CN104329560A - 一种耐腐蚀复合型材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种耐腐蚀复合型材及其制备方法。所述耐腐蚀复合型材由内部材料、附于内部材料的外表面的外部包覆层以及介于内部材料和外部包覆层之间的化学过渡区构成，其中，内部材料为碳素钢材料、低合金钢材料或微合金钢材料，外部包覆层为不锈钢覆层，所述化学过渡区为内部材料和外部包覆层相互间的元素扩散过渡区域。根据本发明的耐腐蚀复合型材，制造成本低，工艺简单，在发展低碳绿色经济方面都有着重要的社会效益和经济效益。

Description

一种耐腐蚀复合型材及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合型材，特别是涉及一种耐大气、土壤或其他介质腐蚀的复合型材及其制备方法。

背景技术

腐蚀是金属材料在服役过程中常见的失效形式之一。据统计，全球由于每年全世界腐蚀报废的金属达三亿吨以上，占年产量的20％。发达国家每年因腐蚀造成的经济损失约占其国民生产总值的2％-4％，其中，美国每年因腐蚀要多消耗3.4％的能源。在我国，每年因腐蚀造成的经济损失至少达千亿元以上。

对于钢铁材料而言，虽然其由于较高的比强度、较好的综合性能及其相对低廉的成本，目前仍然是世界上产量最大的结构材料，但是由于其在大气、土壤或水及其他介质中的腐蚀问题，钢铁材料的防护、维护、更换和失效是所面临的重要课题。研制和生产各类不锈钢是解决结构材料和耐蚀性的重要手段。然而，不锈钢的高昂的成本限制了不锈钢的大规模应用。尤其是我国镍、铬等金属资源非常匮乏，不锈钢的材料成本显著上涨，因此，寻找价格相对较低而又兼具强韧综合性能及耐蚀性的材料成为当前的重要课题。

通常，为了改善普通的碳素钢、低合金钢、微合金钢等材料的耐蚀性，需要进行成分微调。例如，在公开号为CN101139683A(耐大气腐蚀钢)和CN101503782A(高强度耐大气腐蚀钢及其生产)的中国发明专利申请中，均是通过在普通低合金钢的基础上，添加少量的耐蚀元素，如Cu、P、Cr等，使得材料耐蚀性成倍地增加。然而，在一些更为恶劣的腐蚀环境(例如，腐蚀性土壤或潮湿大气)或要求更长的耐蚀寿命(例如，要求服役五十年以上)的情况下，这一类改良型耐腐蚀低合金钢材料就无法完全满足耐蚀性能的要求。

例如，电力系统接地的目的是提供故障电流及雷电流的泄流通道，稳定电位，并且提供零电位参考点及降低绝缘水平。由于铜具有良好的耐蚀性和导电性，因此铜成为接地材料的首选。然而，铜材的资源有限，价格昂贵。不锈钢虽然具有不错的耐蚀性，但其导电性能远低于铜，且价格仍不具有明显优势。我国大部分地区的变电所仍然使用镀锌扁钢作为接地材料，但几十年的实践证明镀锌钢并不是解决接地装置腐蚀问题的最好选择。随着镀锌钢接地装置腐蚀问题的不断暴露，每年需投入大量资金和人力改造镀锌钢接地装置。在另一些场合下，如恶劣气候下的角钢与船用球扁钢以及海洋大气环境使用的平台高强H型钢，也对强韧力学性能、耐蚀性、综合成本乃至某些物理性能(如导电性)提出了更高的要求。

因此，目前的耐腐蚀材料无法满足腐蚀环境更为恶劣或要求更长耐腐蚀寿命时对材料的耐蚀性能的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现高耐蚀、高强韧性及低成本等综合目标的耐腐蚀材料。

根据本发明的一方面，提供了一种耐腐蚀复合型材，所述耐腐蚀复合型材可以由内部材料、附于内部材料的外表面的外部包覆层以及介于内部材料和外部包覆层之间的化学过渡区构成，其中，内部材料为碳素钢材料、低合金钢材料或微合金钢材料，外部包覆层为不锈钢覆层，所述化学过渡区为内部材料和外部包覆层相互间的元素扩散过渡区域。

根据本发明的示例性实施例，所述耐腐蚀复合型材的截面形状可以为圆形、工字型、H型、槽型、直角状和球扁状中的一种。

根据本发明的示例性实施例，外部包覆层的厚度可以在0.2mm至5mm的范围内，化学过渡区的厚度可以在3μm至80μm的范围内。

根据本发明的示例性实施例，不锈钢覆层的材料可以为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢或双相不锈钢。

根据本发明的另一方面，一种耐腐蚀复合型材的制备方法，所述制备方法包括下述步骤：准备原材料，其中，分别选取型钢钢坯和不锈钢材料用作复合型材的内部材料和外部包覆层；加工原材料，其中，对型钢钢坯进行机械加工以去除表面氧化铁皮，使得型钢钢坯的表面光洁度Ra为1.6μm～6.3μm；对原材料进行去污、除锈和活化，其中，去除附着在型钢钢坯上的油污，然后采用适合的溶液分别对型钢钢坯和不锈钢材料进行除锈处理和活化处理；将经过处理的型钢钢坯和不锈钢材料进行装配，然后将型钢钢坯与不锈钢材料的两端用不锈钢焊条封闭，使型钢钢坯与不锈钢材料之间的缝隙中的空气与外部隔绝，以得到用于孔型轧制的复合坯料；根据最终产品的截面形状选择孔型轧制设备，并利用所选择的孔型轧制设备对复合坯料进行轧制，轧后空冷或穿水冷却，从而得到具有耐腐蚀复合型材。

根据本发明的示例性实施例，型钢钢坯的有效直径或边长可以不大于250mm，型钢钢坯可以是连铸钢坯或者是连铸钢坯或模铸钢锭经锻造或轧制加工后的中间坯。

根据本发明的示例性实施例，去除附着在型钢钢坯上的油污的步骤可以包括：将质量百分比浓度为10％的NaOH溶液加热至80℃-90℃的温度，然后用NaOH溶液浸洗或擦洗完成了机械加工的型钢钢坯5分钟-15分钟，直至油污去除。根据本发明的示例性实施例，对型钢钢坯和不锈钢材料进行除锈和活化的步骤可以包括：将质量百分比浓度为10％～20％的H₂SO₄溶液加热至20℃～50℃，然后用所述H₂SO₄溶液浸洗型钢钢坯10分钟～30分钟；将质量百分比浓度为10％～30％的HNO₃溶液与质量百分比浓度为2％～4％的HF或质量百分比浓度为5％～20％的HCl溶液的混合溶液加热至30℃～60℃，并用所述混合溶液浸洗不锈钢材料20分钟～30分钟。

根据本发明的示例性实施例，将经过处理的型钢钢坯和不锈钢材料进行装配的步骤可以包括：将不锈钢材料紧密地贴附于型钢钢坯的外表面，并使用材质与不锈钢材料的材质相同的不锈钢焊材将贴附于型钢钢坯的不锈钢材料沿长度方向焊接成一个中空柱。

根据本发明的示例性实施例，利用所选择的孔型轧制设备对复合坯料进行轧制的步骤可以包括：将复合坯料按照常规的长型材坯料加热制度，加热至1050℃～1250℃并根据复合坯料的尺寸适时保温，出炉后在长型材连续轧制机组或横列式轧制机组上轧制。

根据本发明的示例性实施例，所述制备方法还可以包括：在对原材料进行去污除锈和活化的步骤之后，采用电镀、化学镀、热浸镀或热喷涂对型钢钢坯的外表面镀覆一层厚度为10μm-80μm的过渡金属。

根据本发明，通过将碳素钢和低合金钢的低成本、高强度与不锈钢的耐蚀性等优势相结合，能够研制出成本显著低于不锈钢、强韧性与碳素钢、低合金钢相当、且具有不锈钢耐蚀性的复合材料，这对于降低基础设施和工程成本、提高服役质量和运行寿命，发展低碳绿色经济方面都有着重要的社会效益和经济效益。

附图说明

图1A是示出了根据本发明的一个示例性实施例的焊接结合的内部材料与外部包覆层的横截面示意图。

图1B是示出了根据本发明的另一示例性实施例的焊接结合的内部材料与外部包覆层的横截面示意图。

图2是示出了根据本发明的又一示例性实施例的圆形横截面的内部材料与外部包覆层的截面示意图。

图3是示出了根据本发明的一个示例性实施例的复合坯料的两端进行简易焊接的示意性剖视图。

图4是示出了根据本发明的另一示例性实施例的使用覆层焊接复合坯料的两端的示意性剖视图。

图5是示出了根据本发明的一个示例实施例的不锈钢复合型材的横截面照片。

图6是示出了图5中示出的不锈钢复合型材的冶金结合层的显微照片。

图7是示出了图5中示出的不锈钢复合型材的冶金过渡层的成分分布图。

具体实施方式

为了实现材料的耐蚀性高、强韧性高及成本低等综合目标，本发明提供了一种耐腐蚀复合型材，其由两种或更多种金属材料及这些金属材料相互间的化学过渡区构成。

下面将详细地描述根据本发明的耐腐蚀复合型材。

根据本发明的耐腐蚀复合型材由内部材料、附于内部材料的外表面的外部包覆层以及介于内部材料和外部包覆层之间的化学过渡区构成，其中，内部材料可以为碳素钢材料、低合金钢材料或微合金钢材料，外部包覆层可以为不锈钢覆层，所述化学过渡区为内部材料和外部包覆层相互间的元素扩散过渡区域。

根据本发明的示例性实施例，外部包覆层可以选用但不限于各种奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢或双相不锈钢等各种耐蚀材料，外部包覆层的厚度可以为0.2mm～5mm；介于耐腐蚀复合型材的内部材料和外部包覆层之间的是这两种材料的元素扩散过渡区域，其厚度可以为3μm～80μm。

根据本发明的耐腐蚀复合型材由装配加工封装好的复合坯料经孔型轧制而成，其成品的最终截面形状可以为但不限于圆形、工字型、H型、直U形(槽形)、直角状或球扁状，可以应用于但不限于作为耐蚀钢棒、耐蚀盘条、耐蚀角钢、耐蚀工字钢、耐蚀H型钢、耐蚀球扁钢、耐蚀钢轨等产品。

下面将参照附图详细地描述根据本发明的耐腐蚀复合型材的制备方法。

根据本发明的耐腐蚀复合型材的制造方法包括准备原材料、加工原材料、对原材料进行去污除锈和活化处理、对原材料进行装配和焊接、轧制得到期望截面形状的复合型材。

具体地讲，根据本发明，首先，准备用于耐腐蚀复合型材的原材料，其中，分别选取型钢钢坯和不锈钢材料用作复合型材的内部材料和外部包覆层。根据本发明的示例性实施例，型钢钢坯的有效直径或边长不大于250mm，型钢钢坯可以为连铸钢坯，也可以为连铸钢坯或模铸钢锭经锻造或轧制加工后的中间坯。型钢钢坯的坯料或中间坯的横截面形状可以根据最终产品的截面形状进行选择，例如，用作型钢钢坯的钢坯坯料或中间坯的横截面形状可以为圆形、正方形或长方形。根据本发明的示例性实施例，选取不锈钢材料用作外部包覆层，其中，不锈钢材料可以是厚度为2mm～20mm的钢板。根据本发明的一个示例性实施例，当选取横截面形状为圆形的型钢钢坯用作内部材料时，外部包覆层可选用不锈钢无缝管。当选取横截面形状为除圆形之外的其他形状的型钢钢坯用作内部材料时，用作外部包覆层的不锈钢板的形状不受具体限制，只要其可以与内部材料的型钢钢坯的外表面紧密贴合即可。在这种情况下，例如，用作外部包覆层的不锈钢板的横截面形状可以为正方形或长方形。

接着，对准备好的原材料进行加工，其中，对用作内部材料的型钢钢坯进行机械加工，去除表面氧化铁皮，使表面光洁度Ra为1.6μm～6.3μm。这里，本领域技术人员可以理解，当钢坯的表面光洁度Ra为6.3μm时，钢坯的表面较为粗糙，而当钢坯的表面光洁度Ra为1.6μm时，钢坯的表面更为光滑。根据本发明的示例性实施例，在选择不锈钢无缝管作为外部包覆层的情况下，控制内部材料和与之装配的不锈钢无缝管的直径差(即，装配间隙)为(0.1mm，1.0mm)，配合良好。

然后，对原材料进行去污、除锈及活化处理，以使原材料的表面洁净，其中，可以采用本领域已知的方法(例如，使用碱性溶液)去除前述步骤(即，加工原材料的步骤)中附着在用作内部材料的型钢钢坯上的油污，然后采用适合的溶液对用作复合型材的内部材料的型钢钢坯和用作复合型材的外部包覆层的不锈钢材料进行除锈处理和活化处理。根据本发明的一个示例性实施例，可以将质量百分比浓度为10％的NaOH溶液加热至80℃-90℃的温度，然后用NaOH溶液浸洗或擦洗完成了机械加工的型钢钢坯5分钟-15分钟，直至油污去除。根据本发明的一个示例性实施例，在采用溶液对原材料进行除锈及活化处理的步骤中，对于用作内部材料的型钢钢坯，可以选用质量百分比浓度为10％～20％的H₂SO₄溶液，用加热至20℃～50℃的H₂SO₄溶液对用作内部材料的型钢钢坯浸洗10分钟～30分钟；对于用作外部包覆层材料的不锈钢材料，选用质量百分比浓度为10％～30％的HNO₃溶液与质量百分比浓度为2％～4％的HF或质量百分比浓度为5％～20％的HCl溶液的混合物，将HNO₃+HF或HNO₃+HCl的混合溶液加热至30℃～60℃并用其浸洗不锈钢材料20分钟～30分钟以进行酸洗活化处理。然而，本发明不限于此，本领域技术人员可以在本发明的教导下选用合适的方法对原材料进行去污、除锈和活化处理。

根据本发明的示例性实施例，可以在对原材料进行去污除锈和活化的步骤之后，可以采用电镀、化学镀、热浸镀或热喷涂对型钢钢坯的外表面镀覆一层厚度为10μm-80μm的过渡金属或合金，以使用作内部材料的型钢钢坯与用作外部包覆层的不锈钢材料在过渡金属或合金的扩散作用下轧制过程中形成良好的冶金结合。

接下来，将经过上述处理的型钢钢坯和不锈钢材料进行装配与焊接，以得到用于孔型轧制的复合坯料。根据本发明的一个示例性实施例，当内部材料与外部包覆层所用的材料的横截面形状均不为圆形时，将不锈钢材料紧密地贴附于型钢钢坯的外表面，并使用材质与外部包覆层用不锈钢材料的材质相同的不锈钢焊材将贴附于型钢钢坯的不锈钢材料沿长度方向焊接成一个中空柱(不锈钢材料的内表面贴着内部材料的外表面，间隙不大于1.0mm)，从而完成型钢钢坯和不锈钢材料的装配。

根据本发明的另一示例性实施例，在使用圆形截面的型钢钢坯作为内部材料以及不锈钢无缝管作为外部包覆层的情况下，不需要沿长度方向对其进行焊接。在这种情况下，将型钢钢坯和不锈钢材料进行装配的步骤包括：将不锈钢无缝管套在型钢钢坯的外部，使得不锈钢无缝管的内表面紧密地贴附于型钢钢坯的外表面，从而完成型钢钢坯和不锈钢材料的装配。

在完成作为内部材料的型钢钢坯和作为外部包覆层的不锈钢材料的装置之后，再将内部材料与外部包覆层(即，不锈钢板或不锈钢管)的两端用不锈钢焊条封闭，使它们缝隙之间的空气与外部隔绝，从而获得用于孔型轧制的复合坯料。根据本发明的一个示例性实施例，可以使用钨极气体保护焊(TIG)进行焊接，或者可以采用焊条电弧焊进行焊接。

最后，根据最终产品的截面形状选择孔型轧制设备，将复合坯料按照常规的长型材坯料加热制度，加热至1050℃～1250℃并根据复合坯料尺寸适时保温，出炉后在长型材连续轧制机组或横列式轧制机组上轧制，轧后空冷或穿水冷却，获得所需的耐腐蚀复合型材。

根据本发明的示例性实施例，为了促进内部材料和外部包覆层材料更好地扩散焊合，在对原材料进行去污除锈和活化处理之后，可以采用电镀、化学镀、热浸镀或热喷涂的方式在内部材料上镀覆一层过渡金属，这层过渡金属的厚度可以为10μm-80μm，该过渡金属可以为但不限于金属镍、铬、铜等或它们的合金。

下面将详细地解释根据本发明的复合型材具有优异的耐腐蚀性的原理。

就外部不锈钢覆层和内部材料而言，这两种材料的结合可以为机械结合或化学冶金结合。机械结合只是通过外力将二者连接，只有通过两种材料在结合面形成化学过渡层，这两者的结合才能经过服役载荷的长期考核而难以破坏。形成这种化学过渡层需要两个条件，一是在两种材料紧密结合，二是在高温下保持，便于化学元素扩散。金属材料的轧制过程正好满足上述条件，在高温轧制压力的作用下，可以使两种金属焊合并发生元素扩散形成冶金结合层。

酸洗活化是使两种材料良好结合的重要前提条件之一，尤其是对于不锈钢，由于氧化皮或轧制鳞皮中多含有诸如Cr₂O₃和尖晶石FeO·Cr₂O₃的氧化物，通常呈黑色，有时呈蓝或绿色，为八面体等轴晶系，玻璃光泽、贝壳状断面，因此如果不去除将严重影响不锈钢与内部材料的冶金结合。而且，这种氧化物即使在高温下也很难溶解于H₂SO₄、HCl、HNO₃等单一强酸溶液。因此，在本发明中，采用混合酸，一种酸作为氧化剂，另一种酸起活化作用，可快速地去除不锈钢的表面鳞皮。具体地讲，NO₃ ^-可以作为氧化剂，使难溶于酸的Cr₂O₃氧化后溶于酸，而卤素元素F^-、Cl^-取代氧化鳞皮中的氧，改变了鳞皮结构。因此，采用HNO₃与HF或HCl混合，可使不锈钢表面鳞皮去除并活化，便于与其他金属发生化学扩散反应。

两种金属的装配和焊接是加热轧制前的重要工序，应使两种金属的间隙较小，保证轧制过程中金属流动后复合型材成品的覆层厚度均匀。因此对于截面为规则方形的内部材料，可以将不锈钢材料(此时，选用的不锈钢材料即为不锈钢板)紧贴于内部材料的外表面，内部材料与不锈钢板的缝隙采用相同材料的不锈钢焊材焊接好。

图1A至图2分别示出了不同情形下的内部材料与外部包覆层连接的横材料示意图。

图1A是示出了根据本发明的一个示例性实施例的焊接结合的内部材料与外部包覆层的横截面示意图。在选用的内部材料和外部包覆层均为板材且用作外部包覆层的不锈钢材料具备折弯的情况下，如图1A所示，可以将用作外部包覆层的不锈钢板(即，不锈钢覆层20)经多次折弯后形成中空形状，经一道焊缝30与内部材料10连接，这样可以减少焊缝数量以及角焊缝轧制过程带来的开裂风险。

图1B是示出了根据本发明的另一示例性实施例的焊接结合的内部材料与外部包覆层的横截面示意图。选用四块尺寸与内部材料10的长边和短边分别匹配的不锈钢板作为不锈钢覆层21，并将它们相对应地紧密贴附，然后由材质与不锈钢板的材质相同的不锈钢焊缝31连接内部材料10与不锈钢覆层21的四个角部。

图2是示出了根据本发明的又一示例性实施例的圆形横截面的内部材料与外部包覆层的截面示意图。对于截面为圆形的内部材料和外部包覆层，如图2所示，可采用作为外部包覆层的不锈钢无缝管22与内部材料12(此时，选用金属圆棒作为内部材料12)的装配，而无需采用焊接工序。

在轧制前应采用焊接手段将内部材料与外部包覆层之间的间隙封闭起来，使其内部的极少量空气与外界隔绝，在加热过程中极少量氧气迅速消耗，形成相对真空(氮气为准惰性气体)，从而使活化后的表面基本不受氧化气氛破坏，有利于轧制过程的金属熔合扩散。图3和图4分别示出了将内部材料和外部不锈钢包覆层焊接的示意性剖视图。

图3是示出了根据本发明的一个示例性实施例的复合坯料的两端进行简易焊接的示意性剖视图。内部材料(未示出)和外部不锈钢覆层21的两端可采用如图3所示的简易方式进行封闭焊接。具体地讲，在将型钢钢坯与不锈钢材料(21)装配好(此时，中空状的不锈钢覆层21紧密地贴附于型钢钢坯的外表面，并且型钢钢坯的沿其长度方向的两端被不锈钢覆层21暴露在外)之后，如图3所示，利用材质与不锈钢覆层21的材质相同的焊料焊接内部材料和不锈钢覆层21的沿着长度方向的两个端部，从而在内部材料的被不锈钢覆层21暴露的两端处形成不锈钢焊缝31，以进行封闭焊接。然而，如图3所示的简易焊接在批量生产时，在装卸搬运过程中存在因异种金属的焊接裂纹而造成封闭环境破坏的可能。

图4是示出了根据本发明的另一示例性实施例的使用覆层焊接复合坯料的两端的示意性剖视图。在将作为内部材料10的型钢钢坯与用作外部包覆层的不锈钢材料(即，不锈钢覆层23)装配好之后，如图4所示，采用材质与不锈钢覆层23相同的不锈钢盘片40封堵内部材料10的沿着长度方向的两端，将不锈钢覆层23与不锈钢盘片40焊接，从而在内部材料10的被不锈钢覆层23暴露的两端处形成不锈钢焊缝33。通过图4所示的焊接得到的复合坯料可承受的意外载荷能力与图3相比显著增大。

根据本发明，在一些特殊情况下，例如，对于加热或轧制温度较低的情形，两种金属的扩散焊合效果不佳，此时，可采用在两种金属之间增加过渡层，使之与两种金属均可以较好地扩散熔合。一方面，通过电镀、化学镀、热浸镀或热喷涂方式，在内部材料的外表面增加一层过渡金属或合金层，这一过渡金属层或合金层可以在轧制的加热过程就发生扩散，且加热时间一般远多于轧制时间，过渡金属与内部材料在坯料加热过程即发生扩散，扩散效果较好。另一方面，由于优选过渡金属层，其在轧制过程与不锈钢金属的扩散效果也比内部材料与不锈钢直接扩散的效果好，从而实现过渡金属和不锈钢、内部金属三者的良好熔合扩散，实现良好的冶金结合。

下面将结合具体的示例实施例来进一步描述本发明。

实施例1：

分别选用Q235B连铸方坯(160mm×160mm)和304不锈钢板(厚度为12mm)作为内部材料和外部包覆层。将304不锈钢板裁成640mm宽，将其折弯并进行去油酸洗和活化处理。然后，按照图1A的方式将304不锈钢板与Q235B连铸方坯组合后采用304不锈钢焊材进行TIG焊接，所得复合坯料的沿长度方向的两端采用图3方式进行手工电弧焊接封闭。将复合坯加热至1120℃，保温4小时，在棒线材连轧线上进行轧制，120mm之前为箱型孔轧制，之后为椭圆-圆-椭圆孔型轧制。成品直径为20mm，获得304不锈钢棒复合钢棒。对使用上述步骤得到的一批304不锈钢棒复合钢棒进行检验，复合钢棒的不锈钢覆层的平均厚度为1.2mm，最小厚度为1.0mm。

图5是示出了根据实施例1的不锈钢复合钢棒的横截面照片。图6是示出了图5中示出的不锈钢复合钢棒的冶金结合层的显微照片。图7是示出了图5中示出的不锈钢复合钢棒的冶金过渡层的成分分布图。由图5至图7可以看出，304不锈钢和Q235B碳素钢已经较好地扩散结合，其冶金结合层(即，化学过渡区)达到5μm以上。

实施例2：

除了分别选用Q235B连铸方坯(160mm×160mm)和316L不锈钢板(厚度为6mm)作为内部材料和外部包覆层之外，其余步骤与实施例1相同，获得316L不锈钢棒复合型材。经检验，不锈钢覆层的平均厚度为0.65mm，最小厚度为0.5mm。

对比例1：

选用J42(接地网用耐蚀金属)材料连铸方坯(160mm×160mm)进行轧制，获得20mm直径的金属材料。

对比例2：

选用304不锈钢连铸方坯(160mm×160mm)进行轧制，获得20mm直径304不锈钢棒。

将实施例1、实施例2与对比例1、对比例2四种材料选为接地材料进行各项指标对比，如下面的表1所示。在表1中，耐蚀性特指耐土壤腐蚀性，其中，土壤环境为：PH4.5，含水量35％，电阻率628Ω.m，Cl离子含量0.007％。

表1 本发明实施例与对比例的接地材料的性能对比

从上面的表1可以看出，实施例1的复合钢棒与对比例2的不锈钢棒的耐蚀性相当，但低于实施例2的不锈钢棒复合型材，而远优于对比例1的金属棒材；同时，实施例1的不锈钢复合钢棒和实施例2的不锈钢棒复合型材的导电性与对比例1的金属棒材相当，远优于对比例2的不锈钢棒复合型材。因此，由于实施例1和实施例2均采用不锈钢和碳素钢复合，所以节约了贵重的不锈钢材料。实施例1和实施例2相比，316L不锈钢的耐蚀性更好，可节省贵重的不锈钢重量。总体而言，在选用电力系统的接地网材料方面，实施例1和实施例2的耐蚀性、导电性及材料成本的综合性价比较高，具有明显的技术指标和经济优势。

实施例3：

分别选用15MnVN低合金钢连铸矩形坯(220mm×180mm)和202不锈钢板(厚度为6mm)作为内部材料和外部包覆层。将不锈钢板裁成宽度分别为220mm和180mm宽度，清洗后在待复合表面热喷涂Ni-Cr合金，Ni与Cr合金的重量比为1:2，涂层厚度为0.1mm～0.15mm。按照图1B的方式拼接后采用304不锈钢焊材进行TIG焊接，两端采用图4的方式进行盘片焊接封装。加热温度1250℃，保温4小时，采用万能轧机轧制成H型钢，H型钢的成品尺寸为582×510×30×25(单位为：mm)，轧后空冷。经检验，H型钢横截面的翼缘和腹板位置不锈钢覆层为0.8mm～1.6mm，冶金结合层约为35μm～50μm，获得了440MPa强度级别的具有良好耐蚀性H型钢。

实施例4：

分别选用444铁素体不锈钢无缝管(Ф82×4.52mm)，经清洗酸洗活化。冶炼18MnSiVN钢，连铸成160mm×160mm的小方坯，轧制开坯为直径为75mm的圆棒，并精加工为72±0.3mm的圆棒，采用电镀法电镀一层纯Cr层30μm，采用图2所示的方式组装，采用图3所示的方式进行焊接封闭。在1200℃保温2小时后，经棒线材轧机轧制成Ф22mm的钢棒后空冷，获得HRB400级别高强度耐氯离子点蚀能力的耐蚀钢棒。

经试验，实施例4所得的复合棒材可用于各种建筑和基础建设工程，尤其是可适用于具有高温湿热条件的海洋人工岛礁等。

实施例5：

分别选用220mm×220mm的方坯(成分为15MnV)，经清洗后在沿长度方向的四个表面热喷涂Ni-Cu合金(重量比2:1)，涂层厚度0.05mm～0.10mm。选用304不锈钢板(厚度为5mm)，经弯折后清洗酸洗活化，并按照图1A所示的方式组装，采用图4所述的方式焊接封装。经型材轧机轧制成260mm×15mm的等边角钢，获得耐大气腐蚀用角钢。经试验，当输变电塔用角钢的耐蚀环境要求较高时，覆层厚度为0.4mm～1.0mm。

通过实施例3至实施例5可知，将碳素钢和低合金钢的低成本、高强度与不锈钢的耐蚀性等优势相结合，能够研制出成本显著低于不锈钢、强韧性与碳素钢、低合金钢相当、且具有不锈钢耐蚀性的复合材料，这对于降低基础设施和工程成本、提高服役质量和运行寿命，发展低碳绿色经济方面都有着重要的社会效益和经济效益。

本领域技术人员可以理解，按照本发明的不锈钢复合型材包括了上述各工艺手段、参数和材料的任意组合。以上所述仅为本发明的优选实施例，并不能限定本发明，可以肯定的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耐腐蚀复合型材，其特征在于，所述耐腐蚀复合型材由内部材料、附于内部材料的外表面的外部包覆层以及介于内部材料和外部包覆层之间的化学过渡区构成，其中，内部材料为碳素钢材料、低合金钢材料或微合金钢材料，外部包覆层为不锈钢覆层，所述化学过渡区为内部材料和外部包覆层相互间的元素扩散过渡区域。

2.根据权利要求1所述的耐腐蚀复合型材，其特征在于所述耐腐蚀复合型材的截面形状为圆形、工字型、H型、槽型、直角状和球扁状中的一种。

3.根据权利要求1所述的耐腐蚀复合型材，其特征在于外部包覆层的厚度在0.2mm至5mm的范围内，化学过渡区的厚度在3μm至80μm的范围内。

4.根据权利要求1所述的耐腐蚀复合型材，其特征在于不锈钢覆层的材料为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢或双相不锈钢。

5.一种耐腐蚀复合型材的制备方法，其特征在于所述制备方法包括下述步骤：

准备原材料，其中，分别选取型钢钢坯和不锈钢材料用作复合型材的内部材料和外部包覆层；

加工原材料，其中，对型钢钢坯进行机械加工以去除表面氧化铁皮，使得型钢钢坯的表面光洁度Ra为1.6μm～6.3μm；

对原材料进行去污、除锈和活化，其中，去除附着在型钢钢坯上的油污，然后对型钢钢坯和不锈钢材料进行除锈处理和活化处理；

将经过处理的型钢钢坯和不锈钢材料进行装配，然后将型钢钢坯与不锈钢材料的两端用不锈钢焊条封闭，使型钢钢坯与不锈钢材料之间的缝隙中的空气与外部隔绝，以得到用于孔型轧制的复合坯料；以及

根据最终产品的截面形状选择孔型轧制设备，并利用所选择的孔型轧制设备对复合坯料进行轧制，轧后空冷或穿水冷却，从而得到耐腐蚀复合型材。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于型钢钢坯的有效直径或边长不大于250mm，型钢钢坯是连铸钢坯或者是连铸钢坯或模铸钢锭经锻造或轧制加工后的中间坯。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于去除附着在型钢钢坯上的油污的步骤包括：将质量百分比浓度为10％的NaOH溶液加热至80℃-90℃的温度，然后用NaOH溶液浸洗或擦洗完成了机械加工的型钢钢坯5分钟-15分钟，直至油污去除，

对型钢钢坯和不锈钢材料进行除锈和活化的步骤包括：将质量百分比浓度为10％～20％的H₂SO₄溶液加热至20℃～50℃，然后用所述H₂SO₄溶液浸洗型钢钢坯10分钟～30分钟；将质量百分比浓度为10％～30％的HNO₃溶液与质量百分比浓度为2％～4％的HF或质量百分比浓度为5％～20％的HCl溶液的混合溶液加热至30℃～60℃，并用所述混合溶液浸洗不锈钢材料20分钟～30分钟。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于将经过处理的型钢钢坯和不锈钢材料进行装配的步骤包括：将不锈钢材料紧密地贴附于型钢钢坯的外表面，并使用材质与不锈钢材料的材质相同的不锈钢焊材将贴附于型钢钢坯的不锈钢材料沿长度方向焊接成一个中空柱。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于利用所选择的孔型轧制设备对复合坯料进行轧制的步骤包括：将复合坯料按照常规的长型材坯料加热制度，加热至1050℃～1250℃并根据复合坯料的尺寸适时保温，出炉后在长型材连续轧制机组或横列式轧制机组上轧制。

10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述制备方法还包括：在对原材料进行去污除锈和活化的步骤之后，采用电镀、化学镀、热浸镀或热喷涂对型钢钢坯的外表面镀覆一层厚度为10μm-80μm的过渡金属。