CN105969092B - 油性隔离钛-钢涂料及其应用 - Google Patents

油性隔离钛-钢涂料及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及油性隔离钛‑钢涂料及其应用，属于钛‑钢防粘结涂层技术领域。本发明解决的技术问题是提供一种在钛管轧制中使用的油性隔离钛‑钢涂料。该涂料包括以下重量份的组分：油性成膜剂50～150份，铝粉350～400份，铁粉0～50份，三氧化二铁粉0～50份，三氧化二铝粉400～450份。本发明油性隔离钛‑钢涂料涂覆在钢铁设备、辊道、绞盘上，形成一层很好的隔离层，能保证钛锭在900℃轧制或穿孔过程中，不与钢铁设备轧辊或绞盘发生粘结反应，提高产品精度尺寸和表面质量，提高钛材加工的成材率和生产效率，降低成产成本。

Description

油性隔离钛-钢涂料及其应用
技术领域
本发明涉及油性隔离钛-钢涂料及其应用，属于钛-钢防粘结涂层技术领域。
背景技术
目前国内使用钛锭圆坯生产钛管均是直接将钛锭圆坯900℃在加热炉中保温4h以上，然后推出加热炉进行钛管的高温轧制。由于温度较高，钛以钛合金容易与钢铁轧制设备、辊道和轧制绞盘发生“粘钛”现象，这使钛管表面出现不同深度的“缺肉”现象，由于在轧制钛管时是转动穿孔、轧制，钛坯是在高速转动过程中进行穿孔轧制的，由于钛基钛合金高温特性作用，其很容易和铁发生粘敷现象，甚者可生成TiFe相。如果钛管表面生成TiFe相会严重影响钛材表面力学性能及组织，使钛管在后续加工及使用过程中带来各种缺陷、损耗、不耐腐蚀等缺陷问题；另外，由于“设备粘钛”导致在后续的轧制过程中要先打磨设备才能再次轧制后续钛坯。不能连续轧制钛管或钛材产品，浪费大量的时间和能耗；同时，为保证钛管的内、外径尺寸精度及表面质量，国内厂家都是将其进行切削处理进行后续加工才能保证钛管表面质量和内、外径的尺寸精度，这样损失较大，由于钛锭是由海绵钛反应制的，将轧制过程中对钛管表面的粘钢缺陷切削掉，严重影响钛材的成本及成材率，故需在轧制过程中尽量避免钛钢粘结现象。
常用的防粘结方法是采用隔离层将会发生粘结反应的两种物质隔离开。而目前，并没有使用耐高温钛钢防粘结涂层来防止钛钢粘结的报道，也没有适用的涂料。申请号为201410312370.9的专利公开了一种油性耐高温保护涂料，该涂料含有氧化保护剂和油性成膜剂；氧化保护剂含有Al粉和Fe粉，Al粉和Fe粉的重量比为1:0.01-0.1。该油性耐高温保护涂料主要作用是保证钛锭在1000℃高温下恒温8h表面不被氧化开裂，减少溶氧层的形成，该涂料主要喷涂在钛锭表面，应用在钛锭的退火工序中，保护其不被氧化。
而在钛管的轧制过程中，由于钛锭的变形，在钛锭表面喷涂该涂料以防止钛-钢粘结的效果不佳。若直接将该涂料喷涂于轧制绞盘表面，由于绞盘与钛锭的材质不同，成膜以及附着效果较差，无法很好的防止钛-钢粘结。此外，采用该涂料，需对每一个钛锭表面都要进行喷涂处理，再加上喷涂后涂料需要一定时间干燥，这样制备工艺就变得复杂，制备时间长，不能连续化高效生产。
因此，为解决上述问题，需要一种可在钛管轧制中使用的防钛钢粘结的涂料。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种在钛管轧制中使用的油性隔离钛-钢涂料。
本发明油性隔离钛-钢涂料，包括以下重量份的组分：油性成膜剂50～150份，铝粉350～400份，铁粉0～50份，三氧化二铁粉0～50份，三氧化二铝粉400～450份。
优选的，包括以下重量份的组分：油性成膜剂50～150份，铝粉350～400份，铁粉10～50份，三氧化二铁粉10～50份，三氧化二铝粉400～450份。
进一步优选的，包括以下重量份的组分：油性成膜剂100份，铝粉400份，铁粉50份，三氧化二铁粉50份，三氧化二铝粉450份。
本发明油性隔离钛-钢涂料优选还含有固化剂、分散剂和稀释剂中的至少一种。更优选所述油性隔离钛-钢涂料还包括固化剂1～2重量份、分散剂0.5～1.0重量份和稀释剂1～5重量份。更优选包括固化剂1重量份、分散剂0.5重量份和稀释剂5重量份。
作为优选方案，所述油性隔离钛-钢涂料由以下重量份的组分组成：油性成膜剂50～150份，铝粉350～400份，铁粉10～50份，三氧化二铁粉10～50份，三氧化二铝粉400～450份，固化剂1～2份，分散剂0.5～1.0份，稀释剂1～5份；优选由以下重量份的组分组成：油性成膜剂100份，铝粉400份，铁粉50份，三氧化二铁粉50份，三氧化二铝粉450份，固化剂1份，分散剂0.5份，稀释剂5份。
进一步的，所述油性成膜剂优选为油性环氧树脂、油性聚氨酯漆、油性丙烯酸乳胶漆、油性醇酸漆中的至少一种，更优选为油性环氧树脂。
作为优选方案，所述固化剂为二氧化硅粉、水玻璃、硅酸钾中的至少一种，所述分散剂为聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚氧化乙烯中的至少一种，所述稀释剂为有机溶剂。优选所述固化剂为二氧化硅粉，所述分散剂为聚乙烯醇，所述稀释剂为丙酮或乙酸乙酯。
本发明所述油性隔离钛-钢涂料的pH值优选为7.5～9.5，固含量优选为85～90％；更优选所述油性隔离钛-钢涂料的固含量为87％。
本发明还提供本发明油性隔离钛-钢涂料在高温轧制钛管中的应用。
在钛管轧制之前，将本发明油性隔离钛-钢涂料涂覆在轧辊表面和/或绞盘表面后，在室温下自然干燥，形成0.20～0.40mm的膜，优选形成0.30mm的膜。
涂覆方式优选为气压喷涂、真空喷涂或刷涂。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明油性隔离钛-钢涂料涂覆在钢铁设备、辊道、绞盘上，形成一层很好的隔离层，能保证钛锭在900℃轧制或穿孔过程中，不与钢铁设备轧辊或绞盘发生粘结反应，提高产品精度尺寸和表面质量，提高钛材加工的成材率和生产效率，降低成产成本。
本发明油性防钛钢粘结的生产和使用工艺简单、易操作，可以在装有气压喷涂、真空喷涂和刷涂设备的生产线上使用。
本发明的产品为油性环保耐高温防粘结涂料，涂料中不含有RoHS质量中限制的有害元素，同时，本品在空气中没有有毒物质挥发，不影响施工环境等的环保功效。
本发明油性隔离钛-钢涂料可以使用时现场配制，配制时间短，简单可行；也可以配制生产后使用，室温下，涂料稳定放置稳定性可达到6个月以上，会出现沉淀、分层现象，但是，使用时摇匀或重新进行搅拌即可。
具体实施方式
本发明油性隔离钛-钢涂料，包括以下重量份的组分：油性成膜剂50～150份，铝粉350～400份，铁粉0～50份，三氧化二铁粉0～50份，三氧化二铝粉400～450份。
优选的，包括以下重量份的组分：油性成膜剂50～150份，铝粉350～400份，铁粉10～50份，三氧化二铁粉10～50份，三氧化二铝粉400～450份。
进一步优选的，包括以下重量份的组分：油性成膜剂100份，铝粉400份，铁粉50份，三氧化二铁粉50份，三氧化二铝粉450份。
为了进一步提高本发明油性隔离钛-钢涂料在绞盘或轧辊表面的附着性，本发明油性隔离钛-钢涂料优选还含有固化剂、分散剂和稀释剂中的至少一种。更优选所述油性隔离钛-钢涂料还包括固化剂1～2重量份、分散剂0.5～1.0重量份和稀释剂1～5重量份。更优选包括固化剂1重量份、分散剂0.5重量份和稀释剂5重量份。
作为优选方案，所述油性隔离钛-钢涂料由以下重量份的组分组成：油性成膜剂50～150份，铝粉350～400份，铁粉10～50份，三氧化二铁粉10～50份，三氧化二铝粉400～450份，固化剂1～2份，分散剂0.5～1.0份，稀释剂1～5份；优选由以下重量份的组分组成：油性成膜剂100份，铝粉400份，铁粉50份，三氧化二铁粉50份，三氧化二铝粉450份，固化剂1份，分散剂0.5份，稀释剂5份。
本发明对于油性成膜剂无特殊要求，可以采用本领域常用的各种油性成膜剂，例如，油性成膜剂可以为油性环氧树脂、油性聚氨酯漆、油性丙烯酸乳胶漆、油性醇酸漆中的至少一种，优选为油性环氧树脂。对于油性环氧树脂的固含量无特殊要求，可以采用本领域常用的油性环氧树脂，油性环氧树脂的固含量优选为40～60wt％。
本发明中，固化剂、分散剂、稀释剂的具体种类无特殊要求，可以采用本领域常用的各种固化剂、分散剂、稀释剂。优选的，所述固化剂为二氧化硅粉、水玻璃、硅酸钾等，所述分散剂为聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚氧化乙烯中的至少一种，所述稀释剂为有机溶剂；更优选所述固化剂为二氧化硅粉，所述分散剂为聚乙烯醇，所述稀释剂为丙酮或乙酸乙酯。
本发明所述油性隔离钛-钢涂料的pH值优选为7.5～9.5，固含量优选为85～90％；更优选所述油性隔离钛-钢涂料的固含量为87％。直接涂覆在绞盘或轧辊表面，能迅速固化，形成 自干型涂层，且由于固含量高，不会出现膜层流淌现象，涂层附着性非常好，无论在湿膜还是干膜时，涂层附着性都能满足钛锭辊道振动机摩擦的需要，不会出现涂层掉皮或掉粉现象。
本发明油性隔离钛-钢涂料的制备方法无特殊要求，可以采用本领域常用的各种方法，只要将各组分混合均匀即可，可现用现配。但本发明的发明人在研究中发现，采用如下方法制备油性隔离钛-钢涂料，能够使各组分混合得更均匀。具体方法为：先将油性成膜剂与稀释剂混合进行稀释，然后在搅拌下，缓慢加入铝粉、铁粉、三氧化二铁粉和三氧化二铝粉，然后再加入固化剂，搅拌均匀，再加入分散剂，搅拌至呈均匀稳定相即可。
本发明油性隔离钛-钢涂料可在高温轧制钛管中使用。
在钛管轧制之前，将本发明油性隔离钛-钢涂料涂覆在轧辊表面或绞盘表面后，在室温下自然干燥，形成0.20～0.40mm的膜，优选形成0.30mm的膜。此处的膜厚度为干膜层的厚度。当膜层附着量不到0.20mm时，在轧制或穿孔过程中，钛锭旋转、粘贴造成涂层附着量厚度逐渐降低，所以要保证有足够的涂层厚度，防止被钛管全部粘掉，得不到充分的耐高温氧化保护。若膜层附着量超过0.40mm时，成本升高。
将本发明油性隔离钛-钢涂料涂覆在轧辊表面/绞盘的表面后，在室温下就可以在5～10min内自然干燥，同时，在涂漆过程中，涂料粘附性能好，不会出现流淌、流挂等现象，对于涂敷方法、干燥方法等没有特别限定，涂覆方式可以使用气压喷涂、真空喷涂和刷涂，可根据现场实际情况需要进行相应施工方式。
本发明油性隔离钛-钢涂料使用的温度没有特别限制，但由于本发明的处理剂的溶剂是油，保证油不结冰及汽化的温度条件即可，一般在常温下使用。
固化过程中，仅需除去附着在涂层表面的油分，因而不需要再添加任何促进剂，主要固化方式是自然环境下5min内自然固化，使用热风干燥或感应加热等方法也可，涂层固化后，涂层不会出现掉粉和龟裂现象。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1～5
在常温常压下，称取环氧树脂(固体份含量50％)置于容器中，待用；加入稀释剂，搅拌均匀后待用；量取Al粉、Fe粉和Fe2O3粉、Al2O3粉，缓慢加入容器中，加入过程中要不断搅拌，搅拌均匀；再量取固化剂SiO2粉，加入容器中，搅拌均匀；再量取加入分散剂聚乙烯醇200加入容器中，进行搅拌，待溶液呈均匀稳定相，即得本发明的油性隔离钛-钢涂料。各原料的用量将表1。
对比例1～2
采用实施例1的方法，改变各原料的用量，制备得到涂料，各原料的用量见表1。
表1
测定实施例1～5、对比例1～2的涂料的pH值和固含量，结果见表2。
表2
编号 pH值 固含量(％)
实施例1 8.5 87
实施例2 9.5 90
实施例3 7.5 85
实施例4 8 87
实施例5 8.5 90
对比例1 8.5 87
对比例2 8.5 87
采用气压喷涂、真空喷涂或者手工刷涂的方式将实施例和对比例的涂料涂覆在钢铁设备表面、轧辊表面或者绞盘表面后，在室温下自然干燥、固化5～10min，得到厚度为0.2～0.4mm的膜层。在900℃下进行钛管轧制。具体粘结情况见表3。
表3
从表3中可以看出，采用实施例1～5的涂料涂覆设备，轧制后得到的钛管表面质量良好，钛管与轧辊、绞盘等几乎不粘结。不涂覆任何涂料(即空白对照组)的轧辊或绞盘，轧制后得到的钛管，钛管表面缺陷严重，设备也会有一定程度的粘钛，需要打磨后才能继续使用。采用对比例1和2的涂料涂覆设备，轧制后的钛管表面缺陷率依旧较高，不能很好的防止钛钢粘结。
此外，本发明的涂料油性隔离钛-钢涂料涂覆在钢铁设备、辊道、绞盘上，能极大程度的降低钛管的成产成本。其成本核算如下：
轧制钛管，设计年产1万吨产能，以每个钛锭(坯子)1.5吨计算，每年要生产6300个左右的钛坯锭，以每个钛锭出现钛钢粘结5～20mm深度计算，每个钛锭要切削掉100～200公斤，以钛锭80000元/吨计算，每个钛锭因粘钛切削部分损失在8000～16000元之间，同时，还要花费大量的人力、物力进行切削，额外增加生产成本和生产时间，而采用本技术，将为钛管及其他钛合金产品的生产节约大量的生产成本，以每个钛锭轧制过程中使用涂料2～5kg计算，每涂料价格按20万/吨计算，本技术的新增效益见下式所示：万元；
W-每年钛锭的生产量：以1万吨计算，约每年生产6300个钛锭；
A-每个钛锭因粘钛-钢层问题切削的量：按50Kg计算/钛锭；
P1-钛锭的成本：80元/Kg；
W1-喷涂耐高温防粘结涂层的消耗量，3Kg/锭；
P2-每吨耐高温防粘结涂层价格：按200元/Kg计算；
Y-每年采用本技术产生的新增效益：
则：
Y＝(P1×A-W1×P2)×W
＝(4000-600)×6300
＝2142(万元)。

Claims (12)

1.油性隔离钛-钢涂料，其特征在于，所述油性隔离钛-钢涂料涂敷在轧辊表面和/或绞盘表面,且由以下重量份的组分组成：油性成膜剂50～150份，铝粉350～400份，铁粉10～50份，三氧化二铁粉10～50份，三氧化二铝粉400～450份，固化剂1～2份，分散剂0.5～1.0份，稀释剂1～5份，所述固化剂为二氧化硅粉、水玻璃、硅酸钾中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的油性隔离钛-钢涂料，其特征在于，所述油性隔离钛-钢涂料由以下重量份的组分组成：油性成膜剂100份，铝粉400份，铁粉50份，三氧化二铁粉50份，三氧化二铝粉450份，固化剂1份，分散剂0.5份，稀释剂5份。
3.根据权利要求1或2所述的油性隔离钛-钢涂料，其特征在于：所述油性成膜剂为油性环氧树脂、油性聚氨酯漆、油性丙烯酸乳胶漆、油性醇酸漆中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的油性隔离钛-钢涂料，其特征在于：所述油性成膜剂为油性环氧树脂。
5.根据权利要求1或2所述的油性隔离钛-钢涂料，其特征在于：所述分散剂为聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚氧化乙烯中的至少一种，所述稀释剂为有机溶剂。
6.根据权利要求5所述的油性隔离钛-钢涂料，其特征在于：所述固化剂为二氧化硅粉，所述分散剂为聚乙烯醇，所述稀释剂为丙酮或乙酸乙酯。
7.根据权利要求1或2所述的油性隔离钛-钢涂料，其特征在于：所述油性隔离钛-钢涂料的pH值为7.5～9.5，固含量为85～90%。
8.根据权利要求7所述的油性隔离钛-钢涂料，其特征在于：所述油性隔离钛-钢涂料的固含量为87%。
9.权利要求1～8任一项所述的油性隔离钛-钢涂料在高温轧制钛管中的应用。
10.根据权利要求9所述的油性隔离钛-钢涂料在高温轧制钛管中的应用，其特征在于：将油性隔离钛-钢涂料涂敷在轧辊表面和/或绞盘表面后，在室温下自然干燥，形成0.20～0.40 mm的膜。
11.根据权利要求10所述的油性隔离钛-钢涂料在高温轧制钛管中的应用，其特征在于：形成0.3mm的膜。
12.根据权利要求10或11所述的油性隔离钛-钢涂料在高温轧制钛管中的应用，其特征在于：涂敷方法为气压喷涂、真空喷涂或刷涂。
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