CN104017397A - 一种用于镍基合金钢的高温保护涂料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种镍基合金钢热轧前热处理工艺用的高温防护涂料，涂料粉料部分包括以下组分：Al₂O₃20％-40％，SiO₂10％-30％，MgO10％-20％，TiO₂10％-20％，CuO5％-15％，Y₂O35％-15％，Na₂O0％-1％，K₂O0％-1％，其中Al₂O₃和SiO₂来源于蓝晶石和铝灰中的一种或两种；TiO₂来源于金红石矿。涂料中粘结剂由钠水玻璃，钾水玻璃，和硅溶胶中一种或两种以上混合而成；分散剂为羧甲基纤维素。使用时先把粉料和水按重量比2:1混合球磨成浆料，加入粘结剂，粘结剂占浆料的质量比为5％-10％，加入分散剂，分散剂占浆料的质量比为1％-2％，混好后球磨至粒度200-600目即得涂料，可在800℃以下钢坯下直接喷涂，可有效解决镍基合金钢1200-1350℃热处理产生的难除鳞问题。

Description

一种用于镍基合金钢的高温保护涂料

技术领域

本发明涉及一种可在800℃以下钢坯喷涂，用于减缓镍基合金钢加热过程中表面氧化并降低氧化铁皮粘性的无机水性耐高温涂料。 

背景技术

目前，国内大多数钢铁企业采用了连铸连轧工艺和高温热送工艺，而钢在热轧过程中不可避免的会接触氧化气氛，产生氧化皮。与其他钢铁不同的是，镍基合金钢加热时形成的氧化铁皮具有很强的粘附性。由于镍相对于铁来说较难氧化。在加热炉内，发生氧化时铁先氧化，在氧化铁皮内层产生镍的富集，形成富镍的金属网丝和颗粒，并随着温度的升高而发展。由于这种金属丝网和颗粒的塑性和热膨胀系数等和金属基体相似，即使在高压水的冲击下，仍然不易剥落。若该氧化铁皮如不及时清除干净，在轧制时将会被压入坯料表面，造成产品表面缺陷，在钢板表面形成深浅不一的凹坑和麻点，严重时可导致产品全部报废。 

目前解决镍基合金钢除鳞问题的方法之一是使用高温保护涂料，在钢坯加热时进行防护。该方法使用简便且降低成本，但国内针对镍基合金钢的高温防护涂料专利较少。 

在中国专利03118989X提出一种合金钢除鳞用加热保护涂料，可用于含镍量至4％的合金钢钢坯加热保护，在1250℃下加热240分钟，氧化铁皮减少70％，轧制成品板材修磨量减少80％。但存在的问题是，该涂料在加热炉温度超过1300℃或钢坯停留时间过长，其防护效果急剧下降。此外，该涂料对含镍量超过4％的合金钢除鳞防护效果不佳。 

在中国专利101705024提出一种高含镍钢抗高温氧化涂料，可用于1250℃-1350℃下含镍量大于4％的镍基合金钢的高温防护。该涂料以氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锆、含铬铁粉为基料，且铬含量(质量分数)≥35％。但该涂料铬元素含量极高，不仅造成成本过高，且铬元素对人体有毒，易造成环境污染，不宜大量使用。 

发明内容

针对镍基合金钢后期除鳞困难的问题，本发明提出一种镍基合金钢热轧前热处理工艺用的高温防护涂料。该涂层材料可在800℃以下钢坯下直接喷涂，粘附性能良好，在高温下形成致密陶瓷基保护层，有效降低氧元素扩散速率，减少氧化铁磷的生成，并可有效降低镍基合金钢氧化铁皮的粘附性，简化了钢坯后期处理工序，提高了钢材的成材率，并使成本大为降低。该涂料可有效解决镍基合金钢1200-1350℃热处理产生的难除鳞问题，使用安全无毒，不影响加热，成本低，无环境污染。 

本发明所述目的是通过以下方案实现的： 

一种用于镍基合金钢的高温保护涂料，涂料由粉料、粘结剂、分散剂和水按一定比例混 合均匀。涂料粉料部分包括以下组分：Al₂O₃20％-40％，SiO₂10％-30％，MgO10％-20％，TiO₂10％-20％，CuO5％-15％，Y₂O35％-15％，Na₂O0％-1％，K₂O0％-1％，其中Al₂O₃和SiO₂来源于蓝晶石和铝灰中的一种或两种；TiO₂来源于金红石矿。涂料中粘结剂由钠水玻璃，钾水玻璃，和硅溶胶中一种或两种以上混合而成；分散剂为羧甲基纤维素。使用时先把粉料和水按重量比2:1混合球磨成浆料，加入粘结剂，粘结剂占浆料的质量比为5％-10％，加入分散剂，分散剂占浆料的质量比为1％-2％。 

所用的涂料应球磨至粒度200-600目，若粒度太粗则影响涂层的致密性和分散性，若粒度太细则增强涂层组分活性，易与其他物料反应，并且粒度降低易导致涂层熔点降低，缩小涂层正常防护温度区间，涂料高温防护区间为1200-1350℃，涂料在800℃以下钢坯喷涂。。 

本发明提出的镍基合金钢高温保护涂料，以Al₂O₃、SiO₂为基料，在高温下形成陶瓷基保护层，加入MgO等耐火材料，以减少高温条件下氧化铁对钢坯基体的侵蚀，加入TiO₂调节涂层的熔点，并可增强涂层的致密性，加入CuO、Y₂O₃等调节氧化铁皮粘性，在Ellingham-Rechardson图中，铜元素的位置高于镍元素，位置低的元素在标准状态下可以将位置高的氧化物还原，因此在高温下氧化铜会与镍元素发生置换反应，减少富镍的金属丝网和颗粒生成，而Y₂O₃的加入对降低氧化铁皮的粘附性也有一定辅助作用，从而达到本发明对镍基合金钢的高温保护与提升除鳞效果的目的。 

本发明可应用于由于氧化铁皮内层富含富镍的金属丝网与颗粒而导致后期除鳞困难的镍基合金钢，使用时喷涂或刷涂至钢坯表面，对有铸造铁皮的的连铸钢坯，不需要进行预处理，对涂料效果无影响。 

附图说明：

图1：有涂层防护的9Ni钢1300℃处理恒温一小时氧化内层形貌(含镍量9％) 

图2：无涂层防护的9Ni钢1300℃处理恒温一小时氧化内层形貌(含镍量9％) 

具体实施方式：

下面所举的实施例将有助于理解本发明 

实施例一 

选用涂料粉料重量组分为Al₂O₃30％，SiO₂20％，MgO20％，TiO₂10％，CuO8％，Y₂O₃10％，Na₂O1％，K₂O1％。 

使用时先把粉料和水2:1混合成浆料。加入粘结剂，粘结剂质量占浆料质量的10％。加入分散剂羧甲基纤维素，分散剂质量占浆料质量的1％。 

下面是针对无涂层防护下的9Ni钢和有涂层防护的9Ni钢氧化铁皮粘附性的对比试验。 

将9Ni钢切割成10mm×10mm×10mm规格的样品，在加热炉内700℃进行退火处理并 去除表面油污，取出备用。分别将表面涂敷涂料和不涂涂料的样品放入马弗炉内加热到1300℃，保温一小时。 

图1是有涂层防护的9Ni钢1300℃处理恒温一小时氧化内层形貌。图2是无涂层防护的9Ni钢1300℃处理恒温一小时氧化内层形貌。由图1可看到有涂层样品氧化内层没有生成富镍的金属丝网和颗粒，而图2中样品氧化内层约有100μm的富镍的金属丝网与颗粒层。 

实施例二 

选用涂料粉料重量组分为Al₂O₃35％，SiO₂15％，MgO15％，TiO₂18％，CuO8％，Y₂O₃7％，Na₂O1％，K₂O1％。 

使用时先把粉料和水2:1混合成浆料。加入粘结剂，粘结剂质量占浆料质量的5％。加入分散剂羧甲基纤维素，分散剂质量占浆料质量的1.5％。 

本实施例和实施例一的区别在于实验钢种为Q690D(镍质量分数约为0.8％)且涂层组分有所差异，实验结果与实施例一相同。 

实施例三 

选用涂料粉料重量组分为Al₂O₃38％，SiO₂16％，MgO12％，TiO₂16％，CuO6％，Y₂O₃10％，Na₂O1％，K₂O1％。 

使用时先把粉料和水2:1混合成浆料。加入粘结剂，粘结剂质量占浆料质量的8％。加入分散剂羧甲基纤维素，分散剂质量占浆料质量的2％。 

本实施例和实施例一的区别在于实验钢种为20Cr2Ni4A(镍质量分数约为3.45％)且涂层组分有所差异，实验结果与实施例一相同。 

Claims (8)

1.一种用于镍基合金钢的高温保护涂料，其特征在于，涂料由粉料、粘结剂、分散剂和水按一定比例混合均匀，其中涂料粉料是由以下质量分数成分混合而成：Al₂O₃20％-40％，SiO₂10％-20％，MgO10％-20％，TiO₂10％-30％，CuO5％-15％，Y₂O₃5％-15％，Na₂O0％-1％，K₂O0％-1％。

2.如权利要求1所述的一种用于镍基合金钢的高温保护涂料，其特征在于，使用时先把粉料和水按重量比2:1混合球磨成浆料，加入粘结剂，粘结剂占浆料的质量比为5％-10％，加入分散剂，分散剂占浆料的质量比为1％-2％。

3.如权利要求1所述的一种用于镍基合金钢的高温保护涂料，其特征在于，所述的Al₂O₃和SiO₂来源于蓝晶石和铝灰中的一种或两种。

4.如权利要求1所述的一种用于镍基合金钢的高温保护涂料，其特征在于，所述的TiO₂来源于金红石矿。

5.如权利要求2所述的一种用于镍基合金钢的高温保护涂料，其特征在于，所述的粘结剂由钠水玻璃，钾水玻璃，和硅溶胶中一种或两种以上混合而成。

6.如权利要求2所述的一种用于镍基合金钢的高温保护涂料，其特征在于，所述的分散剂为羧甲基纤维素。

7.如权利要求2所述的一种用于镍基合金钢的高温保护涂料，其特征在于，涂层防护区间为1200-1350℃。

8.如权利要求2所述的一种用于镍基合金钢的高温保护涂料，其特征在于，涂层在800℃以下钢坯喷涂。