本发明涉及一种金属涂层材料，尤其是一种重轨钢的低成本防脱碳涂层材料。
背景技术：
：C是重轨钢中除Fe以外的的主要元素，也是主要的强化元素，它能够增强重轨的强度、硬度以及耐磨性。随着碳含量的增加，重轨钢的强度极限、硬度及耐磨性迅速增加。据统计，当碳含量从0.35%增加到0.65%时，可使钢的耐磨性提高60%。重轨钢的碳含量通常在0.71%～0.80%。由于碳含量较高，导致铸坯在加热炉内的过热、过烧敏感性较大，容易出现严重的脱碳现象。所谓脱碳现象，是指铸坯在加热过程中，表面金属因氧化造成含碳量减少甚至不含碳元素含量的现象；其脱碳机理是加热炉内的H2O、CO2、O2、H2等各种气氛和钢中的Fe3C发生了较强的氧化反应，从而使Fe3C中的C原子被氧化掉。脱碳现象会使重轨钢的强度、硬度、耐磨性和疲劳强度等力学性能大幅降低，严重影响重轨产品的质量。因此，如何减轻甚至避免重轨钢铸坯表面的脱碳现象，降低脱碳层厚度，是重轨生产企业一直追求解决的问题。目前，重轨生产企业解决重轨钢铸坯加热过程中表面脱碳问题，避免铸坯表面脱碳层较厚的方法主要有三种：第一种方法是优化加热工艺，严格控制铸坯在加热炉内的加热时间，并控制加热炉包内的气体成分，避免炉内含有较多的H2O、O2等气体。这种方法尽管可以起到降低重轨钢表面脱碳层厚度的作用，但在具体的执行过程中，由于会受到现场设备状态及工艺执行效果的影响，往往很难真正的达到减小重轨钢表面的氧化程度、有效降低铸坯表面脱碳层厚度的目的。第二种方法是在炉内加入大量的木炭，通过木炭与加热炉内的氧化性气体反应，生产大量的CO气体，从而将炉内的氧化性气氛调整为还原性气氛，避免铸坯表面被氧化，降低脱碳层厚度。这种方法尽管在理论上能起到减轻铸坯表面被氧化的作用，但是这种方法一方面在实际操作上存在较大的难度；另一方面容易在炉内积累过量的CO气体，当加热炉炉门打开时，容易造成CO外泄，从而对现场工作人员造成伤害。第三种方法是在铸坯表面覆盖一层防脱碳涂层。这种涂层能够在高温下熔化，形成一层粘稠的熔膜，从而将加热炉内的氧化性气氛与铸坯基体进行隔离，避免基体被氧化。该种方法不但能够有效降低重轨钢铸坯表面的脱碳层厚度，而且所生成的物质不会对人身造成伤害，真正做到了绿色、环保生产。目前诸多种防脱碳涂层在成分构成方面还存在一定问题：1、配方中均含有较高含量的Zr、Y、Ti、K等贵重金属的氧化物，这些氧化物尽管能够有效调整涂层的熔点及粘度，但会导致重轨产品的生产成本大幅度提高；2、配方中加入的C元素尽管也能够调节涂层的熔点，但C元素在高温下燃烧生成的CO、CO2会从形成的涂层熔膜中溢出，从而使涂层的致密性减低，甚至导致涂层作用的失效。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是提供一种效果好的重轨钢的低成本防脱碳涂层材料及其应用。为解决上述技术问题，本发明所采取原料的重量百分含量为：河沙43～52%、Al2O3粉末8～15%、B2O3粉末10～15%、轻烧白云石2～5%、氧化铁红粉末12～17%、Na2O粉末1～2%、LF精炼渣8～11%。本发明所述涂层材料的粒度在400～500目。本发明应用方法为：所述涂层材料与粘结剂混匀后，喷涂到重轨钢钢坯表面。本发明应用方法中，所述喷涂形成的涂层厚度为3～4mm。本发明应用方法中，所述粘结剂为水。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明能够长期、有效避免重轨钢铸坯在加热过程中表面脱碳现象的发生，降低铸坯表面的脱碳层深度；采用本发明后，重轨钢铸坯在炉气含氧量≥3%的加热炉内加热10～12h，其表面脱碳层深度≤0.4mm，满足了TB/T2344-12的相关要求；同时，与传统的防脱碳涂层材料相比，可以有效降低涂层材料的制作成本，实现重轨钢产品的低成本生产，平均吨钢降低生产成本20元左右。本发明应用在确保涂层低熔点、高粘度的基础上，降低了涂层的制备成本，从而推进重轨产品的低成本生产，对于有效利用防脱碳涂层减少铸坯表面的脱碳层厚度，确保重轨产品表面质量的长期稳定，并有效降低该类产品的生产成本，具有十分重要的意义。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。图1是实施例1重轨钢铸坯表面覆盖防脱碳涂层并加热后的脱碳层深度放大图（×100倍）；图2是实施例2重轨钢铸坯表面覆盖防脱碳涂层并加热后的脱碳层深度放大图（×100倍）；图3是实施例3重轨钢铸坯表面覆盖防脱碳涂层并加热后的脱碳层深度放大图（×100倍）；图4是对比例重轨钢铸坯表面不覆盖防脱碳涂层并加热后的脱碳层深度放大图（×100倍）。具体实施方式本重轨钢的低成本防脱碳涂层材料主要包含SiO2、Al2O3、B2O3、MgO、CaO、Fe2O3、Na2O，共7种化学成分；其制备材料具体有：河沙（主要成分为：SiO2，50wt%～65wt%）、纯Al2O3粉末、纯B2O3粉末、轻烧白云石（主要成分为：MgO28wt%～32wt%；CaO68wt%～72wt%）、氧化铁红粉末（主要成分为：Fe2O397wt%～98wt%）、纯Na2O粉末、LF精炼渣（主要成份为：SiO24wt%～18wt%；CaO35wt%～65wt%；MgO5wt%～15wt%；Al2O310wt%～40wt%）。本防脱碳涂层材料之所以要含有上述这些化学成分，主要基于下述成分的作用机理：SiO2是制备涂层材料的基本组分，它在熔体中可以形成硅氧四面体，在涂层材料中起到骨架作用。它会提高涂层材料的粘度，降低涂层材料的熔点温度和凝固温度。B2O3在涂层材料制备过程中起到一种助熔剂的作用，它的加入可以有效降低涂层材料的粘度、熔点温度和凝固温度。因此可以有效降低涂层材料的软化点，扩大涂层的工作范围。但是当B2O3的加入量过大时，会出现“硼反常”现象，即：当硼含量过多时，涂层结构会变得疏松，从而影响涂层的隔离效果；同时，B2O3在烧制过程中会出现较为严重的挥发现象，这是设计过程中必须注意的问题。因此在涂层中的B2O3含量必须得到严格的控制。Al2O3是一种两性氧化物，它会提高涂层材料的粘度和熔化温度，但会降低涂层材料的凝固温度。同时，Al2O3还可以降低涂层的热膨胀系数，增大涂层与基体之间的线膨胀系数的差值，有利于涂层使用后的自剥落。MgO能够同时降低涂层材料的粘度、熔化温度和凝固温度。CaO能够降低涂层材料的粘度，同时会提高涂层材料的熔化温度和凝固温度。Fe2O3能够降低降低涂层材料的粘度和熔化温度，同时会提高涂层材料的凝固温度。Na2O能够有效降低涂层材料的粘度、熔化温度和凝固温度，但该物质在高温下很活泼，易于侵蚀基体，使涂层与基体发生反应。所以Na2O在涂层材料中的含量必须严格控制。为确保防脱碳涂层材料的使用效果，有效降低重轨钢铸坯表面的脱层深度，必须要求该涂层材料具备以下几个特点：（1）熔点较低：确保涂层材料能够在750～850℃时熔化，从而确保涂层能够在脱碳反应刚发生时便呈现熔融态，包裹重轨钢铸坯表面。（2）涂层结构致密：确保涂层能够致密的包裹住重轨钢铸坯表面，避免加热炉气中的氧化性气体渗透进入涂层内部，从而继续对重轨钢铸坯进行氧化。（3）涂层材料在高温下具备高粘度特性：确保涂层材料的熔融态在温度为1150～1250℃范围内时的运动学粘度能够保持在150～180mm2/s，避免因涂层材料在高温下从铸坯表面流走而造成抗氧化能力的失效。（4）涂层材料在低温下能够迅速凝固并具有较低的热膨胀系数，确保铸坯出加热炉后，涂层材料能够迅速从铸坯表面剥离，从而不影响重轨钢的后续生产。本防脱碳涂层材料选用的河沙、轻烧白云石、精炼渣、氧化铁红粉末材料主要是基于以下考虑：河沙、轻烧白云石、精炼渣、氧化铁红粉末材料中含有涂层材料所要求的化学成分，同时河沙、轻烧白云石、精炼渣可以方便从炼钢现场获得，而氧化铁红粉末是轧钢现场处理酸洗废液的副产品。选用上述材料，能够大幅降低防脱碳涂层材料的制备成本，实现重轨产品的低成本生产。但由于精炼渣中含有一定量的硫化物，而这些物质在高温下会附着在铸坯表面，从而影响后续的涂层材料从铸坯表面剥离，影响重轨钢产品的表面质量，因此要严格控制精炼渣的使用量。基于上述考虑，并结合实验室及现场试验结果，本防脱碳涂层材料确定各种制备材料的重量配比分别是：河沙43～52%、纯Al2O3粉末8～15%、纯B2O3粉末10～15%、轻烧白云石2～5%、氧化铁红粉末12～17%、纯Na2O粉末1～2%、LF精炼渣8～11%，以上组分总重量为100%；用研磨机，将涂层材料研磨至粒度在400～500目。经检测，本防脱碳涂层材料的熔点为770～840℃；其熔融态在温度为1150～1250℃范围内时的运动学粘度能够保持在150～180mm2/s；同时本材料在常温下能够迅速凝固并具有较低的热膨胀系数，能够在室温环境下迅速从铸坯表面剥离，从而满足了现场生产的需要。本防脱碳涂层材料的成本较传统的防脱碳涂层降低了20元/吨左右。本防脱碳涂层材料的应用方法：以水作为粘结剂，与上述防脱碳涂层材料混合均匀；然后喷涂到重轨钢铸坯（钢坯）表面，在铸坯表面形成厚度为3～4mm的薄膜，从而为后续的加热工艺做好准备。实施例1－3及对比例：实施例1－3中防脱碳涂层材料的原料重量配比见表1，喷涂厚度3～4mm；重轨钢铸坯表面喷涂防脱碳涂层后的加热条件见表2，加热后的重轨钢铸坯表面脱碳层深度见表3。对比例中重轨钢铸坯表面不覆盖防脱碳涂层，其加热条件见表2，铸坯表面脱碳层深度见表3。表1：各实施例中防脱碳涂层的原料重量配比实施例1实施例2实施例3河沙（%）524843纯Al2O3粉末（%）8915纯B2O3粉末（%）101215轻烧白云石（%）542氧化铁红粉末（%）161512纯Na2O粉末（%）122LF精炼渣（%）81011颗粒细化程度（目）400450500表2：各实施例及对比例的加热条件实施例1实施例2实施例3对比例加热温度（℃）1200122512501200加热时间（h）57.5105表3：各实施例及对比例中铸坯表面脱碳层深度实施例1实施例2实施例3对比例铸坯脱碳层深度（mm）0.260.280.450.8从表3可以看出，覆盖有本防脱碳涂层材料的重轨钢铸坯表面，其脱碳层深度均小于0.5mm，满足TB/T2344-12的相关要求。图1－3是实施例1、2和3中重轨钢铸坯表面覆盖防脱碳涂层并加热后的脱碳层深度放大图（×100倍），图4是重轨钢铸坯表面不覆盖防脱碳涂层并采用实施例1中条件加热后的脱碳层深度放大图（×100倍）；由图1－4可见，本防脱碳涂层材料能有效地降低重轨钢铸坯表面的脱碳层厚度。当前第1页1 2 3