Расплав для нанесения защитного покрытия и способ нанесения защитного покрытия

 

Сущность изобретения: для нанесения защитного покрытия используют расплав, содержащий мас.%: алюминий 4,0-6,0; мишметалл 0,02-0,06, индий 0,003-0,03 и цинк остальное. Способ нанесения покрытия на полосу включает нагрев полосы, выдержку , охлаждение и погружение в расплав вышеуказанного состава, температуру которого поддерживают в пределах 390-430°С, а на поверхность его подают газовую смесь из азота и водорода с влагосодержанием, определяемым по формуле: Сн20 0,02 + 7493 (0,01tp) 8 + 1,35(С|П), где tp - температура расплава, a Cin - содержание индия в расплаве, мас.%. 2 с.п. ф-лы, 2 табл.

СОК33 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 23 С 2/06

l тт ч . .! . I Ô1 .. 1 т- ъ, @.-тт яь ... -. уу-:"

ИЗОБРЕТЕНИЯ =

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

|

1 (21) 727092/02 (22) 9.06.89 (46) 07,02,93. Бюл. Ь 5 (71) Уральский научно-исследовательский институт черных металлов и Магнитогорский металлургический комбинат (72) И,А. Филип по ва, В.М. Кукушкин, А.И.Стариков, М.X.Äoäèê, P.È.×åðêàññêèé, Л.В.Радюкевич, В.Г,Антипин, В.И,Ивашин, В.M.Пахалуев, Л.Л,Пишванов, А,П.Гиршенгорн, Р.С.Гузаиров, Л.А.Казанбаев, С.С.Фомин, А.А.Бельский и А.И.Тычинин (56) Патент СССР

N. 1301320, кл. С 23 С 2/06, 1987. кспресс-информация, серия "Прокатное трубное производство", в. 15, 1964, с.

4, . Изобретение относится к области нанесени защитных покрытий на стальной прокат г1утем погружения в расплавленный металл. !

Цель изобретения — повышение срока служоы покрытия.

Согласно изобретению, используемый для нанесения покрытия, расплав содержит (ма с.%):

Алюминий 4,0-6,0

Мишметалл 0,02-0,06

Индий 0,003-0,03

Цинк Остальное

Введение индия в состав расплава в указанном количестве обеспечивает допол-! нительное повышение растекаемости, в реГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) !

ОПИСАНИЕ

„, ЖÄÄ 1793003 А1 (54) РАСПЛАВ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ И СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ

ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ (57) Сущность изобретения; для нанесения защитного покрытия использу1от расплав, содержащий мас.%: алюминий 4,0-6,0; мишметалл 0,02-0,06, индий 0,003-0,03 и цинк остальное, Способ нанесения покрытия на полосу включает нагрев полосы, выдержку, охлаждение и погружение в расплав вышеуказанного состава, температуру которого поддерживают в пределах

390-430 С, а на поверхность его подают газовую смесь из азота и водорода с влагосодержанием, определяемым по формуле:

Сн О= 0,02 + 7493 (0,01тр) + 1,35(С1П), где тя — температура расплава, а Сь — содержание индия в расплаве, мас.%. 2 с.п. ф-лы, 2 табл.

° ай зультате чего улучшается взаимодействие покрытия с поверхностью стальной основы и исчезают мелкие непокрытые точки. Улуч- . шение взаимодействия покрытия с поверх- С» ностью основы способствует образованию С» сплошного интерметаллидйого слоя, за счет (p3 чего повышается его коррозиойная стойкость, что обеспечивает увевичеиие срока . службы всего цинкового покрытия. При содержании индия ниже указанного предела влияние его на сплошность интерметаллидного слоя не обнаружено. При введении индия выше предлагаемого количества не установлено заметного улучшения сплошности интерметаллидного слоя, однако экспериментально установлено увеличение коррозионных потерь покрытия.

1793003

Согласно изобретению способ нанесения защитного покрытия из расплава, содержащего мас.%: алюминий 4,0 — 6,0, мишметалл 0,02 — 0,06, индий 0,003 — 0,03 и цинк — остальное, включает нагрев полосы, выдержку, охлаждение, подачу газовой смеси из азота и водорода на поверхность расплава и погружение полосы в расплав, имеющий температуру 390-430 С, а газовую смесь подают на поверхность расплава с влагосодержанием, определяемым по формуле:

Cpgp= 0,02 + 7493 (0,01 tp) + 1,35(Czn), где tp — температура расплава, С;

Cz — содержание индия в расплаве,, мас.%.

Качество покрытия, получаемого путем погружения стальной полосы, прошедший и редварительную термохимическую обработку в печи определяется как степенью 20 термохимической очистки поверхности от загрязнений и полнотой восстановления образовавшихся при нагреве оксидов, так и состоянием поверхности расплава в месте погружения полосы. Смачивание и растека- 25 ние расплава по поверхности полосы в значительной степени ухудшаются при наличии незначительного количества оксидов компонентов расплава, образующихся при взаимодействии с парами воды, содержащихся 30 в защитном азотоводородном газе.

Защитную газовую смесь азота с водородом подают на поверхность расплава в месте погружения полосы, поэтому содержание влаги в нем должно быть таким, что- 35 бы отсутствовало как окисление поверхности погру>каемой полосы, так и компонентов расплава.

Температура расплава в пределах

390-430 С значительно снижает возмо>к- 40 ность окисления компонентов расплава.

Кроме того, низкая температура расплава предотвращает образование гидридов — соединений компонентов расплава с водородом, представляющих собой не стойкие твердые соединения, переходящие в покрытие и ухудшающие его качество.

Нагрев расплава свыше 430 С ведет к увеличению испарения индия с поверхности расплава и снижению его концентрации в поверхностном слое расплава. чтоухудшает смачиваемость погружаемой полосы и, соответственно, качество покрытия.

Снижение температуры расплава ниже

390 С уменьшает интенсивность химического взаимодействия стальной поверхности полосы с расплавом, ухудшается растекание расплава по поверхности полосы и не обеспечивается необходимая толщина интерметаллидного слоя, приводящая также к ухудшению качества покрытия, Содержание влаги в газовой смеси азота с водородом должно отвечать оптимальным значениям, чтобы обеспечить отсутствие окисления компонентов расплава в заявляемом диапазоне температур расплава 390 — 430 С, а с другой стороны исключить дополнительные затраты на осушку газа от влаги, поскольку снижение влагосодержания ниже оптимального уровня слабо влияет на качество покрытия, Оптимальный уровень влагосодержания газовой смеси, подаваемой на поверхность расплава, задан в виде формулы, полученной. на основании экспериментальных данных. Влагосодержание представлено в зависимости от температуры расплава и содержания индия в цинкалюминиевом расплаве, т.к. заданные температуры расплава и заданное содержание индия в нем являются необходимым условием для обеспечения качества покрытия.

Пример. Способ нанесения эащитного покрытия из расплава заявляемого состава осуществляли следующим образом, На ленту из стали 08 кп толщиной 0,5 мм и шириной 35.мм наносили покрытие погружением в расплав на лабораторной установке непрерывного действия с предварительной подготовкой поверхности ленты, которая включает нагрев ленты продуктами сгорания природного газа с воздухом в проходной печи до температуры

620 С. Дальнейший нагрев ленты для восстановления окисленной поверхности производили в печи восстановительного нагрева в атмосфере газовой смеси азота с водородом при 850 С. После восстановительного нагрева и охлаждения ленту подавали по переходному желобу в ванну с расплавом.

После извлечения из расплава ленту с нанесенным покрытием сматывали на приемный барабан. Время взаимодействия ленты с расплавом составляло 2 — 3 с при температуре расплава от 380 до 450 С, а содержание индия изменяли от 0,001 до

0,05% при содержании мишметалла—

0,03%. алюминия — 5% (мас.).

Газовую смесь азота с 15-20% водорода подавали в нижнюю часть переходного желоба. Влагосодержание подаваемого газа, необходимое для получения качественного покрытия определяли в соответствии с заявляемой формулой.

Составы расплавов, из которых наносили покрытия, приведены в табл, 1.

1793003 мэс,%

Полученные образцы с покрытием толщиной 20 +1 мкм подвергали ускоренным испытаниям на коррозионную стойкость по

ГОСТ 9021-74 в растворе, содер>кащем 58 г/л NaCI и 10 мл 30 Н202. Продолжительность испытаний составляла 3 ч. Наличие дефектов в интерметаллидном слое покрытия определяли после снятия наружного слоя покрытия в растворе хромового ангидрида с добавлением фосфорной кислоты, Данные испытаний приведены в табл, 1 и табл. 2. Анализ результатов таблицы 1 показывает, что введение индия в состав расплава позволяет получить покрытие с минимальными дефектами в интерметаллидном слое, обеспечивающее повышение адгезии покрытия и его качества при сохранении его коррозионной стойкости.

Экспериментально установлено, что увеличение содержания индия больше

0,03% практически не влияет на повышение качества покрытия, однако, индий — дорогостоящий металл и его введение в больших количествах экономически нецелесообразно. Кроме того, увеличение содержания индия больше 0,03% снижает коррозионную стойкость покрытия.

При очень небольших добавках индия (менее 0.003 o) его действие на растекаемость расплава по стальной основе не установЛено, на поверхности интерметаллидного слоя наблюдаются не1 сплошности — в виде отдельных точек, что приводит к ухудшению качества покрытия.

Введение мишметалла в расплав ограничено интервалом 0,02-0 06%, поскольку

Формула изобретения

1, Расплав для нанесения защитного покрытия, содержащий цинк с добавками алюминия и мишметалла, отличающийся тем, что, с целью повышения срока службы покрытия, расплав дополнительно содержит индий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Алюминий 4,0-6,0

Мишметалл 0,02 — 0,06

Индий 0,003 — 0.03

Цинк Остальное.

2. Способ нанесения защитного слоя покрытия на стальную полосу, включающий нагрев полосы, выдержку, охлаждение и погружение ее в расплав на основе цинка, на поверхность которого подают газовую

35 при меньшем содержании его влияние на повышение качества покрытия не обнаружено. Верхний предел ограничен предельной растворимостью его при температуре

430 С, При увеличении содержания алюминия больше 6% возрастает количество дефектов в интерметаллидном слое и ухудшается качество и внешний вид покрытия, а при снижении концентрации алюминия ниже 4 корроэионная стойкость покрытия снижается.

Иепользование данного расплава по сравнению с прототипом позволяет увеличить качество покрытия за счет снижения дефектов в интерметаллидном слое, повысить адгезию покрытия к основе, обеспечивающее сохранение сплошности покрытия при его деформации при сохранении коррозионной стойкости покрытия.

Анализ данных табл. 2 показал, что с увеличением температуры расплава выше

430 С и снижением ниже 390 С количество дефектов в интерметаллидном слое возрастает в 1,5-2 раза.

Определение необходимого влагосодержания газа по формуле поэволяетучитывать конкретные условия, нанесения покрытия, т.е. определенную температуру расплава, содержание индия в нем, при этом обеспечивается повышение качества покрытия за счет снижения дефектов в интерметаллидном слое, При этом не требуется дополнительная осушка азотоводородного газа. смесь из азота и водорода, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повышения срока службы покрытия, в качестве расплава на основе цинка берут расплав, содержащий, Алюминий 4,0 — 6.0

Мишметалл 0,02 — 0.05

Индий 0,003 — 0,03

Цинк Остальное, температуру которого поддерживают в пределах 390 — 430 С, а газовую смесь из азота и водорода используют с влагосодержанием Сн2о, определяемым по формуле

Cage - 0,02 + 7493 (0,01 tp) + 1,35(Cln), где тр — температура расплава, С;

Сь — содержание индия в расплаве, мас. .

1793003

Таблица 1

Таблица 2

П р и м е ч а н и е. Постоянные коэффициенты, входящие в правую часть математической формулы и полученные экспериментальным путем (в результате обработки экспериментальных данных) имеют следующие размерности:

О/ Н20

0,02-($ Н20); 7493-($ Н О) (С) 1,35