一种用于弹簧钢的高温防脱碳涂层材料制造技术

本发明专利技术涉及弹簧钢钢坯轧前热处理工艺用的涂层材料，本涂层材料在500℃以下钢坯上直接喷涂，粘附性能良好，高温段在钢坯表面形成致密的微晶玻璃层，有效阻碍碳氧互扩散，同时涂料中成分可显著降低钢中碳原子高温活性，改善钢的脱碳敏感性，有效缓解弹簧钢高温脱碳问题，随后的冷却过程中能够自然剥落。此涂料能够有效防止弹簧钢950-1150℃热处理过程中的脱碳问题，自剥能力强，使用安全方便，不影响加热，成本低，无污染。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及一种用于弹簧钢的高温防脱碳涂层材料及其应用，防护温度区间为950℃-1150℃。特别是一种在弹簧钢表面500℃以下中低温喷涂的用于高温加热过程防止基体表面过度脱碳的涂层材料。
技术介绍
：钢铁材料在热加工生产中常发生脱碳现象。炉内的氧化性气氛不断地与金属基体表层中的碳相互作用，形成碳的氧化物而弥散在炉气中，造成脱碳，不但损耗金属材料，而且还降低工件质量，影响其性能和使用寿命。特别是由于碳元素的损失，使得脱碳层比基体软，易变形，易形成裂缝，抗拉强度和屈服极限都下降，从而不能得到理想的残余应力，最终降低工件质量，影响钢材性能和使用寿命。对弹簧钢来说，由于弹簧的受力特点和工作特点，表面脱碳将严重损害弹簧的疲劳性能，特别是若弹簧钢表面出现铁素体的全脱碳，弹簧疲劳极限可降低50％。Si-Mn系弹簧钢由于C，Si含量高，尤其是高Si含量会明显加剧钢的表面脱碳。因此需要在加热炉中针对弹簧钢的脱碳问题采取防护措施，减薄全脱碳层和半脱碳层的厚度，从而延长弹簧钢制品的使用寿命。目前针对中高碳弹簧钢防脱碳涂料的专利很少，在中国专利CN1127789A中公开了一种针对高碳钢坯加热氧化和脱碳的涂料，主要针对高碳轴承钢。以低碳石墨矿为主要原料，硼铝硅酸盐玻璃、钠玻璃作为填料。存在的问题是：石墨作为主体的涂料在高温下均燃烧掉，剩余组分的量很少，高温段的防护效果有限。在中国专利CN101486848A中公开了一种高温防氧化脱碳的干粉涂料，使用玻璃料，粘土和滑石粉为主体，1200℃防氧化防脱碳效果均比较明显，但是其主要针对不锈钢，耐热钢等高合金钢，对弹簧钢不适用。在中国专利CN1632137A中公开的高效能自剥落高温防氧化/脱碳涂层材料以TiO2、Al2O3、SiO2、玻璃粉、增强型碳粉为原料，以聚乙二醇、聚乙烯醇为粘结剂，溶剂为水，丙酮等。适用于800-1200℃/4-10小时的加热防氧化/脱碳，可在热处理后自剥落，但是该种涂层材料用到大量有机物，不仅提高了涂料的成本，还有可能因毒性造成环境污染。
技术实现思路
：针对目前市场上针对弹簧钢防脱碳涂层材料的空缺，在借鉴针对其他钢种的防脱碳涂层材料的研究基础上，本专利技术提出了一种在500℃以下钢坯上直接喷涂，粘附性能良好，高温段在钢坯表面形成致密的微晶玻璃层，有效阻碍碳氧互扩散，同时涂层材料中成分可显著降低钢中碳原子高温活性，改善钢的脱碳敏感性，有效缓解弹簧钢高温脱碳问题，随后的冷却过程中能够自然剥落的涂层材料。此涂料能够有效防止弹簧钢950-1150℃热处理过程中的脱碳问题，自剥能力强，使用安全方便，不影响加热，成本低，无污染。本专利技术所述目的是通过以下方案实现的：本专利技术提供的降低弹簧钢高温下过度脱碳的涂层材料，由蓝晶石、铝灰、MgO、玻璃粉、石墨和粘结剂组成，包括如下成分：Al2O3 50％-80％，MgO 3％-8％，C 7％-28％，CaO 3％-5％，SiO2 3％-6％，ZnO 1％-5％，ZrO2 1％-3％，Y2O3 0％-2％，Na2O 0％-1％，K2O 0％-1％使用时，先把粉料和水3∶1混合成浆料。加入粘结剂，粘结剂为水玻璃包括钠水玻璃，钾水玻璃和硅溶胶中的一种或几种混合而成。粘结剂质量占浆料质量的3％-10％。加入分散剂，分散剂为海藻酸钠，焦磷酸钠，聚丙烯酰胺中的一种或几种混合而成，分散剂质量占浆料总质量的0.5％-2％。所用的水玻璃预先和水以质量比1∶1混合，然后使用。所用的分散剂先和水以质量比1∶30混合，搅拌均匀，静置2小时后使用。本涂料可以应用于中高碳弹簧钢和部分合金弹簧钢。使用时喷涂在弹簧钢表面，对有铸造氧化皮的连铸板坯，需进行简单预处理，不会影响本涂料的效果。附图说明：图1：有涂层材料保护弹簧钢950℃处理恒温1小时脱碳层金相图(100倍)图2：无涂层材料保护弹簧钢950℃处理恒温1小时脱碳层金相图(100倍)图3：有涂层材料保护弹簧钢1150℃处理恒温1小时脱碳层金相图(100倍)图4：无涂层材料保护弹簧钢1150℃处理恒温1小时脱碳层金相图(100倍)具体实施方式：本防护剂主要喷涂在弹簧钢表面，保护温度区间为950℃-1150℃，可以有效防止弹簧钢高温加热过程基体表面过度脱碳。实施例一：选用防护涂层材料粉料的重量组分为：Al2O3 50％，MgO 7％，C 21％，CaO5％，SiO2 6％，ZnO 5％，ZrO2 2％，Y2O3 2％，Na2O 1％，K2O 1％使用时，先把粉料和水3∶1混合成浆料。加入粘结剂钾水玻璃和钠水玻璃，粘结剂质量占浆料质量的3％。加入分散剂，分散剂质量占浆料总质量的0.5％，得到本专利技术的高温防脱碳涂层材料。下面是针对在无涂料情况下的弹簧钢和采用本专利技术所述涂料的弹簧钢防脱碳性能对比实验。将弹簧钢60Si2Mn钢板切割成10mm×10mm×10mm规格的样品，在加热炉中400-500℃去除表面油污，再用稀盐酸溶液清洗表面的残余污垢和铁锈，然后用超声波振荡水洗3次，干燥后备用。分别将表面涂涂料和不涂涂料的样品放在马弗炉中加热到950℃，恒温1小时。图1是有涂层材料弹簧钢在马弗炉中加热到950℃，恒温1小时脱碳层金相图；图2是无涂层材料保护弹簧钢在马弗炉中加热到950℃，恒温1小时脱碳层金相图。由图1和图2看出，在无涂层材料保护的情况下样品全脱碳层厚度为68.966μm，总脱碳层厚度为313.793μm，而有涂层材料保护的样品脱碳层全部去除。将本专利技术所述涂料喷涂于弹簧钢表面，在马弗炉中加热到1150℃，在上述相同恒温时间下，结果见图3，图4。图3是有涂层材料保护弹簧钢在马弗炉中加热到1150℃，恒温1小时的脱碳层金相图；图4是无涂层材料保护弹簧钢在马弗炉中加热到1150℃，恒温1小时的脱碳层金相图。由图3和图4可以看出，在无涂层材料保护的情况下样品全脱碳层厚度为203.448μm，总脱碳层厚度为451.724μm，而有涂层材料保护的样品脱碳层全部去除。实施例二：选择防脱碳涂层材料的重量组分为：Al2O3 50％，MgO 8％，C 25％，CaO 3％，SiO2 5％，ZnO 3％，ZrO2 3％，Y2O3 1.5％，Na2O 0.7％，K2O 0.8％。使用时，先把粉料和水3∶1混合成浆料。加入粘结剂钾水玻璃和钠水玻璃，粘结剂质量占浆料质量的7％。加入分散剂，分散剂质量占浆料总质量的0.8％，得到本专利技术的高温防脱碳涂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于弹簧钢的高温防脱碳涂层材料，其特征在于，该涂层材料粉料
由以下质量分数的成分混合而成：Al2O3 50％-80％，MgO 3％-8％，C 7％-28％，
CaO 3％-5％，SiO2 3％-6％，ZnO 1％-5％，ZrO2 1％-3％，Y2O3 0％-2％，Na2O
0％-1％，K2O 0％-1％。
2.如权利要求1所述的一种用于弹簧钢的高温防脱碳涂层材料，其特征在
于，使用时，先把粉料和水3∶1混合球磨成浆料，加入粘结剂，粘结剂与浆料
的质量比为1％-15％，加入分散剂，分散剂与浆料的质量比为0.5％-2％。
3.如权利要求1所述的一种用于弹簧钢的高温防脱碳涂层材料，其特征在
于，所述的Al2O3来源于蓝晶石或铝灰。
4.如权利要求1所述的一种用于弹簧钢的高温防脱碳涂层材料，其特征在
于，所述的SiO2来源于蓝晶石，锆英砂，镁橄榄石中的一种或者几种的混合物。...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶树峰，王晓婧，魏连启，周旬，刘朋，陈运法，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：