Состав защитно-технологического покрытия стеклокерамического типа

Изобретение относится к составам покрытий для защиты сталей и может быть использовано в машиностроительной промышленности для защиты крупногабаритных заготовок из низколегированных и малоуглеродистых сталей от высокотемпературной коррозии при технологических нагревах перед горячей обработкой давлением, в частности штамповкой. Состав покрытия включает в качестве огнеупорного наполнителя песок кварцевый, глинистый минерал и шамот каолинизированный, а в качестве стекловидной составляющей - датолитовый концентрат, триполифосфат натрия и алюмоборосиликатное стекло при следующем содержании компонентов, мас.%: песок кварцевый 18,0-20,0, глина латненская ЛТ-0 3,0-4,0, датолитовый концентрат 14,0-16,0, триполифосфат натрия 0,5-1,0, шамот каолинизированный 38,0-40,0, стекло алюмоборосиликатное 23,0-25,0. Все материалы состава измельчены до прохода через сито 10000 отверстий на 1 см², а стекло алюмоборосиликатное имеет следующий химический состав, мас.%: SiO₂ 66,0±0,5, Al₂О₃ 12,0±0,5, В₂О₃ 8,0±0,5, CaO 7,0±0,5, Na₂O 7,0±0,5. Состав позволяет существенно снизить потери металла в окалину при термообработке и уменьшить объем трудовых и энергетических затрат при ручной и машинной зачистке поверхности стальных заготовок после штамповки. 2 табл.

 

Изобретение относится к составам покрытий для защиты сталей и может быть использовано в машиностроительной промышленности для защиты крупногабаритных заготовок из низколегированных и малоуглеродистых сталей от высокотемпературной коррозии при технологических нагревах перед горячей обработкой давлением, в частности штамповкой.

Известен состав покрытия, содержащий высокоглиноземистый мертель, каолинизированный шамот и полиметафосфат натрия [1].

Однако известный состав характеризуется низкими защитными от окисления свойствами при нагреве до 1000°С крупногабаритных заготовок из легкоокисляющихся сталей, поскольку при этих температурных условиях из него еще не формируется сплошной спеченный слой вследствие недостаточной интенсивности взаимодействия входящих в огнеупорный наполнитель высокоглиноземистого мертеля и каолинизированного шамота с полифосфатом натрия, являющимся стекловидной составляющей. Интенсивное спекание данного покрытия, обусловливающее высокую эффективность его защитного действия, происходит при температурах более 1000°С.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении защитно-технологических свойств стеклокерамических покрытий.

Это достигается тем, что в защитное покрытие, включающее в качестве огнеупорного наполнителя песок кварцевый и глинистый минерал, а в качестве стекловидной составляющей - датолитовый концентрат и триполифосфат натрия, дополнительно вводятся в качестве огнеупорной составляющей шамот каолинизированный, а в качестве стекловидного компонента - алюмоборосиликатное стекло при следующем содержании компонентов, мас.%:

стекло алюмоборосиликатное	23,0-25,0
датолитовый концентрат	14,0-16,0
шамот каолинизированный	38,0-40,0
песок кварцевый	18,0-20,0
глина латненская ЛТ-0	3,0-4,0
триполифосфат натрия	0,5-1,0

при этом все материалы измельчают до прохода через сито 10000 отверстий на 1 см², а стекло алюмоборосиликатное имеет следующий химический состав, мас.%: SiO₂ - 66,0±0,5; Al₂О₃ - 12,0±0,5; В₂О₃ - 8,0±0,5; CaO - 7,0±0,5; Na₂O - 7,0±0,5.

Благодаря оптимальному соотношению стекловидной и огнеупорной составляющих при нагревании до 1000°С 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°С низколегированных и малоуглеродистых сталей.

Для экспериментальной проверки заявляемого состава защитно-технологического покрытия стеклокерамического типа были приготовлены четыре шихты предлагаемого покрытия и одна шихта прототип. Соотношение ингредиентов в указанных шихтах представлено в таблице 1.

Таблица 1
Маркировка покрытия	Состав шихты, мас.%
стекло алюмоборосиликатное	датолитовый концентрат	шамот каолинизированный	песок кварцевый	глина латненская ЛТ-0	триполифосфат натрия
прототип	-	18,5	-	74,0	4,6	2,9
состав 1	15,0	24,0	38,0	19,0	3,5	0,5
состав 2	19,0	20,0	38,0	19,0	3,5	0,5
состав 3	24,0	15,0	38,0	19,0	3,5	0,5
состав 4	34,0	5,0	38,0	19,0	3,5	0,5

В качестве исходных компонентов использовали : датолитовый концентрат по ГОСТ 46108-75; песок кварцевый по ГОСТ 2251-77; шамот каолинизированный марки ШТА МРТУ 14-19-13-66; глину латненскую ЛТ-0 по ТУ 14-8-152-75; триполифосфат натрия по ГОСТ 13493-86. Варку стекольной шихты осуществляли в корундовых тиглях емкостью 0,5 л в лабораторной криптоловой печи при температуре 1400-1500°С 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 1 см², смешивали в указанных пропорциях, добавляли воду до влажности получаемых шликеров 40% и наносили окунанием на заготовки из стали 09Г2С. Контроль толщины нанесенного слоя покрытия после естественной сушки осуществляли с помощью толщиномера типа ТПН-IМЦ. Толщина нанесенного слоя 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, покрытых защитным слоем при их выдержке в окислительной среде в течение 100 минут при температуре 1000°С. 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 таблице 2 приведены данные о величинах Δg образцов из стали 09Г2С при принятых условиях нагрева.

Таблица 2
Маркировка покрытия	Δg·103, кг/м2	Отслаивание после службы
прототип	68,15	самопроизвольно
состав 1	42,38	легкое механическое воздействие
состав 2	40,25	легкое механическое воздействие
состав 3	38,65	самопроизвольно
состав 4	41,15	самопроизвольно
без покрытия	467,70	-

Из таблицы 2 видно, что при применении предлагаемого состава защитно-технологического покрытия стеклокерамического типа наблюдается существенное сокращение потерь металла в окалину как по сравнению с покрытием-прототипом, так и по сравнению с незащищенным металлом.

Использование изобретения позволяет существенно снизить потери металла в окалину при термообработке, а следовательно, уменьшить объем трудовых и энергетических затрат при ручной и машинной зачистке поверхности стальных заготовок после штамповки.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №781219, МПК С21 D 1/70,1979.

Состав защитно-технологического покрытия стеклокерамического типа, включающий в качестве огнеупорного наполнителя песок кварцевый и глину, а в качестве стекловидной составляющей - датолитовый концентрат и триполифосфат натрия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит в качестве огнеупорного наполнителя шамот каолинизированный, а в качестве стекловидной составляющей - алюмоборосиликатное стекло при следующем содержании компонентов, мас.%:

песок кварцевый	18,0-20,0
глина латненская ЛТ-0	3,0-4,0
датолитовый концентрат	14,0-16,0
триполифосфат натрия	0,5-1,0
шамот каолинизированный	38,0-40,0
стекло алюмоборосиликатное	23,0-25,0,

которые измельчены до прохода через сито 10000 отверстий на см², а стекло алюмоборосиликатное имеет следующий химический состав, мас.%:

SiO2	66,0±0,5
Al2O3	12,0±0,5
В2О3	8,0±0,5
CaO	7,0±0,5
Na2O	7,0±0,5