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JP3790034B2 - 鋼材用酸化防止塗料 - Google Patents

鋼材用酸化防止塗料 Download PDF

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浩 高橋
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Asahi Chemical Co Ltd
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ニッケル鋼などの鋼材(スラブ)に塗布して、均熱炉などの高温酸化雰囲気中における酸化スケールの発生を防止する鋼材用酸化防止塗料に関する。
【0002】
【従来の技術】
ニッケル鋼などの鋼材は、スラブの形で均熱炉などで1000〜1300℃の温度に加熱され、圧延機で圧延されて鋼板とされる。均熱炉などでは窒素を吹込むなどして酸化を防いでいるが、完全に酸素を遮断することができず炉内でスラブ表面が酸化されスケールが発生し、これによって製品歩留りが低下し、またスケールが鋼板に入込み品質が低下するという問題がある。
【0003】
スラブ表面の酸化およびスケールの発生を防止する方法として、スラブに薄鉄板の保護カバーを被せる方法が考えられるが、この方法は薄鉄板をスラブに取付けるのに手間がかかりまた薄鉄板が消耗品となり材料も嵩み実用的ではない。
【0004】
スラブ表面の酸化およびスケールの発生を防止する典型的な従来技術として、シリカ、アルミナ、マグネシアなどの耐火性骨材にケイ素バインダを配合した無機の酸化防止塗料をスラブ表面に塗布する方法が特開昭63−60806に記載されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
耐火性骨材にバインダとして水ガラスを加えた塗料は、均熱炉に投入されて急激に温度が上昇する際に発泡して均一で緻密な保護膜ができず、部分的に酸化防止効果が低下するという問題がある。水ガラスの代りに、急激な温度上昇でも発泡しないシリカゾルを用いることが考えられるが、シリカゾルをバインダとして用いた塗料は、被膜の機械的強度が弱く、スラブに塗布されて均熱炉に投入するまでの間に衝撃などによって微細な剥離(ヘアークラック)が生じやすく、このヘアークラックが発生していると、均熱炉に挿入後、ヘアークラックが発達し部分的に塗膜が剥離するという問題がある。
【0006】
本発明の目的は、急激な加熱によって発泡せずまた初期段階で密着性が充分あって、多少の衝撃によってヘアークラックの発生がない被膜をスラブ表面に形成でき、均熱炉から取出した後被膜が容易に剥離できる鋼材用酸化防止塗料を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋼材の酸化、スケール発生を防止する塗料の成分組成を検討した結果、耐火物粉末にバインダとしてシリカゾル、より好ましくは特定のシリカゾルと、硬化促進剤とを配合することによって、急激な温度上昇によっても発砲せずまた初期段階の密着性が充分あって、強度の高い被膜を鋼材表面に形成する塗料を完成した。
【0008】
本発明は、耐火物粉末としてシリカ100重量部に対し、バインダとしてアンモニウム4級塩で安定化したシリカゾルをSiO2換算で5〜50重量部と、硬化促進剤として比表面積0.5〜50m 2 /gであり、平均粒径10μm以下のMgOを5〜50重量部とを配合したことを特徴とする鋼材用酸化防止塗料である。
【0009】
本発明に従う鋼材用酸化防止塗料は、耐火物粉末にバインダと硬化促進剤とを配合したものである。
【0010】
耐火物粉末としては、シリカが用いられる。シリカは後述のシリカゾルバインダとの密着性が良好であるためである。耐火物粉末の平均粒径は、0.5〜50μmのものが好ましく、さらに好ましくは1〜30μmである。粒径が大き過ぎると被膜中に泡ができやすく、粒径が小さ過ぎると被膜にクラックが生じやすく、いずれも酸化防止効果が低下して好ましくない。
【0011】
バインダとして用いられるシリカゾルは、アンモニウム4級塩で安定化したシリカゾルである。一般にシリカゾルは、少量のNa 2 Oで安定化されている。本発明に従うシリカゾルは、Na 2 Oの代わりに4級アンモニウム塩で安定化されている。塗布時の密着性は、4級アンモニウム塩で安定化されたものが他のものに比べて高い。特に、硬化促進剤にMgOを用いたときは、MgOとの反応性がマイルドであり、硬化促進剤混合後の可使用時間を長くすることができる。
リカゾルの配合割合は、耐火物粉末100重量部に対し、SiO2として5〜50重量部である。5重量部未満では密着性が低下し強い被膜ができない。また50重量部を超えると耐火性が低下し均熱炉中で飛散するおそれがある。シリカゾルの市販品は、粒径が0.002〜0.1μmであり、市販品をそのまま用いてもよいが、0.01〜0.02μmのものが好ましい。粒径が小さ過ぎると塗料の安定性に問題がありまた大きすぎると接着強度が低下する。
【0012】
硬化促進剤としては、MgOが用いられる。硬化促進剤の配合割合は、耐火物粉末100重量部に対し、5〜50重量部である。これが5重量部未満では硬化促進剤としての効果がなく、また50重量部を超えると反応性が高くなり、可使用時間が極端に短くなり、作業性が悪く均一な塗膜が得られない。なお硬化促進剤の配合割合は、MgOなどの比表面積と関係する。
【0013】
また本発明は、前記硬化促進剤が比表面積0.5〜50m2/gであり、平均粒径0μm以下のMgOであることを特徴とする。
【0014】
本発明に従う硬化促進剤は、比表面積、平均粒径および物質が前記のように特定される。平均粒径が0μmを超えると、硬化促進剤としての作用が劣り、耐酸化性に悪影響を及ぼすおそれがある。特に平均粒径の前記範囲は、硬化促進剤にMgOを用いたときに重要である。
【0015】
前記酸化促進剤中では、MgOが安定性に優れ、可使用時間が長いことが本発明者らによって確認されている。MgOが硬化促進剤として機能するためには、その粒径が0μm以下であり、BET比表面積が0.5〜50m2/g好ましくは5〜50m2/gであることが必要である。比表面積が0.5m2/g以下では、硬化促進剤として機能せず、またこれが50m2/gを超えると反応性が高くなり可使用時間が短くなる。硬化促進剤の配合割合と比表面積とは関係があり、可使用時間を長くするために配合割合を多くして比表面積を30m2/g以下、好ましくは10m2/g以下とすることも可能である。
【0018】
また本発明は、前記耐火物粉末と、バインダと、硬化促進剤とにさらにシランカップリング剤を添加したことを特徴とする。
【0019】
本発明に従う塗料は、さらにシランカップリング剤を含む。シランカップリング剤は、シリカゾルのバインダとしての密着性を補うものであり、その添加量は、固形分換算でシリカゾル中のSiO2の0.1〜5重量%が好ましい。
【0020】
本発明の塗料の塗布方法は、スプレー塗布、刷毛塗りなど通常の塗布方法を使用することができる。塗膜厚みは通常30〜500μmが好ましい。30μmを下回ると酸化防止効果が充分に発揮されず、500μm以上では熱伝導に影響し、コスト的にも好ましくない。
【0021】
本発明の塗料は鋼材として普通鋼、SUS、ニッケル鋼等のスラブ用として適応できる。また酸化防止剤を塗布された鋼材は均一炉で加熱され炉から取出され圧延工程に入る。圧延工程で酸化防止剤が残留していると圧延後の鋼板に酸化防止剤が噛込み製品を駄目にするので、特に熱処理後の塗布物の完全剥離が重要となるが、本発明の酸化防止剤はこの点での適応に充分なものである。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例によってより詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【0023】
(実施例1)
固形分濃度20%の4級アンモニウム塩安定化シリカゾル100gに中心粒径5μmのシリカ粉を135g、固形分濃度10%のシランカップリング剤1gを添加しスリーワンモーターで30分撹拌し、酸化防止剤の主剤を得た。使用の直前に主剤に硬化剤として中心粒径10μm、BET比表面積30m2/gのMgOを15g添加し、ペイントシェーカーで混合した。混合後1時間以内に得られた酸化防止剤を厚み1mmのニッケル鋼板の表面に乾燥時の厚みが200μmになるように塗布した。約1時間で乾燥し、3時間後に表面にセロテープを貼り、はがした際の塗料の剥離を調べたが、剥離していなかった。
【0024】
1日風乾した後、600℃の炉に入れ、1100℃まで1時間で昇温した後、1時間保持した。塗布面はほとんど酸化されておらず、断面の酸化層厚みは50μm以下であった。また、熱膨張の差によって冷却後塗膜は塗布面から完全に剥離していた。
【0025】
(実施例2)
固形分濃度20%の4級アンモニウム塩安定化シリカゾル100gに中心粒径5μmのシリカ粉を135g添加しスリーワンモーターで30分撹拌し、酸化防止剤の主剤を得た。使用の直前に主剤に硬化剤として中心粒径10μm、BET比表面積30m2/gのMgOを15g添加し、ペイントシェーカーで混合した。混合後1時間以内に得られた酸化防止剤を厚み1mmのニッケル鋼板の表面に乾燥時の厚みが200μmになるように塗布した。約1時間で乾燥し、3時間後に表面にセロテープを貼り、はがした際の塗料の剥離を調べたが、粉末がテープにわずかに付着しただけで塗膜は剥離していなかった。
【0026】
1日風乾した後、600℃の炉に入れ、1100℃まで1時間で昇温した後、1時間保持した。塗布面はほとんど酸化されておらず、断面の酸化層厚みは50μm以下であった。また、熱膨張の差によって冷却後塗膜は塗布面から完全に剥離していた。
【0035】
(比較例1)
固形分濃度20%の4級アンモニウム塩安定化シリカゾル100gに中心粒径7μmのシリカ粉を150g、固形分濃度10%のシランカップリング剤1gを添加しスリーワンモーターで30分撹拌し、酸化防止剤とした。混合後1時間以内に得られた酸化防止剤を厚み1mmのニッケル鋼板の表面に乾燥時の厚みが200μmになるように塗布した。約1時間で乾燥し、3時間後に表面にセロテープを貼り、はがした際の塗料の剥離を調べたが、部分的に剥離が見られた。
【0036】
1日風乾した後、600℃の炉に入れ、1100℃まで1時間で昇温した後、1時間保持した。剥離のなかった部分はほとんど酸化されておらず、断面の酸化層厚みは50μ以下であったが、塗膜が剥離した部分は500μm程度の酸化層を持っていた。
【0037】
(比較例2)
固形分濃度20%の4級アンモニウム塩安定化シリカゾル100gに中心粒径7μmのシリカ粉150gを添加しスリーワンモーターで30分撹拌し、酸化防止剤とした。混合後1時間以内に得られた酸化防止剤を厚み1mmのニッケル鋼板の表面に乾燥時の厚みが200μmになるように塗布した。約1時間で乾燥し、3時間後に表面にセロテープを貼り、はがした際の塗料の剥離を調べたが、鋼板の端部が完全に剥離していた。
【0038】
1日風乾した後、600℃の炉に入れ、1100℃まで1時間で昇温した後、1時間保持した。剥離のなかった部分はほとんど酸化されておらず、断面の酸化層厚みは50μ以下であったが、塗膜が剥離した部分は500μm程度の酸化層を持っていた。
【0039】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、耐火物粉末としてシリカとバインダとして4級アンモニウム塩で安定化したシリカゾルとに硬化促進剤として比表面積0.5〜50m 2 /gであり、平均粒径10μm以下のMgOを配合した酸化防止塗料を鋼材スラブに塗布すると、鋼材スラブ表面に密着性が大きい被膜を形成し、鋼材スラブを均熱炉で加熱する際に酸化を防止し、酸化ロスを防ぐことによって鋼材の歩留りを向上することができる。また本発明の塗料による被膜は、均熱炉から取出した後、容易に剥離でき、圧延時に被膜が鋼板中に噛込むことがない。また本発明に従うシリカゾルは、Na 2 Oの代わりに4級アンモニウム塩で安定化されている。塗布時の密着性は、4級アンモニウム塩で安定化されたものが他のものに比べて高い。特に、硬化促進剤にMgOを用いたときは、MgOとの反応性がマイルドであり、硬化促進剤混合後の可使用時間を長くすることができる。

Claims (2)

  1. 火物粉末としてシリカ100重量部に対し、バインダとしてアンモニウム4級塩で安定化したシリカゾルをSiO2換算で5〜50重量部と、硬化促進剤として比表面積0.5〜50m 2 /gであり、平均粒径10μm以下のMgOを5〜50重量部とを配合したことを特徴とする鋼材用酸化防止塗料。
  2. 前記耐火物粉末と、バインダと、硬化促進剤とにさらにシランカップリング剤を添加したことを特徴とする請求項1に記載の鋼材用酸化防止塗料。
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