesh sieve and collecting the powder passing through the sieve. The sintering is preferably performed for 10 to 120 minutes.
本発明によれば、原料として鉄カンラン石粉末を用い、これを成型した成型体を適切な条件で焼結することによって、ファイヤライト純度の高い焼結体を製造できる。このファイヤライト焼結体を用いれば、ファイヤライトの機械的特性(例えば、ファイヤライトのヤング率や線膨張率など)を測定することができる。 According to the present invention, a sintered body with high firelite purity can be produced by using iron olivine powder as a raw material and sintering a molded body obtained by molding the powder under appropriate conditions. If this firelite sintered body is used, the mechanical properties (for example, Young's modulus and linear expansion coefficient of firelite) of firelite can be measured.
本発明者らは、ファイヤライト純度の高い焼結体を製造するために、鋭意研究を重ねてきた。その結果、原料として鉄カンラン石粉末を用い、これを成型した成型体を適切な条件で焼結すれば、ファイヤライト純度の高い焼結体を製造できることを見出し、本発明を完成した。 The inventors of the present invention have made extensive studies in order to produce a sintered body with high firelite purity. As a result, it has been found that a sintered body with high firelite purity can be produced by using iron olivine powder as a raw material and sintering a molded body obtained by molding the powder under appropriate conditions, thereby completing the present invention.
上記非特許文献1に記載されているように、Si添加鋼を加熱すれば、表面にファイヤライトを含むスケールを形成させることができ、ファイヤライトの硬度を測定することができる。しかしこの方法では、ファイヤライトのバルク材を作製することができないため、機械的特性(例えば、ファイヤライトのヤング率や線膨張率など)を測定することはできない。 As described in Non-Patent Document 1, if Si-added steel is heated, a scale containing firelite can be formed on the surface, and the hardness of firelite can be measured. However, in this method, since a bulk material of firelite cannot be produced, mechanical properties (for example, Young's modulus and linear expansion coefficient of firelite) cannot be measured.
また、ファイヤライト(Fe2SiO4)は、FeOとSiO2が反応して形成される複合酸化物であるが、Si添加鋼を加熱してFe2SiO4を形成させても、室温に冷却する途中で、FeOとSiO2の2相に分離する可能性がある。例えば、Fe2SiO4を形成させた後、室温までの冷却速度を大きくしてFe2SiO4の凍結準安定相を作製しようとしても、冷却途中でその一部が2相分離を起こす可能性もある。 Firelite (Fe 2 SiO 4 ) is a complex oxide formed by the reaction of FeO and SiO 2. Even if Si-added steel is heated to form Fe 2 SiO 4 , it is cooled to room temperature. On the way, there is a possibility of separation into two phases of FeO and SiO 2 . For example, after forming the Fe 2 SiO 4, even if an attempt is prepared frozen metastable phase of Fe 2 SiO 4 by increasing the cooling rate to room temperature, likely to cause a portion of two-phase separation in the middle cooling There is also.
ファイヤライト自体は、鉄カンラン石として市販されているが、市販品は小さく、ファイヤライトの機械的特性を測定できる程度の大きさのファイヤライト単体試料は市販されていなかった。 The firelite itself is commercially available as iron olivine, but the commercially available product is small, and a single firelite sample that is large enough to measure the mechanical properties of firelite has not been commercially available.
そこで本発明者らは、粉末冶金技術に着目し、粉末を成型した成型体を焼結することで、ファイヤライト焼結体を製造できないかという線に沿って研究を重ねてきた。その結果、
(1)150メッシュの篩を通過する鉄カンラン石粉末を成型して成型体を得る工程と、
(2)得られた成型体を焼結して焼結体を得る工程、
を含み、前記成型は、98〜294MPaの圧力で行い、前記焼結は、0.13Pa以下の真空雰囲気で、1000〜1150℃で行えば、ファイヤライト純度の高い焼結体を製造できることが明らかとなった。
Therefore, the inventors have paid attention to the powder metallurgy technology, and have repeatedly studied along the line whether a firelite sintered body can be manufactured by sintering a molded body obtained by molding powder. as a result,
(1) molding iron olivine powder passing through a 150 mesh sieve to obtain a molded body;
(2) a step of obtaining a sintered body by sintering the obtained molded body,
The molding is performed at a pressure of 98 to 294 MPa, and if the sintering is performed at 1000 to 1150 ° C. in a vacuum atmosphere of 0.13 Pa or less, it is clear that a sintered body with high firelite purity can be manufactured. It became.
(1)成型体を得る工程
本発明では、原料として、鉄カンラン石粉末を用いることが重要である。鉄カンラン石粉末を成型して得られた成型体を所定の条件で焼結することで、高純度のファイヤライト焼結体を製造できるからである。
(1) Step of obtaining a molded body In the present invention, it is important to use iron olivine powder as a raw material. This is because a high-purity firelite sintered body can be produced by sintering a molded body obtained by molding iron olivine powder under predetermined conditions.
鉄カンラン石は、例えば、和光純薬工業などから入手できる。なお、市販されている鉄カンラン石は、通常、1辺が10〜20mm程度の石膏状であり、小さ過ぎるためヤング率や線膨張率などの機械的特性を測定することはできない。 Iron olivine is available from, for example, Wako Pure Chemical Industries. In addition, commercially available iron olivine usually has a gypsum shape with a side of about 10 to 20 mm and is too small to measure mechanical properties such as Young's modulus and linear expansion coefficient.
本発明では、上記鉄カンラン石粉末として、150メッシュの篩を通過する粉末を用いる。150メッシュの篩を通過しない粉末を用いると、粉末自体が大きいため、成型したときに粉末間の空隙が大きくなり、成型体の密度が小さくなる。そのため高密度の焼結体を製造することができない。従って本発明では、鉄カンラン石粉末として、150メッシュの篩を通過する粉末を用いる。 In the present invention, a powder that passes through a 150 mesh sieve is used as the iron olivine powder. When powder that does not pass through a 150-mesh sieve is used, the powder itself is large, so that the gap between the powders becomes large when molded, and the density of the molded body decreases. Therefore, a high-density sintered body cannot be manufactured. Therefore, in this invention, the powder which passes a 150 mesh sieve is used as iron olivine powder.
150メッシュの篩を通過する鉄カンラン石粉末は、鉄カンラン石を粉砕し、150メッシュの篩を用いて分級を行い、篩を通過する粉末を回収することで得ることができる。 The iron olivine powder that passes through the 150 mesh sieve can be obtained by pulverizing the iron olivine, classifying it using a 150 mesh sieve, and collecting the powder that passes through the sieve.
鉄カンラン石は常法に従って粉砕すればよく、乳鉢やボールミル、ジェットミル、オートミルなどを用いて粉砕すればよい。 Iron olivine may be pulverized according to a conventional method, and may be pulverized using a mortar, ball mill, jet mill, auto mill, or the like.
150メッシュの篩を通過する鉄カンラン石粉末は、成型して成型体を得るが、成型荷重は98〜294MPa(1.0〜3.0tonf/cm2)とすることが重要である。成型荷重が98MPa(1.0tonf/cm2)を下回ると、荷重不足となり、成型体を形成することができない。従って成形荷重は98MPa(1.0tonf/cm2)以上とする。しかし成型荷重が294MPa(3.0tonf/cm2)を超えると、成型体に残留する応力が大きくなり、後の焼結工程において焼結体にクラックが発生して焼結体を得ることができない。従って成型荷重は294MPa(3.0tonf/cm2)以下とする。 Iron olivine powder that passes through a 150-mesh sieve is molded to obtain a molded body, but it is important that the molding load be 98 to 294 MPa (1.0 to 3.0 tonf / cm 2 ). When the molding load is less than 98 MPa (1.0 tonf / cm 2 ), the load becomes insufficient and a molded body cannot be formed. Accordingly, the molding load is 98 MPa (1.0 tonf / cm 2 ) or more. However, when the molding load exceeds 294 MPa (3.0 tonf / cm 2 ), the stress remaining in the molded body increases, and cracks occur in the sintered body in the subsequent sintering process, making it impossible to obtain a sintered body. . Accordingly, the molding load is 294 MPa (3.0 tonf / cm 2 ) or less.
成型する際に用いる型の種類は特に限定されず、金型を用いてもよいし、ゴム製の型を用いてもよい。ゴム製の型を用いる場合は、CIP成型を行ってもよい。例えば、円柱状の成型体を作製する場合は、ネオプレンゴム製のチューブを所望の長さに切断し、これに鉄カンラン石粉末をできるだけ均一かつ高密度に充填し、チューブの両端をネオプレンゴム製の栓で止めてシールする。この試料を静水圧98〜294MPa(1.0〜3.0tonf/cm2)でCIP成型すれば、円柱状の成型体を作製することができる。 The type of mold used for molding is not particularly limited, and a mold or a rubber mold may be used. When a rubber mold is used, CIP molding may be performed. For example, when producing a cylindrical molded body, a neoprene rubber tube is cut to a desired length and filled with iron olivine powder as uniformly and densely as possible, and both ends of the tube are made of neoprene rubber. Stop with a stopper and seal. If this sample is CIP-molded at a hydrostatic pressure of 98 to 294 MPa (1.0 to 3.0 tonf / cm 2 ), a cylindrical molded body can be produced.
なお、成型体の形状は特に限定されるものではなく、各種試験片の形状であってもよいし、板状やブロック状であってもよい。 In addition, the shape of a molded object is not specifically limited, The shape of various test pieces may be sufficient, and plate shape and block shape may be sufficient.
(2)焼結体を得る工程
得られた成型体は、焼結して焼結体を製造するが、この焼結は、0.13Pa(1×10−3Torr)以下の真空雰囲気で、1000〜1150℃で行うことが重要である。
(2) Step of obtaining a sintered body The obtained molded body is sintered to produce a sintered body. This sintering is performed in a vacuum atmosphere of 0.13 Pa (1 × 10 −3 Torr) or less, It is important to perform at 1000-1150 degreeC.
焼結雰囲気を0.13Pa(1×10−3Torr)以下の真空雰囲気とすることによって、酸素との接触を遮断し、Fe2SiO4がFeOとSiO2の2相に分離するのを防止できる。例えば、酸素を遮断するには、焼結雰囲気をAr雰囲気やN2雰囲気とすることが考えられる。しかし後述する実施例から明らかなように、焼結雰囲気をAr雰囲気やN2雰囲気としただけでは、雰囲気中に不可避的に酸素が僅かに残るため、Fe2SiO4がFeOとSiO2の2相に分離したり、Fe2SiO4が更に酸化されてFe3O4,Fe2O3,SiO2が形成される。従って焼結雰囲気は、0.13Pa(1×10−3Torr)以下の真空雰囲気とする。真空度は、好ましくは0.0013Pa(1×10−5Torr)以下である。 By making the sintering atmosphere a vacuum atmosphere of 0.13 Pa (1 × 10 −3 Torr) or less, contact with oxygen is cut off and Fe 2 SiO 4 is prevented from separating into two phases of FeO and SiO 2. it can. For example, in order to shut off oxygen, the sintering atmosphere may be an Ar atmosphere or an N 2 atmosphere. However, as will be apparent from the examples described later, since only a small amount of oxygen inevitably remains in the atmosphere if the sintering atmosphere is an Ar atmosphere or an N 2 atmosphere, Fe 2 SiO 4 is composed of 2 of FeO and SiO 2 . It separates into phases, or Fe 2 SiO 4 is further oxidized to form Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 , SiO 2 . Accordingly, the sintering atmosphere is a vacuum atmosphere of 0.13 Pa (1 × 10 −3 Torr) or less. The degree of vacuum is preferably 0.0013 Pa (1 × 10 −5 Torr) or less.
また、本発明では、焼結温度を1000〜1150℃で行う必要がある。焼結温度が1000℃未満では、焼結不充分となり、焼結体の密度を高めることができず、機械的特性を測定できない。従って焼結温度は1000℃以上とする。好ましくは1050℃以上であり、より好ましくは1100℃以上である。しかし焼結温度が1150℃を超えると、Fe2SiO4が溶融して焼結体を形成することができない。従って焼結温度は1150℃以下とする。好ましくは1140℃以下である。なお、焼結するに当っては、焼結温度に到達するまでの昇温速度は、例えば、100〜1200℃/hとすればよい。 Moreover, in this invention, it is necessary to perform sintering temperature at 1000-1150 degreeC. If the sintering temperature is less than 1000 ° C., the sintering is insufficient, the density of the sintered body cannot be increased, and the mechanical properties cannot be measured. Accordingly, the sintering temperature is set to 1000 ° C. or higher. Preferably it is 1050 degreeC or more, More preferably, it is 1100 degreeC or more. However, when the sintering temperature exceeds 1150 ° C., Fe 2 SiO 4 cannot be melted to form a sintered body. Accordingly, the sintering temperature is 1150 ° C. or lower. Preferably it is 1140 degrees C or less. In sintering, the rate of temperature rise until reaching the sintering temperature may be, for example, 100 to 1200 ° C./h.
焼結時間は、焼結温度に影響を受けるため一律に規定することはできず、機械的特性を測定できる程度の密度となるように焼結温度を考慮しつつ焼結すればよい。焼結時間は、例えば、10〜120分とすればよい。焼結時間が短過ぎると焼結不足となる傾向があり、焼結時間が長過ぎても経済的に無駄となるからである。焼結時間のより好ましい下限は15分であり、より好ましい上限は90分である。 Since the sintering time is affected by the sintering temperature, it cannot be uniformly defined, and the sintering time may be performed while considering the sintering temperature so as to obtain a density at which mechanical characteristics can be measured. The sintering time may be, for example, 10 to 120 minutes. This is because if the sintering time is too short, the sintering tends to be insufficient, and if the sintering time is too long, it is economically wasteful. A more preferable lower limit of the sintering time is 15 minutes, and a more preferable upper limit is 90 minutes.
なお、焼結後、室温まで冷却するに当っては、焼結炉内で放冷すればよい。 In addition, what is necessary is just to cool in a sintering furnace when cooling to room temperature after sintering.
こうして得られたファイヤライト焼結体を用いれば、ファイヤライトの硬度を測定できる他、ヤング率や線膨張率を測定することができ、ファイヤライトの機械的特性を調べることができる。ファイヤライトの機械的特性を詳細に調べることで、圧延プロセス中におけるスケール破壊・変形挙動などを把握することができるようになる。 If the firelite sintered body thus obtained is used, the hardness of firelite can be measured, the Young's modulus and the linear expansion coefficient can be measured, and the mechanical properties of firelite can be examined. By examining the mechanical properties of firelite in detail, it becomes possible to grasp the scale fracture and deformation behavior during the rolling process.
以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更して実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the following examples are not intended to limit the present invention, and may be implemented with appropriate modifications within a range that can meet the purpose described above and below. These are all possible and are within the scope of the present invention.
[実験1]
市販されている塊状の鉄カンラン石(和光純薬工業製のFAYALITE試薬)を乳鉢で粉砕し、150メッシュの篩を用いて分級し、篩を通過した鉄カンラン石粉末を得た。得られた鉄カンラン石粉末を、円筒状の金型(φ10mm×10mm)と角状の金型(55mm×55mm×8mmt)に各々仕込み、圧力をかけて成型した。成型圧力は、49MPa(0.5tonf/cm2)、98MPa(1.0tonf/cm2)、196MPa(2.0tonf/cm2)、294MPa(3.0tonf/cm2)、または392MPa(4.0tonf/cm2)とした。その結果、成型時の圧力を49MPa(0.5tonf/cm2)とした場合は、円筒状金型と角状金型のいずれの金型を用いても、金型から取り出した時点で成型体が崩れた。
[Experiment 1]
Commercially available massive iron olivine (FAYALITE reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was pulverized in a mortar and classified using a 150 mesh sieve to obtain iron olivine powder that passed through the sieve. The obtained iron olivine powder was charged into a cylindrical mold (φ10 mm × 10 mm) and a square mold (55 mm × 55 mm × 8 mm t ), respectively, and molded by applying pressure. The molding pressure is 49 MPa (0.5 tonf / cm 2 ), 98 MPa (1.0 tonf / cm 2 ), 196 MPa (2.0 tonf / cm 2 ), 294 MPa (3.0 tonf / cm 2 ), or 392 MPa (4.0 tonf). / Cm 2 ). As a result, when the pressure at the time of molding is 49 MPa (0.5 ton / cm 2 ), the molded body is taken out from the mold regardless of whether it is a cylindrical mold or a square mold. Collapsed.
一方、成型時の圧力を98MPa(1.0tonf/cm2)以上とした場合は、円筒状金型と角状金型のいずれの金型を用いて成型しても、金型から取り出した成型体は崩壊せず、安定な成型体が形成されたことを確認した。 On the other hand, when the pressure during molding is 98 MPa (1.0 tonf / cm 2 ) or more, the molding taken out from the mold can be performed using either a cylindrical mold or a square mold. The body did not collapse and it was confirmed that a stable molded body was formed.
次に、金型から取り出した成型体を、真空雰囲気0.13Pa以下(1×10−3Torr以下)中で、1130℃で1時間加熱して焼結し、焼結体を得た。焼結に当たっては、1130℃に昇温する際の昇温速度は100℃/hで行い、1130℃で1時間焼結した後の冷却は焼結炉内で放冷することによって行った。得られた焼結体を目視にて観察した結果、成型時の圧力を392MPa(4.0tonf/cm2)として得られた焼結体には、クラックが発生しており、一部、焼結体の崩壊も目視にて確認された。 Next, the molded body taken out from the mold was sintered by heating at 1130 ° C. for 1 hour in a vacuum atmosphere of 0.13 Pa or lower (1 × 10 −3 Torr or lower) to obtain a sintered body. In the sintering, the temperature rising rate when the temperature was raised to 1130 ° C. was 100 ° C./h, and the cooling after sintering at 1130 ° C. for 1 hour was performed by allowing to cool in a sintering furnace. As a result of visual observation of the obtained sintered body, cracks were generated in the sintered body obtained at a molding pressure of 392 MPa (4.0 tonf / cm 2 ). The collapse of the body was also confirmed visually.
一方、成型時の圧力を98〜294MPa(1.0〜3.0tonf/cm2)として得られた焼結体には、クラックの発生は認められず、良好な焼結体が作製できたことを目視にて確認した。 On the other hand, generation of cracks was not observed in the sintered body obtained at a molding pressure of 98 to 294 MPa (1.0 to 3.0 tonf / cm 2 ), and a good sintered body could be produced. Was confirmed visually.
[実験2]
市販されている塊状の鉄カンラン石(和光純薬工業製のFAYALITE試薬)を乳鉢で粉砕し、16メッシュ、35メッシュ、80メッシュ、150メッシュの篩を用いて、次の4種類の粉末に分級した。
粉末A:16メッシュの篩を通過したが35メッシュの篩上の残った粉末。
粉末B:35メッシュの篩を通過したが80メッシュの篩上に残った粉末。
粉末C:80メッシュの篩を通過したが150メッシュの篩上に残った粉末。
粉末D:150メッシュの篩を通過した粉末。
[Experiment 2]
Commercially available lump iron olivine (FAYALITE reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries) is pulverized in a mortar and classified into the following four types of powders using 16 mesh, 35 mesh, 80 mesh, and 150 mesh sieves. did.
Powder A: Powder that passed through a 16 mesh screen but remained on a 35 mesh screen.
Powder B: Powder that passed through a 35 mesh screen but remained on an 80 mesh screen.
Powder C: Powder that passed through an 80 mesh screen but remained on a 150 mesh screen.
Powder D: Powder that passed through a 150 mesh sieve.
得られた鉄カンラン石粉末(粉末A〜D)を、角状の金型(55mm×55mm×8mmt)に各々仕込み、圧力147MPa(1.5tonf/cm2)をかけて成型した。その結果、金型から取り出した成型体はいずれも崩壊せず、安定な成型体が形成されたことを確認した。 The obtained iron olivine powders (powder A to D) were respectively charged into square molds (55 mm × 55 mm × 8 mm t ) and molded under a pressure of 147 MPa (1.5 tonf / cm 2 ). As a result, it was confirmed that none of the molded bodies taken out from the mold was disintegrated and a stable molded body was formed.
次に、金型から取り出した成型体を、上記実験1と同じ条件で焼結し、焼結体を得た。得られた焼結体を目視にて観察した結果、クラックの発生は認められず、良好な焼結体が作製できた。なお、得られた焼結体を後述する実験3と同じ条件でXRD(X線回折)測定し、焼結体を構成する酸化物種を調べた。その結果、焼結体からは、酸化物種のうちFe2SiO4に由来する回折ピークのみが検出され、ファイヤライト(Fe2SiO4)焼結体が得られていることを確認している。 Next, the molded body taken out from the mold was sintered under the same conditions as in Experiment 1 to obtain a sintered body. As a result of visual observation of the obtained sintered body, generation of cracks was not recognized, and a good sintered body could be produced. The obtained sintered body was subjected to XRD (X-ray diffraction) measurement under the same conditions as in Experiment 3 described later, and the oxide species constituting the sintered body were examined. As a result, only the diffraction peak derived from Fe 2 SiO 4 among the oxide species was detected from the sintered body, and it was confirmed that a firelite (Fe 2 SiO 4 ) sintered body was obtained.
次に、得られたファイヤライト焼結体のかさ密度(見かけ密度)を、アルキメデス法により測定した。(ファイヤライト焼結体の見かけ密度)÷(ファイヤライトの真密度)により算出される値を、焼結体の焼結密度とした。なお、ファイヤライトの真密度は3.4g/cm3である。下記表1に、用いた粉末の粒度と算出した焼結密度を示す。 Next, the bulk density (apparent density) of the obtained firelite sintered body was measured by Archimedes method. The value calculated by (apparent density of firelite sintered body) ÷ (true density of firelite) was taken as the sintered density of the sintered body. The true density of firelite is 3.4 g / cm 3 . Table 1 below shows the particle size of the powder used and the calculated sintered density.
表1から明らかなように、150メッシュの篩を通過した粉末(粉末D)、即ち、粒子径が小さい粉末を用いると、焼結密度を95%以上とすることができ、高密度の焼結体を得られることが分かる。一方、150メッシュの篩を通過しない粉末(粉末A〜C)、即ち、粒子径が大きい粉末を用いると、焼結密度を95%以上とすることができない。 As is apparent from Table 1, when a powder (powder D) that has passed through a 150-mesh sieve, that is, a powder having a small particle diameter, the sintering density can be increased to 95% or more, and high-density sintering is achieved. You can get a body. On the other hand, if powders (powder A to C) that do not pass through a 150-mesh sieve, that is, powders having a large particle size, the sintered density cannot be 95% or more.
[実験3]
市販されている塊状の鉄カンラン石(和光純薬工業製のFAYALITE試薬)を乳鉢で粉砕し、150メッシュの篩を用いて分級し、篩を通過した鉄カンラン石粉末を得た。得られた粉末を、円筒金型(φ10mm×10mm)に仕込み、147MPa(1.5tonf/cm2)の圧力をかけて成型した。
[Experiment 3]
Commercially available massive iron olivine (FAYALITE reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was pulverized in a mortar and classified using a 150 mesh sieve to obtain iron olivine powder that passed through the sieve. The obtained powder was charged into a cylindrical mold (φ10 mm × 10 mm) and molded by applying a pressure of 147 MPa (1.5 tonf / cm 2 ).
金型から取り出した成型体を、下記表2に示す雰囲気中で、下記表2に示す温度で、下記表2に示す時間加熱して焼結し、焼結体を得た。 The molded body taken out from the mold was sintered by heating in the atmosphere shown in Table 2 below at the temperature shown in Table 2 below for the time shown in Table 2 below to obtain a sintered body.
なお、表2において、焼結雰囲気が「真空」とは、圧力0.13Pa(1×10-3Torr)以下で焼結を行ったことを意味する。焼結雰囲気が「Ar」とは、常圧のArガス雰囲気中で焼結を行ったことを意味する。焼結雰囲気が「N2」とは、常圧のN2ガス雰囲気中で焼結を行ったことを意味する。焼結雰囲気が「大気」とは、常圧の大気雰囲気中で焼結を行ったことを意味する。 In Table 2, the sintering atmosphere of “vacuum” means that sintering was performed at a pressure of 0.13 Pa (1 × 10 −3 Torr) or less. The sintering atmosphere “Ar” means that sintering was performed in an atmospheric pressure Ar gas atmosphere. The sintering atmosphere “N 2 ” means that the sintering was performed in a normal pressure N 2 gas atmosphere. The “atmosphere” as the sintering atmosphere means that the sintering was performed in an atmospheric atmosphere at normal pressure.
焼結に当たっては、下記表2に示す焼結温度に昇温する際の昇温速度は100℃/hとし、焼結した後の冷却は焼結炉内で放冷することによって行った。得られた焼結体をXRD(X線回折)測定し、焼結体を構成する酸化物種を調べた。各焼結体について、検出された酸化物種を下記表2に示す。表2において、「○」は、酸化物種を同定できる程度に回折ピークが検出されたことを意味し、「−」は、酸化物種を同定できる程度に回折ピークが検出されなかったことを意味する。なお、本実験で用いた焼結体には、Fe2O3、Fe3O4、SiO2、Fe2SiO4の酸化物種が検出されたが、これら以外の酸化物種は検出されなかった。 In sintering, the rate of temperature increase when the temperature was raised to the sintering temperature shown in Table 2 below was 100 ° C./h, and cooling after sintering was performed by allowing to cool in a sintering furnace. The obtained sintered body was measured by XRD (X-ray diffraction), and the oxide species constituting the sintered body were examined. The detected oxide species for each sintered body are shown in Table 2 below. In Table 2, “◯” means that the diffraction peak was detected to such an extent that the oxide species can be identified, and “−” means that no diffraction peak was detected to the extent that the oxide species could be identified. . In the sintered body used in this experiment, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , SiO 2 , and Fe 2 SiO 4 oxide species were detected, but other oxide species were not detected.
下記表2から次のように考察できる。No.2〜6,9の焼結体からは、酸化物種のうちFe2SiO4に由来する回折ピークのみが検出され、ファイヤライト(Fe2SiO4)焼結体が得られた。 It can be considered as follows from Table 2 below. No. From the sintered bodies of 2 to 6 and 9, only diffraction peaks derived from Fe 2 SiO 4 among the oxide species were detected, and a firelite (Fe 2 SiO 4 ) sintered body was obtained.
No.1は参考例であり、焼結体からは酸化物種のうちFe2SiO4に由来する回折ピークのみが検出され、ファイヤライト(Fe2SiO4)焼結体が得られているが、焼結時間がやや短いため焼結不充分となり、焼結体の強度が若干低くなって機械的特性の測定用試験片としては用いることができなかった。 No. Reference numeral 1 is a reference example, and only a diffraction peak derived from Fe 2 SiO 4 among the oxide species is detected from the sintered body, and a firelite (Fe 2 SiO 4 ) sintered body is obtained. Since the time was somewhat short, the sintering was insufficient, and the strength of the sintered body was slightly lowered and could not be used as a test piece for measuring mechanical properties.
No.7の焼結体からは、酸化物種のうちFe2SiO4に由来する回折ピークのみが検出され、ファイヤライト(Fe2SiO4)焼結体が得られているが、焼結温度が高過ぎるために一部が溶解した結果変形を起こしており、機械的特性の測定用試験片には用いることができなかった。 No. From the sintered body of No. 7, only diffraction peaks derived from Fe 2 SiO 4 among the oxide species were detected, and a firelite (Fe 2 SiO 4 ) sintered body was obtained, but the sintering temperature was too high. For this reason, a part was melted, resulting in deformation, and could not be used as a test piece for measuring mechanical properties.
一方、No.8,10〜13の焼結体からは、酸化物種のうちFe2SiO4に由来する回折ピーク以外に、他の酸化物種に由来する回折ピークも検出された。ピーク強度比から、ファイヤライト(Fe2SiO4)の純度は低かった。なお、No.8は、焼結温度が高過ぎるために一部が溶解した結果変形を起こしており、機械的特性の測定用試験片には用いることができなかった。 On the other hand, no. In addition to the diffraction peaks derived from Fe 2 SiO 4 among the oxide species, diffraction peaks derived from other oxide species were also detected from the sintered bodies of 8, 10 to 13. From the peak intensity ratio, the purity of firelite (Fe 2 SiO 4 ) was low. In addition, No. No. 8 was deformed as a result of partial melting because the sintering temperature was too high, and could not be used as a test piece for measuring mechanical properties.
表2に示したNo.5の焼結体のXRDチャートを図1に、No.14の焼結体のXRDチャートを図2に示す。図1から明らかなように、No.5の焼結体では、Fe2SiO4に由来する回折ピークのみが確認された。 No. shown in Table 2. The XRD chart of the sintered body of No. 5 is shown in FIG. The XRD chart of 14 sintered bodies is shown in FIG. As is apparent from FIG. In the sintered body of No. 5, only the diffraction peak derived from Fe 2 SiO 4 was confirmed.
一方、図2から明らかなように、No.14の焼結体では、Fe2SiO4に由来する回折ピークは検出されず、Fe2O3に由来する比較的強い回折ピークに加え、Fe3O4に由来する回折ピークと、SiO2に由来する回折ピークも認められた。 On the other hand, as is apparent from FIG. In the sintered body of No. 14, a diffraction peak derived from Fe 2 SiO 4 was not detected, and in addition to a relatively strong diffraction peak derived from Fe 2 O 3 , a diffraction peak derived from Fe 3 O 4 and SiO 2 A derived diffraction peak was also observed.
[実験4]
市販されている塊状の鉄カンラン石(和光純薬工業製のFAYALITE試薬)を乳鉢で粉砕し、150メッシュの篩を用いて分級し、篩を通過した鉄カンラン石粉末を得た。得られた粉末を、角状の金型(55mm×55mm×8mmt)に仕込み、147MPa(1.5tonf/cm2)の圧力をかけて成型した。その結果、金型から取り出した成型体はいずれも崩壊せず、安定な成型体が形成されたことを確認した。
[Experiment 4]
Commercially available massive iron olivine (FAYALITE reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was pulverized in a mortar and classified using a 150 mesh sieve to obtain iron olivine powder that passed through the sieve. The obtained powder was charged into a square mold (55 mm × 55 mm × 8 mm t ) and molded by applying a pressure of 147 MPa (1.5 tonf / cm 2 ). As a result, it was confirmed that none of the molded bodies taken out from the mold was disintegrated and a stable molded body was formed.
次に、金型から取り出した成型体を、上記実験1と同じ条件で焼結し、焼結体を得た。得られた焼結体を目視にて観察した結果、クラックの発生は認められず、良好な焼結体が作製できた。得られた焼結体を上記実験3と同じ条件でXRD(X線回折)測定し、焼結体を構成する酸化物種を調べた。その結果、焼結体からは、酸化物種のうちFe2SiO4に由来する回折ピークのみが検出され、ファイヤライト(Fe2SiO4)焼結体が得られていることが分かった。 Next, the molded body taken out from the mold was sintered under the same conditions as in Experiment 1 to obtain a sintered body. As a result of visual observation of the obtained sintered body, generation of cracks was not recognized, and a good sintered body could be produced. The obtained sintered body was subjected to XRD (X-ray diffraction) measurement under the same conditions as in Experiment 3, and the oxide species constituting the sintered body were examined. As a result, only the diffraction peak derived from Fe 2 SiO 4 among the oxide species was detected from the sintered body, and it was found that a firelite (Fe 2 SiO 4 ) sintered body was obtained.
得られた焼結体の硬度(ビッカース硬度)を、室温または1000℃で測定した。硬度測定には日本光学製MQ型高温顕微硬度計を使用し、JIS Z 2244に従い測定を行った。 The hardness (Vickers hardness) of the obtained sintered body was measured at room temperature or 1000 ° C. For the hardness measurement, an MQ type high temperature micro hardness tester manufactured by Nippon Optical Co., Ltd. was used, and the measurement was performed according to JIS Z 2244.
比較対象として、Cを0.11質量%、Siを1.5質量%含有し、残部が鉄および不可避不純物からなる鋼を、10mm×20mm×3mmの大きさに切断した供試材を用い、この供試材を1000℃で30分間、酸素雰囲気中で加熱することにより、表面を酸化させた比較用試料を作製した。比較用試料には、厚さ約400μmのスケールが生成していた。 As a comparison object, using a test material in which 0.11% by mass of C and 1.5% by mass of Si are contained, and the balance is made of steel and inevitable impurities, which are cut into a size of 10 mm × 20 mm × 3 mm, This sample was heated at 1000 ° C. for 30 minutes in an oxygen atmosphere to prepare a comparative sample whose surface was oxidized. A scale having a thickness of about 400 μm was generated in the comparative sample.
比較用試料を断面加工してスケール断面を露出させ、Fe2SiO4が層状に形成されている部分において、室温または1000℃で硬度(ビッカース硬度)測定を行った。測定結果を下記表3に示す。 A cross section of the sample for comparison was processed to expose the cross section of the scale, and the hardness (Vickers hardness) measurement was performed at room temperature or 1000 ° C. at a portion where Fe 2 SiO 4 was formed in a layered form. The measurement results are shown in Table 3 below.
下記表3から次のように考察できる。室温と1000℃のいずれの条件で測定した場合でも、ファイヤライト焼結体の硬度は、比較用試料に生成したスケールのうち、Fe2SiO4が層状に形成されている部分の硬度にほぼ近い値となっていた。従って硬度測定の結果からも、得られたファイヤライト焼結体は、高密度であり、高純度のファイヤライトで構成されていることが分かる。 From Table 3 below, it can be considered as follows. Whether measured at room temperature or 1000 ° C., the hardness of the firelite sintered body is almost the same as the hardness of the portion where Fe 2 SiO 4 is formed in a layered manner in the scale generated in the comparative sample. It was value. Therefore, from the result of hardness measurement, it can be seen that the obtained firelite sintered body has a high density and is composed of high purity firelite.
[実験5]
実験4と同様にして得られたファイヤライト焼結体を、3.5mm×3.5mm×20mmの大きさに機械加工して、供試体を得た。得られた供試体について、熱機械分析(TMA)装置を用いて、室温から1000℃までの線膨張率を測定し、熱膨張係数を算出した。算出した熱膨張係数の結果を図3に示す。また、参考データとして、Fe2O3焼結体を作成し、同様の方法で線膨張率を測定して熱膨張係数を算出した結果を図3に示す。図3中、ファイヤライト焼結体の結果を「●:Fe2SiO4」と表示し、Fe2O3焼結体の結果を「○:Fe2O3」と表示した。
[Experiment 5]
A firelite sintered body obtained in the same manner as in Experiment 4 was machined to a size of 3.5 mm × 3.5 mm × 20 mm to obtain a specimen. About the obtained specimen, the linear expansion coefficient from room temperature to 1000 degreeC was measured using the thermomechanical analysis (TMA) apparatus, and the thermal expansion coefficient was computed. The result of the calculated thermal expansion coefficient is shown in FIG. Further, as reference data, a Fe 2 O 3 sintered body was prepared, and the coefficient of thermal expansion was calculated by measuring the linear expansion coefficient by the same method, and the result is shown in FIG. In FIG. 3, the result of the firelite sintered body is indicated as “●: Fe 2 SiO 4 ”, and the result of the Fe 2 O 3 sintered body is indicated as “◯: Fe 2 O 3 ”.
図3から明らかなように、ファイヤライト焼結体とFe2O3焼結体では、線膨張率の温度変化に差異があることが認められ、これらの材料の熱膨張係数は相互に異なることが確認できた。 As is apparent from FIG. 3, it is recognized that there is a difference in the temperature change of the linear expansion coefficient between the firelite sintered body and the Fe 2 O 3 sintered body, and the thermal expansion coefficients of these materials are different from each other. Was confirmed.
Claims (3)
得られた成型体を焼結して焼結体を得る工程、を含み、
前記成型は、98〜294MPaの圧力で行い、
前記焼結は、0.13Pa以下の真空雰囲気で、1000〜1150℃で行うことを特徴とするファイヤライト焼結体の製造方法。 Molding iron olivine powder passing through a 150 mesh sieve to obtain a molded body;
Sintering the resulting molded body to obtain a sintered body,
The molding is performed at a pressure of 98 to 294 MPa,
The said sintering is performed at 1000-1150 degreeC by the vacuum atmosphere of 0.13 Pa or less, The manufacturing method of the firelite sintered compact characterized by the above-mentioned.
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