Защитное покрытие металлических заготовок перед нагревом под обработку давлением
Изобретение относится к области металлургии и, в частности, к защитным покрытиям для предохранения металла от окисления при нагреве его перед обработкой давлением. Защитное покрытие включает следующие компоненты, мас.%; огнеупорный материал 20-30, активированный уголь (порошок) 8-10, кальцинированная сода 2-3, вода 70-57, и наносится путем мелкодисперсного распыления на поверхности металла, подогретого до температуры 110-145°С. 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. 2 табл.
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.
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 |
