用于V法铸造工艺生产微碳高合金钢铸件用的专用涂料

摘要

本发明属于金属铸造领域。为解决在已有微碳合金铸造技术中有机薄膜高温碳化时会使铸件表面增碳的难题，特提出本方案—用于V法铸造工艺的专用涂料。它是由白金刚砂和铝钙质氧化物组成的复合耐火骨料、硝酸钾和蒙脱石组成的脱碳剂、凹凸棒石和海泡石组成的复合悬浮剂、酚醛树脂和丁醛组成的粘结剂及有机无机助剂所组成。操作时将干料混匀，再与湿料混合搅拌成膏状，使用时加工业乙醇，将涂料调到波美度为42～48，涂于型面厚度为0.08毫米左右已形成型腔的有机薄膜上，浇铸时薄膜和涂料中有机物被碳化、气化，且被真空负压吸掉。经几年的科技实践操作，能做出现代工业要求的微碳第三代高合金不锈钢的铸件产品，具有严格的技术指标，而且有很好的经济效果。

说明书

技术领域：本发明属于铸造工业领域。它具体涉及使用一种 专用涂料以解决用当代绿色环保先进的V法工艺铸造超级第三 代双相不锈钢的增碳的国内外技术难题。

背景技术：随着当代工业的发展，各种新技术、新工艺、新 材料不断涌现。不锈钢就是一种典型的正在不断发展着的新型高 级合金材料。普通双相不锈钢是指它的金相组织为铁素体固溶相 和奥氏体固溶相两相组成，这二个相中，较少的相，其含量也不 应低于40％。通过正确控制化学成份和热处理工艺，使奥氏体 不锈钢所具有的优良韧性和焊接特性与铁素铁不锈钢所具有的 高强度和耐氯化物应力腐蚀性能结合在一起，使双相不锈钢有更 好的不锈、耐蚀和力学性能。不仅如此，它还具有导热系数大、 线膨胀系数小等优良综合特性。

普通双相不锈钢在技术上的发展大体分为三个阶段：第一代 双相不锈钢是上世纪四十年代由美国开发的。但由于它的含碳量 较高≤0.1％C，其焊接时会失去相平衡，沿晶粒边界析出碳化物， 使上述双相不锈钢综合性能下降；第二代不锈钢是经德、英、法、 瑞典和前苏联进一步研究，≤0.03C％条件下再增加氮镍等元素 使双相不锈钢的成分在超低碳中浓度分布的差异减少，从而明显 的进一步提高其耐蚀性；第三代双相不锈钢是在上世纪八十年代 开始发展至今，它是在第二代双相不锈钢的基础上，提高其钼含 量达4％和氮含量最高达到0.3％，超低碳≤0.03C％，并根据不 同需要，研制出多种双相不锈钢牌号，使其形成耐应力腐蚀、耐 孔蚀、耐缝隙腐蚀、耐疲劳腐蚀、耐磨损腐蚀更好的多个品种的 所谓超级双相不锈钢。目前，这种超级双相不锈钢近十年在炼油、 石化、造纸、化肥、轻工、食品、能源、特别是除硫环保设备制 造等工业领域应用得十分广泛，在我国铸造行业“十三五”技术 发展规划纲要铸钢篇中，特别强调开展更多铸造双相不锈钢牌号 在舰船上的应用研究，并能制造出多种复杂异形铸件。由于技术 难度高，世界上只有极少数国家能生产该种材质的铸件。目前， 这种铸钢件，国内外还都采用树脂砂造型，为了防止树脂粘结剂 经高温钢液烧结碳化渗碳，而在型腔和芯表面喷涂防增碳涂料， 但仍解决不了增碳问题。使用V法铸造工艺生产此微碳高合金钢 铸件，还未曾见到过此类V法工艺防渗碳涂料的报导。

发明内容：本发明的目的是为消除EVA有机薄膜及涂料本身 所含有机物高温碳化时在铸件表面增碳的后果特提出本方案 -----用于V法铸造工艺生产微碳高合金钢铸件用的专用涂料， 它能很好地解决铸件表面的不增碳的问题，明显地提高铸件产品 的理化性能指标。其原理是：EVA有机薄膜及涂料本身含的有机 物在钢液的高温作用下，热分解的双原子气体和金属原子之间有 一定的亲和力，在与钢液面接触处离解为原子，含碳化合物分解 形成活性碳原子，用[C]表示：2CO→CO₂+[C]及CH₄→2H₂+ [C]；高温下活性碳原子与金属表面接触，被金属表面吸收后， 溶解于金属基体或与金属基体形成金属化合物；吸附在钢液表面 的气体原子向钢液内部扩散溶解，在V法工艺的抽真空条件下， 不造成分解出[C]的条件，2C0和CH₄在涂料中的硝酸钾均匀缓 释放出O₂的作用下：2CO+O₂→2CO₂和CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O(气态)， 及时被抽走，所以不会发生增碳现象。同时，涂料的其他组成成 分在钢液作用下，根据多组份相图理论在烧结助剂复合铝氧化物 的作用下，形成一层致密烧结层，该烧结层降温时有抗裂性，使 铸件表面光洁。

按如上构思本发明所提出的一种用于V法铸造工艺生产微 碳高合金钢铸件用的专用涂料，其特征是它的结构组成如下：

①复合耐火骨料：它是由粒度≤3μm白刚玉砂85％和粒度≤3 μm复合铝钙质复合氧化物15％组成；

②脱碳剂：以复合耐火骨料为重量基数100％，添加氧化剂硝 酸钾0.1～0.2％和缓释剂蒙脱石粉1-2％组成；

③复合粘结剂：以复合耐火骨料为重量基数100％，分别加入 热塑性酚醛树脂1.3～1.5％和聚乙烯醇缩丁醛0.1～0.2％组成；

④复合悬浮剂：以复合耐火骨料为重量基数100％，分别加粒 度≤3μm的凹凸棒石1.5～1.8％和粒度≤5μm海泡石1～1.2％组 成；

⑤复合有机助剂和无机助剂及溶剂：以复合耐火骨料为重量基 数100％，分别加有机助剂高级脂肪醇聚氧乙烯醚0.05～0.1％和

该专用涂料的配制操作如下：将组成涂料的干态复合耐火组 料、复合悬浮剂、无机助剂、先用球磨机干混十分钟，再加入复 合有机助剂、复合粘结剂、脱碳剂在球磨机中混八小时制成颜色 和稠度均匀膏状物，使用时将上述涂料膏中加入溶剂浓度10～15 ％的工业乙醇稀释，并用叶片搅拌机拌匀，将涂料的波美度调整 到42～48之间，将它喷涂在型面厚度为0.07～0309毫米的EVA 有机薄膜上，真空成型的干砂粒度为50～100目，环境真空度为 -0.045～-0.050MPa,浇注时真空度为－0.055～－0.065MPa。

该方案已成功用于V法工艺生产出第三代双相微碳不锈钢。 它能在V法工艺的型腔浇满钢液时，把敷有此V法专用涂料的 EVA薄膜及涂料中的有机物碳化而被氧化燃烧成气态，被真空抽 掉，从而去掉了铸件表面增碳的冶金条件，为达此目标，在调制 好的涂料中加入涂料重量0.1～0.2％的氧化剂硝酸钾和1～2％的 蒙脱石粉缓择剂.这是已有技术中未实现的。

本V法涂料最好用无气喷涂机喷涂，亦可将稀释好的涂料倒 入喷枪罐中，接好压缩空气，调整好气压，喷枪口对准EVA塑料 簿膜间保持30～40cm距离，移动喷枪要缓慢匀速，喷涂厚度为 0.5～1.0mm，烘干以≤50℃，时间10min左右为宜，防止烘烤不 足或过烘烤。

采用本方案能体现如下的优越性：

(1)该涂料是具有喷涂时不沿喷涂面垂直流淌并具有良好的流 平性和高温结壳性。

(2)涂覆在EVA有机簿膜上的V法专用涂料中含氧化剂缓释剂， 在高温下逐渐释放出氧气，把浇注钢液时簿膜及涂料本身含的有 机物碳化并被氧化成二氧化碳气体和水气被真空抽走，使超低碳 高合金钢铸件成型过程中不增碳。

具体实施方式：本发明是为解决用当代最先进的V法铸造工 艺生产微碳≤0.03％超级第三代双相不锈钢铸件表面增碳的难 题，该关键技术就是在此整体工艺过程中，通过使用一种用于V 法铸造工艺生产微碳高合金钢铸件用的专用涂料，糨能防止EVA 有机薄膜高温碳化扩散到钢铸件表层增碳，从而不能获得合格优 质铸件问题。单一干砂成型、薄膜密封铸型和铸型抽真空浇注等 是V法铸造的技术特征，为进一步发挥出V法铸造技术优势获得 符合需求的铸件，其有效的技术途径就是使用这种专用的V法涂 料，填砂前喷、涂在己成型的EVA薄膜上。

对该V法防增碳专用铸造涂料性能的主要要求是：优良的流 变性；好的涂敷性；高的涂层强度；不吸潮和稳定的干燥性和不 龟裂；保征型腔内压力变化的稳定性；低的发气速度和发气量等。