硅钢用防氧化涂料的研究--文献综述.doc

硅钢用防氧化涂料的研究 一般的金属在高温氧化性气氛下会发生表面氧化，同时伴随着表面脱碳，氧化作用不仅引起金属损耗，还会产生金属中合金元素的贫化，影响金属的质量和机械性能，在工业生产中，这样的作用使材料的组织受损，增加了去除氧化皮和脱碳层的处理工序，同时也会引起资源和动力的浪费，增加生产的成本和产品的价格，减少产品的竞争力，据有关资料介绍，钢件因各种热作用造成的氧化损失，相当于世界粗钢产量的4%~6%。仅加热过程中钢坯的表面高温氧化就致使烧损率高达2.5%，平均烧损率也达1.0%以上。另外，钢制件的高温氧化还造成原料、能源和劳动力的较大浪费[10]。例如在钢铁生产中，钢坯、钢锭在轧制前，一般都要在一定温度（1250 ~1300℃）氧化性气氛的加热炉中加热或均热2 ~ 3 h，甚至更长时间，因此钢铁表面会与气氛中的氧发生强烈的氧化反应，从而生成大量的氧化皮，使钢的成材率显著降低，实际情况中有的通过自动调整加热炉燃气组分、盐浴加热、快速加热和真空保护来实现钢的少氧或无氧化加热。但因其设备投资成本高，不利于大规模生产，而不能广泛推广。从工艺和经济角度考虑，目前较易推广的是防氧化涂敷技术，它是通过调节高温防氧化涂料体系中的功能组分，使其涂敷在钢坯表面形成涂层，起到保护的作用。钢铁零部件热处理防氧化涂层一般是一次有效的。即在加热工序完成之后，要求保护涂层必须从原零件表面去除干净，对于采用玻璃，陶瓷一类非金属粉末作为金属和合金的防氧化涂层的研究工作从七十年代就开始了。 一般情况下，无机高温抗氧化涂层即在工件进行热加工前涂敷耐高温玻璃－陶瓷涂料，形成完整的致密均匀的保护膜，隔绝高温炉气与金属表面的直接接触，保护其不被氧化，且在工件冷却后涂层易于去除，最终达到保护金属基体的目的。例如以水玻璃为粘结剂的涂料，在1100℃以下可以起到很好的防氧化效果，但由于大量Na+、K+在1200℃以上时对金属有很强的腐蚀活性，会在烧结过程中和表面氧化层起反应，从而使基体露出表面，受到氧化和腐蚀[3]，而且涂料中的硅元素有可能形成铁橄榄石等与金属基体结合紧密的化合物,不容易剥离，从而使涂料的防氧化性能受损。 国内外钢坯防氧化涂料的研究现状: 在国外，钢铁的高温防氧化涂料的研究早已引起人们的关注。目前，美国、日本和西欧等国家和地区多采用以金属氧化物、微晶玻璃和成分复杂的混合物为基础的耐热涂料，以防各种碳钢、合金钢等在轧制、锻造和热处理时发生高温氧化。如美国Advanced Technical Products公司的ATPMetallurgical Coatings系列高温防氧化脱碳涂料，美国Duffy公司的condursal Z0095Scale Prevention防氧化涂料，英国Berktekt系列金属高温保护涂料，日本渗透株式会社的特许耐热涂料系列等，均在生产中得到广泛应用，收到了显著效果。有资料显示[5]，日本新日铁公司研制的金属铝系防氧化涂料用于特种钢，与不涂涂料的裸材比较，钢在加热过程中的氧化烧损减少了98%；其所研制的二氧化锰系防氧化涂料用于普通碳钢[6]，与裸材比较，钢的氧化烧损也可减少98%左右。而美国NALCO化学公司研制的NALCO84MB264涂料[7]涂于钢锭、钢坯表面，钢的氧化烧损能减少70%左右；而用于高碳钢和工具钢，其脱碳层厚度小于0.25mm。前苏联研制的防氧化涂料用于X15H5钢板坯上，氧化烧损减少25%~30%[4]，提高了钢的表面质量。 我国钢铁高温防氧化研究的起步较晚。近年来，几家大型的钢铁企业相继对此展开了研究。武钢研制了硅钢板坯加热用防氧化涂料，并获国家专利[8]，该涂料可使钢的氧化烧损降低70%~90%；包钢研制的高温防氧化钢坯涂料用于低碳钢，可以使钢坯炉内氧化程度较少40%~60%，减少全程氧化30%，该项技术已通过相关部门鉴定[9]；攀钢自1991年以来，开始着手研究用于连铸板坯上的防氧化涂料，实验室模拟试验结果表明[3]，该技术可减少钢的氧化烧损60%~80%。尽管钢坯高温防氧化技术的研究取得了相当的进展。但是，许多研究还处在实验室阶段，部分成果[10-11]的防氧化温度范围过低（在1000℃左右）。而几乎所有的研究成果[12-13]涉及到的涂料涂敷方法，都局限于常温涂刷干燥成膜或静态高温防护，与实际工艺不相吻合。在我国，钢坯在轧制前多处于一个动态的热输送过程，温度在500℃左右。但已有的涂料和涂刷技术是将钢坯降到常温，再进行涂层施敷，这种落后的工艺改变了钢铁的生产工艺，影响了生产效率，在很大程度上，造成了冶金企业能源的浪费。如何将防氧化涂料喷涂到高温动态钢坯上，并取得良好的防氧化效果仍然是个研究空白。 金属高温氧化的理论机理: 2.1 钢铁氧化的热力学判据[29] 钢铁材料在高温气体环境中能否自发地进行化学反