способ защиты стали от окисления при нагреве перед обработкой давлением

Формула изобретения

Способ защиты стали от окисления в процессе нагрева перед обработкой давлением, включающий нанесение на поверхность стали двухслойного покрытия, нижний слой которого содержит 30-40 мас.% Al₂О₃ и 60-70 мас.% SiO₂, а верхний слой - 60-70 мас.% SiO ₂, 15-20 мас.% Na₂O+K ₂О и 10-25 мас.% Fe₃О ₄.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам защиты металла от окисления при нагреве перед обработкой давлением.

Защитное действие покрытия определяется совокупностью процессов на границах раздела газовой среды покрытия и защищаемого сплава. В зависимости от свойств и состава взаимодействующих фаз, особенностей действия внешних факторов (длительность нагрева, уровня температур и т.п.) осуществляется синтез в экстремальных условиях слоев с превалирующими защитными и теплоизоляционными свойствами.

Теплоизоляционный эффект при применении покрытий определяется теплофизическими характеристиками материалов и толщиной слоя покрытия.

Известно техническое решение, заключающееся в нанесении на металл перед нагревом покрытий, состоящих из силикатного стекла /1/. Благодаря своей легкоплавкости подобные покрытия образуют на поверхности металла сплошную пленку, препятствующую непосредственному контакту с окислительной атмосферой печи. Однако легкоплавкость силикатных стекол достигается за счет введения в их состав весьма значительных (до 25%) количеств оксидов щелочных металлов - натрия и калия. Для расплавов, содержащих такие компоненты, характерны высокие значения коэффициента диффузии кислорода из печной атмосферы к поверхности защищаемого металла. Кроме того, возможно и непосредственное растворение металла в расплаве. На основании этих двух факторов автор /1/ делает вывод о нецелесообразности применения силикатных стекол для защиты металла при температурах более 1000°С, между тем горячая прокатка предполагает нагрев металла до 1100-1280°С.

Наиболее близким к заявляемому способу является техническое решение, изложенное в работе /2/, касающееся применения двухслойного покрытия.

В двухслойных покрытиях при низких температурах защита от окисления происходит за счет легкоплавкого верхнего слоя, а при высоких температурах он превращается в жидкотекучий расплав, образующий при взаимодействии с нижним слоем плотное покрытие.

В данном техническом решении нижний тугоплавкий слой представляет собой композицию шамот технический - глинозем-каолин (глина) на связке из щелочно-силикатного растворимого стекла плотностью 1,17·10³ кг/м ³ и верхнего из того же стекла, но с плотностью 1,48·10 ³ кг/м³.

Однако нанесение на поверхность металла известного защитного покрытия ухудшает прогрев металла излучением, особенно в высокотемпературных методических печах, поскольку степень черноты поверхности заготовки с покрытием уменьшается почти в два раза.

Предлагаемый способ защиты металла от окисления при нагреве включает в себя нанесение двухслойного покрытия, нижний слой которого содержит 30-40 мас.% Al ₂О₃ и 60-70 мас.% SiO ₂, а верхний слой содержит 60-70 мас.% SiO ₂, 15-20 мас.% Na₂O+K ₂О, в которое дополнительно вводятся оксиды железа (Fe ₃O₄) в количестве 10-25 мас.%.

Добавка оксидов железа в верхний слой покрытия повышает степень черноты этого слоя и тем самым обеспечивают хороший прогрев заготовки. При добавке оксидов железа менее 10% существенно снижается степень черноты (до 0,65 и менее) и тем самым ухудшается прогрев заготовок. Добавка оксидов железа более 25% существенно повышает температуру плавления состава покрытия, в результате поздно образуется сплошная защитная пленка и существенно повышается окисление металла.

Пример: Перед нагревом в методической печи на поверхности слябов из Ст. 3 сп, массой 28,5 тн, шириной 1800 мм и толщиной 250 мм были нанесены защитные покрытия по трем вариантам с различными составами. После этого слябы нагревались в печи в течение 3,5 часов.

Покрытия, выполненные согласно /1/ и /2/, хотя и способствовали снижению угара металла, но в то же время препятствовали нагреву металла излучением. Покрытие по предлагаемому способу, имея степень черноты, близкую к степени черноты окалины, не только не препятствует нагреву металла, но и обеспечивает его нагрев, как и в случае нагрева его без покрытия.

Результаты промышленного опробования различных вариантов нанесения защитных покрытий на слябы перед нагревом приведены в таблице:

Вариант покрытия	Угар, %	Температура поверхности на выходе из печи, °С
Без покрытия	2,1	1255
Силикатное стекло по /1/*	1,9	1245
Двухслойное покрытие по /2/*	1,5	1240
Рекомендуемое покрытие *	1,5	1255
*Все покрытия наносились только на верхнюю поверхность сляба.

Нижний слой наносят торкретированием на поверхность слябов, а затем пульверизацией - верхний слой.

Используемая литература

1. С.С.СОЛНЦЕВ. Защитные технологические покрытия и тугоплавкие эмали. - М.: Машиностроение, 1984, 256 с. - с.27.

2. Л.Л.БРАГИНА, А.Д.ЧЕПУРНОЙ. Защитные технологические покрытия в металлургии и машиностроении. Сборник научных трудов «ВЕСТНИК НТУ 'ХПИ'». Тематический выпуск "Машиноведение и САПР". Номер 53'2005.