СТАЛЬНАЯ ПОДЛОЖКА С ПОКРЫТИЕМ Российский патент 2021 года по МПК C22C38/44 C22C38/60 C22C38/54 C22C38/52 C22C38/50 C22C38/48 C22C38/46 C21D8/02 C09D1/00 C09D5/00 C08K3/04 

Настоящее изобретение относится к стальной подложке с покрытием, включающим нанографит, характеризующийся конкретным поперечным размером, и связующее, способу изготовления данной стальной подложки с покрытием. Оно является в особенности хорошо подходящим для использования в сталелитейной промышленности.

На маршруте производства стали после проведения стадии выплавки стали сталь разливают в ходе непрерывной разливки. Таким образом, получают полуфабрикаты, такие как слябы, болванки или блюмы. Обычно полуфабрикаты подвергают повторному нагреванию при высокой температуре в печи для повторного нагревания в целях растворения выделений, сформированных во время проведения непрерывной разливки, и получения обрабатываемости в горячем состоянии. После этого проводят удаление окалины и горячую прокатку. Однако, во время проведения стадии повторного нагревания полуфабрикаты окисляются с образованием окалины. Обычно образуется большое количество окалины. Таким образом, во время проведения стадии удаления окалины удаляют большое количество окалины, что в результате приводит к получению существенной потери массы стальной продукции.

В патентной заявке CN101696328 раскрывается защитное покрытие для поверхности куска стали в целях предотвращения окисления и обезуглероживания поверхности при высокой температуре и улучшения твердости и сопротивления истиранию и, в конечном счете, увеличения общего срока службы стальной заготовки для случая окисления и обезуглероживания поверхности стальной заготовки (подложки) при высокой температуре и окисления-обезуглероживания поверхности в окислительной атмосфере во время проведения термической обработки, ковки, горячей прокатки, нагревания при роликовом профилировании, в частности, для случая легкого окисления и обезуглероживания стальной заготовки при высокой температуре в ходе термической обработки, что приводит к уменьшению количества атомов углерода и содержания углерода, и изменение микроструктуры поверхности (подложки) в результате приводит к получению уменьшенной твердости, уменьшенного сопротивления истиранию и короткого общего срока службы.

В данном патенте покрытие характеризуется композицией, образованной из: графита, жидкого стекла и вещества, проникающего сквозь поверхность, в которой объемное соотношение между графитом и силикатом натрия находится в диапазоне от 1 : 3 до 1 : 7, а вещество, проникающее сквозь поверхность, составляет от 0,05% до 0,15% объемных от покрытия. Тем не менее, были проведены испытания при использовании малоуглеродистых сталей, в том числе марок 25 (углеродистая сталь) и НТ300 (литейный чугун), и очень высоколегированных сталей, в том числе марок 32CrMo и Mn13.

Таким образом, цель изобретения заключается в предложении горячей стальной продукции, характеризующейся конкретной композицией стали, где потери массы вследствие окисления полуфабрикатов во время проведения стадии повторного нагревания значительно уменьшаются.

Достижения этого добиваются в результате предложения стальной подложки с нанесенным покрытием, соответствующей пункту 1 формулы изобретения. Стальная подложка с нанесенным покрытием также может включать любую характеристику из пунктов от 2 до 8 формулы изобретения.

Изобретение также охватывает способ изготовления стальной подложки с нанесенным покрытием, соответствующий пунктам от 9 до 19 формулы изобретения.

Изобретение также охватывает способ изготовления горячекатаной стальной продукции, соответствующий пунктам от 20 до 23 формулы изобретения.

В заключение, изобретение охватывает применение горячекатаной стальной продукции, соответствующее пункту 24 формулы изобретения.

Для иллюстрирования изобретения будут описаны различные варианты осуществления и пробные образцы из неограничивающих примеров, в частности, при обращении к следующей далее фигурам:

на фиг. 1 иллюстрируется один пример стальной подложки с покрытием, соответствующей настоящему изобретению;

на фиг. 2 иллюстрируется пример одного нанографита, соответствующего настоящему изобретению.

Другие характеристики и преимущества изобретения станут очевидными, исходя из следующего далее подробного описания изобретения.

Изобретение относится к стальной подложке с покрытием, включающей покрытие, содержащее нанографит, характеризующийся поперечным размером в диапазоне между 1 и 60 мкм, и связующее, где стальная подложка характеризуется следующими далее композициями, в массовых процентах:

0,31 ≤ C ≤ 1,2%,

0,1 ≤ Si ≤ 1,7%,

0,15 ≤ Mn ≤ 1,1%,

P ≤ 0,01%,

S ≤ 0,1%,

Cr ≤ 1,0%,

Ni ≤ 1.0%,

Mo ≤ 0,1%

и необязательно один или несколько элементов, таких как

Nb ≤ 0,05%,

B ≤ 0,003%,

Ti ≤ 0,06%,

Cu ≤ 0,1%,

Co ≤ 0,1%,

N ≤ 0,01%,

V ≤ 0,05%,

остальное железо и неизбежные примеси, полученные в результате переработки.

Не желая связывать себя какой-либо теорией, полагают, что покрытие, содержащее нанографит, характеризующийся поперечным размером в диапазоне между 1 и 60 мкм, и связующее, на стальной подложке, характеризующейся представленной выше конкретной композицией стали, действует подобно барьеру в отношении окисления и поэтому образования окалины во время проведения повторного нагревания стальной подложки с нанесенным покрытием. Как это установили изобретатели, не только композиция стали, но также и природа покрытия играют важную роль для уменьшения окисления стали во время проведения обработки при нагревании.

В дополнение к этому, как это можно полагать в соответствии с иллюстрацией на фиг. 1, в покрытии (1) чешуйки (2) нанографита, характеризующиеся данным конкретным поперечным размером, являются хорошо диспергированными в связующем (3), формируя извилистую траекторию (4). Таким образом, полагают, что диффундирование кислорода через покрытие является очень ограниченным, что делает возможными существенное уменьшение образования окалины и значительный прирост массы стальной подложки. Наконец, как это можно полагать, использование нанографитов, характеризующихся поперечным размером в диапазоне между 1 и 60 мкм, делает возможным формирование кластера, включающего большое количество чешуек нанографита, что в результате приводит к сужению пространства между каждыми частицами нанографита. Таким образом, пересечение извилистой траектории будет более трудным, что значительно уменьшает диффундирование кислорода по направлению к стальной подложке (5).

Что касается химического состава стали, то предпочтительно количество С находится в диапазоне между 0,31 и 1,0 мас.%.

Предпочтительно количество Mn находится в диапазоне между 0,15 и 0,7 мас.%.

В выгодном случае количество Сr является меньшим или равным 1,0 мас.%.

Предпочтительно количество Ni является меньшим или равным 1,0 мас.%.

В выгодном случае количество Mo является меньшим или равным 0,1 мас.%.

На фиг. 2 иллюстрируется один пример чешуйки нанографита, соответствующей настоящему изобретению. В данном примере термин «поперечный размер» обозначает наибольшую длину нанопластинки по оси Х, а термин «толщина» обозначает высоту нанопластинки по оси Z. Ширина нанопластинки иллюстрируется по оси Y.

Предпочтительно поперечный размер пластинки находится в диапазоне между 20 и 55 мкм, а более предпочтительно между 30 и 55 мкм.

Предпочтительно толщина покрытия находится в диапазоне между 10 и 250 мкм. Например, толщина покрытия находится в диапазоне между 10 и 100 мкм или между 100 и 250 мкм.

В выгодном случае стальная подложка представляет собой сляб, болванку или блюм.

Предпочтительно связующее представляет собой силикат натрия, или связующее включает сульфат алюминия, и при этом добавка представляет собой оксид алюминия. В данном случае, без желания связывать себя какой-либо теорией, полагают, что покрытие, соответствующее настоящему изобретению, лучше сцепляется со стальной подложкой так что стальная подложка становится еще в большей степени защищенной. Таким образом, в большей степени предотвращается возникновение риска растрескивания покрытия и отслоения покрытия, что обнажало бы стальную подложку для окисления.

Предпочтительно покрытие, кроме того, содержит металлоорганическое соединение. Например, металлоорганическое соединение включает дипропиленгликольмонометиловый простой эфир (СН₃ОС₃Н₆ОС₃Н₆ОН), 1,2-этандиол (НОСН₂СН₂ОН) и 2-этилгексановой кислоты марганцевую соль (С₈Н₁₆MnO₂). Действительно, как это можно себе представить без желания связывать себя какой-либо теорией, металлоорганическое соединение делает возможным быстрое отверждение покрытия, что позволяет избегать проведения стадии высушивания при высокой температуре.

Изобретение также относится к способу изготовления стальной подложки с нанесенным покрытием, соответствующей настоящему изобретению, включающему следующие далее последовательные стадии:

А. получение стальной подложки, характеризующейся представленной выше композицией стали,

В. осаждение покрытия при использовании водной смеси для получения покрытия,

С. необязательно высушивание стальной подложки с нанесенным покрытием, полученной на стадии В).

Предпочтительно на стадии В) осаждение покрытия проводят в результате нанесения покрытия при использовании центрифугирования, нанесения покрытия при использовании распыления, нанесения покрытия при использовании погружения или нанесения покрытия при использовании кисти.

В выгодном случае на стадии В) водная смесь содержит от 1 до 60 г/л нанографита и от 150 до 250 г/л связующего. Более предпочтительно водная смесь содержит от 1 до 35 г/л нанографита.

Предпочтительно на стадии В) водная смесь содержит нанографит, содержащий более, чем 95%, а в выгодном случае 99%, (масс.) С.

В выгодном случае на стадии В) массовое соотношение, получаемое для нанографита по отношению к связующему, является меньшим или равным 0,3.

Предпочтительно на стадии В) водная смесь содержит металлоорганическое соединение. Более предпочтительно концентрация металлоорганического соединения является равной или меньшей 0,12% (масс.). Действительно, как это можно себе представить без желания связывать себя какой-либо теорией, данная концентрация делает возможным получение оптимизированного покрытия без проведения какого-либо отверждения или при проведении отверждения при комнатной температуре.

В одном предпочтительном варианте осуществления покрытие высушивают на стадии С). Как это можно себе представить без желания связывать себя какой-либо теорией, стадия высушивания делает возможным улучшение адгезии покрытия. Действительно, вследствие испарения воды связующее становится более клейким и более вязким, что приводит к получению затвердевшего состояния. В одном предпочтительном варианте осуществления на стадии С) высушивание проводят при комнатной температуре или температуре в диапазоне между 50 и 150°С, а предпочтительно между 80 и 120°С.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления какой-либо стадии высушивания не проводят.

Предпочтительно на стадии С) в случае применения высушивания стадию высушивания будут проводить при использовании горячего воздуха.

В выгодном случае на стадии С) в случае применения высушивания высушивание будут проводить на протяжении от 5 до 60 минут и например, между 15 и 45 минутами.

Изобретение также относится к способу изготовления горячекатаной стальной продукции, включающему следующие далее последовательные стадии:

I. получение стальной подложки с нанесенным покрытием, соответствующей настоящему изобретению,

II. повторное нагревание стальной подложки с нанесенным покрытием в печи для повторного нагревания при температуре в диапазоне между 750 и 1200°С,

III. удаление окалины с повторно нагретой листовой стали с нанесенным покрытием, полученной на стадии II), и

IV. горячая прокатка стальной продукции, подвергнутой удалению окалины.

Повторное нагревание проводят при температуре в диапазоне между 750 и 1200°С. Как это можно себе представить без желания связывать себя какой-либо теорией, выше 1200°С на поверхности раздела между стальной подложкой и покрытием может быть образован фаялит. Предпочтительно на стадии II) проводят повторное нагревание при температуре в диапазоне между 750 и 900°С или между 900 и 1200°С.

Предпочтительно на стадии III) проводят удаление окалины при использовании воды под давлением. Например, давление воды находится в диапазоне между 100 и 150 бар. В еще одном варианте осуществления удаление окалины проводят механически, например, в результате проведения задирания или крацевания для слоя окалины.

При использовании способа, соответствующего настоящему изобретению, в сопоставлении с предшествующим уровнем техники получают горячекатаную стальную продукцию, характеризующуюся большим приростом массы.

Например, после проведения горячей прокатки для горячей продукции могут быть проведены смотка в рулон, холодная прокатка, отжиг в отжигательной печи, а также нанесение металлического покрытия.

В заключение, изобретение относится к использованию горячекатаной стальной продукции, получаемой при использовании способа, соответствующего настоящему изобретению, для изготовления детали механического транспортного средства, рельса, проволоки или пружины.

Теперь изобретение будет разъяснено на пробных образцах, что делается только в порядке предоставления информации. Они не являются ограничивающими.

Примеры

В примерах использовали стальные подложки, характеризующиеся следующей далее композицией стали, при выражении в массовых процентах:

Сталь C Mn Si Cu Cr Ti V Mo Ni 1 0,0011 0,098 0,007 0,011 0,016 0,05 0,002 0,001 0,019 2 0,39 0,673 1,593 0,011 0,036 0,003 0,002 0,001 0,014 3 0,901 0,309 0,244 0,017 0,215 0,002 0,002 0,001 0,019 4 0,798 1,310 0,446 0,014 0,097 0,0014 0,0026 0,0018 0,016

Пробный образец 1 отливали в форме сляба, а пробные образцы от 2 до 4 отливали в форме болванки.

Пример 1. Испытание на окисление

Для пробных образцов 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15 и 17 на стали от 1 до 4 наносили покрытие при использовании распыления на стали водной смеси, содержащей 30 г/л нанографита, характеризующегося поперечным размером в диапазоне 35 – 50 мкм, и связующее. После этого покрытие высушивали на протяжении 30 минут при 100°С.

Вслед за этим стали без нанесенных покрытий (пробные образцы 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 и 18) и стали с нанесенными покрытиями (пробные образцы 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15 и 17) повторно нагревали при 800°C, 1000°С и 1250°С. После проведения повторного нагревания все пробные образцы взвешивали. Для каждого пробного образца определяли Δ массы в результате вычитания массы после проведения повторного нагревания из массы до проведения повторного нагревания. После этого рассчитывали процентное соотношение прироста массы для пробного образца с нанесенным покрытием при использовании следующей далее формулы:

прирост массы (%) = 100 – (Δ массы пробного образца с нанесенным покрытием × 100 / Δ массы пробного образца без нанесенного покрытия)

Результаты представлены в следующей далее таблице 1:

Пробные образцы Стали Покрытие Стадия повторного нагревания Δ массы (г) Прирост массы (%) температура (°C) время 1 1 нанографит и связующее: Na₂SiO₃ (силикат натрия) 1000 3 часа 20 минут 9,8 7 2 1 - 1000 3 часа 20 минут 10,5 3 1 нанографит и связующее: Na₂SiO₃ 1250 15 минут 12,19 5 4 1 - 1250 15 минут 12,78 5 1 нанографит и Al₂(SO₄)₃ (сульфат алюминия) 1250 15 минут 32 - 7 6 1 - 1250 15 минут 30 7 * 2 нанографит и связующее: Na₂SiO₃ 800 3 часа 20 минут 0,72 25 8 2 - 800 3 часа 20 минут 0,96 9 * 2 нанографит и связующее: Na₂SiO₃ 1000 3 часа 20 минут 6,3 23 10 2 - 1000 3 часа 20 минут 8,2 11 * 3 нанографит и связующее: Na₂SiO₃ 800 1 час 15 минут 0,17 43 12 3 - 800 1 час 15 минут 0,3 13 * 3 нанографит и связующее: Na₂SiO₃ 1000 3 часа 20 минут 4,8 19 14 3 - 1000 3 часа 20 минут 5,9 15 4 нанографит и связующее: Na₂SiO₃ 1000 3 часа 0,57 11 16 4 - 1000 3 часа 0,64 17 4 нанографит и связующее: Na₂SiO₃ 1250 3 часа 12,10 - 3 18 4 - 1250 3 часа 11,75

*: в соответствии с настоящим изобретением

Пробные образцы, соответствующие настоящему изобретению, демонстрируют значительное увеличение процентного соотношения прироста массы. Действительно, стальная подложка, характеризующаяся конкретной композицией стали, соответствующей настоящему изобретению, является хорошо защищенной при использовании покрытия во время проведения стадии повторного нагревания.

Изобретение относится к стальной подложке с нанесенным покрытием, используемой в сталелитейной промышленности. Подложка (5) имеет следующую композицию, мас.%: 0,31 ≤ C ≤ 1,2, 0,1 ≤ Si ≤ 1,7, 0,15 ≤ Mn ≤ 1,1, P ≤ 0,01, S ≤ 0,1, Cr ≤ 1,0, Ni ≤ 1,0, Mo ≤ 0,1, при необходимости один или несколько элементов из: Nb ≤ 0,05, B ≤ 0,003, Ti ≤ 0,06, Cu ≤ 0,1, Co ≤ 0,1, N ≤ 0,01 и V ≤ 0,05, остальное - железо и неизбежные примеси. Покрытие (1) содержит чешуйки (2) нанографита с поперечным размером в диапазоне между 1 и 60 мкм, которые хорошо диспергированы в связующем (3), формируя извилистую траекторию (4). Обеспечивается снижение потери массы вследствие окисления полуфабрикатов во время проведения стадии повторного нагревания. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 1 пр.

1. Стальная подложка с нанесенным покрытием, содержащим чешуйки нанографита, характеризующиеся поперечным размером в диапазоне между 1 и 60 мкм, и связующее, где стальная подложка характеризуется следующей далее композицией, в мас.%:

0,31 ≤ C ≤ 1,2,

0,1 ≤ Si ≤ 1,7,

0,15 ≤ Mn ≤ 1,1,

P ≤ 0,01,

S ≤ 0,1,

Cr ≤ 1,0,

Ni ≤ 1,0,

Mo ≤ 0,1

и необязательно один или несколько элементов, таких как

Nb ≤ 0,05,

B ≤ 0,003,

Ti ≤ 0,06,

Cu ≤ 0,1,

Co ≤ 0,1,

N ≤ 0,01,

V ≤ 0,05,

при этом остаток композиции образован из железа и неизбежных примесей.

2. Стальная подложка по п. 1, где поперечный размер наночастиц находится в диапазоне между 20 и 55 мкм.

3. Стальная подложка по п. 2, где поперечный размер наночастиц находится в диапазоне между 30 и 55 мкм.

4. Стальная подложка по любому из пп. 1-3, где толщина покрытия находится в диапазоне между 10 и 250 мкм.

5. Стальная подложка по любому из пп. 1-4, где стальная подложка представляет собой сляб, болванку или блюм.

6. Стальная подложка по любому из пп. 1-5, где связующее представляет собой силикат натрия, или связующее включает сульфат алюминия и оксид алюминия.

7. Стальная подложка по любому из пп. 1-6, где покрытие, кроме того, содержит металлоорганическое соединение.

8. Стальная подложка по п. 7, где металлоорганическое соединение включает дипропиленгликольмонометиловый простой эфир (СН₃ОС₃Н₆ОС₃Н₆ОН), 1,2-этандиол (НОСН₂СН₂ОН) и 2-этилгексановой кислоты марганцевую соль (С₈Н₁₆MnO₂).

9. Способ изготовления стальной подложки с нанесенным покрытием по любому из пп. 1-8, включающий следующие далее последовательные стадии:

А. получение стальной подложки, имеющей композицию по п. 1-8,

В. нанесение покрытия при использовании водной смеси, содержащей чешуйки нанографита, характеризующиеся поперечным размером в диапазоне между 1 и 60 мкм и связующее, и

С. необязательно высушивание стальной подложки с нанесенным покрытием, полученной на стадии В).

10. Способ по п. 9, где на стадии В) осаждение покрытия проводят при использовании центрифугирования, при использовании распыления, при использовании погружения или при использовании кисти.

11. Способ по п. 9 или 10, где на стадии В) водная смесь содержит от 1 до 60 г/л нанографита и от 150 до 250 г/л связующего.

12. Способ по любому из пп. 9-11, где на стадии В) водная смесь содержит нанографит, содержащий более, чем 95 мас.% С.

13. Способ по п. 12, где на стадии В) водная смесь содержит нанографит, содержащий количество С, равное или большее 99 мас.%.

14. Способ по любому из пп. 9-13, где на стадии В) массовое отношение, получаемое для нанографита по отношению к связующему, является меньшим или равным 0,3.

15. Способ по любому из пп. 9-14, где на стадии В) водная смесь содержит металлоорганическое соединение.

16. Способ по п. 15, где на стадии В) концентрация металлоорганического соединения является равной или меньшей 0,12 мас.%.

17. Способ по любому из пп. 9-16, где на стадии С) высушивание проводят при температуре в диапазоне между 50 и 150°С или при комнатной температуре.

18. Способ по любому одному из пп. 9-17, где на стадии С) высушивание проводят на протяжении от 5 до 60 минут.

19. Способ изготовления горячекатаной стальной продукции, включающий следующие далее последовательные стадии:

I. получение стальной подложки с нанесенным покрытием по любому из пп. 1-8 или стальной подложки с нанесенным покрытием, полученной способом по любому из пп. 9-18,

II. повторное нагревание стальной подложки с нанесенным покрытием в печи для повторного нагревания при температуре в диапазоне между 750 и 1200°С,

III. удаление окалины с повторно нагретой стальной подложки с нанесенным покрытием, полученной на стадии II), и

IV. горячая прокатка стальной подложки с нанесенным покрытием, подвергнутой удалению окалины, с получением стальной продукции.

20. Способ по п. 19, где на стадии II) проводят повторное нагревание при температуре в диапазоне между 750 и 900°С или между 900 и 1200°С.

21. Способ по п. 19 или 20, где на стадии III) удаление окалины проводят при использовании воды под давлением или удаление окалины проводят механически.

22. Способ по п. 21, где на стадии III) давление воды находится в диапазоне между 100 и 150 бар.