CN101265372A - 一种不锈钢高温抗氧化涂料及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及抗氧化涂料技术领域，具体为一种不锈钢高温抗氧化涂料及其应用，解决现有不锈钢防氧化涂料存在生产工艺复杂、成本高、防护温度低、涂刷温度范围窄等问题，由无机矿粉30～50份，无机粘结剂50～70份，悬浮剂0.1～1份和水200份制成，适用于镍铬不锈钢坯在800～1500℃/0.5～30小时加热时防氧化/脱碳，被喷涂或涂刷在常温至500℃内的不锈钢表面，涂层厚度为50～300μm，高温下形成的涂层在不锈钢基体高温处理过程中形成玻璃态致密涂层，阻止氧向基体表面扩散，达到抗氧化效果，减缓不锈钢表面微量元素的贫化与脱碳，提高基材的表面轧制质量；原料廉价、环境友好，制备工艺简单；使各种镍铬不锈钢坯的高温氧化烧损降低90％以上，可提高板坯成材率和产量。
Description
技术领域
本发明涉及抗氧化涂料技术领域，具体为一种不锈钢高温抗氧化涂料及其应用。
背景技术
公知，钢材在热轧之前一般需要经过在1250℃左右的加热炉内较长时间的加热过程，在加热炉内强氧化腐蚀气体的作用下，会使钢材表面的氧化烧损非常严重，烧损率高达0.5％～2.5％，表现为：从加热炉出来的钢材表面会形成一层氧化铁皮，必须将这层氧化铁皮从钢材表面剥离，如果不采取任何防护措施，氧化铁皮会比较厚，且剥离时基材表面容易有残留。通常普钢坯系列、不锈钢坯系列、优质钢坯系列，热处理过程不经保护至成品总氧化烧损量为2％～5％，特钢坯系列不经保护烧损量为1％～2％。各种钢种系列坯经热轧后，约20％～50％基体产生不同程度的表面裂痕、花纹等表面质量问题，使成材的表面质量受到制约。
目前解决不锈钢各系列钢坯在热轧退火中降低氧化皮的形成量和控制表面裂痕的技术有优化加热炉内气氛及涂料保护技术，控制加热炉内气氛在大规模工业生产中难以实现；而目前的涂料保护技术则存在以下不足：一是往往需要对钢材进行表面除锈处理，会增加设备及人力投资，效率低而成本高；二是难以适应大规模的生产需要；三是用于氧化保护的涂料很少能适应1250℃以上的高温的长时间使用，并承受1500℃左右的高温火焰冲击。
随着本领域技术的不断发展，进一步减少钢材的氧化烧损，抗氧化涂料性能不断提升，通过在热处理前钢材表面刷涂防氧化涂料形成保护层来减少钢材表面在热处理过程中的氧化/脱碳，在随后的冷却过程中使保护层剥落，从而降低氧化铁皮的厚度，达到提高成材率，改善钢材表面质量的目的。有关上述抗氧化涂料的研究也出现了一些相关公开，具体如下：
中国专利CN1632137A公开了一种防止钢制工件在热处理加热时氧化/脱碳的防护涂层材料，其由10～20％玻璃粉，33～30％石英砂，23～20％硅砂，24～20％Al2O3，2-10％C组成，该涂层材料适用于各种钢在800～1200℃/4～10小时加热时防氧化/脱碳，在随后冷却过程中能够自然剥落；中国专利CN1300805A公开了一种高温防氧化涂料，其为将SiO2：50～62份；Al2O3：12～20份；Fe2O3：2～8份；MgO：1～5份；CaO：2～7份；Na2O：2～6份；K2O：2～6份；FeO：1～5份混和后入窑炉在800～1300℃下熔制3小时呈珐琅，冷却后粉碎，加入少量尖晶石、粘土和水即得。然而上述两种涂料存在的共同缺陷是防护温度都在1300℃以下，限制了涂料的应用范围，而且不能适用于直接在不锈钢热轧前的加热处理温度下刷涂，而且后者制备工艺比较复杂，必须提前将涂料组分熔制成珐琅然后冷却粉碎，耗时耗能。
同时，中国专利CN101003848A公开了一种用于系列钢坯退火的纳米硅酸盐抗氧化涂料，该涂料由重量百分比为20％～30％复合粘合剂、8％～12％复合磷酸盐固化剂、58％～72％复合硅铝酸盐填料组成。其特点是：耐1500℃高温热冲击；且不需要在钢坯表面进行任何处理，常温下直接喷涂。然而这种钢坯抗氧化涂料采用的纳米原料造成了涂料成本高昂，虽然在不锈钢等特种钢材的处理仍然很有市场，但成本消耗过大，同时该涂料的前期制备工艺也比较复杂，而且只适合常温钢坯喷涂，还要固化十分钟，稍高温度的热坯则需要降到常温方能使用该涂料，不符合部分应用现场的热送热轧工艺，不利于该涂料的推广应用。而中国专利CN101058684A公开了一种高温普通低碳钢防氧化涂料，其中记载该涂料可被直接涂刷在1000℃以下的低碳钢表面，但是其仅适用于普通低碳钢，应用范围较窄，而且防护温度也只有1300℃，防护时间也较短。
目前，中国不锈钢生产热处理过程中的钢材工件表面氧化和元素贫化问题非常突出，严重影响了轧钢产品的质量、效应和竞争力。中国的高温抗氧化涂料性能明显落后于一些发达国家，由于发达国家的产品配方严格保密，涂料价格昂贵，且在国内市场上很难买到。因此研发出能耐高温、价格低廉、对各种不锈钢普适性的抗氧化涂料具有十分现实的意义。
发明内容
本发明为了解决现有应用于不锈钢坯系列热处理过程中的高温防氧化涂料存在生产工艺复杂、成本消耗高、防护温度低，尤其是应用过程中无法高温涂装、不符合应用现场热送工艺要求等问题，提供一种不锈钢高温抗氧化涂料及其应用。
本发明是采用如下技术方案实现的：一种不锈钢高温抗氧化涂料，由下列重量比的原料制成：无机矿粉30～50份，无机粘结剂50～70份，悬浮剂0.1～1份，水200份，将上述原料混合均匀，制得的涂料比重为1.1～1.5。其中所述无机矿粉为膨润土、硅藻土、海泡石、累托石、蒙脱土、蛭石、粉煤灰、赤泥以及高岭土中的一种或几种以任意比例混合而成，无机矿粉细度小于100目，其目数越细，越有利于提高涂料的各种性能，但考虑到成本问题，本发明优选为100～500目；所述无机粘结剂为钾水玻璃、钠水玻璃和磷酸二氢铝中的一种或几种以任意比例混合而成；所述悬浮剂为羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺以及海藻酸钠中的一种或几种以任意比例混合而成。上述物质均为现有公知产品，本领域普通技术人员很容易得到。
所述高温抗氧化涂料适用于镍、铬不锈钢在800～1500℃/0.5～30小时加热时防氧化/脱碳，在随后冷却过程中自然剥落，高温处理过程中，涂层铺展成玻璃态，致密光滑，能够在高温下减少热处理过程中不锈钢工件的氧化烧损和工件表面微量元素的贫化。该涂料可被喷涂或涂刷在常温至500℃范围内的不锈钢基体表面，涂层厚度为50～300μm。所述镍、铬不锈钢包括铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体不锈钢及沉淀硬化不锈钢。
与现有技术的同类涂料相比：其优点和积极效果充分表现为：
1.本发明的高温不锈钢抗氧化涂料，广泛适用于各种镍铬不锈钢坯在800～1500℃/0.5～30小时加热时的抗氧化，热处理后涂层自动剥落，板坯表面光滑无脱碳、合金元素无流失现象。在800～1500℃热处理过程中，涂料与基体表面形成一层致密的保护层，有效地防止了外界氧的渗透，阻止了基体表面的氧化和脱碳；
2.本发明的不锈钢高温抗氧化涂料所选用的原料廉价易得、环境友好、制备工艺简单；
3.本发明的不锈钢高温抗氧化涂料，能够满足在常温至500℃坯体表面直接喷涂或涂刷，这与现有技术中的防氧化涂料仅适用于常温或冷却状态下涂刷，自然干燥后再升温热轧的工艺相比，大大提高了涂料的实用性，满足各种工艺需求，比如热轧前的热送工艺，降低了能源损耗，缩短了作业时间；
4.本发明的不锈钢高温抗氧化涂料能够使各种镍铬不锈钢坯的高温氧化烧损降低90％以上，同时降低了坯体表面元素贫化，可大大提高了板坯成材率和产量，经济和社会效益非常可观。
具体实施方式
实施例1：每份为1g
一种不锈钢高温抗氧化涂料，取30g膨润土，将其研磨成100目的粉体，加入50g钾水玻璃以及0.1g羧甲基纤维素钠，以200g水混合并搅拌成悬浮性涂料，其比重约为1.1。
将该涂料涂于常温的304不锈钢坯的表面，即形成一层灰白色保护涂层，厚度为50μm，经800℃热处理10小时后，涂层保护后基体表面氧化烧损率降低96％以上，且涂层能够自然剥落，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
实施例2：每份为1kg
一种不锈钢高温抗氧化涂料，取50kg硅藻土，将其研磨成500目的粉体，加入70kg钠水玻璃以及1kg聚乙烯醇，以200kg水混合并搅拌成悬浮性涂料，其比重为1.5。
将该涂料涂于500℃的316不锈钢坯的表面，即形成一层灰白色保护涂层，厚度为300μm，经1250℃热处理30小时后，涂层保护后基体表面氧化烧损率降低95％以上，且涂层能够自然剥落，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
实施例3：每份为1t
一种不锈钢高温抗氧化涂料，取40t海泡石，将其研磨成400目的粉体，加入60t磷酸二氢铝以及0.5t聚丙烯酰胺，以200t水混合并搅拌成悬浮性涂料，其比重为1.3。
将该涂料涂于400℃的301不锈钢坯的表面，即形成一层灰白色保护涂层，厚度为100μm，经1000℃热处理20小时后，涂层保护后基体表面氧化烧损率降低94％以上，且涂层能够自然剥落，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
实施例4：每份为1g
一种不锈钢高温抗氧化涂料，取20g膨润土、10g硅藻土，将其混合并研磨成100目的粉体，加入50g钾水玻璃以及0.1g羧甲基纤维素钠，以200g水混合并搅拌成悬浮性涂料，其比重为1.1。
将该涂料涂于300℃的316不锈钢坯的表面，即形成一层灰白色保护涂层，厚度为200μm，经1150℃热处理10小时后，涂层保护后基体表面氧化烧损率降低90％以上，且涂层能够自然剥落，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
实施例5：每份为1g
一种不锈钢高温抗氧化涂料，取35g蛭石、5g高岭土，将其研磨成300目的粉体，加入50g磷酸二氢铝以及0.5g聚乙烯醇，以200g水混合并搅拌成悬浮性涂料，其比重为1.2。
将该涂料涂于50℃的316不锈钢坯的表面，即形成一层灰白色保护涂层，厚度为150μm，经900℃热处理15小时后，涂层保护后基体表面氧化烧损率降低92％以上，且涂层能够自然剥落，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
实施例6：每份为1g
一种不锈钢高温抗氧化涂料，取30g海泡石、20g累托石，将其研磨成250目的粉体，加入65g钠水玻璃以及0.6g聚丙烯酰胺，以200g水混合并搅拌成悬浮性涂料，其比重为1.3。
将该涂料涂于常温的440不锈钢坯的表面，即形成一层灰白色保护涂层，厚度为250μm，经1100℃热处理20小时后，涂层保护后基体表面氧化烧损率降低90％以上，且涂层能够自然剥落，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
实施例7：每份为1g
一种不锈钢高温抗氧化涂料，取35g蒙脱土、8g粉煤灰和5g硅藻土，将其研磨成350目的粉体，加入55g磷酸二氢铝以及0.7g海藻酸钠，以200g水混合并搅拌成悬浮性涂料，其比重为1.4。
将该涂料涂于100℃的430不锈钢坯的表面，即形成一层灰白色保护涂层，厚度为120μm，经1200℃热处理5小时后，涂层保护后基体表面氧化烧损率降低97％以上，且涂层能够自然剥落，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
实施例8：每份为1g
一种不锈钢高温抗氧化涂料，取15g高岭土、25g膨润土和6g蒙脱土，将其研磨成400目的粉体，加入65g钾水玻璃以及0.9g羧甲基纤维素钠，以200g水混合并搅拌成悬浮性涂料，其比重为1.5。
将该涂料涂于250℃的304不锈钢坯的表面，即形成一层灰白色保护涂层，厚度为285μm，经1300℃热处理6小时后，涂层保护后基体表面氧化烧损率降低94％以上，且涂层能够自然剥落，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
实施例9：每份为1g
一种不锈钢高温抗氧化涂料，取25g累托石、10g硅藻土、2g粉煤灰和10g高岭土，将其研磨成500目的粉体，加入50g钾水玻璃、20g钠水玻璃以及0.1g羧甲基纤维素钠，以200g水混合并搅拌成悬浮性涂料，其比重为1.1。
将该涂料涂于300℃的430不锈钢坯的表面，即形成一层灰白色保护涂层，厚度为240μm，经1400℃热处理2小时后，涂层保护后基体表面氧化烧损率降低91％以上，且涂层能够自然剥落，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
实施例10：每份为1g
一种不锈钢高温抗氧化涂料，取10g硅藻土、5g蛭石、8g粉煤灰和7g高岭土，将其研磨成450目的粉体，加入25g钾水玻璃、30g磷酸二氢铝以及0.1g聚乙烯醇，以200g水混合并搅拌成悬浮性涂料，其比重为1.2。
将该涂料涂于350℃的304不锈钢坯的表面，即形成一层灰白色保护涂层，厚度为80μm，经1350℃热处理2.5小时后，涂层保护后基体表面氧化烧损率降低92％以上，且涂层能够自然剥落，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
实施例11：每份为1g
一种不锈钢高温抗氧化涂料，取15g膨润土、3g硅藻土、10g海泡石、7g累托石和15g蒙脱土，将其研磨成250目的粉体，加入35g钠水玻璃和20g磷酸二氢铝以及0.1g羧甲基纤维素钠、0.8g聚乙烯醇，以200g水混合并搅拌成悬浮性涂料，其比重为1.5。
将该涂料涂于常温的309不锈钢坯的表面，即形成一层灰白色保护涂层，厚度为130μm，经1500℃热处理0.5小时后，涂层保护后基体表面氧化烧损率降低93％以上，且涂层能够自然剥落，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
实施例12：每份为1g
一种不锈钢高温抗氧化涂料，取5g蛭石、15g粉煤灰、7g赤泥、12g高岭土，将其研磨成140目的粉体，加入15g钾水玻璃、20g钠水玻璃、35g磷酸二氢铝以及0.2g羧甲基纤维素钠、0.1g聚乙烯醇和0.2g聚丙烯酰胺，以200g水混合并搅拌成悬浮性涂料，其比重为1.4。
将该涂料涂于450℃的304不锈钢坯的表面，即形成一层灰白色保护涂层，厚度为90μm，经1150℃热处理18小时后，涂层保护后基体表面氧化烧损率降低98％以上，且涂层能够自然剥落，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
实施例13：每份为1g
一种不锈钢高温抗氧化涂料，取5g膨润土、6g海泡石、15g蒙脱土、8g蛭石、3g赤泥、10g高岭土，将其研磨成480目的粉体，加入65g钾水玻璃以及0.3g聚乙烯醇、0.4g聚丙烯酰胺、0.2g海藻酸钠，以200g水混合并搅拌成悬浮性涂料，其比重为1.3。
将该涂料涂于280℃的430不锈钢坯的表面，即形成一层灰白色保护涂层，厚度为275μm，经1280℃热处理20小时后，涂层保护后基体表面氧化烧损率降低90％以上，且涂层能够自然剥落，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
实施例14：每份为1g
一种不锈钢高温抗氧化涂料，取4g硅藻土、6g海泡石、12g蒙脱土、7g粉煤灰、8g赤泥、5g高岭土，将其研磨成650目的粉体，加入55g钾水玻璃、5g磷酸二氢铝以及0.5g聚丙烯酰胺，以200g水混合并搅拌成悬浮性涂料，其比重为1.5。
将该涂料涂于500℃的416不锈钢坯的表面，即形成一层灰白色保护涂层，厚度为190μm，经1150℃热处理15小时后，涂层保护后基体表面氧化烧损率降低94％以上，且涂层能够自然剥落，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
实施例15：每份为1g
一种不锈钢高温抗氧化涂料，取30g膨润土、20g赤泥，将其研磨成100目的粉体，加入20g钾水玻璃、10g钠水玻璃、25g磷酸二氢铝以及0.1g羧甲基纤维素钠、0.4g聚乙烯醇、0.1g聚丙烯酰胺、0.2g海藻酸钠，以200g水混合并搅拌成悬浮性涂料，其比重为1.1。
将该涂料涂于365℃的630不锈钢坯的表面，即形成一层灰白色保护涂层，厚度为50μm，经900℃热处理24小时后，涂层保护后基体表面氧化烧损率降低95％以上，且涂层能够自然剥落，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
实施例16：每份为1g
一种不锈钢高温抗氧化涂料，取35g累托石，将其研磨成250目的粉体，加入35g钾水玻璃、20g钠水玻璃以及0.8g海藻酸钠，以200g水混合并搅拌成悬浮性涂料，其比重约为1.2。
将该涂料涂于常温的304不锈钢坯的表面，即形成一层灰白色保护涂层，厚度为75μm，经1380℃热处理8小时后，涂层保护后基体表面氧化烧损率降低92％以上，且涂层能够自然剥落，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
实施例17：每份为1g
一种不锈钢高温抗氧化涂料，取48g蒙脱土，将其研磨成300目的粉体，加入15g钾水玻璃、45g磷酸二氢铝以及0.2g羧甲基纤维素钠、0.2g聚乙烯醇，以200g水混合并搅拌成悬浮性涂料，其比重约为1.4。
将该涂料涂于常温的630不锈钢坯的表面，即形成一层灰白色保护涂层，厚度为165μm，经1250℃热处理15小时后，涂层保护后基体表面氧化烧损率降低91％以上，且涂层能够自然剥落，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
实施例18：每份为1kg
一种不锈钢高温抗氧化涂料，取36kg蛭石，将其研磨成700目的粉体，加入70kg钾水玻璃以及1kg聚丙烯酰胺，以200kg水混合并搅拌成悬浮性涂料，其比重约为1.3。
将该涂料涂于常温的301不锈钢坯的表面，即形成一层灰白色保护涂层，厚度为50μm，经800℃热处理10小时后，涂层保护后基体表面氧化烧损率降低96％以上，且涂层能够自然剥落，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
实施例19：每份为1g
一种不锈钢高温抗氧化涂料，取50g粉煤灰，将其研磨成120目的粉体，加入28g钾水玻璃、30g磷酸二氢铝以及1g聚丙烯酰胺，以200g水混合并搅拌成悬浮性涂料，其比重约为1.5。
将该涂料涂于常温的430不锈钢坯的表面，即形成一层灰白色保护涂层，厚度为245μm，经1300℃热处理3小时后，涂层保护后基体表面氧化烧损率降低90％以上，且涂层能够自然剥落，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
实施例20：每份为1g
一种不锈钢高温抗氧化涂料，取42g赤泥，将其研磨成500目的粉体，加入34g钾水玻璃、10g钠水玻璃、10g磷酸二氢铝以及0.1g羧甲基纤维素钠、0.4g聚乙烯醇、0.5g聚丙烯酰胺，以200g水混合并搅拌成悬浮性涂料，其比重约为1.1。
将该涂料涂于常温的316不锈钢坯的表面，即形成一层灰白色保护涂层，厚度为65μm，经1245℃热处理20小时后，涂层保护后基体表面氧化烧损率降低92％以上，且涂层能够自然剥落，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
实施例21：每份为1t
一种不锈钢高温抗氧化涂料，取50t高岭土，将其研磨成400目的粉体，加入50t钾水玻璃以及0.8t聚乙烯醇、0.1t海藻酸钠，以200t水混合并搅拌成悬浮性涂料，其比重约为1.1。
将该涂料涂于常温的440不锈钢坯的表面，即形成一层灰白色保护涂层，厚度为300μm，经1285℃热处理2.5小时后，涂层保护后基体表面氧化烧损率降低92％以上，且涂层能够自然剥落，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
实施例22：每份为1t
一种不锈钢高温抗氧化涂料，取8t膨润土、7t硅藻土、10t海泡石、5t累托石、6t蒙脱土、3t蛭石、5t粉煤灰、3t赤泥以及3t高岭土，将其研磨成500目的粉体，加入50t钠水玻璃以及0.3t聚乙烯醇、0.4t海藻酸钠，以200t水混合并搅拌成悬浮性涂料，其比重约为1.3。
将该涂料涂于常温的440不锈钢坯的表面，即形成一层灰白色保护涂层，厚度为100μm，经1135℃热处理12小时后，涂层保护后基体表面氧化烧损率降低91％以上，且涂层能够自然剥落，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
Claims (7)
1、一种不锈钢高温抗氧化涂料，其特征是由下列重量比的原料制成：
无机矿粉30～50份，无机粘结剂50～70份，悬浮剂0.1～1份，水200份，将上述原料混合均匀，制得的涂料比重为1.1～1.5。
2、根据权利要求1所述的不锈钢高温抗氧化涂料，其特征是所述无机矿粉为膨润土、硅藻土、海泡石、累托石、蒙脱土、蛭石、粉煤灰、赤泥以及高岭土中的一种或几种以任意比例混合，无机矿粉细度小于100目。
3、根据权利要求1所述的不锈钢高温抗氧化涂料，其特征是所述无机粘结剂为钾水玻璃、钠水玻璃和磷酸二氢铝中的一种或几种以任意比例混合而成。
4、根据权利要求1所述的不锈钢高温抗氧化涂料，其特征是所述悬浮剂为羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺以及海藻酸钠中的一种或几种以任意比例混合而成。
5、根据权利要求1或2或3或4所述的不锈钢高温抗氧化涂料的应用，其特征是所述高温抗氧化涂料适用于镍、铬不锈钢在800～1500℃/0.5～30小时加热时防氧化/脱碳，在随后冷却过程中自然剥落。
6、根据权利要求5所述的不锈钢高温抗氧化涂料的应用，其特征是所述高温抗氧化涂料被喷涂或涂刷在常温至500℃范围内的不锈钢基体表面，涂层厚度为50～300μm。
7、根据权利要求5所述的不锈钢高温抗氧化涂料的应用，其特征是镍、铬不锈钢包括铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体不锈钢及沉淀硬化不锈钢。
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