ЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК ПЕРЕД НАГРЕВОМ ПОД ОБРАБОТКУ ДАВЛЕНИЕМ Российский патент 2009 года по МПК C21D1/68 

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.

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.

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