защитно-технологическое покрытие стеклокерамического типа для низколегированных легкоокисляющихся сталей

Формула изобретения

Защитно-технологическое покрытие стеклокерамического типа для низколегированных легкоокисляющихся сталей, включающее огнеупорный наполнитель в виде шамота каолинизированного и глины латненской, стеклообразующий компонент - стекло алюмоборосиликатное, отличающееся тем, что в него дополнительно вводят в качестве огнеупорного наполнителя глинозем технический, в качестве стеклообразующего компонента - нефелин-сиенитовый концентрат, а в качестве связующего - карбоксиметилцеллюлозу при следующем содержании компонентов, мас.%:

стекло алюмоборосиликатное	23,0-25,0
нефелин-сиенитовый концентрат	14,0-16,0
шамот каолинизированный	38,0-40,0
глинозем технический марки Г-3	18,0-20,0
глина латненская ЛТ-0	3,0-5,0
карбоксиметилцеллюлоза	0,3-0,5

при этом все материалы измельчают до прохода через сито 10000 отверстий на 1 см², а стекло алюмоборосиликатное имеет следующий химический состав, мас.%: SiO₂ - 70,0±0,5; Al₂O₃ - 8,0±0,5; B₂O₃ - 8,0±0,5; CaO - 7,0±0,5; Na₂O - 9,0±0,5.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к покрытиям для защиты сталей и может быть использовано в машиностроительной промышленности для защиты крупногабаритных заготовок из низколегированных легкоокисляющихся сталей от высокотемпературной коррозии при технологических нагревах перед горячей обработкой давлением, в частности штамповкой.

Известно покрытие, содержащее 95,0-98,0 мас.% огнеупорного наполнителя и 1,0-5,5 мас.% полиметафосфата натрия. В качестве огнеупорного наполнителя покрытие содержит смесь тонкоизмельченных силикатного, борсодержащего и глинистого минералов в соотношении 3,5:1,0:0,25 - 4,5:1,0:0,2 (см. а.с. СССР № 1022495, кл. С21D 1/70, опубл. 1983 г.).

Однако известное покрытие характеризуется низкими защитными от окисления свойствами при нагреве до 1000°C крупногабаритных заготовок из легкоокисляющихся сталей, поскольку при указанных температурных условиях из него еще не формируется сплошной спеченный слой, вследствие недостаточной интенсивности взаимодействия огнеупорного наполнителя с полифосфатом натрия.

Наиболее близким к предлагаемому покрытию по технической сути и достигаемому результату является состав покрытия стеклокерамического типа, включающий в качестве огнеупорного наполнителя песок кварцевый, шамот каолинизированный, глину латненскую ЛТ-0, а в качестве стекловидной составляющей стекло алюмоборосиликатное, датолитовый концентрат и триполифосфат натрия (см. патент РФ № 2347823, МПК C21D 1/70, C23C 26/00; C03C 3/091, опубл. 2009 г.).

Недостатком указанного покрытия является отсутствие надежной защиты от окисления при нагреве до 1000°C заготовок из низколегированных легкоокисляющихся сталей.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении защитно-технологических свойств стеклокерамических покрытий, предназначенных для защиты от высокотемпературной коррозии низколегированных легкоокисляющихся сталей.

Это достигается тем, что в защитно-технологическое покрытие стеклокерамического типа для низколегированных легкоокисляющихся сталей, включающее в качестве огнеупорного наполнителя шамот каолинизированный и глину латненскую, а в качестве стеклообразующего компонента - стекло алюмоборосиликатное, согласно изобретению, дополнительно вводят в качестве огнеупорного наполнителя - глинозем технический, в качестве стеклообразующего компонента - нефелин-сиенитовый концентрат, а в качестве связующего - карбоксиметилцеллюлозу при следующем содержании компонентов, в мас.%:

стекло алюмоборосиликатное	23,0-25,0
нефелин-сиенитовый концентрат	14,0-16,0
шамот каолинизированный	38,0-40,0
глинозем технический марки Г-3	18,0-20,0
глина латненская ЛТ-0	3,0-5,0
карбоксиметилцеллюлоза	0,3-0,5,

при этом все материалы измельчают до прохода через сито 10000 отверстий на см² , а стекло алюмоборосиликатное имеет следующий химический состав, в мас.%: SiO₂ - 70,0±0,5; Al₂O ₃ - 8,0±0,5; B₂O₃ - 8,0±0,5; CaO - 7,0±0,5; Na₂O - 9,0±0,5.

Благодаря оптимальному соотношению стеклообразующей и огнеупорной составляющих при нагревании до 1000°C в покрытии образуется жидкая фаза, обеспечивающая закрепление покрытия на поверхности металла, а также протекание процессов твердожидкостного спекания, приводящих к появлению тугоплавких новообразований, эффективно предотвращающих диффузию кислорода и печных газов к поверхности металла. Это и обусловливает высокую степень защиты от окисления при нагревании до 1000°C низколегированных легкоокисляющихся сталей.

Для экспериментальной проверки заявляемого защитно-технологического покрытия стеклокерамического типа для низколегированных легкоокисляющихся сталей были приготовлены 4 шихты предлагаемого покрытия и 1 шихта - прототип. Соотношение ингредиентов в указанных шихтах представлено в таблице 1 (в мас.%).

В качестве исходных компонентов использовали: датолитовый концентрат ГОСТ 46108-75; нефелин-сиенитовый концентрат МРТУ 6-12-10-66; шамот каолинизированный марки ШТА МРТУ 14-19-13-66; песок кварцевый ГОСТ 2251-77; глинозем технический марки Г-3 ГОСТ 6912-64; глину латненскую ЛТ-0 ТУ 14-8-152-75; триполифосфат натрия ГОСТ 13493-86; карбоксиметилцеллюлозу МРТУ 6-05-1267-70. Варку стекольной шихты осуществляли в корундовых тиглях емкостью 0,5 л в лабораторной криптоловой печи при температуре 1400-1500°C в течение 30-40 минут. Готовый расплав во избежание выщелачивания выливали на металлический лист. Покрытия готовили по следующей технологии: исходные компоненты измельчали до прохода через сито 10000 отверстий на см², смешивали в указанных пропорциях, добавляли воду до влажности получаемых шликеров 40% и наносили окунанием на заготовки из низколегированных легкоокисляющихся сталей. Контроль толщины нанесенного слоя покрытия после естественной сушки осуществляли с помощью толщиномера типа ТПН-IМЦ. Толщина нанесенного слоя покрытия составляла 1,00±0,05 мм. Применение предлагаемых покрытий не требует предварительной специальной подготовки поверхности металла.

В качестве критерия защитного действия исследуемых покрытий был принят привес g металлических образцов из низколегированной легкоокисляющейся стали, покрытых защитным слоем при их выдержке в окислительной среде в течение 100 минут при температуре 1000°C. Кроме того, была оценена способность покрытий самопроизвольно отслаиваться от поверхности металла после службы, что чрезвычайно важно, поскольку позволяет существенно снизить объем трудовых и энергетических затрат при ручной и машинной зачистке стальных заготовок после термообработки. Результаты испытаний приведены в таблице 2. Для сравнения в этой таблице приведены данные о величинах g образцов из низколегированной легкоокисляющейся стали без защитного покрытия при принятых условиях нагрева. Из таблицы видно, что при применении предлагаемого защитно-технологического покрытия стеклокерамического типа наблюдается существенное сокращение потерь металла в окалину как по сравнению с незащищенным металлом, так и по сравнению с покрытием-прототипом.

Таблица 2
Маркировка покрытия	g·103, кг/м2	Отслаивание после службы
прототип	64,25	самопроизвольно
состав 1	40,70	легкое механическое воздействие
состав 2	38,25	самопроизвольно
состав 3	34,15	самопроизвольно
состав 4	39,65	легкое механическое воздействие
без покрытия	487,55	-

Использование изобретения позволяет существенно снизить потери низколегированной легкоокисляющейся стали в окалину при термообработке, а следовательно, уменьшить объем трудовых и энергетических затрат при ручной и машинной зачистке поверхности стальных заготовок после штамповки.