JPH02205622A - 炭素鋼の高温脱炭防止用塗料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、炭素鋼が高温に熱せられた際、この鋼材に脱
炭が起らないように、常温でこの炭素鋼表面に施される
塗料に関する。

炭素鋼は、焼なまし、焼ならし、焼もどし、圧延等の処
理のために１０００　’Ｃ以上の温度に加熱されること
がある。ところが、炭素鋼中の炭素は、８００°Ｃ近辺
の温度以上で空気中の酸素と化合し、炭素鋼から抜は出
すことが起る。通常、この現象は炭素鋼の脱炭と呼ばれ
、生じた脱炭層はサンダーかけ、研磨等により除去され
るが、そのために製品はコスト高となる。

また、上記高温では鉄の酸化も起るので、これら酸化及
び脱炭の防止のために、炭素鋼には高温に熱せられる前
に、即ち、常温の炭素鋼表面に酸化防止及び脱炭防止の
ための塗料が施される。

〔従来の技術〕

鋼材の高温酸化防止塗料として、特開昭６１−６４８１
３号公報に、炭化珪素等セラミック基材（ａ）、セラミ
ック助剤のアルミナ（ｂ）、コロイダルシリカ等バイン
ダー（ｃ）、Ｆｅ等金属粉（ｄ）、炭酸ナトリウム（ｅ
）及び樹脂エマルジョン等塗膜形成剤（ｆ）の成分比率
を特定した組成物が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

同公報に記載のこの酸化防止塗料は、炭素鋼に施した場
合にも、高温での炭素鋼の酸化を防ぎ、脱炭防止性も示
すが、常温に戻した際その炭素鋼表面に施された塗膜は
炭素鋼と融着し、これを炭素鋼から剥離するのが困難で
あるのみならず、酸化防止能力及び脱炭防止能力共に充
分なものではない、更に多成分の組成は、そのコントロ
ールも容易でない。

炭素網に施される脱炭防止塗料としては、常温で炭素鋼
表面にこれを塗布する際、良好な作業性と共にその乾燥
塗膜に耐衝撃性が望まれる。殊に、炭素鋼表面上に形成
された塗膜は、高温の酸化性雰囲気下で炭素鋼から剥離
しないこと、そしてこの高温で塗膜にクラックが発生し
ないこと、また、常温に戻した際にはその塗膜が炭素鋼
から容易に剥離する如き塗膜を形成するような塗料であ
ることが、優れた酸化防止能力と脱炭防止能力の他に更
に望まれる。

本発明は、かかる課題を解決しようとするものであって
、改良された脱炭防止塗料の提供を目的とするものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の炭素鋼の高温脱炭防止用塗料は、下記組成、即
ち、炭化珪素粉末１００重量部と、水性シリカゾル、水
性アルミナゾル又はこれらの混合物を固形分として１〜
３００重量部と、粘結性の水溶性樹脂、エマルジョン性
樹脂又はこれらの混合物を０．１〜１００重量部とから
なることを特徴とする。

更に、本発明によれば、１３００°Ｃ近辺という高温で
長時間処理に耐えられる塗膜を形成せしめる炭素鋼の高
温脱炭防止用塗料は、上記比率の成分の固形分１００重
量に、アルミナ、ジルコニア、シリカ、ムライト、ジル
コン、雲母、カオリン又はこれらの混合物５〜５００重
量部を加えることによって得られる。

本発明に用いられる炭化珪素粉末は、従来から用いられ
ているものでよいが、粒径としては０．４〜３００ミク
ロン程度のものが好ましく、市販品としでも容易に入手
される。

本発明に用いられるシリカゾル、アルミナゾル等も従来
から知られている５〜２００ミリミクロンの粒子径を有
するものでよい。特にアルカリ金属分の含有率が低い程
好ましく、更に陰イオン含有率の低いものが好ましい。

このような好ましい水性シリカゾルは、通常のアルカリ
金属イオンで安定化されたアルカリ性水性シリカゾルを
、例えば、水素型陽イオン交換樹脂で処理することによ
り容易に得られる。市販の酸性水性シリカゾルも好まし
く用いられる。更に、かかる酸性水性シリカゾルに安定
化量のモノエタノールアミン、第４級アンモニウム塩基
等の含窒素有機塩基を添加したものが好ましい。コロイ
ダル粒子の径の異なるものを組み合せて用いると更に好
ましい。

本発明に用いられる粘結性の水溶性又はエマルジョン性
樹脂も従来から知られているものでよい。

例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン
、アクリル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、スチレン系樹脂
等が挙げられ、これら樹脂は、水溶液、水性エマルジョ
ン等として用いるのが好ましい。

本発明に用いられるアルミナ、ジルコニア、シリカ、ム
ライト、ジルコン、雲母、カオリン等セラミック材も、
従来から知られているものでよい。

これらセラミック材としては、粒径０．４〜２００ミク
ロン程度のものが好ましく、市販品としても容易に人手
される。

本発明の塗料は、上記成分の炭化珪素粉をｌｏ。

重量部と、水性シリカゾル、水性アルミナゾル等を固形
分として１〜３００重量部と、水溶性樹脂、樹脂水性エ
マルジョン等を固形分として０．１〜１００重量部とを
、或いは更に、これらの合計１００重量部に上記セラミ
ック材の粉末の５〜５００重量部とを均一に混合するこ
とによって容易に得られる。この混合は、通常の混合機
中に上記比率に上記成分を投入して混合することによっ
て容易に行うことができる。

本発明の塗料としては、本発明の目的が達成される限り
、上記比率の成分の他に、更に任意の成分を含有するこ
とができる。これら他の成分の例としては、高分子多糖
類！類からなる沈降防止剤、ポリカルボン酸のアンモニ
ウム塩からなる分散剤、その他消泡剤、界面活性剤等が
挙げられる。

〔作　用〕

炭素鋼表面上に塗布された本発明の塗料は、自然乾燥又
は１５０℃以下での強制乾燥によって強靭な乾燥塗膜に
変わり、そしてこの塗膜は基材炭素鋼に強靭に密着する
。この塗膜で被覆された炭素鋼が１１００〜１３００°
Ｃに加熱されると、その雰囲気の空気からの酸素とこの
塗膜中の炭化珪素とが反応を起こし、塗膜中にはＳｉＯ
２が新たに生成すると共に、塗膜からＣＯ□ガスが放散
することによって、炭素鋼中の炭素と空気中酸素との反
応を抑制する。その結果、この塗膜は炭素鋼の脱炭防止
の作用をすると共に、炭素鋼の鉄と空気中酸素との反応
による炭素鋼の酸化も防ぐ、塗膜中腹化珪素の粒子の大
きさが大き過ぎるとこの脱炭防止作用が円滑に働かない
が、３００ミクロン以下の粒径の炭化珪素粒は極めて好
都合に作用する。

本発明の塗料に加えられたシリカゾル、アルミナゾル等
は炭化珪素粒子、セラミック材粒子等の粘結剤として作
用するが、炭化珪素分に対しこれらゾルの固形分量が１
重量％以下では、高温での結合力に不足をきたす。けれ
ども、３００重景重量上にも多いと、塗膜中腹化珪素の
分率を低下させ、充分な脱炭防止が達成されない。本発
明の塗料に加えられた粘結性樹脂も、上記シリカゾル、
アルミナゾルと共に炭化珪素粒子、セラミック材粒子の
粘結剤として作用するが、この樹脂成分は、炭素鋼上塗
料が乾燥する際、塗膜に起り易いクラック発生を防止し
、炭素鋼と乾燥塗膜との密着性を高め、更にこの乾燥塗
膜に、例えばこの塗膜で被覆された炭素鋼を運搬すると
き等に受ける衝撃力が働いても、塗膜が炭素鋼から剥離
するのを防ぐ作用をする。塗膜中でのこの樹脂成分量が
炭化珪素分に対し０．ｌｌ量％以下では上記作用が充分
に働かないが、１００重量％以上にも多いと塗膜が高温
に曝された際、この樹脂分は高温分解で塗膜から消失し
、緻密であった塗膜を多孔質で強度の低い塗膜に変えて
しまう。その結果、炭素鋼上の塗膜にはクラックが生じ
たり、塗膜の剥離も起り易い。

特に炭素鋼が１３００°Ｃ近辺に熱せられるときに、好
都合に形成された本発明による塗膜中のセラミック材粒
子は、塗膜中の炭化珪素分の減少に伴って起る塗膜の強
度低下を防ぐ作用をする。けれども、やはり、炭化珪素
分に対し５００重量％以上にも多いと、上記炭化珪素分
を希釈させ、充分な脱炭防止を妨げ、また、５重量％以
下ではその作用が充分でない。

好ましく用いられるアルカリ金属分の少ないシリカゾル
、アルミナゾル等は、アルカリ金属分の多いゾルを用い
たときに起る塗膜と炭素鋼との融着を防ぐ。また、異な
る粒子径のコロイダル粒子を含有するように調製された
シリカゾル、アルミナゾル等は、乾燥塗膜を緻密化する
作用をすると共に、塗膜が高温に熱せられても塗膜にク
ラックが起るのを防ぎ、常温に戻した際炭素鋼と塗膜と
の剥離を容易ならしめる。更に含窒素有機塩基を加えた
シリカゾルを用いると、シリカゾルの部分凝集が起らな
いので、得られた塗料の保存安定性が向上し、塗料の脱
炭防止性能を一定に保持させることができる。

〔実施例〕

実施例１ コロイダルシリカの平均粒子径２０ミリミクロン、Ｓｉ
Ｏ□含有率１０重量％に希釈した酸性水性シリカゾル１
９８重量部に、平均粒径１３０ミクロンの炭化珪素粉末
７９２重量部と、スチレン−ブタジェン共重合樹脂の５
０重量％濃度の水性エマルジョン７重量部と、固形分濃
度４０重量％のポリカルボン酸のアンモニウム塩の水分
散液を分散剤として２．７重量部と、高分子多糖類から
なる市販の沈降防止剤０．３重量部とをミキサー中で混
合することにより本発明の塗料（Ａ）を得た。

別途、ＪＩＳ　　０３１０２に規定の５４５Ｃ機械構造
用炭素鋼からなる丸棒を用意し、その表面に上記塗料（
Ａ）をハケを用いて塗布し、常温で２４時間乾燥するこ
とにより、膜厚０．３〜１．０ミリメートルの塗膜を形
成させた。この乾燥塗膜にはクランクは認められず、丸
棒表面からの塗膜剥離も認められず、塗膜は丸棒に強靭
に密着していた。また、この丸棒に機械的衝撃を与えた
が、この塗膜に異常は起らなかった。

次いで、この塗膜で被覆された丸棒を電気炉中に静置し
た後、１時間を要して常温から１２００°Ｃまで炉内温
度を昇温した。引きつづき炉内温度を１２００°Ｃに保
ったまま、この炉内で上記丸棒を５時間加熱した後、炉
外へ取り出し、常温の空気中に放置することにより冷却
した。上記加熱中には、塗膜にクランクの発生及び塗膜
の剥離のいずれも認められず、そして上記冷却中には塗
膜の自然剥離が全面に起り、極めて好ましい塗膜であっ
たことを認めた。そして丸棒表面に生じた少量の酸化鉄
は、この剥離した塗膜に付着して自然に除去されていた
。この丸棒の重量減少分を算出したところ、１．８重量
％であった。

次いで、上記塗膜のはがれ落ちた丸棒を断面円形となる
ように切断した後、その切断面を研磨した。得られた研
磨面を金属顕微鏡で観察することにより、脱炭深さを測
定することができた。その深さは０．２３ミリメートル
であった。

別途、上記用いられた炭化珪素粉末について、１２００
°Ｃ５時間の熱処理及びｌ　３００　’Ｃ５時間の熱処
理を行った後、それぞれＸ−線回折分析を行ったところ
、いずれの温度処理においても、炭化珪素の特性ピーク
が減少すると共に、ＳｉＯ□の特性ピークが増大し、し
かも５ｉ（ｈの特性ピークは１３００°Ｃ加熱の場合の
方が大であった。この実験結果は、本発明の塗料に加え
られた炭化珪素粉末は、この塗料から形成された塗膜に
極めて有効に脱炭防止能力を与えていることを示してい
る。

比較例１ 実施例工に用いられたものと同じであるが、水で希釈し
ないでＳｉＯ□濃度３０重量％のままの酸性水性シリカ
ゾル２２２重量部に、実施例１に用いられたものと同じ
沈降防止剤０．２重量部と、分散剤４．８重量部と、樹
脂エマルジョン１７重量部とを加え、更に平均粒径５０
ミクロンのムライト粉末３７８重量部と平均粒径２ミク
ロンのアルミナ粉末３７８重量部とを加えることにより
比較例の塗料（Ｂ）を得た。

次いで、実施例工と同様にして、この塗料（Ｂ）を用い
、丸棒の加熱テストを行ったところ、丸棒の重量減少は
３．２重量％、脱炭深さは１．５７ミリメードルであっ
た。

比較例２ 実施例１に用いられたものと同じであるが、水で希釈し
たＳｉｎ、濃度１３重量％の酸性水性シリカゾル２５８
重量部に、ポリアクリル酸８重量部と、平均粒径２ミク
ロンのカオリン粉末２７２重量部と、平均粒径５ミクロ
ンのシリカ粉末２７２重量部と、金属Ｃｒの粉末１９０
重量部とを加えて、比較例の塗料（Ｃ）を得た。

次いで、実施例１と同様にして、この塗料（Ｃ）を用い
、丸棒の１２５０°Ｃ５時間加熱テストを行ったところ
、丸棒の重量減少は８．３重量％、脱炭深さは１．８３
ミリメートルであった。また、丸棒を常温の空気中で冷
却する際には、実施例１における如き塗膜の自然剥離は
全面には起らずに、かなり残存したために、これの剥離
のために金づちでたたき落した後更にサンドブラストで
の剥離作業を要した。

実施例２ コロイダルシリカの平均粒子径１００ミリミクロン、５
ｉ０２含有率５０重量％、５ｉＯｚ／ＮａｔＯモル比１
０００のアルカリ性水性シリカゾル３６８重量部に、実
施例１に用いられたものと同じ沈降防止剤０．３重量部
と、分散剤５．７重量部と、アクリルスチレン系樹脂の
固形分濃度５０重量％の水性エマルシッフ３フ重量部と
、平均粒径５０ミクロンの炭化珪素粉末１４７重量部と
平均粒径０．５ミクロンの炭化珪素粉末４４２重量部と
を混合することにより本発明の塗料（Ｄ）を得た。

次いで実施例１と同様にして、炭素鋼丸棒にこの塗料（
Ｄ）の塗膜を形成させ加熱テストを行ったところ、丸棒
の重量減少は２．６重量％、脱炭深さは０．３２ミリメ
ートルであった。加熱時には塗膜の剥離、クランク共に
なく、冷却時塗膜の剥離は良好であった。

実施例３ 実施例２に用いられたものと同じシリカゾル２３３重量
部に、ポリビニルピロリドン３重量部と、平均粒径３ミ
クロンのアルミナ粉末６６４重量部と、平均粒径３０ミ
クロンの炭化珪素粉末１００重量部を混合することによ
り塗料（Ｅ）を得た。

加熱温度を１３００°Ｃとした他は実施例１と同様にし
て、この塗料（Ｅ）の塗膜を施した炭素鋼丸棒の加熱テ
ストを行ったところ、丸棒の重量減少は１．２重量％、
脱炭深さ０．４７ミリメードルであった。加熱時の塗膜
剥離、クラック発生共になく、冷却時には良好な剥離を
示した。

実施例４ 市販の酸性水性シリカゾル（Ｓｉｎ、濃度２０重量％）
７０重量部と、市販の水性アルミナゾル（Ａｌｔｏｓ濃
度２０重量％）１７８重量部と、ポリビニルアルコール
５重量部と、平均粒径１０ミクロンのジルコニア粉末５
３重量部と、平均粒径３０ミクロンの炭化珪素粉末６９
４重量部とを混合することにより、塗料（Ｆ）を得た。

加熱温度を１２５０°Ｃにした他は実施例１と同様にし
て、この塗料ＣＦ）の塗膜を施した炭素鋼丸棒の加熱テ
ストを行ったところ、重量減少は３．４重量％、脱炭深
さは０．３１重量％であった。塗膜は加熱時には異常な
く、冷却時には良好に剥離した。

実施例５ 市販の酸性水性シリカゾル（Ｓｔｏｗ濃度３０重量％）
にモノエタノールアミンを加えてｐＨを１０．５に調整
した。このアルカリ性の水性シリカゾル２００重量部に
、実施例２に用いられたものと同じ樹脂エマルシッフ６
．５重量部と、沈降防止剤０．３重量部と、分散剤３．
０重量部と、ポリビニルピロリドン０．２重量部と、平
均粒径２ミクロンのアルミナ粉末３９５重量部と、平均
粒径３０ミクロンの炭化珪素粉末３９５重量部とを加え
、混合することにより塗料（Ｇ）を得た。

加熱温度を１３００℃とした他は実施例１と同様にして
加熱テストを行ったところ、重量減少は１．０重量％、
脱炭深さは０．０９ミリメートルであった。

塗膜は、加熱時には異常なく、冷却時には良好に剥離し
た。

実施例６ 平均粒径１８０ミリミクロン、Ｓｉｎｇ濃度４０重量％
の酸性水性シリカゾルを５０重量部と、平均粒径８ミリ
ミクロン、Ｓｉｎｇ濃度２０重量％の酸性水性シリカゾ
ル５０重量部とを混合することにより、Ｓｉｎ、濃度３
０重量％の酸性水性の混合ゾルを調整した。

この混合ゾル２２２重量部と、実施例１に用いられたも
のと同じ樹脂エマルジョン１７重量部と、沈降防止剤０
．２重量部と、分散剤４．８重量部と、平均粒径５０ミ
クロンの炭化珪素粉末３７８重量部と、平均粒径２ミク
ロンのアルミナ粉末３７８重量部とを混合することによ
り塗料（Ｈ）を得た。

加熱温度を１３００℃とした他は実施例１と同様にして
、この塗料（Ｈ）の塗膜を施した炭素鋼丸棒の加熱テス
トを行ったところ、丸棒の重量減少は０．９重量％、脱
炭深さは０．１３ミリメートルであった。！４！膜は、
加熱時には異常がなく、冷却時に良好に剥離した。

〔発明の効果〕

本発明によると、１１００−１３００℃近辺の加熱の際
に起る炭素鋼の脱炭を、この鋼材表面に塗膜を施すのみ
で極めて良好に防止することができる。この塗膜は、本
発明の塗料をこの鋼材表面に塗布した後通常の乾燥方法
により、厚さ０．１〜３ｆｆｉ１１程度に簡易に形成さ
せることができ、耐衝撃性も良好であって、鋼材の取り
扱い作業には格別の手当てをする必要がない。更に、こ
の塗膜は、本発明の塗料を通常の塗布方法、例えば、へ
ケ塗り、スプレー塗布法、浸漬法、ロールコータ−によ
る塗布法等により容易に形成させることができる。更に
この塗膜は炭素鋼上で高温加熱されたときに鋼材から剥
離することも、この塗膜にクランクが発生することもな
く、炭素鋼表面層の脱炭を一様に防止し、冷却時には炭
素鋼から全面−様に自然剥離する。

本発明の塗料は、その成分を混合するのみで簡易に得ら
れ、良好な保存安定性を有する。

出 願 人 日産化学工業株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭化珪素粉末１００重量部と、水性シリカゾル、
   水性アルミナゾル又はこれらの混合物を固形分として１
   〜３００重量部と、粘結性の水溶性樹脂、エマルジョン
   性樹脂又はこれらの混合物０．１〜１００重量部とから
   なる炭素鋼の高温脱炭防止用塗料。
2. （２）請求項（１）に記載の比率の成分の固形分合計１
   ００重量部と、アルミナ、ジルコニア、シリカ、ムライ
   ト、ジルコン、雲母、カオリン又はこれらの混合物５〜
   ５００重量部とからなる炭素鋼の高温脱炭防止用塗料。