защитное покрытие металлических заготовок перед нагревом под обработку давлением

Формула изобретения

Защитное покрытие металлических заготовок перед нагревом под обработку давлением, содержащее огнеупорный материал, связующий материал и воду, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит активированный уголь при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

огнеупорный материал	20-30
активированный уголь	8-10
связующий материал	2-3
вода	70-57

Описание изобретения к патенту

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 1 Влияние 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	10	7,2	0,00	0,26
5	8	6,6	0,01	0,32
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 2 Влияние 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	10	7,1	0,00	0,26
5	8	6,8	0,02	0,35
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.