ЗАЩИТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПОКРЫТИЕ СТЕКЛОКЕРАМИЧЕСКОГО ТИПА ДЛЯ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ ЛЕГКООКИСЛЯЮЩИХСЯ СТАЛЕЙ
PROTECTIVE TECHNOLOGICAL GLASS CERAMIC-TYPE COATING FOR LOW-ALLOY OF UNSTABLE STEELS

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,
2
2
2
3
2
3
2
при этом все материалы измельчают до прохода через сито 10000 отверстий на см, а стекло алюмоборосиликатное имеет следующий химический состав, в мас.%: SiO - 70,0±0,5; AlO - 8,0±0,5; BO- 8,0±0,5; CaO - 7,0±0,5; NaO - 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.%).
2
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 см, 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 Δg 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 Δg 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
Δg·10<sup>3</sup>, кг/м<sup>2</sup>
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.