JPH0586415A

JPH0586415A - 鋼材の酸化脱炭防止用組成物

Info

Publication number: JPH0586415A
Application number: JP24932591A
Authority: JP
Inventors: Zuishiyou Okuchi; 瑞章奥地; Tetsuya Ito; 哲也伊藤
Original assignee: NIPPON FUEROO KK; Tokan Material Technology Co Ltd
Current assignee: NIPPON FUEROO KK; Tomatec Co Ltd
Priority date: 1991-09-27
Filing date: 1991-09-27
Publication date: 1993-04-06
Anticipated expiration: 2018-01-27
Also published as: JP3371142B2

Abstract

(57)【要約】【目的】単一層構造の塗膜層を形成することによって
酸化防止と脱炭防止を共に成し得る酸化脱炭防止用組成
物を提供する。【構成】１３００℃以下の軟化点または融点を有する
フラックス成分５〜９０重量％と、ＳｉＣ５〜９０重量
％と、Ｃｒ₂Ｏ₃５〜６０重量％と、１３００℃以上の
融点を有する耐火性充填材０〜７５重量％とを含む、鋼
材の酸化脱炭防止用組成物である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、鋼材の熱間処理に当
たり、鋼材表面が高温加熱によって酸化脱炭を来たすの
を防止するために予め鋼材表面に被覆層を形成しておく
酸化脱炭防止用組成物に関する。

【０００２】この明細書全体を通して「鋼材」なる用語
は、いわゆる炭素鋼の外、ニッケル、モリブデン、クロ
ム、マンガンなどを含む合金鋼をも含む意味で使用す
る。

【０００３】

【発明の背景】一般に鋼材は、加熱炉で熱した後に圧延
され、さらに必要に応じて焼なまし、焼ならし、焼入れ
などの熱処理が施され製品化される。こうした熱処理で
は、鋼材が酸化されて金属表面にスケールが発生するの
みならず、鋼材表層部に侵入拡散した酸素に鋼材中の炭
素が化合して鋼材から抜け出す、いわゆる酸化脱炭が起
こりやすい。この現象は熱処理温度が高くなるほど顕著
になる。酸化により生じたスケールは除去しなければな
らず、その結果製品歩留まりの低下を招く。また、脱炭
により生じた脱炭層は鋼材の強度低下や硬度低下をもた
らすため、研摩、切削などにより所要深さで除去しなけ
ればならない。こうしたことから、酸化脱炭は製品のコ
スト高を招くという問題がある。

【０００４】

【従来の技術】従来、こうした問題を解決することを企
図した酸化防止剤ないし脱炭防止剤として、種々の提案
がなされている。たとえば特開昭５４−１０７４０号公
報および特公昭６０−４５２４８号公報には、鋼材表面
に脱炭防止層を形成し、ついで同層の上に酸化防止層を
形成する鋼材の脱炭防止方法が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では、まず脱炭防止層を形成しついでその上に酸化防
止層を形成して二重構造の塗膜を形成するので、塗装が
２回必要で作業が繁雑となり、作業時間および労力の増
大により製品コストが高くつくという問題がある。

【０００６】この発明の目的は上記の点に鑑み、単一層
構造の塗膜層を形成することによって酸化防止と脱炭防
止を共に成し得る酸化脱炭防止用組成物を提供するにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明による酸化脱炭
防止用組成物は、上記目的を達成すべく工夫されたもの
であり、１３００℃以下の軟化点または融点を有するフ
ラックス成分５〜９０重量％と、ＳｉＣ５〜９０重量％
と、Ｃｒ₂Ｏ₃５〜６０重量％と、１３００℃以上の融
点を有する耐火性充填材０〜７５重量％とを含むもので
ある。

【０００８】この発明による組成物は、ＳｉＣの酸化を
より促進させる物質、たとえばＮａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｌｉ
₂Ｏ等のアルカリ金属化合物、ＰｂＯ、ＭｏＯ₃、Ｓｂ
₂Ｏ₃、ＺｎＯおよびＶ₂Ｏ₅などのうち少なくとも１
つを酸化物換算で０．２〜２０重量％含むことが好まし
い。ＳｉＣの酸化を促進させる物質は、含有量が２０重
量％を越えると鋼材を被覆している膜が破れやすくなり
酸化脱炭されやすくなる。また、ＳｉＣは雰囲気中の酸
素により酸化されても還元雰囲気をつくるが、ＳｉＣの
酸化を促進させる物質が０．２重量％以上含まれている
と、より安定した還元雰囲気をつくることができる。こ
れらの物質は主としてフラックス中に存在する。したが
って、これらの物質の存在により熱処理中にＳｉＣの酸
化がより進行し、塗膜の内部が適度に還元性の気体で発
泡した構造になる。この構造は、酸化脱炭防止にいっそ
う都合が良い。

【０００９】この発明による酸化脱炭防止用組成物を構
成する成分のうち、まずフラックス成分は、一般的な鋼
材の熱処理温度の上限である１３００℃より低い軟化点
または融点を有するガラス、鉱物などである。

【００１０】フラックス成分の例としては、ＳｉＯ₂、
Ａｌ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、
Ｌｉ₂Ｏ、ＣａＯ、ＺｎＯなどを含んだガラス、鉱物が
挙げられ、鋼材の熱処理温度に応じて所望の軟化点また
は融点を有するものが適宜使用される。けい酸塩ガラ
ス、ほうけい酸ガラスなどのガラスはその組成中にＳｉ
Ｃを酸化させる物質を適量含んでいるため特に好都合で
あり、鉱物としては長石などが使用される。その他、炭
酸ナトリウム、炭酸カリウムなどのアルカリ塩類も使用
可能である。

【００１１】熱処理前の鋼材の表面に塗布した酸化脱炭
防止用組成物中のフラックス成分は、鋼材の熱処理工程
において溶融し、溶融フラックスは雰囲気中の酸素が鋼
材表面と直接接触するのを防ぐ被覆層を形成する作用を
有する。

【００１２】フラックス成分の含有量は５〜９０重量％
の範囲である。同成分の含有量が５重量％未満であると
上記のような被覆層の形成が不十分なものとなる。フラ
ックス成分の特に好ましい含有量は７〜６０重量％の範
囲である。

【００１３】ＳｉＣは、溶融状態で粘性を有するフラッ
クス成分中において、ＳｉＣを酸化させる物質によりＳ
ｉＯ₂、ＳｉＯ、ＣＯ、ＣＯ₂となり、ＣＯ、ＣＯ₂が
塗膜中に微細な気泡を形成する。この気泡の内部は還元
雰囲気であり、鋼材表面が直接酸素と接するのを妨げる
役目をする。

【００１４】ＳｉＣの含有量は５〜９０重量％の範囲で
ある。ＳｉＣの含有量が５重量％未満であると、膜中が
適度な還元雰囲気にならず、酸化脱炭防止能力が低下す
る。ＳｉＣの特に好ましい含有量は２０〜８５重量％の
範囲である。

【００１５】Ｃｒ₂Ｏ₃は、高温時のファヤライト（fa
yalite；２ＦｅＯ・ＳｉＯ₂）の生成を防止し、塗膜の
軟化を抑える作用をすると考えられる。Ｃｒ₂Ｏ₃が存
在しないと鋼材は酸化されやすくなる。これは、鋼材に
塗布した組成物中を拡散してきた酸素により鋼材表面が
酸化され、生じたＦｅＯと組成物中のＳｉＯ₂とでファ
ヤライトが生成し、塗膜の粘度が著しく低下すること
で、塗膜中の酸素の拡散速度が速くなったり鋼材表面か
ら組成物が流下することにより、鋼材の酸化がより促進
されることによるものと考えられる。

【００１６】Ｃｒ₂Ｏ₃の含有量は５〜６０重量％であ
る。Ｃｒ₂Ｏ₃の含有量が５重量％未満であると、上記
理由によりファヤライトが生成し酸化されやすくなる。
Ｃｒ₂Ｏ₃の含有量が６０重量％を越えると、緻密な膜
が形成できず、膜中を酸素が通りやすくなり酸化脱炭さ
れやすくなる。Ｃｒ₂Ｏ₃の特に好ましい含有量は１０
〜４０重量％の範囲である。

【００１７】耐火性充填材は、フラックスに溶けにくく
１３００℃以上の融点を有するものであればよい。この
発明に特に有効な充填材は、Ｓｉ、Ａｌ、ＣｒまたはＺ
ｒを含むもの、たとえば珪石、カオリン、ムライト、ア
ルミナ、クロム、ジルコン、ジルコニア、窒化珪素など
である。

【００１８】鋼材の種類によっては、酸化脱炭防止用組
成物で形成された被覆層に鋼材表面からイオン化した鉄
分が溶け込み、その結果被覆層の粘度が低下して鋼材被
覆が不完全となる場合がある。このような場合、耐火性
充填材が存在すると被覆層の極端な粘度低下が防がれ
る。

【００１９】耐火性充填材の含有量は０〜７０重量％の
範囲である。充填材の含有量が７０重量％を上回ると、
他の成分の割合の低下により上記のような被覆層の形成
が不十分なものとなる。充填材の特に好ましい含有量は
０〜６０重量％の範囲である。

【００２０】この発明の酸化脱炭防止用組成物は、一般
に塗料の形態で鋼材表面に塗布せられる。塗膜に大きな
強度が要求される場合には、この組成物にアクリル系樹
脂、ポリビニルアルコール、酢酸ビニル系樹脂、ウレタ
ン系樹脂、水などの添加物を、組成物１００重量部に対
し通常１００重量部以下の範囲で配合することができ
る。その他、分散剤、垂れ止め剤などを適宜添加しても
よい。

【００２１】この発明の酸化脱炭防止用組成物により鋼
材表面に形成された塗膜は、通常のデスケーリング処理
で簡単に鋼材表面から剥離することができる。

【００２２】

【作用】この発明による酸化脱炭防止用組成物は、鋼材
の熱間圧延、焼なまし、焼ならし、焼入れなどの熱処理
に当たり、同組成物を金属表面に塗布することにより金
属表面が被覆層で覆われ、鋼材表面と酸素との接触が遮
断され、鋼材の高温加熱による酸化および脱炭が防止さ
れる。

【００２３】ＳｉＣは、溶融状態で粘性を有するフラッ
クス成分中で、ＳｉＣを酸化させる物質によりＳｉ
Ｏ₂、ＳｉＯ、ＣＯ、ＣＯ₂となり、ＣＯ、ＣＯ₂が塗
膜中に微細な気泡を形成する。この気泡の内部は還元雰
囲気であり、鋼材表面が直接酸素と接するのを妨げる役
目をする。

【００２４】Ｃｒ₂Ｏ₃は、高温時のファヤライトの生
成を防止し、塗膜の軟化を抑える作用をすると考えられ
る。Ｃｒ₂Ｏ₃が存在しないと鋼材は酸化されやすくな
る。これは、鋼材に塗布した組成物中を拡散してきた酸
素により鋼材表面が酸化され、生じたＦｅＯと組成物中
のＳｉＯ₂とでファヤライトが生成し、塗膜の粘度が著
しく低下することで、塗膜中の酸素の拡散速度が速くな
ったり鋼材表面から組成物が流下することにより、鋼材
の酸化がより促進されることによるものと考えられる。

【００２５】また、鋼材の種類によっては、酸化脱炭防
止用組成物で形成された被覆層に鋼材表面からイオン化
した鉄分が溶け込み、その結果被覆層の粘度が低下す
る。被覆層の粘度が低下すると酸素が同層中を拡散透過
しやすくなるとともに被覆層が不連続になり鋼材被覆が
不完全なものとなり、そのため酸素が鋼材表面と接触し
やすくなり、鋼材が酸化脱炭されることがある。この現
象は、酸化されやすく低融点化合物を形成しやすいモリ
ブデンやバナジウムなどを含んでいる合金鋼の場合にも
生じる。このような場合、フラックス成分に溶けにくく
かつ１３００℃以上の融点を有する耐火性充填材の存在
により、被覆層の粘度低下が防止される。

【００２６】

【実施例】つぎに、この発明の実施例、およびこれと比
較すべき比較例をそれぞれ幾つか挙げ、得られた各組成
物の性能を測定した。測定結果の評価において、重量減
少量は、熱処理前の鋼材重量と熱処理後の被覆層および
スケールを除去した鋼材の重量とから算出し、３００ｍ
ｇ／ｃｍ²以下であれば可とした。また、脱炭層の深さ
は、鋼材を切断して切断面を研磨し、研磨面の顕微鏡観
察または硬さ測定によって測定し、２００μｍ以下であ
れば可とした。

【００２７】実施例１表１のフラックス成分(A) を使用し、表２のNo. １の配
合で組成物を調合した。この配合組成物をボールミルで
粉砕混合してスラリー化し、得られたスラリーをＪＩＳ
規定のＳＵＪ２鋼、ＳＫ３鋼、ＳＫＨ５１鋼、ＳＫＤ１
１鋼、Ｓ５５Ｃ鋼およびＳ１５Ｃ鋼にそれぞれ２kg／m
²の割合でスプレー塗布し、乾燥後、１２００℃で３時
間熱処理した。

【００２８】熱処理後、鋼材表面に付着している膜を高
圧水で剥離し、鋼材を室温まで冷却後、生じたごく少量
のスケールを除去して、鋼材の重量減少量を測定し、ま
た脱炭層の深さを測定した。重量減少量の測定結果およ
び脱炭層の深さの測定結果は表３の通りである。

【００２９】この配合組成物は、表３に示すように、鋼
材表面の酸化および脱炭を効果的に防止している。

【００３０】実施例２〜３表１のフラックス成分（Ａ）および（Ｂ）を使用し、表
２のNo. ２（実施例２）およびNo. ３（実施例３）の配
合でそれぞれ組成物を調合した。この配合組成物をボー
ルミルで粉砕混合してスラリー化し、得られたスラリー
をＪＩＳ規定のＳＵＪ２鋼およびＳ５５Ｃ鋼（実施例
２）、ＳＵＪ２鋼およびＳＫ３鋼（実施例３）に２kg／
ｍ²の割合でそれぞれハケ塗りし、乾燥後、１２５０℃
で３時間熱処理した。

【００３１】熱処理後は、実施例１と同じ操作を行なっ
た。これらの配合組成物も、表３に示すように、鋼材表
面の酸化および脱炭を効果的に防止している。

【００３２】実施例４〜６表１のフラックス成分（Ｃ）および（Ｄ）を使用し、予
め２００メッシュ・パスの粉状にしておいた表２のNo.
４（実施例４）、No. ５（実施例５）およびNo. ６（実
施例６）の組成の固形分（フラックス成分＋ＳｉＣ＋Ｃ
ｒ₂Ｏ₃＋耐火性充填剤）と添加物（水溶性樹脂＋水＋
その他）をミキサーでスラリー化した。得られたスラリ
ーをＪＩＳ規定のＳＵＪ２鋼およびＳＫ３鋼に２kg／ｍ
²の割合でそれぞれハケ塗りし、乾燥後、１２５０℃で
３時間熱処理した。

【００３３】熱処理後は、実施例１と同じ操作を行なっ
た。これらの配合組成物も、表３に示すように、鋼材表
面の酸化および脱炭を効果的に防止している。

【００３４】比較例１表１のフラックス成分（Ｃ）を使用し、表２のNo. ７の
配合で組成物を調合した。この配合組成物をボールミル
で粉砕混合してスラリー化し、得られたスラリーをＪＩ
Ｓ規定のＳＵＪ２鋼およびＳＫ３鋼に２kg／ｍ²の割合
でそれぞれスプレー塗布し、乾燥後、１２００℃で３時
間熱処理した。

【００３５】熱処理後は、実施例１と同じ操作を行なっ
た。

【００３６】この配合組成物は、表３に示すように、鋼
材表面の酸化を防止するものの脱炭は防止していない。

【００３７】比較例２〜３表１のフラックス成分（Ｃ）を使用した表２のNo. ８
（比較例２）と、No. ９（比較例３）の配合でそれぞれ
組成物を調合した。この配合組成物をボールミルで粉砕
混合してスラリー化し、得られたスラリーをＪＩＳ規定
のＳＵＪ２鋼およびＳ５５Ｃ鋼に２kg／ｍ²の割合でそ
れぞれハケ塗りし、塗料の乾燥後、１２００℃で３時間
熱処理した。

【００３８】熱処理後は、実施例１と同じ操作を行なっ
た。

【００３９】表３に示すように、この配合組成物No. ８
は、鋼材表面の酸化を防止するものの脱炭は防止してい
ない。また、配合組成物No. ９は、脱炭は防止するもの
の酸化は防止していない。

【００４０】比較例４鋼材に上記組成物をいずれをも塗布することなく、鋼材
を１２００℃で３時間熱処理した。

【００４１】熱処理後は、実施例１と同じ操作を行なっ
た。

【００４２】この配合組成物は、表３に示すように、鋼
材表面の酸化および脱炭のどちらをも防止していない。

【００４３】

【表１】

【００４４】

【表２】

【００４５】

【表３】

【００４６】

【発明の効果】この発明による酸化脱炭防止用組成物は
以上の通り構成されているので、鋼材の熱間圧延などの
熱処理に当たり、該組成物を金属表面に塗布することに
より金属表面を被覆層で覆い、鋼材表面と酸素との接触
を遮断させ、鋼材の高温加熱による酸化および脱炭を効
果的に防止することができる。

【００４７】ＳｉＣは、溶融状態で粘性を有するフラッ
クス成分中で、ＳｉＣを酸化させる物質によりＳｉ
Ｏ₂、ＳｉＯ、ＣＯ、ＣＯ₂となり、ＣＯ、ＣＯ₂が塗
膜中に微細な気泡を形成する。この気泡の内部は還元雰
囲気であるので、この雰囲気によって鋼材の酸化および
脱炭を効果的に防止することができる。

【００４８】Ｃｒ₂Ｏ₃は、高温時のファヤライトの生
成を防止し、塗膜の軟化を抑える作用をすると考えられ
る。Ｃｒ₂Ｏ₃が存在しないと鋼材は酸化されやすくな
る。これは、鋼材に塗布した組成物中を拡散してきた酸
素により鋼材表面が酸化され、生じたＦｅＯと組成物中
のＳｉＯ₂とでファヤライトが生成し、塗膜の粘度が著
しく低下することで、塗膜中の酸素の拡散速度が速くな
ったり鋼材表面から組成物が流下することにより、鋼材
の酸化がより促進されることによるものと考えられる。
したがって、この作用によっても鋼材の酸化を防止する
ことができると考えられる。

【００４９】また、鋼材の種類によっては、酸化脱炭防
止用組成物で形成された被覆層に鋼材表面からイオン化
した鉄分その他が溶け込むことがある。その結果被覆層
の粘度が低下し、酸素が同層中を拡散透過して鋼材表面
と接触しやすくなったり、鋼材被覆が不完全なものとな
って、表面が直接酸素と接触しやすくなり鋼材が酸化脱
炭されることがある。このような場合、フラックス成分
に溶けにくくかつ１３００℃以上の融点を有する耐火性
充填材が存在すると被覆層の極端な粘度低下を防ぐこと
ができ、粘度低下による上記の如き問題を完全に克服す
ることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１３００℃以下の軟化点または融点を有
するフラックス成分５〜９０重量％と、ＳｉＣ５〜９０
重量％と、Ｃｒ₂Ｏ₃５〜６０重量％と、１３００℃以
上の融点を有する耐火性充填材０〜７５重量％とを含
む、鋼材の酸化脱炭防止用組成物。
【請求項２】フラックス成分がガラスである請求項１
記載の組成物。
【請求項３】フラックス成分が鉱物である請求項１記
載の組成物。