一种用于高碳铬轴承钢加热过程的防氧化脱碳涂料粉料

摘要

本发明提供一种用于高碳铬轴承钢热轧前高温热处理过程中同时具有防氧化和防脱碳功能的涂料粉料，该粉料由以下原料按重量百分比组成：40％～70％累脱石，15％～33％高炉渣，10％～30％碳粉，0.1％～1％镍渣，0.1％～1％钼矿粉，1％～10％磷石膏。该粉料在使用时可以直接用水调合至合适密度，适用于高碳铬轴承钢热轧前的高温热处理过程中，在1000～1300℃下有较好的防氧化和防脱碳效果，在冷却过程中易剥落，且金属表面质量较好。

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁材料的高温防护涂料，具体为一种用于高碳铬轴承钢热轧前高温热处理 过程中的高温防氧化脱碳涂料粉料，该粉料可以直接用水调和。

背景技术

热处理技术广泛用于调控钢制工件的力学性能。在高温的氧化性气氛下，钢铁材料在热 处理时不可避免的会与环境中的氧气发生作用，造成基体的氧化、脱碳以及合金元素的贫化 等。基体的氧化和脱碳制约了成材的表面质量，降低了成材率和加热炉的作业率。一般情况 下，为了保证钢铁材料的质量，需要用高压水将基体表面的氧化铁皮除去。对于轴承钢，不 仅要除鳞，还要采用机械切削除去脱碳层，造成了资源和能源的极大浪费。为此，针对钢铁 材料热处理时的氧化和脱碳，一般需采取一定的防护措施，如控制加热温度及时间、控制加 热炉气氛、合理安排工艺路线及留放加工余量、采用覆盖物及保护涂料等。其中，涂层保护 使用方便、成本较低，是国内大部分钢铁企业优先选择的方法。

目前的涂层保护技术，主要是基于两种不同的防护机理。一种是依靠高温下在钢坯表面 形成粘流态保护层的屏蔽型机理，如中国专利CN 101210121A；另一种是通过改变氧化皮的 结构生成致密改性氧化皮，使得氧化皮的结构和性能得到改善，从而起到高温防护的反应型 防护机理，如中国专利CN 101462857A。

目前，用于轴承钢的高温防护涂料综合性能不好，尤其是在高于1200℃时，用于高碳铬 轴承钢且同时具备防氧化和防脱碳功能的涂料还很欠缺。

中国专利CN 101486848A公布了一种用于不锈钢、耐热钢的高温防氧化防脱碳涂料，主 要成分为玻璃料、粘土、滑石粉，其防护温度范围在900℃～1200℃。中国专利CN 1632137A 公布了一种防止钢制工件在热处理时氧化/脱碳的涂料，主要由TiO₂、Al₂O₃、SiO₂、玻璃粉、 增强型碳粉和粘结剂组成，其防护温度范围在800℃～1200℃。上述两种涂料存在的共同缺陷 是防护温度均在1200℃以下，不适用于1200～1300℃高温段的防护。中国专利CN 101624643A 公布了一种用于温热成形生产过程中具有防止钢板氧化和脱碳的涂料，该涂料由于采用了纳 米原料，使得这种涂料的成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种高碳铬轴承钢热轧前加热过程中用到的同时具有防氧化和防脱 碳功能的涂料粉料，以解决热轧轴承钢在热处理过程中的剧烈氧化和严重脱碳问题。

用本发明的这种涂料粉料经水调和后形成的涂层对轴承钢具有较好的高温防氧化和防脱 碳功能，使热轧轴承钢的成材率得到提高。

本发明所述目的是通过以下方案实现的：

本发明的针对轴承钢具有防氧化和防脱碳功能的涂料粉料，由由以下原料按重量百分比组成： 40％～70％累脱石，15％～33％高炉渣，10％～30％碳粉，0.1％～1％镍渣，0.1％～1％钼矿粉， 1％～10％磷石膏。上述涂料粉料的优选配方是：40％～60％累脱石，20％～30％高炉渣， 10％～25％碳粉，0.25％～0.5％镍渣，0.5％～0.75％钼矿粉，5％～10％磷石膏。粉末原料要求 如下：累脱石的纯度＞95％，粒度在200～250μm之间；高炉渣的纯度＞90％，粒度在200～250 μm之间；碳粉的纯度＞98％，粒度在100～150μm；镍渣的纯度＞90％，粒度在150～200μ m之间；钼矿粉和磷石膏的纯度都大于95％，粒度都在150～200μm之间。

该粉料在使用时直接用水作为调合剂，粉料和水的比值为2∶1。

本发明的涂料粉料经水调合后可以采用常规涂覆方法进行，例如通过浸涂，喷涂或者刷 涂方法，从常温开始可以以10℃/min的升温速率升温，在1000～1300℃有较好的防氧化和防 脱碳效果。

本发明的优点和积极效果充分表现在以下几个方面：

1.本发明的针对轴承钢具有防氧化和防脱碳功能的涂料粉料大部分来源于工业矿粉或 矿渣，可以解决磷石膏堆放过程中造成的环境污染问题，达到了充分利用资源的目的；

2.本发明的粉料在800～1300℃下呈现烧结态，利用在钢表面上生成致密结构的原理有效 降低钢表面的氧化，粉料中的碳粉先于钢中的碳进行氧化反应，达到有效降低钢脱碳的目的；

3.本发明的涂料粉料在冷却过程中由于热膨胀系数和高碳铬轴承钢有很大差异，能保证 涂层自然剥落，剥落后的轴承钢表面仍具有原有金属光泽，钢表层化学成分基本不变。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。在以下实施例中，用(空白试样的烧损率一有涂层试 样的烧损率)/(空白试样的烧损率)*100来表示防氧化效果，这一数值越大，说明防氧化效 果越好；用脱碳层厚度来表征防脱碳效果，这一数值越小，说明防脱碳效果越好。

实施例1

1.1^#试样：成分配比

累脱石 高炉渣 碳粉 镍渣 钼矿粉 磷石膏 60％ 20％ 12％ 0.5％ 0.5％ 7％

1.2^#试样：成分配比

累脱石 高炉渣 碳粉 镍渣 钼矿粉 磷石膏 50％ 30％ 12％ 0.5％ 0.5％ 7％

粉料和水的比值为2∶1

用φ10mm的GCr15轴承圆钢试样进行实验，初始的钢样无脱碳层，每个试样的高度为 50mm。将试样先在加热炉中加热到400℃～500℃除去表面的油污，用稀盐酸溶液清洗表面的 残余污垢和铁锈，然后用超声波震荡水洗三次，干燥后备用。

将上述两种涂料粉料经水调合得到两种涂料，在φ10mm的GCr15轴承圆钢进行高温防 氧化脱碳实验，采用常温浸涂方式，以10℃/min的升温速度升至1250℃，然后保温1小时。 考察了这两种涂料的防氧化脱碳效果，结果见表1，在冷却的过程中，涂层易剥落，防脱碳 效果符合GB/T 18254-2002标准中对脱碳层厚度的要求。

表1

  涂料   烧损率(％)   防氧化效果(％)  总脱碳层厚度(μm)   1.1^#试样   9.17   64.37   178   1.2^#试样   10.05   60.95   152   无涂层试样   25.74   -   827

实施例2

2.1^#试样：成分配比

  累脱石   高炉渣   碳粉   镍渣   钼矿粉   磷石膏   48％   30％   15％   0.5％   0.5％   6％

2.2^#试样：成分配比

  累脱石   高炉渣   碳粉   镍渣   钼矿粉   磷石膏   40％   25％   25％   0.25％   0.75％   9％

粉料和水的比值为2∶1

用φ10mm的GCr15SiMo轴承圆钢试样进行实验，钢样处理方法和实验方法均和实施例 1中相同。将上述两种涂料粉料经水调合得到两种涂料，在φ10mm的GCr15SiMo轴承圆钢 进行高温防氧化脱碳实验，1^#和2^#均能防止GCr15SiMo氧化和脱碳，且2^#防氧化和防脱碳效 果比1#试样好。