一種普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料及其制備方法。其技術(shù)方案是：所述高溫防氧化涂料使用時(shí)，將分裝后的A組分與B組分按質(zhì)量比為（0.8~2）︰1混合，機(jī)械攪拌即可。所述A組分的化學(xué)成分及其質(zhì)量含量是：氧化鋁粉為20~35%，二氧化硅粉為20~30%，氧化鎂粉為15~25%，氧化鈣粉為5~15%，二氧化鋯粉為5~10%，碳酸鈉粉為2~5%，碳酸鉀粉為2~5%，氧化鐵粉為2~5%，鋁粉為1~5%。所述B組分的化學(xué)成分及其質(zhì)量含量是，(CH2O)n為1~5%，(C12H22O11)n為4~10%，(C6H10O5)n為5~15%，聚乙烯醇為0.5~2%，羧甲基纖維素鈉為0.1~1%，羥乙基纖維素為0.1~0.8%，余量為水。本發(fā)明具有防氧化效果好、適用溫度高、自脫落、安全環(huán)保和成本低廉的特點(diǎn)。 <u/>
【專利說(shuō)明】一種普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬表面高溫防氧化涂料【技術(shù)領(lǐng)域】。尤其涉及一種普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在軋鋼過(guò)程中，首先利用推鋼的方式將鋼坯輸送到加熱爐內(nèi)對(duì)其進(jìn)行加熱，當(dāng)鋼坯被加熱到預(yù)定溫度后，再將其輸送到軋機(jī)中進(jìn)行軋制。對(duì)于軋制普通鋼坯，加熱爐的溫度通常設(shè)置為1100~13001。在此溫度下，鋼坯氧化非常嚴(yán)重，會(huì)產(chǎn)生諸多不利影響:
1)氧化燒損量約占總質(zhì)量0.8~2%，降低了鋼材生產(chǎn)的收得率；
2)鋼坯經(jīng)加熱高溫氧化燒損后，表面質(zhì)量變差，不僅造成鋼坯表面嚴(yán)重脫碳及合金元素的貧化，而且軋制會(huì)產(chǎn)生大量的表面缺陷，影響產(chǎn)品的最終質(zhì)量；
3)加熱爐加熱鋼坯時(shí)，生成的氧化鐵皮脫落于爐內(nèi)，如果長(zhǎng)時(shí)間堆積在爐底，會(huì)影響加熱爐的工況，嚴(yán)重時(shí)會(huì)被迫停爐來(lái)清除堆積的氧化鐵皮，影響正常生產(chǎn)。
[0003]目前人們研究的最有效的方法是保護(hù)氣氛法和高溫涂層法。保護(hù)氣氛法受到多重因素的制約，如保護(hù)氣體的制備和儲(chǔ)運(yùn)、使用過(guò)程中的安全與環(huán)保、成本高等。
[0004]國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用高溫涂層法對(duì)鋼坯熱處理過(guò)程中的氧化行為進(jìn)行了大量的研究，提出了一些較為方便的使用涂料防止氧化的方法。但實(shí)際應(yīng)用效果還不是很理想，且使用范圍受到了限制:“一種應(yīng)用于高溫合金熱處理的抗氧化涂料”(⑶200910243717.08)專利技術(shù)，該技術(shù)只適用于硅鋼的抗氧化，并不適用于普碳鋼的抗氧化；“一種不銹鋼高溫抗氧化涂料及其應(yīng)用”(⑶200810054883.9)專利技術(shù)，該技術(shù)只適用于鎳鉻不銹鋼的抗氧化，也不具有普適性；“一種鋼鐵的熱處理抗氧化涂料及其制備方法”(⑶201110434766.7)專利技術(shù)，該技術(shù)雖能應(yīng)用于碳鋼或合金鋼的抗氧化且使用溫度高，但0203含量為2~5被％，不僅大大增加了涂料的成本，并不適用于低附加值的普碳鋼的抗氧化，且高價(jià)態(tài)的鉻離子對(duì)環(huán)境會(huì)造成污染，影響人體健康。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的是提供一種防氧化效果好、適用溫度高、產(chǎn)品表面質(zhì)量高、自脫落、安全環(huán)保和成本低廉的普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料及其制備方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:所述高溫防氧化涂料由八組分和8組分分裝組成。
[0007]所述4組分的化學(xué)成分及其含量是:氧化鋁粉為20~35被％，二氧化硅粉為20~30被％，氧化鎂粉為15~25被％，氧化鈣粉為5~15被％，二氧化鋯粉為5~10被％，碳酸鈉粉為2~5被％，碳酸鉀粉為2~5被％，氧化鐵粉為2~5被％，鋁粉為1~5被％?；旌?，包裝備用。
[0008]所述8組分的化學(xué)成分及其含量是，1~5的％，(0工鞏鞏丄為4~10被％，
為5~15被％，聚乙烯醇為0.5~2界1:%，羧甲基纖維素鈉為0.1~1被％，輕乙基纖維素為
0.1~0丨8被％，余量為水?；旌?，包裝備用。
[0009]所述氧化鋁粉中的八1203含量?98被％，氧化鋁粉的粒徑? 48 4 III。
[0010]所述二氧化硅粉中的3102含量?99被％，二氧化硅粉的粒徑彡48 9 III。
[0011〕 所述氧化鎂粉中的含量?90被％，氧化鎂粉的粒徑? 75 4 III。
[0012]所述氧化鈣粉中的0^0含量?95被％，氧化鈣粉的粒徑? 75 4 III。
[0013]所述二氧化鋯粉中的21~02含量?90被％，二氧化鋯粉的粒徑? 48 4 III。
[0014]所述碳酸鈉粉中的似2?:03含量彡99被％，碳酸鈉粉的粒徑彡48 4 III。
[0015]所述碳酸鉀粉中的1(?含量彡99被％，碳酸鉀粉的粒徑彡48 4 III。
[0016]所述氧化鐵粉中的？6203含量?95被％，氧化鐵粉的粒徑? 58 4 0。
[0017]所述招粉中的八1含量?99被％，招粉的粒徑彡38 4 III。
[0018]本發(fā)明制備的普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料的使用方法:先按八組分與8組分的質(zhì)量比為(0.8-2): 1混合，機(jī)械攪拌30~200111111 ；再將攪拌后的高溫防氧化涂料直接噴涂或刷涂在鋼還表面即可，涂層厚度為0.1~0^ 5皿。
[0019]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果:
1、適用溫度高。采用本發(fā)明制備的普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料所得到的涂層(以下簡(jiǎn)稱涂層)中同時(shí)存在等低熔點(diǎn)的物質(zhì)和八1 203、3102、％0等高熔點(diǎn)的物質(zhì)，以及涂層各成分之間存在較復(fù)雜的多元關(guān)系，能夠在1100~14001 (大于3小時(shí))溫度范圍內(nèi)對(duì)基體起到保護(hù)作用。
[0020]2、防氧化效果好。主要是反應(yīng)型保護(hù)機(jī)理、氧化還原型保護(hù)機(jī)理和無(wú)機(jī)層狀阻隔機(jī)理三種機(jī)理共同作用的結(jié)果。在加熱爐中隨著溫度升高，鋼表面的微量氧化鐵皮和涂層中的？6203與涂層中的八1 203、3102和等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成薄的半熔融狀態(tài)的粘稠熔膜，均勻且牢固地覆蓋在基體表面上，隔絕了氣氛和基體的接觸，達(dá)到加熱過(guò)程中的保護(hù)目的。其次，涂層中的鋁粉首先和爐內(nèi)氧化氣氛發(fā)生反應(yīng)，造成靠近涂層的活性介質(zhì)貧乏，而不能和基體發(fā)生作用，起到保護(hù)作用。再次，反應(yīng)形成的活性氧化鋁附著在工件表面，增加了熔融涂膜的致密度，進(jìn)一步提高了涂層的保護(hù)作用。本發(fā)明所采用的固體粉末顆粒尺寸較小且具有明顯的顆粒級(jí)配，在高溫下均存在層狀機(jī)理，無(wú)機(jī)熔體對(duì)片層的作用會(huì)引起層間距變寬，可通過(guò)層間插入實(shí)現(xiàn)層間空隙的封閉填充作用，對(duì)加熱過(guò)程中的物質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)行有效阻隔，從而起到保護(hù)作用。本發(fā)明制備的普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料的防氧化效果在70%以上。
[0021]3、自脫落。碳鋼基體的線膨脹系數(shù)11~15廣0，八1203線膨脹系數(shù)〈4X10—6廣0，3102線膨脹系數(shù)〈1.5父10—6廣0，21~02線膨脹系數(shù)〈10父10 —6廣0，涂層線膨脹系數(shù)與碳鋼基體的線膨脹系數(shù)相差很大，急冷時(shí)涂層易脫落。
[0022]4、產(chǎn)品表面質(zhì)量高。首先，由于涂層具有優(yōu)異的防氧化效果及自脫落效果，在鋼坯軋制前，一次氧化形成的氧化層隨防氧化涂層一起脫落，鋼坯表面比較干凈，氧化鐵皮被扎進(jìn)鋼坯的現(xiàn)象明顯減少，直接提高了鋼坯的表面質(zhì)量；其次，由于在高溫下涂層致密化，隔絕了氣氛和基體的接觸，脫碳深度降低80%以上，合金元素貧化減少70%以上，間接提高了鋼坯的表面質(zhì)量。
[0023]5、安全環(huán)保，制備簡(jiǎn)單，使用方便。本發(fā)明制備的普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料為水基涂料，固體物質(zhì)主要為無(wú)毒副作用的無(wú)機(jī)非金屬氧化物(如氧化鋁、二氧化硅和氧化鎂等),液體為碳水化合物溶液；使用時(shí)，將采用簡(jiǎn)單的機(jī)械攪拌方法即可直接噴涂或刷涂在鋼坯上。
[0024]6、成本低廉。本發(fā)明制備的普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料原材料廉價(jià)易得；制備和使用過(guò)程簡(jiǎn)單方便，對(duì)設(shè)備要求低，設(shè)備投資少；單位面積涂料用量少。
[0025]因此，本發(fā)明具有防氧化效果好、適用溫度高、產(chǎn)品表面質(zhì)量高、自脫落、安全環(huán)保和成本低廉的特點(diǎn)。

【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，并非對(duì)其保護(hù)范圍的限制。
[0027]為避免重復(fù)，先將本【具體實(shí)施方式】所涉及的原料統(tǒng)一描述如下，實(shí)施例中不再贅述:
所述氧化鋁粉中的八1203含量?98被％，氧化鋁粉的粒徑? 48 4 0。
[0028]所述二氧化硅粉中的3102含量?99被％，二氧化硅粉的粒徑彡48 9 III。
[0029]所述氧化鎂粉中的含量?90被％，氧化鎂粉的粒徑? 75 4 0。
[0030]所述氧化鈣粉中的(^0含量?95被％，氧化鈣粉的粒徑? 75 4 III。
[0031〕 所述二氧化鋯粉中的21~02含量?90被％，二氧化鋯粉的粒徑? 48 4 III。
[0032]所述碳酸鈉粉中的似2?:03含量彡99被％，碳酸鈉粉的粒徑彡48 4 III。
[0033]所述碳酸鉀粉中的1(?含量彡99被％，碳酸鉀粉的粒徑彡48 4 III。
[0034]所述氧化鐵粉中的？6203含量?95被％，氧化鐵粉的粒徑? 58 4 0。
[0035]所述招粉中的八1含量?99被％，招粉的粒徑彡38 4 III。
[0036]實(shí)施例1
一種普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料及其制備方法。所述高溫防氧化涂料由八組分和8組分分裝組成。
[0037]所述八組分的化學(xué)成分及其含量是:氧化鋁粉為20~25被％，二氧化硅粉為26~30被％，氧化鎂粉為15~20被％，氧化鈣粉為5~9被％，二氧化鋯粉為7~10被％，碳酸鈉粉為4~5被％，碳酸鉀粉為2~3被％，氧化鐵粉為4~5被％，鋁粉為1~3被％?；旌希b備用。
[0038]所述8組分的化學(xué)成分及其含量是，(⑶沖。為1~3被％，(0工鞏鞏丄為4~6被％，
為11~15被％，聚乙烯醇為0.5~1被％，羧甲基纖維素鈉為0.7~1被％，輕乙基纖維素為0.1-0.4被％，余量為水。混合，包裝備用。
[0039]本實(shí)施例制備的普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料的使用方法:先按八組分與8組分的質(zhì)量比為(0.8-1.2):1混合，機(jī)械攪拌30~90111111 ；再將攪拌后的高溫防氧化涂料直接嗔涂或刷涂在鋼還表面即可，涂層厚度為0.1~0^ 3皿。
[0040]實(shí)施例2
一種普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料及其制備方法。所述高溫防氧化涂料由八組分和8組分分裝組成。
[0041]所述4組分的化學(xué)成分及其含量是:氧化鋁粉為25~30被％，二氧化硅粉為23~27被％，氧化鎂粉為17~22被％，氧化鈣粉為8~12被％，二氧化鋯粉為6~9被％，碳酸鈉粉為3~4被％，碳酸鐘粉為3~4被％，氧化鐵粉為3~4被％，招粉為2~4被％?；旌希b備用。
[0042]所述8組分的化學(xué)成分及其含量是，2~4被％，(0工鞏鞏丄為6~8被％，
為8~12被％，聚乙烯醇為1~1丨5被％，羧甲基纖維素鈉為0.4-0.7被％，輕乙基纖維素為0.3-0.6被％，余量為水?；旌?，包裝備用。
[0043]本實(shí)施例制備的普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料的使用方法:先按八組分與8組分的質(zhì)量比為(1.2-1.6):1混合，機(jī)械攪拌90~140111111 ；再將攪拌后的高溫防氧化涂料直接嗔涂或刷涂在鋼還表面即可，涂層厚度為0.2~0^ 4111111。
[0044]實(shí)施例3
一種普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料及其制備方法。所述高溫防氧化涂料由八組分和8組分分裝組成。
[0045]所述八組分的化學(xué)成分及其含量是:氧化鋁粉為30~35被％，二氧化硅粉為20~24被％，氧化鎂粉為18~25被％，氧化鈣粉為9~15被％，二氧化鋯粉為5~8被％，碳酸鈉粉為2~3被％，碳酸鉀粉為3~5被％，氧化鐵粉為2~3被％，鋁粉為2~5被％?；旌?，包裝備用。
[0046]所述8組分的化學(xué)成分及其含量是，3~5的％，(0 丄為8~10被％，
為5~9被％，聚乙烯醇為1.5~2被％，羧甲基纖維素鈉為0.1-0.4被％，輕乙基纖維素為0.5-0.8被％，余量為水?；旌?，包裝備用。
[0047]本實(shí)施例制備的普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料的使用方法:先按八組分與8組分的質(zhì)量比為(1.6-2): 1混合，機(jī)械攪拌140~200111111 ；再將攪拌后的高溫防氧化涂料直接嗔涂或刷涂在鋼還表面即可，涂層厚度為0.3~0^ 5111111。
[0048]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果:
1、適用溫度高。采用本發(fā)明制備的普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料所得到的涂層(以下簡(jiǎn)稱涂層)中同時(shí)存在等低熔點(diǎn)的物質(zhì)和八1 203、3102、％0等高熔點(diǎn)的物質(zhì)，以及涂層各成分之間存在較復(fù)雜的多元關(guān)系，能夠在1100~14001 (大于3小時(shí))溫度范圍內(nèi)對(duì)基體起到保護(hù)作用。
[0049]2、防氧化效果好。主要是反應(yīng)型保護(hù)機(jī)理、氧化還原型保護(hù)機(jī)理和無(wú)機(jī)層狀阻隔機(jī)理三種機(jī)理共同作用的結(jié)果。在加熱爐中隨著溫度升高，鋼表面的微量氧化鐵皮和涂層中的？6203與涂層中的八1 203、3102和等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成薄的半熔融狀態(tài)的粘稠熔膜，均勻且牢固地覆蓋在基體表面上，隔絕了氣氛和基體的接觸，達(dá)到加熱過(guò)程中的保護(hù)目的。其次，涂層中的鋁粉首先和爐內(nèi)氧化氣氛發(fā)生反應(yīng)，造成靠近涂層的活性介質(zhì)貧乏，而不能和基體發(fā)生作用，起到保護(hù)作用。再次，反應(yīng)形成的活性氧化鋁附著在工件表面，增加了熔融涂膜的致密度，進(jìn)一步提高了涂層的保護(hù)作用。本發(fā)明所采用的固體粉末顆粒尺寸較小且具有明顯的顆粒級(jí)配，在高溫下均存在層狀機(jī)理，無(wú)機(jī)熔體對(duì)片層的作用會(huì)引起層間距變寬，可通過(guò)層間插入實(shí)現(xiàn)層間空隙的封閉填充作用，對(duì)加熱過(guò)程中的物質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)行有效阻隔，從而起到保護(hù)作用。本發(fā)明制備的普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料的防氧化效果在70%以上。
[0050]3、自脫落。碳鋼基體的線膨脹系數(shù)11~15廣0，八1203線膨脹系數(shù)〈4X10—6廣0，3102線膨脹系數(shù)〈1.5父10—6廣0，21~02線膨脹系數(shù)〈10父10 —6廣0，涂層線膨脹系數(shù)與碳鋼基體的線膨脹系數(shù)相差很大，急冷時(shí)涂層易脫落。
[0051]4、產(chǎn)品表面質(zhì)量高。首先，由于涂層具有優(yōu)異的防氧化效果及自脫落效果，在鋼坯軋制前，一次氧化形成的氧化層隨防氧化涂層一起脫落，鋼坯表面比較干凈，氧化鐵皮被扎進(jìn)鋼坯的現(xiàn)象明顯減少，直接提高了鋼坯的表面質(zhì)量；其次，由于在高溫下涂層致密化，隔絕了氣氛和基體的接觸，脫碳深度降低80%以上，合金元素貧化減少70%以上，間接提高了鋼坯的表面質(zhì)量。
[0052]5、安全環(huán)保，制備簡(jiǎn)單，使用方便。本發(fā)明制備的普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料為水基涂料，固體物質(zhì)主要為無(wú)毒副作用的無(wú)機(jī)非金屬氧化物(如氧化鋁、二氧化硅和氧化鎂等),液體為碳水化合物溶液；使用時(shí)，將采用簡(jiǎn)單的機(jī)械攪拌方法即可直接噴涂或刷涂在鋼坯上。
[0053]6、成本低廉。本發(fā)明制備的普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料原材料廉價(jià)易得；制備和使用過(guò)程簡(jiǎn)單方便，對(duì)設(shè)備要求低，設(shè)備投資少；單位面積涂料用量少。
[0054]因此，本發(fā)明具有防氧化效果好、適用溫度高、產(chǎn)品表面質(zhì)量高、自脫落、安全環(huán)保和成本低廉的特點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料的制備方法，其特征在于所述高溫防氧化涂料由A組分和B組分分裝組成；使用時(shí)，按A組分與B組分的質(zhì)量比為(0.8~2): I混合，機(jī)械攪拌30~200min即可； 所述A組分的化學(xué)成分及其含量是:氧化鋁粉為20~35wt%，二氧化硅粉為20~30wt%，氧化鎂粉為15~25wt%，氧化鈣粉為5~15wt%，二氧化鋯粉為5~10wt%，碳酸鈉粉為2~5wt%，碳酸鉀粉為2~5wt%，氧化鐵粉為2~5wt%，鋁粉為l~5wt% ;混合，包裝備用； 所述B組分的化學(xué)成分及其含量是，(CH2O) ?為l~5wt%, (C 12H220n) n% 4~10wt%,(C6HltlO5)n為5~15wt%,聚乙烯醇為0.5~2wt%,羧甲基纖維素鈉為0.l~lwt%,輕乙基纖維素為0.1-0.8wt%，余量為水；混合，包裝備用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料的制備方法，其特征在于所述氧化鋁粉中的Al2O3含量>98wt%，氧化鋁粉的粒徑< 48 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料的制備方法，其特征在于所述二氧化硅粉中的S12含量>99wt%，二氧化硅粉的粒徑< 48 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料的制備方法，其特征在于所述氧化鎂粉中的MgO含量>90wt%，氧化鎂粉的粒徑< 75 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料的制備方法，其特征在于所述氧化鈣粉中的CaO含量>95wt%，氧化鈣粉的粒徑< 75 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料的制備方法，其特征在于所述二氧化鋯粉中的ZrO2含量>90wt%，二氧化鋯粉的粒徑< 48 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料的制備方法，其特征在于所述碳酸鈉粉中的Na2CO3含量> 99wt%，碳酸鈉粉的粒徑< 48 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料的制備方法，其特征在于所述碳酸鉀粉中的K2CO3含量彡99wt%，碳酸鉀粉的粒徑< 48 μ m。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料的制備方法，其特征在于所述氧化鐵粉中的Fe2O3含量>95wt%，氧化鐵粉的粒徑< 58 μ m。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料的制備方法，其特征在于所述鋁粉中的Al含量>99wt%，鋁粉的粒徑< 38 μ m。
11.一種普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料，其特征在于所述普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料是根據(jù)權(quán)利要求1~10項(xiàng)中任一項(xiàng)所述普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料的制備方法所制備的普碳鋼鋼坯用高溫防氧化涂料。
【文檔編號(hào)】C09D7/12GK104497653SQ201410845957
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月31日
【發(fā)明者】樊希安, 張堅(jiān)義, 胡曉明, 林凌 申請(qǐng)人:蘇州賽格瑞新材料有限公司