[發明專利]一種可粘附高溫鋼坯的水基防護涂料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410228496.8
• 申請日: 2014-05-27
• 公開（公告）號: CN104109406A
• 公開（公告）日: 2014-10-22
• 發明（設計）人: 仉小猛;魏連啟;葉樹峰;單欣;陳運法
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C09D1/00
• 分類號: C09D1/00;C09D7/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種可粘附高溫鋼坯的水基防護涂料的制備方法，特別是指能粘附室溫至1200℃高溫鋼坯的一種水系無機防護涂料的制備方法。屬于金屬高溫涂層防護領域。

背景技術

鋼坯的加熱是鋼材鍛壓和軋制前必不可少的重要工序，提高鋼坯溫度是改善其塑性的重要方法。由于鋼件在加熱爐內被長時間加熱，其表面與氣氛中的氧在高溫下發生強烈的氧化反應而生成大量的氧化鐵皮，鋼坯加熱過程氧化燒損會給鋼鐵企業造成重大損失，不但多消耗能源，降低鋼坯成材率，而且造成了軋制后鋼材質量下降，加熱爐使用周期縮短等。涂層防護技術可有效保護基體，降低氧化燒損，提高表面質量。鋼坯從連鑄輸送到均熱爐前，溫度會降到600℃-800℃左右，這一過程氧化燒損相對較輕。主要的氧化燒損發生在軋制前的毛坯均熱過程，這一過程溫度達到1200℃-1300℃。由于鋼坯軋制前一直處于高溫動態輸送過程，這就需要水基常溫涂料能夠在600℃-800℃左右噴涂粘附在高溫鋼坯表面，并形成一層防護涂層。而現有的涂料性能往往不能滿足此要求，或是在600℃-800℃左右不能粘附在鋼坯表面，或是粘附在鋼坯表面導致鋼坯腐蝕。因而，解決水基涂料在高溫鋼坯上的粘附難題，對高溫防護涂料的大規模推廣應用具有重大的現實意義。

在美國、日本和西歐國家，工業上主要采用以金屬氧化物、微晶玻璃和成分復雜的混合物為基體的耐熱材料，在軋制、鍛造和熱處理各種碳鋼、合金鋼及多種合金時防止高溫氧化。這類涂料在工業發達國家已系列化，如美國Advanced?Technical?Products公司的ATP?Metallurgical?Coatings系列高溫防氧化脫碳涂料、英國的Berktekt系列金屬高溫保護涂料、日本滲碳株式會社的特許耐熱涂料系列等。上述涂料均是涂敷在常溫鋼坯上，且普適性及防護效果均有限，限制了涂層技術的大范圍推廣應用。

近年來，國內也開展了鋼鐵高溫防氧化涂料的研究開發和生產，生產廠商和科研機構主要有中國科學院過程工程研究所、中國科學院上海硅酸鹽研究所浙江黃巖特種涂料廠、武漢材料保護研究所等。此外還有一些鋼鐵公司內部自產自銷高溫防氧化涂料。戰鳳昌、黃元森等的研究成果(如K-氧化鋁涂料，202抗氧化防脫碳保護涂料等)均已申請到專利并已在實際生產中嘗試。熊星云和崔崑等研制的防氧化涂料改善了燒重油和水蒸氣環境下涂層的抗氧化保護效果，但是存在后期剝落困難、傳熱不均等問題。徐小連等[研制的鎳鉻合金鋼鋼坯抗高溫氧化涂料，能耐1300℃以上高溫，但防護效果有限。以上涂料亦為涂敷在常溫鋼坯表面，對高溫鋼坯的在線噴涂工藝均未提及。

引入高溫粘結劑可以改善涂料在高溫基體上的粘附效果，我國在50年代就開始了對高溫粘結劑的研制開發，已形成此類較為齊全的體系，有粘結劑2800多個品種。有機粘結劑的類型主要包括，酚醛樹脂粘結劑、呋喃樹脂粘結劑、有機硅類粘結劑、聚酰亞胺粘結劑、聚苯并咪唑粘結劑及COPNA樹脂粘結劑等，但他們的使用溫度多局限在500℃以下。陶瓷型高溫粘結劑主要以高熔點石英、長石為主要原料，加入硼砂、硝酸鈉為助熔劑將它們混和均勻，在高溫下熔融，并經淬火，粉碎，制得一種玻璃狀的熔料，可以承受更高溫度，但往往不穩定，不利于運輸、儲存，且會腐蝕金屬基體，從而降低涂料的防護效果。

邱樹恒等人研究了一種低軟化溫度無機膠粘劑，主要成分是廢玻璃粉、B₂O₃、ZnO、P₂O₅等氧化物為原料，得到了低軟化溫度的無鉛環保型玻璃，玻璃的構架以硼酸鹽網絡為主，由于硼在高溫下存在易揮發的特性，一般情況下這種粘結劑在高溫下的活性會導致其對鋼基體的腐蝕。

中國專利CN101462858A公布了一種高溫鋼件標號無機涂料，其中粘結劑為低溫無鉛玻璃粉與水玻璃的混合物，這種無鉛玻璃粉是由P₂O₅、B₂O₃、ZnO、Na₂O組成的，這種高溫粘結劑雖然能讓無機涂料實現高溫下對鋼件的標示，但其中的玻璃粉及水玻璃在1000～1300℃下對鋼坯基體有很大的腐蝕性，因此這種玻璃粉并不能用于鋼坯連鑄連軋工藝中的高溫熱處理暫時性保護涂層中。

綜上，現有工藝技術均未能在保障防護效果的前提下，實現水基涂料與高溫鋼坯的瞬時結合。本發明重點解決水基涂料在高溫鋼坯上的粘附難題，從而減少氧化損失，提高除鱗效果；在連軋連鑄做為鋼鐵企業主要生產工藝的背景下，對高溫防護涂層技術的大規模推廣應用具有重大的現實意義。

發明內容