[发明专利]一种应用于高温合金热处理的抗氧化涂料

说明书

技术领域

本发明属于高温抗氧化涂料制备技术领域，基于钢材合金板坯热处理工艺的研究，开发了一种抗高温氧化涂料，尤其适用于硅钢等高温长时保温热处理过程中。 

背景技术

本发明是关于钢材合金板坯(主要是硅钢，低碳钢以及镍铬低合金钢)热处理用防氧化涂料。该涂料以工业镁砂为主要原料、添加少量的颜料级别的三氧化二铬、硅溶胶以及无机、粘结剂而配制而成。 

一般碱性耐火材料以氧化镁、氧化钙为主要成分，常用的是镁砖。含氧化镁80％～85％以上的镁砖，对碱性渣和铁渣有很好的抵抗性，耐火度比粘土砖和硅砖高。Cr₂O₃直接作为耐火材料，或与MgO，Al₂O₃等制成复合耐火材料，还可以作为催化剂及其载体，用于制作复合氧化物(包括三氧化二铬的非绿色颜料)以及作为原料制取铬的碳，氮，硼，硅化物。经过几十年的发展，以MgO-Cr₂O₃系为主要原料的抗氧化涂料的技术日渐成熟，但是该技术存在的一个突出问题就是涂料在热处理的保护过程中，抗氧化性能没有达到理论的氧化效果，热处理结束后，随着钢坯的出炉，运动过程中在没有达到高压水除鳞之前，抗氧化涂层和氧化铁液易发生流淌，在炉中较大沉积，腐蚀立柱和横梁，腐蚀加热炉，对生产造成危害。 

在国外，日本的新日铁很早就研制出了以Si-SiC系取向硅钢板坯用加热抗氧化涂料，但是这种类型涂料不适合应用在以烧重油并以水蒸气作雾化介质的加热炉中。这是由于SiC在高温的条件下与炉气中的水蒸气作用后会发生严重的氧化分解，导致涂层破坏而丧失保护的作用。还有川崎制铁公司开发的MgO-SiO₂-Cr₂O₃-Ni、Mo、Cr系取向硅钢板坯加热用防氧化涂料。该涂料是采用熔融喷镀方法形成涂层，涂覆工艺比较复杂，并且消耗了大量贵金属粉末。目前，国内的高温抗氧化涂料性能明显落后于一些发达国家，由于发达国家的产品配方上严格保密，使得这些涂料价格昂贵，且在国内市场上很难买到。国内较早的有中国科学院上海硅酸盐研究所研究抗氧化、防脱碳涂料，并且应用于生产中。使用这类涂料时，需要对工件进行严格的表面处理，使用条件苛刻，而且这类涂料 的使用温度只能在1300℃以下，价格较贵，一般不应用于高成本高能耗的钢材。中国专利CN200610076257.0采用磷酸盐制备了防氧化涂料，但使用温度适宜1200℃，不适宜1300℃以上的高温。国内的低碳钢的保护涂料主要有华建社等人研制的碳钢高温抗氧化涂料，以锆英粉和高铝矾等氧化物为主要的原料制备涂料，这种涂料致密且与基体的附着性强，抗热震性能较好，但是这种涂料的抗氧性能在实际的应用中存在很大的影响，以醇基作为溶剂，对基体需要进行去油去油脂处理，不适合在基体温度较高的情况下应用。中国专利CN1014066B硅钢防氧化涂料使用温度高，但Cr₂O₃含量4～8％，大大增加了涂料的成本。国内还有鞍山钢铁集团公司技术中心研制的应用于镍铬合金钢坯抗高温氧化涂料，这种体系的涂料也存在着抗氧化能力不稳定性。国内钢材热处理中的氧化问题非常突出，严重影响了轧钢材料的质量、效益和竞争力。 

为了解决目前抗氧化涂料的使用过程中存在的一系列难点，研究了硅钢板坯在加热炉中的氧化特点，温度高，时间长，从图1 FeO-SiO₂系相图可知，FeO-2FeO·SiO₂的共晶温度为1177℃，取向硅钢氧化铁渣中含有6.5％左右的SiO₂，在1200℃左右就有液相产生，到1340℃左右就完全转化为液相。由于Si比Fe更容易发生选择性氧化生成的SiO₂，采用空白基体在高温下氧化，表面发生如下反应： 

FeO+SiO₂＝FeO□SiO₂

FeO·SiO₂在高温下形成液相，不利于硅钢基体的抗氧化性能。同时生成的饿氧化氧化铁液具有很强的腐蚀能力，对生产造成严重的威胁。 

解决硅钢基体的氧化烧损严重的问题就是要阻止FeO·SiO₂的反应过量的发生，引入MgO-Cr₂O₃-硅溶胶系抗氧化涂料，进过涂覆涂料后，钢板表面生成的氧化膜以及涂料中SiO₂与MgO在1000℃时发生化学反应：