不锈钢工件热处理工艺

技术领域

本发明涉及不锈钢工件热处理技术领域，具体是一种能够取代不锈钢工件热处理后表面酸洗工序、简化工艺流程的不锈钢工件热处理工艺。

背景技术

不锈钢工件如钢锭、钢坯、钢板以及其他不锈钢材质型材物品，在热处理加工工序中需要将工件放入工业热处理炉或加热炉内加热。目前采用的是将工件裸露放入炉内加热的方式，此种加热方式存在着以下缺点：

1、不锈钢物料在加热过程中与炉内气体发生传质。

（a）不锈钢金属组分与炉内氧化性气氛发生化学反应，即金属元素从炉气中吸入氧元素，在金属表面生成氧化物，产生氧化烧损，降低金属收得率。生成的氧化铁皮复杂，利用和处置难度大，浪费了宝贵的金属资源。

（b）不锈钢金属内的微量元素被炉气带走，在基体表面形成微量元素流失层，如含钼元素不锈钢类，钼的挥发直接影响不锈钢工件的表面质量。

2、经过热处理工艺后发生氧化的不锈钢表面产生难以去除的氧化铁皮，一般需要通过强酸如硝酸与氢氟酸复合酸进行表面酸洗。通常经过热处理的不锈钢工件，酸洗工序在不锈钢行业必不可少，在一定程度上影响了生产效率，同时消耗了大量的酸液，酸洗环境对工作人员健康造成一定的影响。废酸液会带来二次污染问题，尤其是含氟废液，储存或处理不力会对空气和地下水形成永久的危害。不锈钢废酸再生或处置投资巨大，同时还受处理规模的影响。一般不锈钢热处理企业相对分散，处置规模较小，废酸产生量小，连续性废酸再生系统很难实现稳定运行，因此难免出现偷排或泄漏现象。

从源头防治污染，优化原料投入，依法依规淘汰落后生产工艺技术。积极践行绿色生产方式，大力开展技术创新，加大清洁生产推行力度，加强全过程管理，减少污染物排放。提供资源节约、环境友好的产品和服务。落实生产者责任延伸制度。在没有好的切实可行的源头治污技术的前提下，环保政策执行过程中治污成本和生产环保压力是不锈钢热处理尤其是涉及到酸洗工序的企业的一把利剑，从长远来看，问题没能得到很好的解决。

在金属工件常规使用中，涂料或油漆保护应用非常广泛。保护下的金属长时间能够保证基体的原始金属色，防止常温条件下腐蚀氧化。如家电产品、汽车、工程机械、钢结构、屋面钢板等，均采用涂料或油漆对金属进行保护，同时具有美观的效果。

高温涂料在高温热工设备上的应用也相当广泛，主要仍然起到延缓或阻止金属零部件等在高温环境下的腐蚀与氧化。能够完全阻止氧化的涂层材料就能保证金属材料在高温下的基本表面性能，降到常温时如果涂层能够自动脱落或者简单的水洗就能溶解剥落下来，就能恢复金属原有的表面颜色。对于不锈钢而言，表面无氧化，即能够摒弃原有的酸洗工序，对提升工件加工生产的效率、减少酸洗的消耗、废酸的处理以及必要氧化缺陷的修磨工序。

目前国内外对不锈钢高温防氧化涂料的研究较多，但很少能够达到涂料完全阻止不锈钢高温氧化，真正实现高温环境下不锈钢零氧化效果的；另外，不锈钢高温防氧化涂料对不锈钢工件热处理保护后形成的涂层能够完全实现100%自动脱落或水洗脱落的，也未见报道，因此该类报道的涂料并不能完全摒弃下游的酸洗工艺。如中国发明专利CN102140265 A公开了一种不锈钢材质的耐高温涂料，其组成为35-50份纳米级氧化铝，15-25份二氧化锰，10-15份硅酸钠，9份钴蓝，10-15份锂基膨润土，16份三氧化钼，8份氧化钴，15份氧化钙，10份氧化铝，15-20份氧化铁红，16-19份石墨，45-55份水，按此重量比搅拌制成的涂料产品经工业试验证明，高温条件下的抗氧化保护效果良好，制备简单，使用方便，有利于推广应用。但其不能100%实现不锈钢的高温防氧化，更没涉及到能够减少酸洗工序。中国发明专利CN 106700665 A公开了一种不锈钢耐高温涂料，按照质量份数包括氧化铝5-8份，硅酸纳18-40 份，二氧化锰80-120 份，氧化钙30-60 份，钴蓝2-5 份，磷酸二氢铝25-30份。本发明涂料主要用于对不锈钢表面的涂覆保护作用，能够有效的阻止金属材料的高温氧化，在不锈钢表面形成致密的保护膜，有效防止脱碳，原料廉价易得，制备简单。本发明专利主要涉及到一些特殊场合的使用，例如加工工厂、制造车间等环境恶劣的高温场所不锈钢的使用环境，所用到的涂料需要满足耐高温的条件，从用途来看本涂料属于一种永久性涂层，则其肯定不具有自剥落性能，因此与本发明提出的工艺要求不相关。

中国发明专利CN101462859A公开了一种降低不锈钢在加热炉内氧化烧损的高温防氧化涂料，其特征在于其由含46%-92%的基本填料和8%-54%的复合粘结剂的固体物料与相当于固体物料重量0.5-20倍的水组成。基本填料的化学成分为二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化钙、氧化硼中的几种，复合粘结剂由硅酸钠、硅酸锂、硅酸钾、磷酸铝中的几种组成。此涂料既可常温涂覆，又可喷涂于室温至1000℃的不锈钢钢坯表面。涂料在高温时形成保护涂层，可大大减少不锈钢在1400℃下的高温氧化烧损，单位面积氧化烧损降低90%以上，出炉后氧化铁皮在降温或高压水作用下可剥离完全，产生的氧化铁皮量亦明显减少，不锈钢表面质量显著提高。该发明专利更倾向于在轧钢厂加热炉内的涂料应用，其效果能够达到90%以上，但没有绝对实现100%防氧化，同时轧制工艺决定了后期钢坯轧制过程仍然有二次氧化产生，不可避免的仍要在下游进行酸洗处理才能使不锈钢表面达到白化状态，因此与本发明提出的热处理工艺下的涂料性能与免酸洗工序不相关。

长兴天晟能源科技有限公司2016年提交的几项发明专利申请包括CN106634557A，CN106634557A，CN106700897A，CN106700899A，CN106811110A公开了五种SiAlON基不锈钢用耐高温抗氧化涂料，其系列涂料公布了在轧钢、热处理等工序不锈钢钢坯上应用，缓解了涂层高温开裂的问题，提高了抗氧化能力，但从其应用实施例中可以看出涂料对不锈钢的高温防氧化效果均在90%以上，没有提到能够实现基体零氧化，更没有体现能够对下游酸洗工序的影响，可以推测其涂层应用不能代替下游的酸洗工序。

鉴于上述报道的高温涂料产品，目的仅用于不锈钢高温过程降低氧化，对基体形成一定的高温防护，还未用于不锈钢工件热处理加工工序并对下游酸洗工序产生替代作用，因此该类涂料即使在本专利提到的热处理工序得到应用，在没有产生能够替代酸洗工序的效果或作用时，不受本专利提到的工艺方法约束，即本发明专利对已有报道的所有不具备对不锈钢高温抗氧化效果100%，出炉后涂层冷却自剥落性能或水洗自剥落性能100%的涂料的应用不受限制。

目前，常规的不锈钢热处理与酸洗工艺流程为：

不锈钢板材/管材/坯锭→工件切割/焊接等加工→不锈钢工件进入热处理炉加热→不锈钢工件出炉→进入热加工或直接冷却→物理去除工件表面氧化层→进入酸洗工序去除残留氧化层→进入下游加工工序。

目前已报道不锈钢涂料应用的加热与酸洗工艺流程为：

不锈钢板材/管材/坯锭→工件切割/焊接等加工→不锈钢工件表面喷涂防氧化涂料（非100%抗氧化且非100%自剥落）→进入加热炉加热→不锈钢工件出炉→进入热加工（热轧则高压水除鳞去除涂层和氧化铁皮）或直接冷却→物理去除工件表面氧化层（抛丸）→进入酸洗工序去除残留氧化层→进入下游加工工序。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，从而提供一种不锈钢工件热处理工艺，能够对热处理不锈钢工件实现100%防氧化效果的同时完成热处理加热后涂层能够100%自动脱落或水洗剥落，无需热处理后表面酸洗工序，简化了工艺，解决了现有不锈钢热处理工序下游无法摒弃的不锈钢酸洗工序，同时解决了现有不锈钢高温涂料产品未能通过应用摒弃下游酸洗工序的问题，以及现有不锈钢传统热处理加热工艺氧化带来的表面氧化问题。

本发明解决所述问题，采用的技术方案是：

一种不锈钢工件热处理工艺，包括热处理炉和热加工工序，在热处理炉之前还包括不锈钢工件防氧化涂料涂覆或浸渍工序，具体包括如下步骤：

a.来料不锈钢工件裁剪或冷加工成型；

b.给白亮不锈钢工件表面涂覆或浸渍高温防氧化涂料；

c.将工件入炉加热进行热处理；

d. 不锈钢工件出炉；

e.直接进入下游热加工或冷却；

f.涂层自剥落或水浸剥落，无需酸洗工序；

g.不锈钢工件进入下游工序。

采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，其突出的特点是：

①本发明技术采用将待热处理工件表面涂覆功能涂料后，再进入炉膛加热，通过涂覆涂料实现炉内加热过程对不锈钢防护效果100%，使得热处理过程基体与炉内燃气介质发生零氧化，使得工件出炉后涂层覆盖的表面保持白亮，无需酸洗，即给工件表面创造了零氧化气氛接触的环境而受热，起到了绝对防止氧化的作用；按照本发明的方法，在给被热处理加热的不锈钢工件表面涂覆防氧化涂料后加热，具有实现不锈钢加热过程表面零烧损，金属中微量合金元素零脱失，保证不锈钢表面与内部材质的一致性，进而提高工件表面质量，热处理后涂层自剥落或水浸完全剥落，取代了后续酸洗的工序，提高了生产效率，降低了生产过程由于酸洗带来的环保压力。

作为优选，本发明更进一步的技术方案是：

高温防氧化涂料由涂料粉料和水组成，其中涂料粉料由以下重量百分比的原料组成：蒙脱土30%-45%，羟基氧化铁1%-5%，水镁石20%-30%，铁酸钙1%-5%，络合镁铝胶粘剂30%-35%；涂料粉料与水的重量比为2:1；该涂料涂覆不锈钢表面，具有高效防氧化和出炉后降温自剥落或水溶解脱落的双重性能,而且这两个性能高度统一,协同共存,能有效地实现代替下游酸洗的工艺；涂料既能在加热状态下形成致密保护层，完全阻隔工件与炉气之间的传质，又能靠自身降温膨胀系数与不锈钢的差异自动剥落或靠水溶解，关键组分实现涂层遇水散化完成自脱落。

高温防氧化涂料采用涂刷、浸泡、辊涂或喷涂中的一种涂覆方式。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步说明，目的仅在于更好地理解本发明内容，因此，所举之例并不限制本发明的保护范围。

一种不锈钢工件热处理工艺，包括热处理炉和热加工工序，在热处理炉之前还包括不锈钢工件防氧化涂料涂覆或浸渍工序，具体包括如下步骤：

a.来料不锈钢工件裁剪或冷加工成型；

b.给白亮不锈钢工件表面涂覆或浸渍高温防氧化涂料；

c.将工件入炉加热进行热处理；

d. 不锈钢工件出炉；

e.直接进入下游热加工或冷却；

f.涂层自剥落或水浸剥落，无需酸洗工序；

g.不锈钢工件进入下游工序。

不锈钢工件热处理过程涂覆的高温防氧化涂料具有高效防氧化和出炉后降温自剥落或水溶解脱落的双重性能,而且这两个性能必须高度统一,协同共存,才能有效地实现代替下游酸洗的工艺；涂料既能在加热状态下形成致密保护层，完全阻隔工件与炉气之间的传质，又能靠自身降温膨胀系数与不锈钢的差异自动剥落或靠水溶解，关键组分实现涂层遇水散化完成自脱落；如采用微晶玻璃质涂料或珐琅质高液相材料，以提高涂层与基体的热膨胀系数差异或水溶性；例如一种微晶玻璃质涂料或延伸组分功能的微晶玻璃质复合功能涂料，兼具高效防不锈钢高温氧化的性能和高热膨胀系数可降温强收缩自剥落的双重功能；具体的如该涂料采用一种纳微米高液相硅酸盐基微晶玻璃粉涂料，该涂料的颗粒超细，微晶组分如尖晶石纳微米相弥散均匀分布，在不锈钢工件表面形成致密的超薄防护层，升温过程依靠液相作用附着力强，不易脱落，有效阻隔工件与炉气发生传质和控制离子扩散，避免氧化和微量元素脱失，同时该涂料在出加热炉后受温降影响和自身高的热膨胀系数，涂层能自动从不锈钢表面自动剥落，实现不锈钢件表面白亮如初，避免下游继续采用酸洗工序进行黑板白化。

上述高温防氧化涂料由涂料粉料和水组成，其中涂料粉料由以下重量百分比的原料组成：蒙脱土30%-45%，羟基氧化铁1%-5%，水镁石20%-30%，铁酸钙1%-5%，络合镁铝胶粘剂30%-35%；涂料粉料与水的重量比为2:1；该涂料涂覆不锈钢表面，具有高效防氧化和出炉后降温自剥落或水溶解脱落的双重性能,而且这两个性能高度统一,协同共存,能有效地实现代替下游酸洗的工艺；涂料既能在加热状态下形成致密保护层，完全阻隔工件与炉气之间的传质，又能靠自身降温膨胀系数与不锈钢的差异自动剥落或靠水溶解，关键组分实现涂层遇水散化完成自脱落，例如，304奥氏体不锈钢在900℃以上热处理过程中氧化腐蚀严重；将涂层粉料与水按1：1比例充分搅拌混合，获得涂层浆料，其中涂层粉料按重量百分比由钠基蒙脱土40%、羟基氧化铁1.5%、硼镁石23%、氧化锌5%、二氧化锡0.5%、多聚磷酸铝组成30%；喷涂于304奥氏体不锈钢表面，涂层厚度100μm；涂覆涂层后的304奥氏体不锈钢在1050℃的固熔热处理过程中表现出良好的抗氧化能力，氧化5小时未见涂层开裂，出炉后玻璃涂层可通过水溶解溃散，完全自动剥除，钢件加热过程氧化烧损为0。

按本发明的方法涂覆不锈钢工件热处理用防氧化涂料，可以采用涂刷、浸泡、辊涂或喷涂等涂覆方式，在给被热处理的不锈钢工件表面涂覆防氧化涂料后加热，具有100%降低不锈钢工件表面烧损，阻隔不锈钢中微量元素脱失，提高加热工件表面质量，替代下游氧化铁皮酸洗脱出工序等优点。

本发明的在不锈钢工件热处理工艺之前、来料不锈钢工件裁剪或冷加工成型之后至入炉前的工序增加了涂料涂覆工序和步骤，涂覆完高温防氧化涂料的工件再进行加热，在正常不锈钢热处理工序后的去除氧化铁皮的酸洗工序被取消；本发明将不锈钢高温防氧化涂料的涂覆应用在热处理生产线工艺上，既提高了金属收得率，避免了金属高温氧化和微量元素脱失，又取消了下游去除氧化铁皮的酸洗工艺；提高了生产效率，降低了生产过程由于酸洗带来的环保压力。

以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。