ЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК ПЕРЕД НАГРЕВОМ ПОД ОБРАБОТКУ ДАВЛЕНИЕМ
PROTECTING COATING OF METAL BLANKS BEFORE HEATING FOR FORMING

Изобретение относится к области металлургии и, в частности, к защитным покрытиям для предохранения металла от окисления при нагреве его перед обработкой давлением.
Известно защитное покрытие металла, содержащее огнеупорный материал, связующий материал и воду (Авторское свидетельство СССР №652228, кл. C21D 1/70, 1979).
Однако использование данного покрытия не обеспечивает защиту от обезуглероживания поверхностного слоя заготовок при нагреве.
При температурах, близких к 1200°С, в окислительной среде поверхностные слои сталей заметно обедняются углеродом. Содержание углерода поверхностных слоев может снижаться на 0,05-1,0%. Обезуглероживанию способствуют также присутствующие обычно в печной атмосфере углекислый газ, пары воды. Обеднение поверхности стали углеродом, окисление ее приводит к снижению не только механических свойств, но и коррозионной стойкости стали.
Техническим результатом изобретения является уменьшение потерь металла на угар и защиты его поверхности от обезуглероживания.
Для достижения технического результата на металлические заготовки перед нагревом под обработку давлением наносят защитное покрытие, содержащее огнеупорный материал, связующий материал и воду, которое дополнительно содержит активированный уголь, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Огнеупорный материал
20-30
Активированный уголь
8-10
Связующий материал
2-3
Вода
остальное
Частицы активированного угля располагаются между частицами огнеупора в узких порах, диффузия кислорода и продуктов сгорания в которых весьма затруднена.
Добавление в состав защитного покрытия связующего материала, например кальцинированной соды или поваренной соли, вызвано улучшением кроющей способности и прочности сцепления с металлической заготовкой. Нижний и верхний пределы процентных соотношений характеризуются началом прочного сцепления защитного покрытия и его отслоения от металлической подложки.
При температуре нагрева 1250-1300°С на поверхности заготовки образуется экранирующий слой, препятствующий диффузии кислорода в металл, а также обеспечивающий защиту от обезуглероживания поверхности металла.
Интенсивной диффузии углерода из стали препятствует защитное покрытие, содержащее свободный углерод. Однако углерод, содержащийся в покрытии, сам подвергается окислению в атмосфере печи, и после полного окисления углерода защитное действие покрытия существенно ослабляется. Таким образом, для максимальной эффективности защитного покрытия окисление углерода в нем должно быть сокращено до пределов, при которых по истечении времени нагрева концентрация углерода в покрытии будет достаточной для предотвращения обезуглероживания металла.
Покрытие наносится путем мелкодисперсного распыления на поверхности металла, подогретого до температуры 110-145°С.
Пример.
Исследования по влиянию содержания активированного угля в покрытии на угар металла и степень обезуглероживания поверхностного слоя проводили на образцах из стали 30ХГСА размером 150×50×5 мм, выдерживая в муфельной печи в течение 3 часов при температуре 1230°С.
По первому варианту использовали защитное покрытие следующего состава, мас.%:
Огнеупорный материал
24
Активированный уголь
0-30
Кальцинированная сода
2
Вода
остальное
Результаты исследований представлены в таблице 1:
Таблица 1Влияние содержания активированного угля в защитном покрытии с кальцинированной содой в качестве связующего на окисление и обезуглероживание защищаемого металла
№
Содержание активированного угля в покрытии, мас.%
Обезуглероженный слой, мм
Угар металла, %
начальное
конечное
1
30
2,2
0,59
1,8
2
20
4,1
0,32
1,4
3
12
6,9
0,19
0,76
4
<b>10</b>
<b>7,2</b>
<b>0,00</b>
<b>0,26</b>
5
<b>8</b>
<b>6,6</b>
<b>0,01</b>
<b>0,32</b>
6
6
5,2
0,08
0,92
7
0
0
0,34
1,5
8
без покрытия
0,80
2,1
По второму варианту использовали защитное покрытие следующего состава, мас.%:
Огнеупорный материал
26
Активированный уголь
0-30
Поваренная соль
3
Вода
остальное
Результаты исследований представлены в таблице 2:
Таблица 2Влияние содержания активированного угля в защитном покрытии с поваренной солью в качестве связующего на окисление и обезуглероживание защищаемого металла
№
Содержание активированного угля в покрытии, мас.%
Обезуглероженный слой, мм
Угар металла, %
начальное
конечное
1
30
2,4
0,60
1,6
2
20
3,9
0,31
1,3
3
12
6,6
0,21
0,78
4
<b>10</b>
<b>7,1</b>
<b>0,00</b>
<b>0,26</b>
5
<b>8</b>
<b>6,8</b>
<b>0,02</b>
<b>0,35</b>
6
6
5,1
0,06
0,90
7
0
0
0,32
1,6
8
без покрытия
0,78
2,0
Из таблиц, приведенных выше, видно, что, применительно к угару металла и обезуглероживанию поверхностного слоя оптимальное содержание активированного угля в покрытии составляет 8-10%.
При фиксированных значениях связующего материала и воды увеличение или уменьшение количества активированного угля осуществляется за счет уменьшения или увеличения огнеупорного материала. Чем больше активированного угля будет в покрытии, тем меньше будет огнеупорного материала.
Данные таблиц показывают, что снижение начальной концентрации активированного угля в покрытии с 30% до 10% приводит к уменьшению процесса окисления углерода в покрытии на весь период нагрева металла, что следует из повышения конечной концентрации углерода в покрытии. Медленное выгорание углерода в покрытии приводит к снижению окисления металла и полному прекращению его обезуглероживания в поверхностном слое. Однако при снижении начальной концентрации активированного угля в покрытии менее 8% защитное действие покрытия становится столь слабым, что наблюдается увеличение как угара металла, так и толщины обезуглероженного слоя.
Применение заявляемого покрытия уменьшает потери металла на угар в среднем на 87% по сравнению с аналогичным нагревом металла без покрытия и обеспечивает защиту металла от обезуглероживания.