CN109294298A - 一种应用于高温钢材抗氧化涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种应用于高温钢材抗氧化涂料及其制备方法，属于高温抗氧化涂料制备技术领域。基于钢材基体热处理的研究，开发了一种应用于高温钢材的抗氧化涂料，尤其适用于碳钢，硅钢等长时保温热处理过程中。一种应用于高温钢材抗氧化涂料，其特征在于：所诉涂料的成分及质量配比包括：无机粘合剂30‑50，铝矾土10‑40，水50‑100，氧化铬3‑5，镁砂20‑50，长石20‑50，工业铝粉0‑10，助剂1‑2。该涂料可以采用喷涂、刷涂、辊涂等施工工艺，将涂料涂布与待加热工件表面，随工件加热进行热处理，可有效防止工件在热处理过程中的高温氧化。

Description

一种应用于高温钢材抗氧化涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于高温抗氧化涂料技术领域，基于钢材基体热处理的研究，开发了一种高温抗氧化涂料，尤其适用于碳钢，硅钢等长时保温热处理过程中。
技术背景
钢铁材料在高温氧化性气氛下都会发生表面氧化，氧化不仅引起钢铁损耗，还会导致钢铁中合金元素的贫化，影响钢铁产品的质量和机械性能。众所周知，钢坯在轧制前，一般都要经过一定温度和氧化性气氛的加热炉加热或均热。由于钢坯在加热炉内被长时间加热，其表面与气氛中的氧在高温下发生强烈的氧化反应而生成大量的氧化铁皮，使钢的成材率显著降低。有关资料介绍钢材因各种热作用造成的氧化损失，相当于世界年产粗钢的4-6％。对于中高碳钢，在加热过程中除氧化烧损外，还会造成表面脱碳，机械性能降低。对于含有Ni、Cu、Cr、Si等合金元素的特殊钢，加热时这些元素发生氧化，在钢坯表面形成很难剥落的金属氧化物表层，轧制前即使用高压水清除也很难全部除尽，轧制时容易被压入钢中，形成表面缺陷。为了减少钢的氧化烧损，提高成材率改善钢质量，研究一种在加热过程中对钢具有良好的保护性能，出炉后又能及时剥落的防止钢坯氧化用涂料是很有意义的。
一般碱性耐火材料以氧化镁，氧化钙为主要成分，常用的是镁砖，含氧化镁80％-85％以上的镁砖，对碱性渣和铁渣有很好的抵抗性，耐火度比粘土砖和硅砖高，氧化铬直接做耐火材料，或与氧化镁，氧化铝等制成复合耐火材料，还可以作为催化剂及其载体。经过几十年的发展，以MgO-Cr2O3系为主要原料的抗氧化涂料的技术日渐成熟，但是该技术存在一个突出的问题就是涂料在热处理的保护过程中，抗氧化性能远没有达到理论鲜果，热处理结束后，随着钢坯的出炉，运动在没有达到高压水除磷之前，抗氧化涂层和氧化铁液易发生流淌，在炉中较大沉积，腐蚀立柱和横梁及加热炉，对生产造成危害。
关于用于钢坯加热过程的防氧化涂料，国内外科技工作者开展了一些研究。目前现有的高温防氧化涂料主要有两类：有机硅酸盐涂料与无机玻璃体涂料。
美国Dampney公司制备的Thumalox240绿色有机硅树脂玻璃涂层，用于Inland钢铁公司反射炉喷射器上，在480～760℃下使用三年保护性能良好，能耐热、耐化学腐蚀和温度交变。日本小田岛寿男等人在1983年曾发表了相关防氧化剂涂料的文章，他们研制的防氧化剂分别为用于特殊钢上的金属Al系防氧化涂料与用于普碳钢上的MnNO2系防氧化
涂料，使用后钢坯的氧化烧损减少了98％。这种防氧化剂涂料的研制与使用都存在局限性，一是涂料的防氧化温度过低，约在1000℃左右，另外一部分部分研究成果是针对某一特种钢材(如不锈钢、硅钢和一些航空用特种钢材等)，涂料成本过高，没有普遍适用性。中国专利CN200610076257.0采用磷酸盐制备了防氧化涂料，但使用温度适用于1200℃，不适用于1300℃以上的高温。
目前，国内的高温抗氧化涂料性能明显落后与一些发达国家，由于发达国家在产品配方上严格保密，使得这些涂料价格昂贵，且在国内市场很难买到。国内钢材热处理的氧化问题非常突出，严重影响了轧钢材料的质量，效益和竞争力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有耐高温使用条件、钢种普遍适用性、成本低的能够防止钢坯脱碳和抗氧化的涂料及制备方法，有效降低钢铁行业轧制过程中氧化烧损，解决轧制钢材的表面质量问题。
我们提出的解决方案是：在高温下，钢铁基体高温氧化形成氧化铁，与涂层中大量活性氧化镁反应：MgO+Fe2O3----MgFe2O4，铁酸镁热稳定行好，在900℃开始形成。晶体学研究表明：Mg2+可进入磁铁矿晶格中取代Fe2+和填充在八面体空位中形成镁磁铁矿，从而降低了晶格缺陷的程度，稳定了磁铁矿。同时氧化镁与长石中的二氧化硅反应生成硅酸镁：2MgO+SiO------Mg2SiO4；硅酸镁的形成有助于涂层的致密化。涂层能有效地降低高温炉中钢坯的便面氧化和脱碳，在钢坯表面形成一层致密的保护层，从而与钢坯便面与炉内气体相隔绝，起到保护钢坯的作用。引入工业铝粉，增加其在低温下涂层强度和抗氧化性，减少涂层内部的氧分压，使其成为缺氧状态，得到低温下的致密涂层，随着温度的升高，其他成分发挥作用，在高温下能在钢坯表面形成致密的保护层，屏蔽隔绝了氧化性气氛和钢坯的接触。通过调整氧化铬的用量，可以制备使用温度范围较宽的涂料，还能调节图层的热膨胀系数，使涂层在不同温度下与钢材基体都可以达到一个相对平衡的热膨胀系数，防止因急冷急热产生涂层脱落。
主要原材料的规格和来源：
原料名称 规格/型号 生产厂家
钾水玻璃 模数3.0 北京红星化工有限公司
钠水玻璃 模数3.5 北京红星化工有限公司
铝矾土 1250目 灵寿县灵鑫矿产品加工厂
镁砂 1250目 郑州旭东耐火材料有限公司
氧化铬 纯度≥98％，粒径3-5um 湖南诺立新材料有限公司
长石 1250目 郑州旭东耐火材料有限公司
工业铝粉 纯度≥98％，粒径3-5um 安徽旭阳化工颜料有限公司
分散剂 BYK190 北京华凌涂料
消泡剂 TEG0901E 南京汉宝工业原料有限公司
润湿剂 TEG04100 南京汉宝工业原料有限公司
增稠剂 气相二氧化硅R972 北京海威嘉逸
具体实施方式
1 一种应用于高温钢材抗氧化涂料其特征在于：所诉涂料的成分及质量配比包括：无机粘合剂30-50，铝矾土10-40，水50-100，氧化铬3-5，镁砂20-50，长石20-50，工业铝粉0-10，助剂1-2。
2 根据权利要求1所述镁砂中氧化镁的纯度≥92％。
3 根据权利要求1所述氧化铬为含量大于98％的颜料级别的三氧化铬。
4 根据权利要求1所述无机粘合剂是钠水玻璃、钾水玻璃中的一种或两种。
5 一种如权利要求1所述的水性耐高温抗氧化无机涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：将无机粘合剂30-50份，铝矾土10-40份，水50-100份，氧化铬3-5份，镁砂20-50份，长石20-50份，工业铝粉0-10份，助剂1-2份。依次加入到混合锅中，高速搅拌30-50分钟，将混合好的混合物加热球磨罐中球磨24小时，磨得混合物细度小于30微米。
6 一种如权利要求1所述助剂为消泡剂，分散剂，润湿剂，流平剂，增稠剂中的一种或多种。
7 一种如权利要求1所述长石和碳化硼为涂料级别，细度大于1200目。
实施例1
涂料配比：无机粘合剂30；铝矾土25；水60；镁砂30；氧化铬0.5；长石35；助剂0.8
涂覆工艺：利用压力喷枪喷涂至钢坯表面，厚度约500um左右，室温干燥24小时。
加热设备：硅钼棒加热炉中，在空气为介质的环境中。
加热条件：1000℃2小时，保温完成后出炉，涂层完好。
实施例2
涂料配比：无机粘合剂40；铝矾土30；水70；镁砂40；氧化铬1.5；长石35；助剂1.5；工业铝粉5
涂覆工艺：利用压力喷枪喷涂至钢坯表面，厚度约500um左右，室温干燥24小时。
加热设备：硅钼棒加热炉中，在空气为介质的环境中。
加热条件：1200℃2小时，保温完成后出炉，涂层完好。
实施例3
涂料配比：无机粘合剂40；铝矾土45；水90；镁砂50；氧化铬3；长石40；助剂1.5；工业铝粉7
涂覆工艺：利用压力喷枪喷涂至钢坯表面，厚度约500um左右，室温干燥24小时。
加热设备：硅钼棒加热炉中，在空气为介质的环境中。
加热条件：1250℃2小时，保温完成后出炉，涂层完好。

Claims (7)

1.一种应用于高温钢材抗氧化涂料其特征在于：所诉涂料的成分及质量配比包括：无机粘合剂30-50，铝矾土10-40，水50-100，氧化铬3-5，镁砂20-50，长石20-50，工业铝粉0-10，助剂1-2。
2.根据权利要求1所述镁砂中氧化镁的纯度≥92％。
3.根据权利要求1所述氧化铬为含量大于98％的颜料级别的三氧化铬。
4.根据权利要求1所述无机粘合剂是钠水玻璃、钾水玻璃中的一种或两种。
5.一种如权利要求1所述的水性耐高温抗氧化无机涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：将无机粘合剂30-50份，铝矾土10-40份，水50-100份，氧化铬3-5份，镁砂20-50份，长石20-50份，工业铝粉0-10份，助剂1-2份。依次加入到混合锅中，高速搅拌30-50分钟，将混合好的混合物加热球磨罐中球磨24小时，磨得混合物细度小于30微米。
6.一种如权利要求1所述助剂为消泡剂，分散剂，润湿剂，流平剂，增稠剂中的一种或多种。
7.一种如权利要求1所述长石和碳化硼为涂料级别，细度大于1200目。
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