CN106269856A - 一种包覆轧制复合制备不锈钢复合螺纹钢筋的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种包覆轧制复合制备不锈钢复合螺纹钢筋的方法，包括以下步骤：原料准备，覆材、隔离层与芯材的组合及成型，覆材表面接缝的焊接，复合钢坯端部的焊接密封，复合钢坯的加热及轧制；将原料表面清理干净，将不锈钢覆材成型，将碳钢芯材和镍或镍合金隔离层压入不锈钢覆层中，使覆材变形包覆芯材，然后焊接接缝和端部，再加热后轧制成复合螺纹钢筋。利用本发明的工艺方法，可以低成本、高效率地制备出界面呈冶金结合的复合螺纹钢筋，本发明制备的复合螺纹钢筋具有工艺简单、生产效率高、成材率高、生产成本低，界面结合质量好等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种螺纹钢筋的制备方法，属于钢材制造领域，具体是一种包覆轧制复合制备不锈钢复合螺纹钢筋的方法。
背景技术
目前，普通螺纹钢筋主要以低合金成分的普通钢为原料，经过热轧而成。普通螺纹钢筋作为混凝土骨架被广泛用于房屋、桥梁、道路、坝体、电站等基础设施建设。在潮湿及盐雾等腐蚀性环境中，普通螺纹钢筋由于不耐腐蚀而导致混凝土结构过早地破坏，极大地影响了建筑物的使用安全和服役寿命。为此，人们开发出不锈钢螺纹钢筋，不锈钢螺纹钢筋有效地解决了海水腐蚀问题，但由于含有镍铬等稀贵金属，导致建筑成本大幅度提高。不锈钢复合螺纹钢筋很好地解决了这种矛盾，它以不锈钢为表层，以普通低合金钢为核心，在提高钢筋抗腐蚀性能的前提下，降低了钢筋的使用成本，因而越来越受到工程建设的欢迎。作为一种双金属材料，目前，不锈钢复合螺纹钢筋的制备方法还很不成熟，没有形成大规模生产，不过可以预见，随着海洋工程的增加，在未来几年内将形成一定的生产规模。
专利文献201510188447.0提出了一种拉拔-钎焊制备不锈钢/碳钢复合钢筋的工艺，该工艺将铜箔卷在碳钢钢筋表面，然后穿入不锈钢管内，再通过拉拔减径消除不锈钢与碳钢钢筋之间的间隙，制成双金属复合坯料，最后再将复合坯料加热，通过钎料的溶解扩散将不锈钢与碳钢钢筋复合在一起。专利文献JPS5947080也是采用典型的拉拔法制备不锈钢复合钢筋，该方法是将圆形钢棒直接穿进不锈钢管，然后再拉拔制成钢筋。拉拔法具有工艺简单的优点，但生产效率低，成材率低，不能满足大批量生产的要求。专利文献US2003064245采用轧制法将覆层为铁素体或奥氏体不锈钢、心部为铁铬铝合金的复合坯料轧制成复合棒材、复合型钢或复合扁钢，复合型材的强度达到550-1300MPa，韧性达到1.1-3.1MJ/m2，但该文献没有给出复合坯料的制备方法。专利文献US2014037987提出了一种复合棒材，由表面镍铬合金层、过渡区和钢芯组成，钢芯采用碳钢或合金钢，表层采用气相沉积、溅射、电镀、盐浴等工艺制备。该方法也存在生产效率低、制备成本高以及界面结合强度不高等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种包覆轧制复合制备不锈钢复合螺纹钢筋的方法，该方法具有制坯工艺简单、制坯效率高、界面复合强度高、生产成本低以及产量大等优点，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种包覆轧制复合制备不锈钢复合螺纹钢筋的方法，包括以下步骤：
(a)原料准备
以现有的用来生产螺纹钢筋的连铸钢坯或热轧钢坯作为芯材，采用传统的表面处理方法将钢坯表面的氧化铁皮清理干净备用；
以待复合的不锈钢带材作为覆材，根据成品表面覆层厚度和轧制总变形率，选取不锈钢覆材的厚度，按照芯材的断面尺寸确定不锈钢覆材的宽度，然后采用传统的表面处理方法将不锈钢覆材单面清理干净；
根据成品要求选择是否在芯材和不锈钢覆材之间添加隔离层，添加隔离层时，以镍或镍合金带作为隔离层，或采用传统的电镀或化学镀方法在钢坯表面镀上金属镍或镍合金层作为隔离层，根据轧制总变形率以及成品中隔离层厚度的要求，选取镍或镍合金隔离层的厚度，按照芯材的断面尺寸确定镍或镍合金带的宽度，然后采用常规的抛光方法将镍或镍合金带表面的氧化物清理干净；
(b)芯材、隔离层与不锈钢覆材的组合及成型
将不锈钢覆材预热到50℃-200℃，利用传统的冷弯成型方法将不锈钢覆材预先弯曲成U型槽钢，然后从U型槽钢上部开口处将表面干净的芯材压入U型槽钢，或将表面镀有金属镍或镍合金层的芯材压入U型槽钢，或先将镍或镍合金带缠绕包裹在芯材表面之后再压入U型槽钢；或先将芯材与隔离层放置在不锈钢覆材上面进行组合，然后将组合后的芯材、隔离层和不锈钢覆材同时送入常规的辊式冷弯成型机组，以芯材为核心，将不锈钢覆材弯曲成U型槽钢，将芯材夹持在U型槽钢中；
(c)不锈钢覆材表面接缝的焊接
将组合好的芯材、隔离层和不锈钢覆材送进常规的辊式冷弯成型机组，将U型槽钢弯曲成封闭的外壳，将芯材和隔离层包裹在不锈钢覆材中，随后，在惰性气体保护状态下，利用现有的常规的焊接方法将不锈钢外壳的接缝焊接封闭；
(d)复合钢坯端部的密封
在惰性气体保护状态下，利用现有的常规的焊接方法将组合好的芯材与不锈钢覆材端部缝隙焊接牢固，制成复合钢坯；
(e)复合钢坯的加热及轧制
将制成的复合钢坯放进现有的轧钢加热炉内加热，达到800℃-1250℃后从加热炉中取出，采用现有的线棒材轧机对复合坯料进行轧制变形，直到轧制成成品钢筋。
作为本发明进一步的方案：步骤(a)中所述的表面处理方法包括常规的酸洗和机械打磨。
作为本发明再进一步的方案：步骤(a)中所述的抛光方法包括砂带抛光。
根据权利要求1所述的包覆轧制复合制备不锈钢复合螺纹钢筋的方法，其特征在于，步骤(b)中所述的芯材与覆材的组合方式为：将除鳞后的芯材与覆材直接组合。
作为本发明再进一步的方案：步骤(b)中所述的芯材与覆材的组合方式为：将表面镀有金属镍或镍合金层的芯材与覆材组合。
作为本发明再进一步的方案：步骤(b)中所述的芯材与覆材的组合方式为：先将镍或镍合金带缠绕包裹在芯材表面之后再与覆材组合。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)与穿管后再拉拔复合的技术相比，本发明采用包覆制坯再进行轧制的方法，生产效率高，年产量大，同时，可以充分利用轧制变形的大延伸率促进界面结合，有利于提高成品钢筋的界面结合质量及内部质量；
(2)与穿管制坯技术相比，采用包覆制坯技术减小了芯材与外管之间的间隙，特别是在成型辊压紧不锈钢覆材时，芯材与不锈钢覆材之间的间隙全部被消除，间隙内无空气残留，故焊接密封后可直接进行加热轧制成材；
(3)采用电镀或化学镀方法在芯材表面镀镍或镍合金层，或在不锈钢覆材与芯材之间置入镍或镍合金带隔离层，可有效防止界面附近不锈钢侧形成富铬碳化物，提高界面结合性能以及不锈钢覆材表面的抗腐蚀性能；
(4)利用本发明只需在现有的线棒材生产线上增设一套冷弯成型机组和常规的焊接设备即可生产不锈钢复合螺纹钢筋。
附图说明
图1为包覆轧制复合制备不锈钢复合螺纹钢筋的方法中不锈钢覆材、隔离层与芯材组合示意图。
图2为包覆轧制复合制备不锈钢复合螺纹钢筋的方法中U型槽钢包覆芯材示意图。
图3为包覆轧制复合制备不锈钢复合螺纹钢筋的方法中复合钢坯示意图。
图4为包覆轧制复合制备不锈钢复合螺纹钢筋的方法中成品钢筋示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～4，本发明实施例中，一种包覆轧制复合制备不锈钢复合螺纹钢筋的方法，包括原料准备；不锈钢覆材、隔离层与芯材的组合及成型；不锈钢覆材表面接缝的焊接；复合钢坯端部的密封；复合钢坯的加热及轧制五个步骤，具体步骤为：
a.原料准备
以现有的用来生产螺纹钢筋的连铸钢坯或热轧钢坯作为芯材1，采用传统的酸洗或机械打磨的方法将钢坯表面的氧化铁皮清理干净备用；
以待复合的不锈钢带材作为覆材2，根据成品表面覆层厚度和轧制总变形率，选取不锈钢覆材2的厚度，按照芯材1的断面尺寸确定不锈钢覆材2的宽度，然后采用传统的酸洗或机械打磨的方法将不锈钢覆材2单面清理干净；
根据成品要求选择是否在芯材1和不锈钢覆材2之间添加隔离层3，添加隔离层3时，以镍或镍合金带作为隔离层3，或采用传统的电镀或化学镀方法在钢坯表面镀上金属镍或镍合金层作为隔离层3，根据轧制总变形率以及成品中隔离层厚度的要求，选取镍或镍合金隔离层3的厚度，按照芯材1的断面尺寸确定镍或镍合金带的宽度，然后采用常规的抛光方法将镍或镍合金带表面的氧化物清理干净；
b.芯材1、隔离层3与不锈钢覆材2的组合
将不锈钢覆材2预热到50℃-200℃，利用传统的冷弯成型方法将不锈钢覆材2预先弯曲成U型槽钢，然后从U型槽钢上部开口处将表面氧化铁皮酸洗干净的芯材1压入U型槽钢，或将表面镀有金属镍或镍合金层的芯材1压入U型槽钢，或先将镍或镍合金带缠绕包裹在芯材1表面之后再压入U型槽钢；或先将芯材1与隔离层3放置在不锈钢覆材2上面进行组合，然后将组合后的芯材1、隔离层3和不锈钢覆材2同时送入常规的辊式冷弯成型机组，以芯材1为核心，将不锈钢覆材2弯曲成U型槽钢，将芯材1夹持在U型槽钢中；
c.不锈钢覆材2表面接缝4的焊接
将组合好的芯材1、隔离层3和不锈钢覆材2送进常规的辊式冷弯成型机组，将U型槽钢弯曲成封闭的外壳，将芯材1和隔离层3包裹在不锈钢覆材2中，随后，在惰性气体保护状态下，利用现有的常规的焊接方法将不锈钢外壳的接缝4焊接封闭；
d.复合钢坯端部的密封
在惰性气体保护状态下，利用现有的常规的焊接方法将组合好的芯材1与不锈钢覆材2端部缝隙焊接牢固，制成复合钢坯；
e.复合钢坯的加热及轧制
将制成的复合钢坯放进常规的轧钢加热炉内加热，达到800℃-1250℃后送出加热炉，采用常规的线棒材轧机对复合坯料进行轧制变形，直到轧制成成品钢筋。
实施例1
以断面150mm×150mm的20MnSi方坯为芯材，以SUS304不锈钢为覆材，制备成品为φ10mm的螺纹钢筋(覆材厚度为0.5mm，芯材直径为9.0mm)为例，具体制备方法如下：
采用温度为60-80℃、浓度为8-10％的盐酸水溶液将钢坯表面的氧化铁皮清理干净，然后在用清水洗净残酸，热风烘干备用；将150mm×150mm的20MnSi方坯轧制成φ10mm的螺纹钢筋，设方坯的圆角为R15mm，则总延伸系数达到350.64，成品中覆材厚度为0.5mm，则计算的复合钢坯中不锈钢覆材2的厚度为8.7mm，复合钢坯的边长为167.4mm。根据芯材1的外形尺寸，选取不锈钢覆材2的宽度为602mm，利用高速旋转的砂带将不锈钢覆材2的单面清理干净。
利用传统的冷弯成型方法将不锈钢覆材2预先弯曲成U型槽钢，然后从U型槽钢上部开口处将表面氧化铁皮酸洗干净的芯材1压入U型槽钢，再将芯材1和不锈钢覆材2同时送入常规的辊式冷弯成型机组，以芯材1为核心，通过冷弯成型机组的进一步冷弯成型，将U型槽钢弯曲成封闭的外壳，将芯材1包裹在不锈钢覆材2中，随后，在氩气保护状态下，利用氩弧焊将不锈钢外壳的接缝4焊接封闭，形成复合钢坯；最后，在氩气保护状态下，利用氩弧焊将复合钢坯两端的层间缝隙焊接密封，制成完整的复合钢坯；
将制成的复合钢坯放进常规的轧钢加热炉内加热，表面温度达到1000℃时从加热炉中取出，利用常规的高速线材轧机，采用常规的轧制方法对复合钢坯进行轧制变形，最终轧成φ10mm的成品螺纹钢筋；
实施例2
以断面150mm×150mm的20MnSi方坯为芯材，以电镀金属镍层为隔离层，以SUS304不锈钢为覆材，制备成品为φ10mm的螺纹钢筋(覆材厚度为0.45mm，隔离层厚度为0.05mm，芯材直径为9.0mm)为例，具体制备方法如下：
利用高速旋转的钢丝刷将钢坯表面的氧化铁皮刷净；将150mm×150mm的20MnSi方坯轧制成φ10mm的螺纹钢筋，设方坯的圆角为R15mm，则总延伸系数为350.64，成品中隔离层厚度为0.05mm，覆材厚度为0.45mm，则复合钢坯中隔离层3的厚度为0.86mm，不锈钢覆材2的厚度为7.84mm，复合钢坯的边长为167.4mm。根据芯材1的外形尺寸，选取不锈钢覆材2的宽度为604mm，利用高速旋转的砂带将不锈钢覆材2的单面清理干净；利用常规的电镀方法，在芯材的表面电镀一层厚度为0.86mm的金属镍层。
将不锈钢覆材2预热到50℃-200℃，将带有金属镍层的芯材1放置在不锈钢覆材2的上面，将芯材1和不锈钢覆材2同时送入常规的辊式冷弯成型机组，以芯材1为核心，将覆材2弯曲成U型槽钢，再通过冷弯成型机组的进一步冷弯成型，将U型槽钢弯曲成封闭的外壳，将芯材1包裹在不锈钢覆材2中，随后，在氩气保护状态下，利用氩弧焊将不锈钢外壳的接缝4焊接封闭，形成复合钢坯；最后，在氩气保护状态下，利用氩弧焊将复合钢坯两端的层间缝隙焊接密封，制成完整的复合钢坯；
将制成的复合钢坯放进常规的轧钢加热炉内加热，表面温度达到1050℃时从加热炉中取出，利用常规的高速线材轧机，采用常规的轧制方法对复合钢坯进行轧制变形，最终轧成φ10mm的成品螺纹钢筋；
实施例3
以断面280mm×280mm的SS400MPa螺纹钢筋用方坯为芯材，以99.9％的工业纯镍带为隔离层，以SUS304不锈钢为覆材，制备成品为φ20mm的螺纹钢筋(覆材厚度为0.9mm，隔离层厚度为0.1mm，芯材直径为18.0mm)为例，具体制备方法如下：
采用高速旋转的砂轮将钢坯表面的氧化铁皮打磨干净；将280mm×280mm的方坯轧制成φ20mm的螺纹钢筋，设方坯的圆角为R30mm，则总延伸系数达到305.06，成品中隔离层厚度为0.1mm，不锈钢覆材厚度为0.9mm，则计算的复合钢坯中隔离层3的厚度为5.31mm，不锈钢覆材2的厚度为15.83mm，复合钢坯的边长为322.3mm。根据芯材1的外形尺寸，选取不锈钢覆材2的宽度为1152mm，利用高速旋转的钢丝刷将不锈钢覆材2的单面清理干净。选取隔离层镍带3的宽度为300mm，利用旋转的砂带将隔离层镍带3的表面抛光。
将不锈钢覆材2预热到50℃-200℃，先将隔离层镍带3螺旋缠绕在芯材1的表面，再将芯材1放置在不锈钢覆材2的上面，将芯材1和不锈钢覆材2同时送入常规的辊式冷弯成型机组，以芯材1为核心，将不锈钢覆材2弯曲成U型槽钢，将芯材1和隔离层镍带3夹持在U型槽钢中，通过冷弯成型机组的进一步冷弯成型，将U型槽钢弯曲成封闭的外壳，将芯材1和隔离层镍带3包裹在不锈钢覆材2中，随后，在氩气保护状态下，利用氩弧焊将不锈钢外壳的接缝4焊接封闭，形成复合钢坯；最后，在氩气保护状态下，利用氩弧焊将复合钢坯两端的层间缝隙焊接密封，制成完整的复合钢坯；
将制成的复合钢坯放进常规的轧钢加热炉内加热，表面温度达到1050℃时从加热炉中取出，利用常规的中小型棒材轧机，采用常规的轧制方法对复合钢坯进行轧制变形，最终轧成φ20mm的成品螺纹钢筋；
上述具体实施例表明，采用本发明的工艺方法可以低成本、高效率地制备出界面呈冶金结合的复合螺纹钢筋，本发明制备的复合螺纹钢筋具有工艺简单、生产成本低，界面结合质量好，成材率高，生产效率高等特点。需要说明的是，这些例子仅是本发明的制备方法提供的一些应用范例，不能理解为对本发明权利要求保护范围的限制。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (6)
1.一种包覆轧制复合制备不锈钢复合螺纹钢筋的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（a） 原料准备
以现有的用来生产螺纹钢筋的连铸钢坯或热轧钢坯作为芯材，采用传统的表面处理方法将钢坯表面的氧化铁皮清理干净备用；
以待复合的不锈钢带材作为覆材，根据成品表面覆层厚度和轧制总变形率，选取不锈钢覆材的厚度，按照芯材的断面尺寸确定不锈钢覆材的宽度，然后采用传统的表面处理方法将不锈钢覆材单面清理干净；
根据成品要求选择是否在芯材和不锈钢覆材之间添加隔离层，添加隔离层时，以镍或镍合金带作为隔离层，或采用传统的电镀或化学镀方法在钢坯表面镀上金属镍或镍合金层作为隔离层，根据轧制总变形率以及成品中隔离层厚度的要求，选取镍或镍合金隔离层的厚度，按照芯材的断面尺寸确定镍或镍合金带的宽度，然后采用常规的抛光方法将镍或镍合金带表面的氧化物清理干净；
（b） 芯材、隔离层与不锈钢覆材的组合及成型
将不锈钢覆材预热到50℃-200℃，利用传统的冷弯成型方法将不锈钢覆材预先弯曲成U型槽钢，然后从U型槽钢上部开口处将表面干净的芯材压入U型槽钢，或将表面镀有金属镍或镍合金层的芯材压入U型槽钢，或先将镍或镍合金带缠绕包裹在芯材表面之后再压入U型槽钢；或先将芯材与隔离层放置在不锈钢覆材上面进行组合，然后将组合后的芯材、隔离层和不锈钢覆材同时送入常规的辊式冷弯成型机组，以芯材为核心，将不锈钢覆材弯曲成U型槽钢，将芯材夹持在U型槽钢中；
（c） 不锈钢覆材表面接缝的焊接
将组合好的芯材、隔离层和不锈钢覆材送进常规的辊式冷弯成型机组，将U型槽钢弯曲成封闭的外壳，将芯材和隔离层包裹在不锈钢覆材中，随后，在惰性气体保护状态下，利用现有的常规的焊接方法将不锈钢外壳的接缝焊接封闭；
（d） 复合钢坯端部的密封
在惰性气体保护状态下，利用现有的常规的焊接方法将组合好的芯材与不锈钢覆材端部缝隙焊接牢固，制成复合钢坯；
（e） 复合钢坯的加热及轧制
将制成的复合钢坯放进现有的轧钢加热炉内加热，达到800℃-1250℃后从加热炉中取出，采用现有的线棒材轧机对复合坯料进行轧制变形，直到轧制成成品钢筋。
2.根据权利要求1所述的包覆轧制复合制备不锈钢复合螺纹钢筋的方法，其特征在于，步骤（a）中所述的表面处理方法包括常规的酸洗和机械打磨。
3.根据权利要求1所述的包覆轧制复合制备不锈钢复合螺纹钢筋的方法，其特征在于，步骤（a）中所述的抛光方法包括砂带抛光。
4.根据权利要求1所述的包覆轧制复合制备不锈钢复合螺纹钢筋的方法，其特征在于，步骤（b）中所述的芯材与覆材的组合方式为：将除鳞后的芯材与覆材直接组合。
5.根据权利要求1所述的包覆轧制复合制备不锈钢复合螺纹钢筋的方法，其特征在于，步骤（b）中所述的芯材与覆材的组合方式为：将表面镀有金属镍或镍合金层的芯材与覆材组合。
6.根据权利要求1所述的包覆轧制复合制备不锈钢复合螺纹钢筋的方法，其特征在于，步骤（b）中所述的芯材与覆材的组合方式为：先将镍或镍合金带缠绕包裹在芯材表面之后再与覆材组合。
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