一种防止高碳钢坯脱碳的涂料 【技术领域】
本发明属于涂料领域，特别涉及一种防止高碳钢坯脱碳的涂料。
背景技术
在冶金企业中，钢坯的加热是轧制成品钢材过程中必不可少的一道工序，而裸露钢坯在加热时不可避免地发生氧化和脱碳。一般钢坯在加热轧制过程中，发生表面氧化，生成大量的氧化铁皮，并且在钢坯表面形成脱碳层，使得成品材的表面脱碳层较厚(约0.6～1.0mm左右)，从而导致成品钢材表面硬度低，耐磨性较差。对于高碳钢而言，钢坯在加热时的氧化和脱碳行为不尽相同，大致分为两种类型。
一种是无脱碳层的高碳钢坯在加热时，随着加热时间的延长，氧化层的厚度不断增加，由于氧化铁皮疏松多孔，加热炉中的氧仍然可以到达钢基表面，使氧化过程继续进行，如果加热时间足够长，钢基会全部被氧化；而脱碳行为则不同，在加热初期，钢坯表面的碳与炉气中的O2、H2O及表面的氧化铁皮作用而被消耗，从而形成脱碳层，进一步加热时，钢基中正常组织的碳通过脱碳层向外扩散，到达钢基表面，这时钢的脱碳速度由碳在钢中的扩散速度决定。在大多数加热炉内，在加热初期，脱碳层的生成速度大于钢基氧化的速度，然后随着脱碳层厚度的不断增加，碳的扩散路径延长，碳到达钢基表面时间增加，使脱碳速度下降，当脱碳速度降低至与氧化速度相同时，脱碳层厚度达到最大值。
另一种是有较厚脱碳层的高碳钢坯在加热时，如果不使用涂料保护，其脱碳行为与前述大致相同，钢坯脱碳层会继续增加，也就是说会发生再次脱碳；如果使用一般涂料保护，虽然涂料可以减少炉气成份对钢基的影响，但是氧化铁皮中的游离氧(氧化铁皮多孔，其中含有大量空气)以及以化合态存在的氧均会与扩散到钢基表面的碳作用，从而使脱碳层厚度继续增加。因此，只靠隔绝炉气并不能解决钢坯再次脱碳的问题，必须在涂料中配入一定比例地还原性物质，尽量消耗氧化铁皮中的氧，如果使用足够的碳，碳除了与氧化铁皮中的氧作用外，还会向钢基中扩散，使钢基表面的碳含量升高，抑制钢基正常组织中的碳向外扩散，使脱碳层的厚度不再增加。
目前已开发的防高温氧化涂料均属于无碳或低碳含量的涂料，尚不能满足防止高碳钢坯再次脱碳的需要。例如，公开号为CN1071705A的涂料，其组成为：粉剂SiO246.0％～51.0％、Al2O312.0％～15.0％、CaO9.0％～12.0％、FeO8.0％～11.0％、MgO5.0％～7.0％、Fe3O44.0％～7.0％、TiO22.0％～4.0％、Na2O1.8％～3.0％、K2O0.5％～1.2％、Cr2O30.3％～0.7％，粘合剂为含硅化物Na2SiO3的乳胶物。公开号为CN1300805A的涂料，其组成为：SiO250～62份、Al2O312～20份、Fe2O32～8份、MgO1～5份、CaO2～7份、Na2O2～6份、K2O2～6份、FeO1～5份，按上述成份取原料，高温熔制后再制成粉末，加入少量尖晶石、粘土和水。这两种涂料配方中均不含有还原性成分，对防止钢坯再次脱碳没有效果。再如公开号为CN1127789A的涂料，按物料组成为：中或低碳石墨矿40％～75％，硼铝硅酸盐玻璃0％～34％，钠玻璃0％～34％，钠盐或钾盐0％～13％，粘土4％～10％，用水作调合剂，其化学组成为C3％～15％、SiO240％～53％、CaO10％～21％、Al2O37％～15％、R2O2.5％～6.5％、残量1％～3％。在该配方中虽然使用了碳，但是使用的是中或低碳石墨矿，含碳量低，碳被硅酸盐矿物包覆，碳的活性低，难以起到防止高碳钢坯再次脱碳的作用。到目前为此，尚未发现用于防止高碳钢坯再次脱碳的涂料。
【发明内容】
为了解决高碳钢坯在加热轧制过程中表面再次脱碳的问题，本发明提供了一种防脱碳涂料，特别适用于防止高碳钢坯再次脱碳的涂料。涂料的化学组成按重量百分比为：C15％～35％，SiO225％～45％，CaO0％～15％，MgO0％～10％，Al2O30％～15％，R2O5％～20％，其余为水。该涂料可以由鳞片石墨16％～37％、钠玻璃粉0％～35％、硅酸(钙、镁、铝)盐0％～30％、氧化硅0％～15％组成，用钾水玻璃10％～30％作粘合剂，用水作稀释剂。
在本发明提供的涂料中，配入一定比例的还原性物质。选用磷片石墨，使涂料中的碳含量为15％～35％。由于使用了足够的碳，因此在钢坯加热过程中，碳除了与氧化铁皮中的氧作用外，还会向钢基中扩散，使钢基表面的碳含量升高，抑制钢基正常组织中的碳向外扩散，使脱碳层的厚度不再增加。经大量的试验证明，涂料中的碳含量达到15％时，可以防止高碳钢坯再次脱碳；当碳含量超过35％时，钢中易出现渗碳体等异常组织，使钢的脆性增加。因此，涂料中的碳含量在15％～35％为最佳范围。
本发明提供的涂料与现有技术相比，除了防止钢坯再次脱碳效果明显之外，还具有粘度适中、流平性好、固化时间短、涂层结合强度高等特点，使用安全，无污染，涂层在钢坯轧后可自动剥离。
将本发明提供的保护涂料，采用刷涂、辊涂或喷涂工艺，涂覆于连轧钢坯表面，涂层厚度为0.6～0.8mm，然后加热轧制，可有效防止再次脱碳。本发明的效果见表1。
表1本发明的效果
本发明应用在U71Mn钢坯上的效果 本发明应用在PD3钢坯上的效果未使用涂料时的脱碳层厚度，mm 使用涂料时的 脱碳层厚 度，mm 脱碳层降低率， ％ 未使用涂料时 的脱碳层厚 度，mm 使用涂料时的 脱碳层厚 度，mm脱碳层降低率， ％0.6 0 2 67 0.8 0.4 50
【具体实施方式】
实施例1
按照本发明提供的配方，用鳞片石墨、钠玻璃粉、硅酸钙镁铝盐、氧化硅、钾水玻璃和水按表2的化学成分配制成涂料。采用辊涂工艺，涂覆于U71Mn连轧钢坯表面，涂层厚度为0.6～0.8mm，然后加热轧制，加热制度为：总加热时间为2～4h，最高加热温度为1250℃，高温段停留时间30～60min。
表2涂料的化学组成，wt％
序号 C SiO2 CaO MgO Al2O3 R2O 水 1 15 30 0 0 5 20 余量 2 20 25 15 0 5 15 余量 3 25 25 0 5 15 15 余量
实施例2
按照本发明提供的配方，用鳞片石墨、钠玻璃粉、硅酸钙镁铝盐、氧化硅、钾水玻璃和水按表3的化学成分配制成涂料。采用辊涂工艺，涂覆于PD3连轧钢坯表面，涂层厚度为0.6～0.8mm，然后加热轧制，加热制度为：总加热时间为3～6h，最高加热温度为1300℃，高温段停留时间30～60min。
表3涂料的化学组成，wt％ 序号 C SiO2 CaO MgO Al2O3 R2O 水 1 25 45 5 0 0 5 余量 2 30 30 5 0 5 10 余量 3 35 25 2 10 0 10 余量