CN103276169A

CN103276169A - 一种不锈钢高温表面氧化纳米隔离剂

Info

Publication number: CN103276169A
Application number: CN2013101507714A
Authority: CN
Inventors: 沈白; 李英霞; 胡羲文
Original assignee: Shanghai Fanggan Metallurgy Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Fanggan Metallurgy Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2033-04-26
Also published as: CN103276169B

Abstract

本发明涉及一种不锈钢高温表面氧化纳米隔离剂，其组分及重量百分比为：锆英石40%～70%，高炉渣20%～40%，纳米二氧化硅5%～30%，硼砂1%～20%，纳米氢氧化锶0.1%～5%，硅溶胶1%～15%，海藻酸钠1%～3%，加入的水为上述总重量的50%～70%，通过机械混合法制成。本高温氧化隔离剂适用于不锈钢坯在1200～1400℃/1～10小时加热时防氧化，被喷涂或刷涂在常温至800℃的不锈钢表面，隔离剂厚度为20～100μm，高温氧化隔离剂常温（25℃）晾干时间为0.5～1小时，高温下形成致密的熔融玻璃态，阻止氧原子向不锈钢基体的扩散，由于大量的锆英石及高炉渣应用于防氧化隔离剂，降低了隔离剂的成本，节约了资源。

Description

一种不锈钢高温表面氧化纳米隔离剂

技术领域

本发明涉及抗氧化隔离剂技术领域，具体为一种不锈钢高温表面氧化纳米隔离剂。

背景技术

钢坯热轧前一般需要经过在1200℃～1400℃的加热炉内较长时间的加热，加热炉内的强氧化气氛会加速钢坯的氧化，烧损率高达0.5%～3%，例如奥氏体不锈钢316在遇到降温或炉内温度不均匀时，表面的部分氧化层极易脱落，掉落在加热炉内，造成侵蚀炉底，不仅如此，不锈钢由于含有大量的合金元素Ni、Cr，氧化层不易完全脱除，且基体存在铬贫化层，必须采用酸洗等后续工序，耗费大量的酸。

目前解决不锈钢加热过程中降低氧化烧损率和提高除鳞效果的技术有控制加热炉气氛及隔离剂防护技术，控制加热炉气氛由于成本较高而在很多钢厂内难以实现；故大多数进行防护的钢厂采用的是隔离层防护技术。

中国专利CN101265372B公开了一种不锈钢高温抗氧化涂料，由30～50份无机矿粉，50～70份无机粘结剂，0.1～1份悬浮剂，200份水组成，其特点是：粘结剂用量大，但只能喷涂或刷涂在500℃以内的不锈钢坯基体表面，涂刷温度范围仍较窄。中国专利CN101486848B公开了一种高温防氧化干粉涂料，用于不锈钢及耐热钢的高温防护，由45～50玻璃料：40～45粘土：5～10滑石粉组成，其特点在于该涂料是用于900℃～1200℃下的防氧化脱碳，不具备1200℃以上的高温防护，高温防护范围过窄。中国专利CN101462859B公开了一种降低不锈钢在加热炉内氧化烧损的高温防氧化涂料，由30%‐90%二氧化硅、1%‐60%三氧化二铝。1%‐10%氧化镁、1%‐5%氧化钙和0‐5%三氧化二硼组成，此特点是涂层厚度为0.1‐2毫米，涂料用量较大。中国专利CN102070299A公布了一种不锈钢高温表面防护技术，采用的是在不锈钢基材表面涂覆玻璃涂层，涂层的化学成分为50%～70%的基体剂二氧化硅、10%～20%的基体剂三氧化二铝、5%～20%的助熔剂（K₂O、B₂O₃中的一种或几种）、1%～5%的密着剂（CoO、FeO中的一种或几种）、1%～10%的辅助剂（CaO、MgO、MnO₂、TiO₂中的一种或几种）按重量百分比组成，其特点在于涂层所用的玻璃粉是先在加热炉内熔化为均有熔体，并经冷却球磨制的平均粒度小于30微米，耗时耗能，涂料在喷涂或刷涂后需要晾晒1～20小时，涂料干燥时间较长。中国专利CN101003848A公开了一种用于钢坯退火时的纳米硅酸盐涂料，由20%～30%的复合粘合剂、8%～12%的复合磷酸盐固化剂、58%～72%的复合硅铝酸盐填料组成，但是其实施及制备工艺复杂，且可喷涂钢坯温度范围较窄而限制了其应用。

针对目前不锈钢防护隔离剂存在的问题，比如涂刷温度范围窄、隔离剂用量大、隔离剂制备及实施工艺复杂、防护温度低等，有必要研发出具有耐高温、价格相对低廉、对各种不锈钢具有普适性的抗氧化隔离剂，这对降低不锈钢加热过程中氧化烧损、抑制表层元素贫化、提高除鳞效果具有重要的现实意义。

发明内容

本发明是为了解决现有不锈钢加热过程中基体表面易造成氧化烧损、镍铬元素贫化和氧化层脱除困难等问题，提供一种不锈钢高温表面氧化纳米隔离剂。

本发明是采用如下技术方案来实现的：一种不锈钢高温表面氧化纳米隔离剂，由下列重量比的原料组成：

锆英石 40%～70%，

高炉渣 20%～40%，

纳米二氧化硅 5%～30%，

硼砂 1%～20%，

纳米氢氧化锶 0.1%～5%，

硅溶胶 1%～15%，

海藻酸钠 1%～3%，

加入的水为上述总重量的50%～70%，将上述的各物料按比例混合，采用机械混合法混合均匀。其中的纳米二氧化硅和硼砂作为锆英石和高炉渣的助熔剂，纳米氢氧化锶和硅溶胶作为隔离剂的粘结剂，海藻酸钠作为此隔离剂的悬浮剂。本发明中添加的纳米材料均为市售，其中所述纳米二氧化硅的粒度为200nm～500nm，所述纳米氢氧化锶的粒度为80nm～150nm。本隔离剂中锆英石的粒度要求为100～200μm，高炉渣的粒度要求为100～150μm，硼砂的粒度为50～100μm。

所述高温表面氧化纳米隔离剂适用于不锈钢在1200～1400℃/1～10小时加热时防护，高温下形成致密的熔融玻璃态，阻止氧原子向不锈钢基体的扩散，不仅降低氧化烧损，还减缓不锈钢表面铬元素的贫化，隔离层在加热完毕后自动脱落，露出光亮的金属基体。该隔离剂被喷涂或刷涂在常温至800℃范围内的不锈钢表面，隔离层厚度为20～100μm，隔离剂常温（25℃）晾干时间为0.5～1小时。所述隔离剂防护的不锈钢包括铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、镍铬系奥氏体不锈钢、双相不锈钢及沉淀硬化型不锈钢。

本发明的优点和积极效果充分表现在以下几个方面：

1.本发明的不锈钢高温表面氧化纳米隔离剂含有高炉渣矿渣及锆英石矿粉，得到了高值化利用，虽含有纳米材料，但制备工艺和隔离剂实施工艺均较简单，一定程度上降低了纳米材料应用时的成本。

2.本发明的不锈钢隔离剂防护温度高，适用于不锈钢在1200～1400℃/1～10小时加热时防护，可有效降低氧化烧损、抑制铬元素贫化、提高除鳞效果。

3.本发明的不锈钢隔离剂喷涂后的隔离剂厚度仅为20～100μm，节约了隔离剂的用量；常温（25℃）晾干时间为0.5～1小时，强化了隔离剂的可实施性。

4.本发明的不锈钢高温表面氧化纳米隔离剂粘结剂添加量较少，可喷涂在800℃以内的不锈钢坯上。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

按锆英石50%，高炉渣25%，纳米二氧化硅10%，硼砂10%，纳米氢氧化锶3%，硅溶胶1%，海藻酸钠1%的比例配置隔离剂，加入的水为前述总重量的50%，于球磨机中将隔离剂混合研磨均匀，得到本发明的高温防氧化纳米隔离剂A。

将隔离剂A喷涂在常温的奥氏体不锈钢0Cr17Ni12Mo2表面，形成100μm的灰白色隔离层，将喷涂的钢坯和未喷涂的钢坯同时入炉，在1300℃保温2小时。喷涂隔离剂的钢坯在出炉后表面隔离层自动脱落，露出光亮的金属基体，和未喷涂隔离剂的钢坯相比，单位面积氧化烧损减低98%，酸洗时间降低至原来的1/2。

实施例2

按锆英石40%，高炉渣30%，纳米二氧化硅15%，硼砂5%，纳米氢氧化锶5%，硅溶胶3%，海藻酸钠2%的比例配置隔离剂，加入的水为前述总重量的50～70%，于球磨机中将隔离剂混合研磨均匀，得到本发明的高温防氧化纳米隔离剂B。

将隔离剂B喷涂在600℃的铁素体不锈钢1Cr17表面，形成50μm的灰白色隔离层，将喷涂的钢坯和未喷涂的钢坯同时入炉，在1200℃保温2小时。喷涂隔离剂的钢坯在出炉后表面隔离剂自动脱落，露出光亮的金属基体，和未喷涂隔离剂的钢坯相比，单位面积氧化烧损减低95%，酸洗时间降低至原来的2/3。

实施例3

按锆英石60%，高炉渣20%，纳米二氧化硅10%，硼砂5%，纳米氢氧化锶2%，硅溶胶1%，海藻酸钠2%的比例配置隔离剂，加入的水为前述总重量的60%，于球磨机中将隔离剂混合研磨均匀，得到本发明的高温防氧化纳米隔离剂C。

将隔离剂C喷涂在800℃的马氏体不锈钢7Cr17表面，形成50μm的灰白色隔离层，将喷涂的钢坯和未喷涂的钢坯同时入炉，在1220℃保温1小时。喷涂隔离剂的钢坯在出炉后表面隔离层自动脱落，露出光亮的金属基体，和未喷涂隔离剂的钢坯相比，单位面积氧化烧损减低99%，酸洗时间降低至原来的1/3。

实施例4

按锆英石65%，高炉渣20%，纳米二氧化硅5%，硼砂5%，纳米氢氧化锶1%，硅溶胶1%，海藻酸钠3%的比例配置隔离剂，加入的水为前述总重量的70%，于球磨机中将隔离剂混合研磨均匀，得到本发明的高温防氧化纳米隔离剂D。将隔离剂D喷涂在300℃的双相不锈钢1Cr18Ni11Si4AlTi表面，形成60μm的灰白色隔离层，将喷涂的钢坯和未喷涂的钢坯同时入炉，在1320℃保温4小时。喷涂隔离剂的钢坯在出炉后表面隔离层自动脱落，露出光亮的金属基体，和未喷涂隔离剂的钢坯相比，单位面积氧化烧损减低92%，酸洗时间降低至原来的2/5。

实施例5

按锆英石55%，高炉渣30%，纳米二氧化硅6%，硼砂5%，纳米氢氧化锶1%，硅溶胶2%，海藻酸钠1%的比例配置隔离剂，加入的水为前述总重量的55%，于球磨机中将隔离剂混合研磨均匀，得到本发明的高温防氧化纳米隔离剂E。

将隔离剂E喷涂在200℃的奥氏体不锈钢1Cr18Ni9表面，形成80μm的灰白色隔离层，将喷涂的钢坯和未喷涂的钢坯同时入炉，在1320℃保温2小时。喷涂隔离剂的钢坯在出炉后表面隔离层自动脱落，露出光亮的金属基体，和未喷涂隔离剂的钢坯相比，单位面积氧化烧损减低94%，酸洗时间降低至原来的3/5。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种不锈钢高温表面氧化纳米隔离剂，其特征在于，其组分及重量百分比为：锆英石40%～70%，高炉渣20%～40%，纳米二氧化硅5%～30%，硼砂1%～20%，纳米氢氧化锶0.1%～5%，硅溶胶1%～15%，海藻酸钠1%～3%，加入的水为上述总重量的50%～70%，采用机械混合法混合均匀。

2.根据权利要求1所述的不锈钢高温表面氧化纳米隔离剂，其特征在于，纳米二氧化硅的粒度为200nm～500nm，纳米氢氧化锶的粒度为80nm～150nm。

3.根据权利要求1所述的不锈钢高温表面氧化纳米隔离剂，其特征在于，所述的隔离剂适用于不锈钢在1200～1300℃/1～10小时加热时的防护，隔离剂在加热完毕后自动脱落，露出光亮的金属基体。

4.根据权利要求3所述的不锈钢高温表面氧化纳米隔离剂，其特征在于，所述隔离剂被喷涂在常温至800℃范围内的不锈钢基体表面，隔离剂常温晾干时间为0.5～1小时，隔离剂厚度为20～100μm。

5.根据权利要求3所述的不锈钢高温表面氧化纳米隔离剂，其特征在于，所述的隔离剂可用于铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、镍铬系奥氏体不锈钢、双相不锈钢及沉淀硬化型不锈钢。

6.根据权利要求1所述的不锈钢高温表面氧化纳米隔离剂，其特征在于，纳米二氧化硅和硼砂作为锆英石和高炉渣的助熔剂，纳米氢氧化锶和硅溶胶作为隔离剂的粘结剂，海藻酸钠作为此隔离剂的悬浮剂。