JP6764521B2 - 水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティング及びその使用 - Google Patents

水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティング及びその使用 Download PDF

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Description

本発明は金属間結合を防止するためのコーティング、特に水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティング及びチタンインゴットの製造工程におけるその使用に関する。
現在、国内の製造業者がチタンインゴット及び丸ビレットからチタン管を製造する際に高温耐熱チタン鋼反結合コーティングを使用することは報告されていない。チタンインゴット及び丸ビレットは、加熱炉から押し出されてチタン管に圧延されるまで、４時間超の間、９００℃の加熱炉に保持されなければならない。チタン及びその合金が９００℃の高温で４時間保持された後、鋼製圧延設備、ローラウェイ（コロコンベヤ）及び圧延ウインチは、チタンに対して粘着性になる可能性がある。最後に、さまざまな深さの「アンダーフィル（欠肉）」がチタン管の表面に発生する。チタン管及びチタンビレットは、穿孔され、回転によって又は高速圧延工程で圧延されるので、チタンベースのチタン合金は鉄に容易に粘着し、それらの高温特性のためにＴｉＦｅ相を生成することもある。チタン管の表面のＴｉＦｅ相は、チタン材料表面の機械的性質及び微細構造に深刻な影響を及ぼし、その後のチタン管の処理及び使用において損失及び非耐食性などのさまざまな欠陥を引き起こす。その上、「チタン粘着」のために、次のチタンビレットが次の圧延工程で再び圧延され得る前に、設備を研磨しなければならない。チタン管又はチタン製品を連続的に圧延することができない場合、国内の製造業者は、それらの内径及び外径の精度と表面品質とを保証するためにチタン管を切断しなければならず、これは多くの時間及びエネルギーを要する。また、チタンインゴットはスポンジチタン反応から作られているので、チタン管の内側部分及び外側部分が切断された場合、チタン材料のコスト及び歩留まりは深刻な影響を受ける。そのため、高温耐熱チタン鋼反結合コーティングを施す必要がある。
従来技術においては、各チタンインゴットの表面は、スプレーされ、焼きなまし処理の前に一定期間乾燥されるが、これは製造方法を複雑にし、製造時間を長くし、連続的で効率的な製造を妨げる。チタン管の圧延工程では、コーティングはチタンインゴットの表面に施されるが、この方法では変形したチタンインゴットのために、チタン鋼の結合を効果的に防止することができない。圧延ウインチの表面にコーティングを直接スプレーする場合、ウインチとチタンインゴットとは異なる材料から製造されるので、フィルム形成及び接合効果は乏しく、したがってチタン−鋼結合を効果的に回避することができない。
したがって、上記問題を解決するために、連続的かつ効率的にチタン管を製造し、欠陥、損失、及び生産費を削減し、設備の損傷を回避できる、工程が簡単で省エネルギーで環境に優しい効果を有する高温耐熱反結合コーティングが緊急に必要とされている。
本発明が解決しようとする技術的課題は、チタン管の表面欠陥及び製造コストを削減し、それらの表面品質を改善し、連続製造を可能にすることができる水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングを提供することである。
本発明の水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングは、以下の成分を含む：５０〜１５０重量部の水性フィルム形成剤、０〜５０重量部のＺｎ（亜鉛）粉末、４００〜４５０重量部のＡｌ２Ｏ３（アルミナ）粉末、２５０〜３５０重量部のタルク粉末。
さらに、好ましい技術的解決策として、水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングは、以下の成分を含む：５０〜１５０重量部の水性フィルム形成剤、１０〜５０重量部のＺｎ粉末、４００〜４５０重量部のＡｌ２Ｏ３粉末、２５０〜３５０重量部のタルク粉末、好ましくは以下の成分を含む：１００重量部の水性フィルム形成剤、５０重量部のＺｎ粉末、４５０重量部のＡｌ２Ｏ３粉末、３５０重量部のタルク粉末。
さらに、本発明の水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングは以下の成分をさらに含む：１〜２重量部の硬化剤、０．５〜１重量部の分散剤及び１〜５重量部の水；好ましくは、１重量部の硬化剤、０．５重量部の分散剤及び５重量部の水。
さらに、好ましい技術的解決策として、水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングは、以下の成分のみから成る：５０〜１５０重量部の水性フィルム形成剤、１０〜５０重量部の亜鉛粉末、４００〜４５０重量部のアルミナ粉末、２５０〜３５０部のタルク粉末、１〜２重量部の硬化剤、０．５〜１重量部の分散剤及び１〜５重量部の水；好ましくは、１００重量部の水性フィルム形成剤、５０重量部の亜鉛粉末、４５０部のアルミナ粉末、３５０部のタルク粉末、１重量部の硬化剤、０．５重量部の分散剤及び５重量部の水。
水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングにおいて、水性フィルム形成剤は、エポキシ樹脂、水性ポリウレタン塗料、水性アクリルラテックス塗料、又は水性アルキド塗料のうちの少なくとも１つである。
水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングにおいて、硬化剤は、ＳｉＯ２（シリカ）、水ガラス又はＡｌ２（ＨＰＯ４）３（リン酸水素アルミニウム）のうちの少なくとも１つであり、好ましくはＳｉＯ２であり；分散剤は、ポリビニルアルコール、無水マレイン酸加水分解物、又はステアリン酸バリウムのうちの少なくとも１つであり、好ましくはポリビニルアルコールである。
さらに、好ましい技術的解決策として、水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングのｐＨ値は７．５〜９．５であり；固形分は８５〜９０％、好ましくは８７％である。
本発明はさらに、チタン管圧延における水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングの使用を提供する。
チタン管圧延における水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングの使用のために、室温において、水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングが、鋼製設備、ローラ又はウインチの表面にコーティングされ、０．２〜０．４ｍｍの厚さの、好ましくは０．３ｍｍの厚さのフィルム層を形成する。
チタン管圧延における水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングの使用のために、コーティングは空気圧スプレー、真空スプレー又は手動はけ塗りによって使用される。
従来技術と比較して、本発明はまた以下の有益な効果を有する。
（１）本発明のコーティングは、９００℃でのチタン管の圧延又は穿孔工程における鋼製設備のローラ又はウインチとの結合反応を回避することができ、チタン材料加工の歩留まり及び生産効率が改善される。
（２）本発明の製造方法は簡単かつ操作が容易であり、空気圧スプレー、真空スプレー及びはけ塗り設備を備えた製造ラインに適用可能である。
（３）環境に優しい水性高温耐熱反結合コーティングとして、ＲｏＨＳ品質によって制限される有害な元素又は空気中に揮発するいかなる有害物質も含まず、建設環境の環境保護効果に影響を及ぼさない。
（４）本発明の水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングは、使用前にその場で直ちに調製することができ、調製されたコーティングは室温で６ヶ月超の期間、安定を維持することができる。
本発明の水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングは、以下の成分を含む：５０〜１５０重量部の水性フィルム形成剤、０〜５０重量部のＺｎ粉末、４００〜４５０重量部のＡｌ２Ｏ３粉末、及び２５０〜３５０重量部のタルク粉末。
さらに、好ましい技術的解決策として、水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングは、以下の成分を含む：５０〜１５０重量部の水性フィルム形成剤、１０〜５０重量部のＺｎ粉末、４００〜４５０重量部のＡｌ２Ｏ３粉末、２５０〜３５０重量部のタルク粉末、好ましくは以下の成分を含む：１００重量部の水性フィルム形成剤、５０重量部のＺｎ粉末、４５０重量部のＡｌ２Ｏ３粉末、３５０重量部のタルク粉末。
さらに、水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングは以下の成分を含む：１〜２重量部の硬化剤、０．５〜１重量部の分散剤、及び１〜５重量部の水；好ましくは、１重量部の硬化剤、０．５重量部の分散剤、及び５重量部の水。
さらに、好ましい技術的解決策として、水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングは以下の成分のみから成る：５０〜１５０重量部の水性フィルム形成剤、１０〜５０重量部のＺｎ粉末、４００〜４５０重量部のＡｌ２Ｏ３粉末、２５０〜３５０部のタルク粉末、１〜２重量部の硬化剤、０．５〜１重量部の分散剤、及び１〜５重量部の水；好ましくは、１００重量部の水性フィルム形成剤、５０重量部のＺｎ粉末、４５０重量部のＡｌ２Ｏ３粉末、３５０重量部のタルク粉末、１重量部の硬化剤、０．５重量部の分散剤、及び５重量部の水。
水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングにおいて、水性フィルム形成剤は、エポキシ樹脂、水性ポリウレタン塗料、水性アクリルラテックス塗料、及び水性アルキド塗料のうちの少なくとも１つである。
水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングにおいて、硬化剤は、ＳｉＯ２、水ガラス及びＡｌ２（ＨＰＯ４）３のうちの少なくとも１つであり、好ましくはＳｉＯ２である；分散剤は、ポリビニルアルコール、無水マレイン酸加水分解物、及びステアリン酸バリウムのうちの少なくとも１つであり、好ましくはポリビニルアルコールである。
さらに、好ましい技術的解決策として、水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングのｐＨ値は７．５〜９．５であり；固形分は８５〜９０％、好ましくは８７％である。これにより、圧延設備の表面に均一な高温反結合保護フィルム層を形成することができる。
本発明はさらに、チタン管圧延における水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングの使用を提供する。
チタン管圧延における水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングの使用のために、室温において、水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングが、鋼製設備、ローラ又はウインチの表面にコーティングされ、０．２〜０．４ｍｍの厚さの、好ましくは０．３ｍｍの厚さのフィルム層を形成する。チタン管に付着したフィルム層が０．２０ｍｍ未満であると、コーティング層は、圧延又は穿孔工程中のチタンインゴットの回転及び接着のために徐々に薄くなる。したがって、十分なコーティング厚さを確保し、コーティング層がチタン管に完全に付着するのを防ぐために、チタン管は高温酸化に対して完全に保護されないであろう。チタン管に付着したフィルム層が０．４０ｍｍ超であると、コストが上昇する。
チタン管圧延において水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングを施すために、コーティングが鋼製設備、ローラ又はウインチの表面に、空気圧スプレー、真空スプレー又は手動はけ塗りによってコーティングされた後、形成されたフィルム層は室温で５〜１０分以内に急速に硬化する。固形分が多いため、フィルム層の流動や垂れは発生しない。ウェットフィルム及びドライフィルム両方のコーティング接着は、コーティングの剥離やピッキング（剥け）なしに、チタンインゴットローラ方式の振動子の摩擦要件を満たすことができる。コーティング方法、乾燥方法等に特に制限はなく、現場の状況に応じて選択することができる。
本発明の水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングは、成分が均一に混合される限り、当技術分野において一般的な方法によって調製することができる。コーティングは使用直前に調製することができる。しかしながら、本発明者らは、その研究において、水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングを好ましくは以下の方法により調製すると、成分をより均一に混合できることを見出した：まず水性フィルム形成剤を水で希釈し、撹拌しながらＺｎ粉末、タルク粉末及びＡｌ２Ｏ３粉末をゆっくり加え；硬化剤を加えて均一に攪拌し；その後、均一で安定した相が得られるまで撹拌しながら分散剤を添加する。
硬化工程では、コーティングの表面に付着した水分のみが除去されるべきであり、何ら促進剤は必要ない。コーティングは主に自然硬化法によって硬化されるが、硬化時間を節約するために熱風乾燥又は誘導加熱を使用することもできる。硬化したコーティングにはピッキングやひび割れがない。
本発明により調製されたコーティングの高温耐熱原理は次のとおりである：９００℃で有機コーティングはゆっくりと燃え尽き、鉄はゆっくりと溶けて柔らかくなる；この時、コーティング中のＡｌ２Ｏ３粉末は、断熱のためにローラ又はウインチの表面に固定され得る；そして、コーティング中のＡｌとＴｉとの合金化反応によってＴｉＡｌ３合金層が形成される。この合金層は密度が高いため、本体チタンと外部元素（Ｆｅ等）との結合反応を遮断することができ、よってチタン−鋼結合防止効果が得られる。
高温耐熱チタン鋼反結合コーティングを使用するための温度に特別な制限はない。しかし、水を本発明の処理剤の溶媒としているので、水が凍結及び気化しない限り、室温で高温耐熱チタン鋼反結合コーティングを使用することができる。
本発明は、稼働中に圧延ウインチの表面に直接スプレーすることができ、かつ急速に固化して自己乾燥コーティングを形成することができる、高温耐熱チタン鋼反結合コーティングを提供する。コーティングにより、チタン管の表面は鋼の表面と結合せず、９００℃の高温でＴｉＦｅ相を生成しない。したがって、製造コストが効果的に削減され、製造上の利益が効果的に改善され、特に製品の精密寸法及び表面品質が改善される。本発明によって提供される対応するコーティング技術は、良好な経済的利益、社会的利益及び広い用途可能性を有する。
本発明の特定の実施形態は、実施例と組み合わせて詳細に記載されるが、本発明は記載された実施例の範囲に限定されない。
実施例１
水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングは、表１の原材料及びそれらの重量比によって調製される。
表１ 水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングの原材料及び重量比
Figure 0006764521
これらのうち、Ｋ１〜Ｋ５が実験群であり、Ｄ１〜Ｄ２が対照群であり、ブランク対照群Ｄ３（すなわち、コーティングなしの直接圧延）も準備される。水性フィルム形成剤は、エポキシ樹脂（固形分５０％）、硬化剤はＳｉＯ２、分散剤はポリビニルアルコールである。本発明により調製される水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングのｐＨ値は７．５〜９．５であり、固形分は８５〜９０％である。
調製方法は以下の工程を含む：常温常圧で、水性フィルム形成剤、Ｚｎ粉末、タルク粉末、Ａｌ２Ｏ３粉末を連続的に均一に攪拌しながら容器に加える工程；その後、溶液が均一な安定相、すなわち水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングを示すまで、硬化剤、分散剤及び水を加える工程。
上記群で調製された水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングは、空気圧スプレー、真空スプレー又は手動はけ塗りによって、鋼製設備、ローラ又はウインチの表面にコーティングされ、１０〜１５分間室温で自然乾燥及び硬化され、０．２〜０．４ｍｍの厚さのフィルム層を得た。チタン管は９００℃で圧延される。圧延チタン管の表面品質は良好であり、チタン管はローラ及びウインチに付着していない。具体的な比較は次のとおりである。
表２ 水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティング及び対照群の試験性能
Figure 0006764521
表２から分かるように、群Ｋ１〜Ｋ５のコーティングをスプレーした設備によって製造されたチタン管は、良好な表面品質を示し、ローラ、ウインチなどにほとんど接着していない；コーティングなしの設備により製造されたチタン管（すなわちブランク対照群Ｄ３）は、重大な表面欠陥を有し、装置はある程度のチタン結合のために使用前に研磨しなければならない；グループＤ１及びＤ２でコーティングされた設備によって製造されたチタン管は、高い表面欠陥率を有し、チタン鋼の結合を効果的に防止することができない。
年間生産能力を１０，０００トンと計画している場合、チタンインゴット（ブランク）あたり１．５トンの基準により、毎年約６，３００のチタンインゴットが生産され；５ｍｍ〜２０ｍｍのチタン−鋼結合深さのために、１００〜２００ｋｇが各チタンインゴットから切断され；チタン結合による各チタンインゴットの切断部分は、チタンインゴットの価格が８０，０００元／トンのため、８０００〜１，６０００元の損失を引き起こす。さらに、切断作業は大量の人的資源及び材料資源を消費し、追加の製造コスト及び製造時間を増加させるであろう。この技術は、チタン管及び他のチタン合金製品の製造コストを大幅に節約する可能性がある。各チタンインゴットの圧延工程で２〜５ｋｇのコーティングが使用され、各コーティングの価格が２００，０００元／トンであると仮定すると、この技術の新しい利点は次の式で示される。
Ｗ−年間のチタンインゴットの生産量：１０，０００トンに基づき年間約６，３００のチタンインゴットが生産される；
Ａ−チタン−鋼層結合に起因する切断される各チタンインゴットの量：５０ｋｇ／チタンインゴットに基づく；
Ｐ１−チタンインゴットの価格：８０元／Ｋｇ；
Ｗ１−スプレーされた高温耐熱反結合コーティングの消費量で、３Ｋｇ／インゴット；
Ｐ２−高温耐熱反結合コーティングの１トン当たりの価格であり、２００元／ｋｇに基づく；
Ｙ−この技術による毎年の新しい利益：
ここで
Ｙ＝（Ｐ１×Ａ−Ｗ１×Ｐ２）×Ｗ
＝（４０００−６００）×６３００
＝２１４２（１０，０００万元）
したがって、本発明のコーティングは、良好な経済的利益、社会的利益及び広い用途見込みを有する。

Claims (10)

  1. 成分として、５０〜１５０重量部のエポキシ樹脂（固形分５０％）、０〜５０重量部のＺｎ粉末、４００〜４５０重量部のＡｌ２Ｏ３粉末、２５０〜３５０重量部のタルク粉末、１〜２重量部のＳｉＯ ２ 、０．５〜１重量部のポリビニルアルコール、及び１〜５重量部の水を含むことを特徴とする、水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティング。
  2. 成分として、５０〜１５０重量部のエポキシ樹脂（固形分５０％）、０〜５０重量部のＺｎ粉末、４００〜４５０重量部のＡｌ２Ｏ３粉末、２５０〜３５０重量部のタルク粉末、１重量部のＳｉＯ ２ 、０．５重量部のポリビニルアルコール、及び５重量部の水を含む、請求項１に記載の水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティング。
  3. 成分として、５０〜１５０重量部のエポキシ樹脂（固形分５０％）、１０〜５０重量部のＺｎ粉末、４００〜４５０重量部のＡｌ２Ｏ３粉末、２５０〜３５０重量部のタルク粉末、１〜２重量部のＳｉＯ ２ 、０．５〜１重量部のポリビニルアルコール、及び１〜５重量部の水を含む、請求項１に記載の水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティング。
  4. 成分として、５０〜１５０重量部のエポキシ樹脂（固形分５０％）、１０〜５０重量部のＺｎ粉末、４００〜４５０重量部のＡｌ２Ｏ３粉末、２５０〜３５０重量部のタルク粉末、１重量部のＳｉＯ ２ 、０．５重量部のポリビニルアルコール、及び５重量部の水を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティング。
  5. 成分として、１００重量部のエポキシ樹脂（固形分５０％）、５０重量部のＺｎ粉末、４５０重量部のＡｌ２Ｏ３粉末、３５０重量部のタルク粉末、１〜２重量部のＳｉＯ ２ 、０．５〜１重量部のポリビニルアルコール、及び１〜５重量部の水を含む、請求項１に記載の水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティング。
  6. 成分として、１００重量部のエポキシ樹脂（固形分５０％）、５０重量部のＺｎ粉末、４５０重量部のＡｌ２Ｏ３粉末、３５０重量部のタルク粉末、１重量部のＳｉＯ ２ 、０．５重量部のポリビニルアルコール、及び５重量部の水を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティング。
  7. 成分として、５０〜１５０重量部のエポキシ樹脂（固形分５０％）、１０〜５０重量部のＺｎ粉末、４００〜４５０重量部のＡｌ２Ｏ３粉末、２５０〜３５０重量部のタルク粉末、１〜２重量部のＳｉＯ ２ 、０．５〜１重量部のポリビニルアルコール、及び１〜５重量部の水、好ましくは、１００重量部のエポキシ樹脂（固形分５０％）、５０重量部のＺｎ粉末、４５０重量部のＡｌ２Ｏ３粉末、３５０重量部のタルク粉末、１重量部のＳｉＯ ２ 、０．５重量部のポリビニルアルコール、及び５重量部の水から成ることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティング。
  8. チタン管圧延における請求項１〜７のいずれか一項に記載の水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングの使用。
  9. 室温において、前記水性高温耐熱チタン鋼反結合コーティングが、鋼製設備、ローラ又はウインチの表面にコーティングされ、０．２〜０．４ｍｍの厚さの、好ましくは０．３ｍｍの厚さのフィルム層を形成することを特徴とする、請求項８に記載の使用。
  10. 前記コーティングが、空気圧スプレー、真空スプレー又は手動はけ塗りによって施されることを特徴とする、請求項８に記載の使用。
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