CN102430703B - 一种超低碳不锈钢铸件防渗碳涂料 - Google Patents

Abstract

一种超低碳不锈钢铸件防渗碳涂料，由白刚玉粉50-60%，氧化剂5-10%，烧结助剂3-8%，有机粘结剂1-3%，膨润土悬浮剂2-5%，助剂0.2-0.4%，溶剂28.8-38.2%材料混合配制而成所述的百分比为重量百分比；所述白刚玉粉的粒度≤3μm，氧化剂的粒度≤5μm，滑石粉的粒度≤5μm；所述氧化剂为硝酸钾、高锰酸钾、重铬酸钾、氯酸钾中的一种或几种；所述烧结助剂为滑石粉、长石粉、云母粉、粘土中的一种或几种；所述有机粘结剂为松香或树脂；所述溶剂为乙醇或异丙醇，乙醇浓度≥95%，异丙醇浓度≥98%。本发明的涂料在一些重要的水轮机叶片超低碳不锈钢铸件上进行了浇注，用上述配方配制的防渗碳涂料浇注的超低碳不锈钢铸件的表面渗碳层厚度≤3mm，明显优于普通涂料。

Description

一种超低碳不锈钢铸件防渗碳涂料

技术领域

本发明涉及一种铸钢件生产过程中使用的一种铸型涂料，具体是涉及一种应用于铸造工业的超低碳不锈钢铸件用防渗碳涂料及其制备方法。

背景技术

电力工业是我国国民经济和社会发展的重要支柱产业之一。在我国的电力的装机结构中，煤电比例高达70%，能耗高，污染物排放量大，而水电技术是最成熟、最具市场竞争力且可以大规模开发的环保可再生能源。发展水电是实现节能减排目标和发展非化石能源目标的重要措施，一直受到世界各国的高度重视。根据国家可再生能源中长期发展规划，到2020年全国水电装机容量将发展到３亿千瓦，平均每年新增1200万千瓦。届时，水力发电相当于每年可减少３亿多吨标准煤消耗，可减少二氧化碳排放0.2亿多吨，二氧化硫排放也将减少500多万吨。

水力发电的主要设备为水轮机，根据它的工作环境，其材质不仅要求具有良好的综合机械性能、低温韧性、断裂力学性能和水下疲劳性能，还应具有良好的可焊性、抗磨蚀性能和铸造工艺性能。目前，各国广泛采用的材质为马氏体不锈钢。由于钢中的碳是影响马氏体不锈钢耐蚀性的最主要元素，因此降低不锈钢中的含碳量是提高钢的耐蚀性的重要途径。对马氏体不锈钢来说，降低碳含量也是改善其力学性能，特别是韧性的重要措施。可以说，低碳和超低碳不锈钢是当今世界各国不锈钢铸件发展的总体趋势。现代超低碳不锈钢的碳含量均在0.03%以下，有的甚至要求碳含量在0.015%以下。

我国生产水电用低碳、超低碳马氏体不锈钢水轮机铸件的铸造工艺，基本上有水玻璃砂工艺和树脂砂工艺两大造型工艺。利用水玻璃砂造型工艺生产大型铸钢件，避免了铸件表面出现渗碳层和渗硫层等铸造缺陷，但水玻璃砂表面强度低且容易吸潮，砂型表面安定性差，铸件容易因冲砂、掉砂而产生夹杂等铸造缺陷；同时铸钢件表面质量差，打磨加工余量大，清铲工时多，金属浪费严重；而且水玻璃旧砂再生回用困难，大量的旧砂被排放，造成严重的环境污染和矿产资源的浪费。呋喃树脂自硬砂工艺由于砂型的强度高、旧砂再生回用方便等优点，在大型铸钢件的生产中得到了广泛应用。但是，呋喃树脂砂在浇注与冷却过程中会释放出大量的CO、SO₂和少量的N₂等气体，其中CO占气体总量的50%以上，会以碳的形式渗入到不锈钢铸件表面中。这是由于铸钢件在高温奥氏体状态，对碳具有相对较大的溶解度(2.06%)，CO气体在高温下首先分解为活性碳原子，然后被钢表面所吸收，被吸收的碳原子，在高温状态下向钢的内部扩散，从而，形成一定厚度（＞10mm）的渗碳层。在固体不锈钢铸件中碳、氮和硫等元素的溶解度是很有限的，它们总是以碳化物的形式沿晶界析出，从而导致晶界腐蚀的发生和水轮机部件的过早失效。因此，在利用呋喃树脂砂工艺生产超低碳不锈钢水轮机叶片等铸件时，防渗碳、渗氮、渗硫措施的采取至关重要。

发明内容

本发明的目的，是提供一种大型超低碳不锈钢铸件防渗碳涂料，可完全渗入到沙型内部，耐火度高，表面平整光滑，能有效提高铸钢件的表面质量。

采用的技术方案是：

一种超低碳不锈钢铸件用高渗透防渗碳涂料主要是由：白刚玉粉50-60%，氧化剂5-10%，烧结助剂3-8%，有机粘结剂1-3%，膨润土悬浮剂2-5%，助剂0.2-0.4%和溶剂28.8-38.2%材料混合配制而成。

上述百分比为重量百分比。

上述白刚玉粉的粒度≤3μm，氧化剂的粒度≤5μm，滑石粉的粒度≤5μm。

上述氧化剂为硝酸钾、高锰酸钾、重铬酸钾、氯酸钾中的一种或几种。

上述烧结助剂为滑石粉、长石粉、云母粉、粘土中的一种或几种。

上述有机粘结剂为松香或树脂。

上述助剂为超细硅酸铝或氧化钛。

上述溶剂为乙醇或异丙醇，乙醇浓度≥95%，异丙醇浓度≥98%。

超低碳不锈钢铸件用防渗碳涂料的生产方法是，将30-40%的溶剂加上2-5%的膨润土悬浮剂，放入带搅拌器的容器内，高速搅拌均匀，再加入有机粘结剂1-3%，继续搅拌均匀后，依次加入0.2-0.4%的助剂、50-60%的白刚玉粉、5-10%的氧化剂、3-8%的烧结助剂后，充分搅拌均匀，即得。

上述百分比为重量百分比。

本发明的优点在于：

本发明的超低碳不锈钢铸件用防渗碳涂料主要是由耐火骨料、粘结剂、悬浮剂、助剂和溶剂等多种成分组成的一种高度分散的多相悬浮体系。涂料耐火骨料和助剂等能够充分渗透到砂型中，在铸造浇注的过程中产生的氧化性气氛能够把CO氧化成CO₂，避免以C原子的形式渗透到铸件内部。渗透层在金属液的热作用下能够与高耐火的特殊面砂充分烧结在一起，形成致密的耐火层，与屏蔽型耐热面层涂料层一起，阻挡呋喃树脂受热后的分解产物与钢液接触，能大幅度减少用呋喃树脂砂工艺生产大型超低碳不锈钢铸件表面的渗碳层厚度。

与传统的铸造涂料不同，本发明的防渗碳涂料具有高渗透性，涂料中的耐火骨料由超细粉体材料构成，可完全渗入到砂型内部，耐火度高，表面平整光洁，不仅能防止铸钢件的粘砂，而且能有效提高铸钢件的表面质量；另一方面，在高温金属液的热作用下，易烧结成致密的机械阻挡烧结涂层，起到阻隔CO气体渗入钢水中的屏蔽作用。  

涂料中的氧化助剂在金属液的热作用下，能分解出大量氧气，在钢水-铸型界面处与CO反应生成CO₂，逸出型外，达到防止CO气体的分解而溶于钢水中出现铸钢件表面渗碳等缺陷的目的。

采用本发明的超低碳不锈钢铸件防渗碳涂料，能够减少呋喃树脂砂在浇注与冷却过程中会释放出的CO气体向铸件内部渗入，使超低碳不锈钢铸件表面渗碳层厚度降低到3mm以下，进而提高超低碳不锈钢铸件的表面质量。

与CO反应生成CO₂，逸出型外，达到防止CO气体的分解而溶于钢水中出现铸钢件表面渗碳等缺陷的目的。经过两方面的协同作用，本发明的涂料具有良好的防渗碳作用。

本发明的涂料在一些重要的水轮机叶片超低碳不锈钢铸件上进行了浇注，结果表明，用上述配方配制的防渗碳涂料浇注的超低碳不锈钢铸件的表面渗碳层厚度≤3mm，明显优于普通涂料。

具体实施方式

实施例一

一种超低碳不锈钢铸件防渗碳涂料，是由耐火骨料白刚玉粉50%、氧化剂硝酸钾或高锰酸钾 5%、烧结助剂滑石粉8%、有机粘结剂松香或树脂2%、膨润土悬浮剂2%，助剂超细硅酸铝或氧化钛0.2%和浓度为95%的乙醇溶剂32.8%混合配制成。

实施例二

一种超低碳不锈钢铸件防渗碳涂料，是由耐火骨料白刚玉粉57%、氧化剂重铬酸钾 6%、烧结助剂滑石粉3%、有机粘结剂松香1%、膨润土悬浮剂3%，助剂超细硅酸铝0.4%和浓度为98%的溶剂异丙醇29.6%混合制成。

实施例三

一种超低碳不锈钢铸件防渗碳涂料，是由耐火骨料白刚玉粉50%、氧化剂氯酸钾 9%、烧结助剂云母粉6.8%、膨润土悬浮剂5%，助剂氧化钛0.4%和浓度为95%的乙醇溶剂28.8%混合制备成。

实施例四

一种超低碳不锈钢铸件防渗碳涂料，是由耐火骨料白刚玉粉50%、氧化剂硝酸钾 5%、烧结助剂滑石粉3.3%、有机粘结剂松香1.3%、膨润土悬浮剂2%，助剂氧化钛0.2%和浓度为95%的溶剂乙醇38.2%混合制成。

Claims (4)

1.一种超低碳不锈钢铸件防渗碳涂料，其特征在于主要是由：白刚玉粉50-60%，氧化剂5-10%，烧结助剂3-8%，有机粘结剂1-3%，膨润土悬浮剂2-5%，助剂0.2-0.4%，溶剂28.8-38.2%材料混合配制而成，所述的百分比为重量百分比；

所述白刚玉粉的粒度≤3μm，氧化剂的粒度≤5μm；

所述氧化剂为硝酸钾、高锰酸钾、重铬酸钾、氯酸钾中的一种或几种；

所述烧结助剂为滑石粉、长石粉、云母粉、粘土中的一种或几种；滑石粉的粒度≤5μm；

所述有机粘结剂为松香或树脂；

所述溶剂为乙醇或异丙醇，乙醇浓度≥95%，异丙醇浓度≥98%。

2.根据权利要求1所述的一种超低碳不锈钢铸件防渗碳涂料，其特征是由耐火骨料白刚玉粉50%、氧化剂重硝酸钾或高锰酸钾 5%、烧结助剂滑石粉8%、有机粘结剂松香或树脂2%、膨润土悬浮剂2%，助剂超细硅酸铝0.2%和浓度为95%的乙醇溶剂32.8%混合配制成。

3.根据权利要求1所述的一种超低碳不锈钢铸件防渗碳涂料，其特征是由耐火骨料白刚玉粉57%、氧化剂重铬酸钾 6%、烧结助剂滑石粉3%、有机粘结剂松香1%、膨润土悬浮剂3%，助剂氧化钛0.4%和浓度为98%的溶剂异丙醇29.6%混合制成。

4.根据权利要求1所述的一种超低碳不锈钢铸件防渗碳涂料，其特征是由耐火骨料白刚玉粉50%、氧化剂硝酸钾 5%、烧结助剂滑石粉3.3%、有机粘结剂松香1.3%、膨润土悬浮剂2%，助剂超细硅酸铝0.2%和浓度为95%的溶剂乙醇38.2%混合制成。