CN107933013A - 一种不锈钢/碳钢真空复合钢筋及其制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种不锈钢/碳钢真空复合钢筋及其制造工艺。本发明方法，包括如下步骤：不锈钢钢管内表面和碳钢棒的外表面及两端部经处理后嵌套组合或者方形断面的碳钢芯和四块一定规格的不锈钢钢板表面经处理后包覆组合在一起；组好的坯料置于真空电子束焊机内抽真空再将双金属结合缝隙焊好或者在大气环境下对双金属结合缝隙处先焊接后抽真空再封头；将焊接封装好的复合坯料加热轧制成不锈钢/碳钢真空复合钢筋。本发明制备的复合钢筋具有生产工艺简单，成本低廉，耐蚀性较高，界面结合质量好，可规模化生产等优点。

Description

一种不锈钢/碳钢真空复合钢筋及其制造工艺

技术领域

本发明涉及一种复合钢筋，尤其涉及一种不锈钢/碳钢真空复合钢筋及其 制造工艺。

背景技术

随着我国城镇化建设的快速发展，基础设施建设如房屋、桥梁、电站、 公路等工程得到迅猛发展，有利地促进了建筑行业迈向更高的台阶，因此， 建筑用钢也在不断更新换代。在基建领域中，钢筋混凝土用钢筋是一种应 用极为广泛和重要的材料，它们作为混凝土骨架被广泛应用于基建设施 中，因而其质量和性能将直接影响着建筑设施的安全性和服役寿命。但实 际生活中钢筋混凝土长期使用在潮湿、盐碱，海洋环境等氯化物含量较高的环境下，因钢筋腐蚀问题而造成混凝土结构的失效，给社会经济带来了 巨大的损失。

为此，相关机构对钢筋锈蚀问题都给予高度关注并开展了一系列研发 新型混凝土用钢筋的工作，如实心不锈钢钢筋，镀锌钢筋，环氧涂层钢筋 及不锈钢覆层钢筋等，其抗蚀性能都远强于普通螺纹钢。但各有特点：实 心不锈钢钢筋具有不锈钢优异的抗蚀能力和美观外表，但强度不高，生产 成本过高；镀锌钢筋只适于轻微腐蚀条件下且进行弯曲加工时容易造成热 浸镀覆盖层剥落，几乎不起保护作用；环氧涂层钢筋降低了与混凝土的粘结强度，容易引起局部点腐蚀；不锈钢覆层钢筋是不锈钢包覆碳钢，经一 定的工艺轧制若干道次而得到，具有不锈钢优异的抗蚀性能，碳钢良好的 机械性能及较高的综合性价比，具有一定的市场竞争力。因此，不锈钢覆 层钢筋作为一种新型材料，具有广阔的应用前景。

关于不锈钢覆层钢筋的研究，已有不少成果。中国专利(申请号为201610677162.8)提出“一种包覆轧制复合制备不锈钢复合螺纹钢筋的方 法”，将芯材用隔离层包覆后夹持到经冷弯设备冷弯的不锈钢U型槽钢中， 再在惰性气体保护状态下，利用常规焊接方法进行接缝焊接，之后加热轧 制成带肋钢筋。该方法存在焊边易开裂和腐蚀，焊后焊缝也要抛光打磨等 问题，工艺复杂，成本过高。中国专利(申请号为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”，该工艺采用了在 不锈钢钢带卷成管时，在内部包裹表面卷绕纯铜箔的碳钢钢筋芯材，再利 用埋弧焊将不锈钢管的直缝焊合，之后进行拉拔工艺和钎焊处理，得到不 锈钢/碳钢复合钢筋。此工艺存在中间层不易添加，制备过程复杂的问题， 能耗较大，生产成本高，不利于规模化。中国专利(申请号为 201020584961.9)提出了“一种不锈钢复合耐蚀钢筋”，但没有提供复合坯料的具体制备方法。中国专利(申请号为201410622353.5)提出了“一 种屈服强度≥600MPa的复合钢筋及生产方法”，主要是通过微合金化技 术对于材料成分进行设计从而提高强度级别，满足性能要求，但是考虑合 金元素则会提高成本及工艺难度。中国专利(申请号为201510695276.0) 提出了“一种不锈钢/碳钢双金属螺纹钢及其复合成型工艺”，主要是通 过圆形或者方形的不锈钢坯料和碳钢芯表面经处理后利用压力机压入法 或者冷装法实现过盈配合，再将获得的组合坯料经过加热轧制得到双金属 螺纹钢。此种工艺主要是利用过盈配合使两金属实现牢固结合，但是无法 保证在加热轧制过程中结合界面是否被氧化或存在夹杂，因此界面结合性 能易波动，尤其采用过盈配合使工艺复杂，难以得到理想的结合界面。

发明内容

根据上述提出的现有不锈钢覆层钢筋生产工艺复杂性与结合界面质量不 良的技术缺陷，而提供一种不锈钢/碳钢真空复合钢筋及其制造工艺。本发明 主要利用将经表面处理后的碳钢棒嵌套在不锈钢管内或者将四块不锈钢钢板 包覆在方形断面的碳钢芯外表面，再置于真空电子束焊机内抽真空再将双金 属结合缝隙焊好或者在大气环境下对双金属结合缝隙处先焊接后抽真空再封 头；将焊接封装好的复合坯料加热轧制成不锈钢覆层钢筋，从而实现制备方 法简单，成本低廉，耐蚀性较高，界面结合质量好，无需合金化，生产效率 高，可规模化生产等优点。

本发明采用的技术手段如下：

一种不锈钢/碳钢真空复合钢筋的制造工艺，其特征在于包括如下步骤：

S1、原料准备：准备预设尺寸的不锈钢钢管和碳钢棒或者准备预设尺寸 的方形断面的碳钢芯和四块与所述碳钢芯配合装配的不锈钢钢板；上述所选 原料均为普通不锈钢材质或碳钢材质，不需要特殊加工处理即可获得。

S2、原料处理及组坯：将所选的不锈钢钢管内壁和碳钢棒外表面及两端 部或者方形断面的碳钢芯和四块不锈钢钢板表面进行清洁处理，保证待结合 面露出干净金属，干燥处理后将碳钢棒嵌套在不锈钢管内或者将四块不锈钢 钢板包覆在所述方形断面的碳钢芯外表面，碳钢棒和不锈钢管之间或者不锈 钢钢板和碳钢芯之间为紧密贴合或设有间隙结合；

S3、复合坯料制备：将步骤S2中组成的坯料置于真空电子束焊机真空室 内抽真空，当达到预设真空度后对双金属结合缝隙进行电子束焊接，或者在 大气环境下对双金属结合缝隙处先焊接后抽真空再封头，使复合面保持预设 的真空度；由于复合面在高真空环境下焊合，避免了后续加热成形过程中氧 化夹杂物的生成，降低了双金属结合缝隙被氧化的可能性，使组织更加稳定， 容易得到较为理想的复合界面，从而获得理想的综合性能。

S4、复合坯料的加热和轧制：将制成的复合坯放入加热炉内加热至950℃ -1250℃，然后按照同类别常规的钢筋生产工艺进行轧制变形，直到轧出成品 不锈钢/碳钢真空复合钢筋。

进一步地，所述步骤S2中对原料的表面处理方式为机械打磨和酸洗处理 去除锈迹、油渍以及高压清洗和干燥处理。

本发明还公开了由上述制造工艺制备的不锈钢/碳钢真空复合钢筋。本 发明的制造工艺的特色在于真空制坯，避免氧化，提高界面质量，进而提高强 度等综合性能。通过本工艺制备的不锈钢/碳钢真空复合钢筋在不同的轧制工艺 参数下，沿钢筋轴向和周向不锈钢覆层厚度分布均匀，屈服强度、抗拉强度、 延伸率及显微硬度等力学性能远高于现有的普通螺纹钢筋和实心不锈钢筋国际 中的标准值。

本发明具有以下优点：

1、生产不锈钢覆层钢筋原料为普通的钢材原料，生产过程中无需特别加 工处理就易得，成本相对低廉。

2、不锈钢覆层钢筋芯部采用碳钢，保证较高的强度和韧塑性，覆层采用 不锈钢，使钢筋具有优异的耐蚀性能，且不锈钢覆层的厚度可根据不同的服 役环境做出灵活的变化。

3、由于在高真空环境下制坯，界面几乎不氧化，大大提高了不锈钢碳钢 界面的冶金结合强度，从而提升了钢筋的安全性能，延长了不锈钢覆层钢筋 的生命周期。

4、较拉拔-钎焊、爆炸焊接成形等方法而言，生产工艺更为简单，可实 现工业化大批量生产。

5、制得坯料可根据生产需求，生产任意规格的成品不锈钢覆层钢筋，提 高了市场竞争力。

基于上述理由本发明可在复合钢筋制备等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下 面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在 不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的坯料(不锈钢管和碳钢棒)组合示意图。

图2是本发明的坯料(不锈钢板和碳钢芯)组合示意图。

图3是本发明的两种坯料在真空环境下的焊接示意图。

图4是本发明的两种坯料在大气环境下的焊接示意图。

图5是本发明的焊后两种坯料示意图。

图6是本发明的成品钢筋示意图。

图中：1-不锈钢管，2-碳钢棒，3-不锈钢板，4-方形断面的碳钢芯，5-双 金属组合的坯料，6-圆坯组合端部，7-圆坯端部焊缝，8-方坯组合缝隙，9-双 金属焊后坯料，10-成品不锈钢/碳钢真空复合钢筋。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

如图1-图6所示，一种不锈钢/碳钢真空复合钢筋的制造工艺，包括如下 步骤：

S1、原料准备：准备预设尺寸的不锈钢钢管1和碳钢棒2或者准备预设 尺寸的方形断面的碳钢芯4和四块与所述碳钢芯配合装配的不锈钢钢板3， 预设尺寸的钢筋的直径范围为6mm-50mm,不锈钢覆层厚度可根据不同的服 役环境在1mm-10mm间选择。

S2、原料处理及组坯：将所选的不锈钢钢管1内壁和碳钢棒2外表面及 两圆坯组合端部6或者方形断面的碳钢芯4和四块不锈钢钢板3表面进行机 械打磨和酸洗处理，去除锈迹、油渍等污物，高压清洗后露出干净金属结合 表面，最后用丙酮和酒精擦拭，干燥处理后将碳钢棒2嵌套在不锈钢管1内 或者将四块不锈钢钢板3包覆在所述方形断面的碳钢芯4外表面，使双金属 紧密贴合，也可留有一定间隙结合。

S3、复合坯料制备：将步骤S2中组成双金属组合的坯料5置于真空电子 束焊机真空室内抽真空，当达到预设真空度(即不大于0.01Pa)后对双金属 结合缝隙进行电子束焊接，或者在大气环境下对双金属结合缝隙处先焊接后 抽真空再封头，使复合面保持预设的真空度；由于是在高真空环境下进行的 焊接，减少了与空气的接触，避免了氧化的发生，使得双金属结合处几乎没 有氧化夹杂物的生成，从而对强度的提高是极为有利的。

S4、复合坯料的加热和轧制：将制成的双金属焊后坯料9放入加热炉内 加热至950℃-1250℃，加热的目的在于提高双金属焊后坯料9的塑性，降低 变形抗力，使其内外温度均匀，利于再加工，得到理想的组织和性能。

设计加热温度为950℃-1250℃，有利于双金属原子间相互扩散，形成良 好的冶金结合，再按照同类别常规的钢筋生产工艺对复合坯料进行轧制变形， 得到最终的成品不锈钢/碳钢真空复合钢筋10，得到复合钢筋的直径范围为 6mm-50mm，不锈钢覆层厚度为1mm-10mm，此种工艺结合了碳钢较高的强 度以及不锈钢优异的耐蚀性和良好的外形，综合性能良好，具有一定的性价 比和市场优势。

实施例1

本实施例以304奥氏体不锈钢无缝钢管1为覆材，20MnSiV碳钢棒2为 芯材，尺寸分别为(外径×壁厚×长度，mm)和 (外径×长度，mm)，二者之间紧密结合，也可留有一定间 隙结合，用此坯料制备规格为的成品不锈钢覆层钢筋。

将上述的304奥氏体不锈钢钢管1(钢管为无缝钢管)的内壁和20MnSiV 碳钢棒2的外表面以及两圆坯组合端部6进行机械打磨去除表面的飞边毛刺， 直到光亮，再进行酸洗处理去除表面锈迹等污物，接着高压清洗后露出干净 金属结合表面，最后用丙酮和酒精进行擦拭，干燥处理后将20MnSiV碳钢棒 2嵌套在304奥氏体不锈钢钢管1内，实现二者的紧密结合，也可留有一定 间隙结合。

将上述组成的双金属组合的坯料5置于真空电子束焊机的真空室内抽真 空，当达到规定真空度后对圆坯组合端部6的圆坯端部焊缝7进行电子束焊 接或者在大气环境下对圆坯组合端部6的圆坯端部焊缝7先进行氩弧焊后抽 真空再将其封头。这些方式使复合面保持较高真空状态，避免结合界面被氧 化，从而影响组织性能。

将上述的双金属焊后坯料9置于加热炉内加热至1200℃，再按照现有钢 筋生产工艺对双金属焊后坯料9进行轧制变形，直到轧出的成品不 锈钢覆层钢筋10。

实施例2

本实施例以316奥氏体不锈钢板3为覆材，20MnSiV碳钢芯4为芯材， 具体尺寸分别为140mm×10mm×3000mm(宽度×厚度×长度，mm)和 140mm×140mm×3000mm(边长×边长×长度，mm)，二者之间紧密结合， 也可留有一定间隙结合，用此坯料制备规格为的复合钢筋。

将上述的四块316奥氏体不锈钢板3和方形断面的20MnSiV碳钢芯4的 表面进行机械打磨去除表面的飞边毛刺，直到光亮，再进行酸洗处理去除表 面锈迹等污物，接着高压清洗后露出干净金属结合表面，最后用丙酮和酒精 进行擦拭，干燥处理后将四块316奥氏体不锈钢板3包覆在20MnSiV碳钢芯 4的外表面，二者之间紧密结合，也可留有一定间隙结合。

将上述组成的双金属组合坯料5置于真空电子束焊机的真空室内抽真 空，当达到规定真空度后对方坯组合缝隙8(侧面4条长结合接缝和两端部 各4条短结合接缝)进行电子束焊接或者在大气环境下对方坯组合缝隙8(侧 面4条长结合接缝和两端部各4条短结合接缝)先进行氩弧焊后抽真空再封 头。这些方式使复合面保持高真空状态，避免结合界面被氧化影响组织性能。

将上述的双金属焊后坯料9置于加热炉内加热至1100℃，再按照现有钢 筋生产工艺对双金属焊后坯料9进行轧制变形，直到轧出的成品不 锈钢覆层钢筋10。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对 其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通 技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并 不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种不锈钢/碳钢真空复合钢筋的制造工艺，其特征在于包括如下步骤：

S1、原料准备：准备预设尺寸的不锈钢钢管和碳钢棒或者准备预设尺寸的方形断面的碳钢芯和四块与所述碳钢芯配合装配的不锈钢钢板；

S2、原料处理及组坯：将所选的不锈钢钢管内壁和碳钢棒外表面及两端部或者方形断面的碳钢芯和四块不锈钢钢板表面进行清洁处理后干燥，将碳钢棒嵌套在不锈钢管内或者将四块不锈钢钢板包覆在所述方形断面的碳钢芯外表面，碳钢棒和不锈钢管之间或者不锈钢钢板和碳钢芯之间为紧密贴合或设有间隙结合；

S3、复合坯料制备：将步骤S2中组成的坯料置于真空电子束焊机真空室内抽真空，当达到预设真空度后对双金属结合缝隙进行电子束焊接，或者在大气环境下对双金属结合缝隙处先焊接后抽真空再封头，使复合面保持预设的真空度；

S4、复合坯料的加热和轧制：将制成的复合坯放入加热炉内加热至950℃-1250℃，然后按照同类别常规的钢筋生产工艺进行轧制变形，直到轧出成品不锈钢/碳钢真空复合钢筋。

2.根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于，所述步骤S2中对原料的表面处理方式为机械打磨和酸洗处理去除锈迹、油渍以及高压清洗和干燥处理。

3.一种由权利要求1至2所述的制造工艺制备的不锈钢/碳钢真空复合钢筋。