CN109518178A - 一种双金属复合圆钢的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种双金属复合圆钢的制备方法，通过准备原料、制备合金膏、冷轧预贴合等步骤，制作出复合圆钢。本发明具有如下有益效果，采用本申请的方法制备的双金属复合圆钢同时具有碳钢的高强度和耐蚀合金的高耐蚀性。采用常温喷涂，不仅具有效节约能源和环保的优点，同时还具有连续化生产、显著降低生产成本等优点。制备而出的圆钢具有优异的机械及综合力学性能。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，尤其涉及一种双金属复合圆钢的制备方法。
背景技术
跨海大桥、人工岛礁、海上平台等在海洋环境下的不断发展，需要材料具有高强度的同时具有优异的耐蚀性。双金属复合材料具有优异耐蚀性而且具有高强度的优点，可以有效的解决上述问题。目前双金属复合材料主要为不锈钢/碳钢双金属复合材料，表层的不锈钢提供优异的耐蚀性能，心部的碳钢或低合金钢提供强度。但是国内的双金属复合材料目前大多处于研发与实验阶段，在生产工艺上存在诸多问题。
目前双金属复合型材主要采用不锈钢与碳钢或低合金钢复合制备，所采用的方法主要为中间合金层冶金复合、爆炸复合、固液复合和粉末填充等方法与现有型材轧制技术相结合，制备双金属复合扁钢、角钢、槽钢、螺纹钢等型材。其中采用中间合金层冶金复合方法制备的双金属复合材料，具有界面结合强度高，同时可降低冶金结合界面脆性等优点。目前中间合金层主要采用合金箔带、合金粉末、或者镀层的形式预合金化在胚料的外表面上。合金箔带主要采用螺旋缠绕在钢胚表面或者采用包覆在钢胚表面后焊接成一体。合金粉末主要采用火焰喷涂工艺或者等离子喷涂工艺喷涂到钢胚的表面。镀层主要采用化学镀与电镀的方式在钢胚表面镀覆一层中间合金。但是上述方法存在不易于连续化生产，较高的能源消耗，污染环境，设备投资及制备成本高等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种双金属复合圆钢的制备方法，通过上述方法制备出的复合圆钢具有良好的机械性能、综合力学性能，该方法具有工艺制备简单，生产成本低且可连续化生产的优势。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
一种双金属复合圆钢的制备方法，由如下步骤组成：
S1：取耐蚀合金管、碳钢棒材及合金粉备用，将碳钢棒材表面进行清洗除油；
所述碳钢棒材表面清洗除油的步骤为：
S101：使用质量分数为10％的氢氧化钠溶液对所述碳钢棒材的外表面进行前处理；
S102：在70℃水温下，对所述碳钢棒材的外表面油污进行清洗；浸泡时间为10～20min；
S103：使用质量分数为10％的HCl水溶液在常温下浸蚀20min；
S014：使用去离子水冲洗、烘干，获得去油碳钢棒材；
S2：将合金粉与水按比例混合成膏状，获得合金膏；
S3：将所述合金膏，通过喷涂装置均匀的覆盖于去油碳钢棒材的表面，形成预合金层，获得预合金化碳钢棒材；
S4：将预合金化碳钢棒材装入耐蚀合金管内，获得复合胚料；
S5：复合胚料进入干燥箱内进行干燥；
S6：干燥后的复合胚料使用预轧机组进行2-6道次的冷轧预贴合；
S7：预贴合后的复合胚料放入加热炉中，升温至1050-1200℃，保温；将加热后胚料进行热轧复合，获得具有耐蚀合金层、预合金层及碳钢棒材层的双金属复合粗圆钢；
S8：双金属复合粗圆钢通过拉拔模具获得双金属复合圆钢。
其中，耐蚀合金管的内径大于碳钢棒材外径。
其中，所述合金粉为镍基合金粉或铜基合金粉。
其中，所述镍基合金粉或铜基合金粉的粒径为400-800目。
其中，S2：将合金粉与水按比例混合成膏状，获得合金膏中，合金粉与水混合的体积比为3:1～5:1。
其中，预贴合后的复合胚料横截面积减小了5％～20％。
其中，耐蚀合金层的厚度占整体圆钢的5％-30％。
其中，预合金层的厚度＜0.2mm。
本发明具有如下有益效果
1、采用本申请的方法制备的双金属复合圆钢同时具有碳钢的高强度和耐蚀合金的高耐蚀性。
2、采用常温喷涂，不仅具有效节约能源和环保的优点，同时还具有连续化生产、显著降低生产成本等优点。
3、制备而出的圆钢具有优异的机械及综合力学性能。
附图说明
图1为本发明制备方法所制备的圆钢的结构示意图；
图2为本发明制备方法所制备的圆钢的截面的显微金相组织照片；
具体实施方式
以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。
如图1-2所示，本发明提供了一种双金属复合圆钢的制备方法，由该方法制备而出的圆钢为多层结构，由外至内依次为耐蚀合金层、预合金层及碳钢棒材层。
具体的制备方法由如下步骤组成：
S1：取耐蚀合金管、碳钢棒材及合金粉备用，耐蚀合金管的内径大于碳钢棒材外径。耐蚀合金管可为不锈钢、镍基合金或者钛合金等合金管。
将碳钢棒材表面进行清洗除油；所述碳钢棒材表面清洗除油的步骤为：
S101：使用质量分数为10％的氢氧化钠溶液对所述碳钢棒材的外表面进行前处理；
S102：在70℃水温下，对所述碳钢棒材的外表面油污进行清洗；浸泡时间为10～20min；
S103：使用质量分数为10％的HCl水溶液在常温下浸蚀20min；
S014：使用去离子水冲洗并烘干，获得去油碳钢棒材；
S2：将合金粉与水按比例混合成膏状，获得合金膏；合金粉与水混合的体积比为3:1～5:1。合金粉为镍基合金粉或铜基合金粉。镍基合金粉或铜基合金粉的粒径为400-800目。
S3：将所述合金膏，通过喷涂装置均匀的覆盖于去油碳钢棒材的表面，形成预合金层，预合金层的厚度＜0.2mm，获得预合金化碳钢棒材；喷涂选用常温喷涂。
S4：将预合金化碳钢棒材装入耐蚀合金管内，获得复合胚料；具体为：喷涂装置的位置固定，通过推动碳钢棒材移动，使得碳钢棒材在经过喷涂装置之后，将进入一个导位管，然后会准确穿入耐蚀合金管内，得到复合胚料。导位管为一段孔径逐渐缩小的管道，其中最小孔径的数值与耐蚀合金管的内径相同，使得耐蚀合金管可顺利通过导位管。
S5：复合胚料进入干燥箱内进行干燥；
S6：干燥后的复合胚料使用预轧机组进行2-6道次的冷轧预贴合；其中，采用与复合胚料横截面形状相对应的孔型轧辊，进行平立交替放置的二辊轧机冷轧2-6道次，使得预贴合后的复合胚料横截面积减小了5％～20％。将耐蚀合金管、碳钢棒材紧密贴合，消除两者之间的缝隙，有利于固定内部合金粉，同时减少空气对缝隙中金属的氧化。
S7：预贴合后的复合胚料放入加热炉中，升温至1050-1200℃，保温；将加热后胚料进行热轧复合，获得具有耐蚀合金层、预合金层及碳钢棒材层的双金属复合粗圆钢；
S8：双金属复合粗圆钢通过拉拔模具获得双金属复合圆钢。耐蚀合金层的厚度占整体圆钢的5％-30％。
实施例一：
耐蚀合金管选用304不锈钢，碳钢棒材选用45#碳钢，将45#碳钢棒材的外表面进行清洗、除油。将镍基合金粉与蒸馏水混合成合金膏，镍基合金粉与蒸馏水的体积混合比为4:1，预合金层的厚度为0.08mm。所述镍基合金粉粒径为400目。采用旋转喷涂装置将镍基合金粉与溶液混合物常温喷涂至45#碳钢棒材表面的同时，自动穿管机将碳钢棒材不断推入耐蚀合金管，组合形成复合胚料，然后在干燥箱中干燥。
将干燥后的复合胚料采用与复合胚料横截面形状相对应的孔型轧辊，进行平立交替放置的二辊轧机冷轧4道次。预贴合后的复合胚料的横截面积减小了10％。将冷轧后的复合胚料放入加热炉中，升温至1100℃，保温1h。然后将加热后胚料采用热轧复合，得到双金属复合粗圆钢。然后双金属复合粗圆钢经过冷拉光圆后得到双金属复合圆钢。
实施例二：
耐蚀合金管选用哈氏合金管，碳钢棒材选用Q345碳钢，将Q345碳钢棒材的外表面进行清洗、除油。将镍基合金粉与蒸馏水混合成合金膏，镍基合金粉与蒸馏水的体积混合比为4:1，预合金层的厚度为0.08mm。所述镍基合金粉粒径为400目。采用旋转喷涂装置将镍基合金粉与溶液混合物常温喷涂至Q345碳钢棒材表面的同时，自动穿管机将碳钢棒材不断推入哈氏合金管，组合形成复合胚料，然后在干燥箱中干燥。
将干燥后的复合胚料采用与复合胚料横截面形状相对应的孔型轧辊，进行平立交替放置的二辊轧机冷轧4道次。预贴合后的复合胚料的横截面积减小了10％。将冷轧后的复合胚料放入加热炉中，升温至1100℃，保温1h。然后将加热后胚料采用热轧复合，得到双金属复合粗圆钢。然后双金属复合粗圆钢经过冷拉光圆后得到双金属复合圆钢。
实施例三：
耐蚀合金管选用钛合金管，碳钢棒材选用45#碳钢，将45#碳钢棒材的外表面进行清洗、除油。将镍基合金粉与蒸馏水混合成合金膏，镍基合金粉与蒸馏水的体积混合比为4:1，预合金层的厚度为0.08mm。所述镍基合金粉粒径为400目。采用旋转喷涂装置将镍基合金粉与溶液混合物常温喷涂至45#碳钢棒材表面的同时，自动穿管机将碳钢棒材不断推入哈氏合金管，组合形成复合胚料，然后在干燥箱中干燥。
将干燥后的复合胚料采用与复合胚料横截面形状相对应的孔型轧辊，进行平立交替放置的二辊轧机冷轧4道次。预贴合后的复合胚料的横截面积减小了10％。将冷轧后的复合胚料放入加热炉中，升温至1100℃，保温1h。然后将加热后胚料采用热轧复合，得到双金属复合粗圆钢。然后双金属复合粗圆钢经过冷拉光圆后得到双金属复合圆钢。
Claims (8)
1.一种双金属复合圆钢的制备方法，其特征在于，由如下步骤组成：
S1：取耐蚀合金管、碳钢棒材及合金粉备用，将碳钢棒材表面进行清洗除油；
所述碳钢棒材表面清洗除油的步骤为：
S101：使用质量分数为10％的氢氧化钠溶液对所述碳钢棒材的外表面进行前处理；
S102：在70℃水温下，对所述碳钢棒材的外表面油污进行清洗；浸泡时间为10～20min；
S103：使用质量分数为10％的HCl水溶液在常温下浸蚀20min；
S014：使用去离子水冲洗、烘干，获得去油碳钢棒材；
S2：将合金粉与水按比例混合成膏状，获得合金膏；
S3：将所述合金膏，通过喷涂装置均匀的覆盖于去油碳钢棒材的表面，形成预合金层，获得预合金化碳钢棒材；
S4：将预合金化碳钢棒材装入耐蚀合金管内，获得复合胚料；
S5：复合胚料进入干燥箱内进行干燥；
S6：干燥后的复合胚料使用预轧机组进行2-6道次的冷轧预贴合；
S7：预贴合后的复合胚料放入加热炉中，升温至1050-1200℃，保温；将加热后胚料进行热轧复合，获得具有耐蚀合金层、预合金层及碳钢棒材层的双金属复合粗圆钢；
S8：双金属复合粗圆钢通过拉拔模具获得双金属复合圆钢。
2.根据权利要求1所述的一种双金属复合圆钢的制备方法，其特征在于，耐蚀合金管的内径大于碳钢棒材外径。
3.根据权利要求2所述的一种双金属复合圆钢的制备方法，其特征在于，所述合金粉为镍基合金粉或铜基合金粉。
4.根据权利要求3所述的一种双金属复合圆钢的制备方法，其特征在于，所述镍基合金粉或铜基合金粉的粒径为400-800目。
5.根据权利要求4所述的一种双金属复合圆钢的制备方法，其特征在于，S2：将合金粉与水按比例混合成膏状，获得合金膏中，合金粉与水混合的体积比为3:1～5:1。
6.根据权利要求5所述的一种双金属复合圆钢的制备方法，其特征在于，预贴合后的复合胚料横截面积减小了5％～20％。
7.根据权利要求6所述的一种双金属复合圆钢的制备方法，其特征在于，耐蚀合金层的厚度占整体圆钢的5％-30％。
8.根据权利要求6所述的一种双金属复合圆钢的制备方法，其特征在于，预合金层的厚度＜0.2mm。
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