CN113877961B - 一种不锈钢复合钢筋及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属复合材料技术领域，具体涉及一种不锈钢复合钢筋及其制备方法，该方法包括：将碳钢圆坯和不锈钢管进行真空净界面组坯，制成复合钢坯，然后将所述复合钢坯依次进行加热和轧制，所述轧制包括粗轧、中轧、精轧，其中，所述粗轧中，第一道次和第二道次中分别控制孔型宽度与宽展值，使得延伸系数在1.23‑1.35；在所述粗轧和中轧中，对所述轧制采用的电机进行级联调速，使得N架次咬入的同时，N‑1架次电机电流波动值不大于3％；所述精轧中，采用的活套高度值比采用的起套轮的高度值大10‑20％。本发明复合钢筋的界面呈冶金结合，且无分层、耳子、露点等质量缺陷，具有优异的力学性能，制备方法简单、易操作，适合工业化生产。

Description

一种不锈钢复合钢筋及其制备方法

技术领域

本发明属于金属复合材料技术领域，具体涉及一种不锈钢复合钢筋及其制备方法。

背景技术

沿海港口码头、海洋平台、岛礁基础设施和跨海大桥工程建设需使用大量螺纹钢筋，现使用的碳钢螺纹钢易受海水氯离子腐蚀生锈，导致混凝土结构使用寿命短，后期防腐维护成本高，需提高钢筋的耐腐蚀性。用不锈钢螺纹钢，虽可满足耐腐蚀性要求，但其价格昂贵，推广应用受到限制。

CN106825515A公开了一种冶金结合双金属不锈钢复合钢筋及制备工艺，该专利申请所使用的双金属复合坯料是采用感应加热器对外层不锈钢管进行整体加热到600-1000℃后，浇入内层碳钢金属液熔铸，制造成界面呈冶金结合的包覆型复合坯料，但是存在以下缺点：①工业化棒材产线的轧制的坯料长度为9-12m，加热后的9-12m不锈钢管要浇入碳钢金属液时容易粘在不锈钢管内壁上，导致内层碳钢芯不连续、有空洞；②液相线碳钢金属液温度在液相线以上，温度超过1500℃，该高温金属液浇入不锈钢管后，会使不锈钢管温度继续升高，高温下的不锈钢管在碳钢金属液的静压力作用下容易产生鼓肚变形、弯曲等，存在变形和弯曲的复合坯料不能用于轧制不锈钢复合钢筋；③用感应加热器外层不锈钢管再浇入内层碳钢金属液的方法制备复合坯料效率低，不适合工业化生产。

CN106269856B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，该专利申请所使用的双金属复合坯料制作方法是：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芯材压入U型槽钢，再送进辊式冷弯成型机组，将U型槽钢弯曲成封闭的外壳，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；复合钢坯端部的密封在惰性气体保护状态下焊接牢固，制成复合钢坯。然而这种复合坯料制作方法需要配置专门的辊式冷弯成型机组；且流程长，工艺繁琐，焊接工作量大。

CN105150608A公开了一种不锈钢/碳钢双金属螺纹钢及其复合成型工艺，其复合成型工艺方法将碳钢芯坯料装入中空的不锈钢钢管坯料形成双金属坯料，实现难度大，不适合工业化批量制备；碳钢芯坯料和不锈钢钢管坯料为过盈配合，过盈量为0-0.1mm，因工业化生产的碳钢芯坯料存在一定的弯曲，1-2吨重的碳钢芯坯料要与不锈钢钢管过盈配合，装入过程容易出现卡阻，装入难度大。

总之，对于不锈钢复合钢筋，现有的制备方法会导致复合钢筋的芯材和包覆层出现空洞、不连续、变形弯曲、分层、耳子、露点等缺陷，且还存在流程长，工艺繁琐，焊接工作量大，操作难度大等不足。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的不锈钢复合钢筋制备方法会导致空洞、不连续、变形弯曲、耳子等质量缺陷，提供一种不锈钢复合钢筋及其制备方法，该方法制得的不锈钢复合钢筋，包覆层和芯材的界面呈冶金结合，且连续，弯曲度低，无空洞、分层、耳子等质量缺陷，且制备方法简单、易操作，适合工业化生产。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种制备不锈钢复合钢筋的方法，该方法包括：将碳钢圆坯和不锈钢管进行真空净界面组坯，制成以碳钢为芯材、表面包覆不锈钢的复合钢坯，然后将所述复合钢坯依次进行加热和轧制，所述轧制包括粗轧、中轧、精轧，其中，

所述粗轧中，第一道次和第二道次中分别控制孔型宽度与宽展值，使得延伸系数在1.23-1.35；

在所述粗轧和中轧中，对所述轧制采用的电机进行级联调速，使得N架次咬入的同时，N-1架次电机电流波动值不大于3％，以保证道次间处于微张力状态；

所述精轧中，采用的活套高度值比采用的起套轮的高度值大10％-20％，以控制精轧道次间处于无张力状态。

优选地，所述粗轧中，第一道次和第二道次分别采用椭圆孔型和圆孔型，第一道次的压下量为复合钢坯直径值的25％-30％，第二道次的压下量为轧制第一道次后轧件宽度值的30％-35％。

优选地，所述粗轧中，控制轧辊冷却使得粗轧前至少4个机架的冷却水不淋到复合坯料上。

优选地，所述精轧中，控制横肋高度h为碳钢螺纹钢筋标准对应规格下限值的1.2-1.3倍，横肋斜角α为碳钢螺纹钢筋标准对应规格下限值的1.1-1.2倍。

优选地，所述精轧中，最后道次中控制孔型使得所得复合钢筋的结构还满足：横肋顶部为圆弧角。

优选地，所述轧制的条件包括：开轧温度为1030-1095℃，终轧温度为950-1055℃。

优选地，该方法还包括：在所述轧制之后成品通过穿水器进行冷却，穿水器水压在1.2-1.4MPa，且控制成品上冷床温度为930-970℃。

优选地，所述加热包括预热段、加热段和均热段，所述预热段温度在700℃以下，所述加热段温度在1100-1230℃，所述均热段温度在1150-1200℃，优选总加热时间在100min以上。

优选地，所述加热段时间在30min以上，所述均热段时间在30min以上。

优选地，所述真空净界面组坯的过程包括：将所述碳钢圆坯套入所述不锈钢管内，得到组合钢坯，然后将所述组合钢坯进行真空焊接密封；

且所述真空焊接密封的方式包括：先将所述组合钢坯一端面的双金属接触面的缝隙焊接密封，另一端面的缝隙沿圆周方向分成若干等分，分别焊接各等分处的缝隙，焊接量为各等分的缝隙圆周长的30-50％；然后抽真空至1Pa以下，在真空状态下继续焊接密封各等分的剩余缝隙；

优选地，另一端面的缝隙沿圆周方向分成四等分。

第二方面，本发明提供一种不锈钢复合钢筋，所述复合钢筋是通过第一方面所述的方法制备得到的。

优选地，所述碳钢和不锈钢的界面呈冶金结合，所述不锈钢包覆层的厚度≥300μm，所述复合钢筋的直径为16-30mm。

优选地，所述碳钢芯材为HRB400E芯材时，所述复合钢筋满足：屈服强度为430-500MPa，抗拉强度为620-680MPa，延伸率≥25％，最大力总伸长率≥16％，强屈比≥1.3；

和/或，所述碳钢芯材为HRB500E芯材时，所述复合钢筋满足：屈服强度为530-580MPa，抗拉强度为680-720MPa，延伸率≥23％，最大力总伸长率≥13％，强屈比≥1.28。

本发明的发明人研究发现，因复合钢坯芯部的碳钢和表层的不锈钢的变形抗力和延伸系数不一样，轧制过程不锈钢容易出现“耳子”，导致成品复合螺纹钢产生折叠；基于此，进一步研究而提出本发明。

本发明通过上述特定制备方法，根据碳钢和不锈钢的变形抗力和延伸性能，特别的设置特定的粗轧前两道次的孔型宽度与宽展值，以及粗轧、中轧和精轧的张力控制，相互配合、相互协同，使得碳钢和不锈钢尽可能的同步变形和延伸，从而实现碳钢和不锈钢的冶金结合，同时防止因轧制方法不当引起产品钢筋产生质量缺陷。

本发明方法制得的不锈钢复合钢筋，包覆层和芯材的界面呈冶金结合，且连续，弯曲度低，无空洞、分层、耳子等质量缺陷，且制备方法简单、易操作、焊接工作量适中，适合工业化生产。

进一步的，发明人研究发现，因不锈钢包覆层在精轧最后道次已延压至厚度只有0.1-0.2mm，在高温和高速状态，如遇到带棱角的金属挤压，例如，生产的成品钢筋横肋底部容易产生“露点”，如图1，即芯材部分表面未形成包覆。对此，采用本发明的优选的控制横肋尺寸的方案，能够完全避免露点的出现，如图2所示。

附图说明

图1是成品复合钢筋横肋底部产生“露点”的结构示意图。

图2是本发明的不锈钢复合钢筋没有露点的结构示意图。

图3是复合钢筋采用传统碳钢螺纹钢轧线出现分层的结构示意图。

图4是碳钢螺纹钢横肋的局部结构示意图。

图5是本发明的一种具体轧线工艺的结构示意图。

图6是本发明实施例1的不锈钢复合钢筋的显微组织结构图。

附图标记说明

1-加热 2-粗轧 3-飞剪

4-中轧 5-精轧 6-冷却

7-冷床冷却

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

如前所述，第一方面，本发明提供了一种制备不锈钢复合钢筋的方法，该方法包括：将碳钢圆坯和不锈钢管进行真空净界面组坯，制成以碳钢为芯材、表面包覆不锈钢的复合钢坯，然后将所述复合钢坯依次进行加热和轧制，所述轧制包括粗轧、中轧、精轧，其中，

所述粗轧中，第一道次和第二道次中分别控制孔型宽度与宽展值，使得延伸系数在1.23-1.35；

在所述粗轧和中轧中，对所述轧制采用的电机进行级联调速，使得N架次咬入的同时，N-1架次电机电流波动值不大于3％，以保证道次间处于微张力状态；

所述精轧中，采用的活套高度值比采用的起套轮的高度值大10％-20％，以控制精轧道次间处于无张力状态。

发明人研究发现，在复合钢坯的轧制中，若采用传统碳钢螺纹钢轧线，在粗轧第一道次时易产生如图3所示的分层，双金属之间的宽展差为h1，会导致过充满出现“耳子”，甚至可能引发轧制工艺事故。

而本发明特别的通过控制粗轧中前两道次的延伸系数，并配合粗轧、中轧、精轧中的张力控制，能够更好的适应碳钢芯材和不锈钢包覆层的变形抗力和延伸性能，使得碳钢和不锈钢尽可能的同步变形和延伸，从而实现双金属进行更好的冶金结合，同时能防止因轧制方法不当引起产品钢筋产生分层、耳子、缺肉等质量缺陷。

本发明中，发明人由于发现轧机传动电机载荷电流值在张力的作用下会产生变化，故巧妙地通过对电机进行级联调速来控制电流值，以保证道次间处于微张力状态。应当理解的是，所述调速是指调整各架次的电机转速。

所述精轧中采用的活套和起套轮的特定高度，能够形成稳定的圆弧型套量，从而使得精轧道次间处于无张力状态，进而更好的适应双金属的精轧。

可以理解的是，所述轧制可以采用棒材轧机进行轧制，轧机中包括电机、轧辊和若干架次，轧辊的轧槽组成孔型，若干架次对轧件进行若干道次的轧制。具体总道次的数量，本领域技术人员可以根据所需规格的复合钢筋选择。

可以理解的是，本发明的所述N架次中N是指粗轧和中轧的轧制道次总数。N-1架次电机是指为N-1架次提供动力的电机。

本发明所述粗轧中，第一道次和第二道次中的孔型宽度与宽展值，本领域技术人员可以根据实际情况选择，只要能够满足上述延伸系数即可。

本发明中，在粗轧咬入角允许的情况下，粗轧前两道次尽可能采用大的压下量，实现碳钢和不锈钢的完全粘合和冶金结合。

优选地，所述粗轧中，第一道次和第二道次分别采用椭圆孔型和圆孔型，第一道次的压下量为复合钢坯直径值的25％-30％，第二道次的压下量为轧制第一道次后轧件宽度值的30％-35％。该优选方案下，经过两道次的轧制后，双金属层更好的结合在一起。

在一种具体实施方式中，对于直径168mm的复合钢坯，第一道次压下量设为48mm，第二道次设为42mm(不包括压下空腔的值2×h1)。

更优选地，控制所述粗轧中第一道次和第二道次的孔型充满度各自为90％-95％，保证料型在孔型内变形不产生棱角。

本发明粗轧中，第三道次起可参照现有的孔型、压下量等参数进行配置，例如，可以采用碳钢螺纹钢来进行配置。

根据本发明，优选地，所述粗轧中，控制轧辊冷却使得粗轧前至少4个机架的冷却水不淋到复合坯料上。发明人还发现，由于粗轧前4道次轧制速度慢，轧件温降快，会对后道次轧制产生影响，而采用本发明的该优选方案能够实现前4道次轧件较为缓慢的降温，进而防止在后道次轧制中不锈钢包覆层快速冷却而引起局部分层、鼓泡。

本发明的粗轧中后续机架可正常冷却。

本发明中，应当理解的是，所述机架是指对应道次的轧机的机架，其对应的轧辊的冷却设备安装在该机架上。所述机架与相应的道次、前面所述的架次一一对应。

本发明的上述粗轧过程，使得轧件在高温状态下，通过特定的压下工艺实现更好的冶金结合。

根据本发明，优选地，所述精轧中，控制横肋高度h为碳钢螺纹钢筋标准对应规格下限值的1.2-1.3倍，横肋斜角α为碳钢螺纹钢筋标准对应规格下限值的1.1-1.2倍。发明人进一步充分考虑芯材和包覆层的变形率和延伸度，结合遇到带棱角的金属挤压情况，发现采用该优选方案，制备的螺纹钢的横肋各处过渡平缓，能够完全避免露点的出现。

在一种具体实施方式中，对于直径25mm规格的复合钢筋，横肋高度h为2.0mm，横肋顶宽b为1.4mm，横肋斜角α为47°。

可以理解的是，所述精轧中，通过孔型尺寸来控制所得轧件的横肋满足上述要求。成品孔横肋槽按碳钢螺纹钢横肋结构尺寸，如图4所示。

优选地，所述精轧中，最后道次中控制孔型使得所得复合钢筋的结构还满足：横肋顶部(即图4中的横肋顶宽b)为圆弧角，优选圆角。

优选地，所述轧制的条件包括：开轧温度为1030-1095℃，终轧温度为950-1055℃。

优选地，该方法还包括：在所述轧制之后成品通过穿水器进行冷却，穿水器水压在1.2-1.4MPa，且控制成品上冷床温度为930-970℃。

本发明中，钢坯在轧制前进行加热，用于提高钢坯的塑性，降低变形抗力。加热参数取决于钢坯的导热性、塑性和钢坯断面尺寸大小，加热时间的长短影响到钢材质量和产量。

对于本发明的不锈钢复合钢筋，发明人研发发现，因碳钢和不锈钢中的碳和合金元素含量相差大，导致两者的导热系数差别大，如在100-500℃温度范围，碳钢的导热系数为58-25W/mk，不锈钢的导热系数为21.5-16.3W/mk，不锈钢的导热系数只有碳钢的1/3-1/2，故本发明复合钢坯的加热方法与传统碳钢或纯不锈钢的加热方法不同，加热不但要保证加热的均匀性、温度满足轧制要求，更要防止碳钢与不锈钢间隙扩展，促进碳钢与不锈钢的冶金结合。

在一种优选实施方式中，所述加热包括预热段、加热段和均热段，所述预热段温度在700℃以下，所述加热段温度在1100-1230℃，所述均热段温度在1150-1200℃。该优选的加热方案，更适合本发明的不锈钢复合钢筋，能够保证双金属加热的均匀性，同时双金属的加热温度满足轧制要求，更能防止碳钢与不锈钢间隙扩展，促进碳钢与不锈钢的冶金结合。

优选地，总加热时间在100min以上。更优选地，所述加热段时间在30min以上，所述均热段时间在30min以上。采用本发明的优选方案，设置复合钢坯的总加热时间比传统碳钢螺纹钢的时间长一倍以上，更好的适合复合钢坯的均匀导热。

本领域技术人员可以根据复合坯料的尺寸来选择具体的总加热时间，例如直径168mm的复合坯料的总加热时间须保证在150min以上。

在上述优选方案中，在所述预热段中，升温速度缓慢，能够防止快速升温出现局部受热不均匀、碳钢与不锈钢间隙扩展；钢坯经预热后钢的塑性变好，内外温差变小，在所述加热段进行快速升温，促使碳钢与不锈钢的冶金结合；进而通过均热段加热，更利于后续轧制，促进碳钢与不锈钢的冶金结合。

本发明所述加热的设备，本领域技术人员可以根据实际情况选择，例如采用三段式加热炉。

根据本发明的一种具体优选实施方式，所述复合钢坯的具体轧线工艺如图5所示，先进行加热1，再进行轧制，轧制中共有十八架轧机轧制十八道次，采用平立交替布置方法，其中粗轧1中八道轧制，再通过飞剪3剪去头部，进入中轧4的六道轧制，精轧5中的四道轧制，精轧5后布置有穿水管进行冷却6，控制轧件轧后上冷床冷却7，成品上冷床后实施自然空冷。

本发明中，本领域技术人员可以根据不同规格的复合钢筋，选择不同的具体轧制道次，如使用直径160mm的钢坯轧制直径25mm规格的复合钢筋，采用16道次，精轧第2机架出成品；各道次压下量及孔型形状分别如下表1所示。

表1

根据本发明，优选地，所述真空净界面组坯的过程包括：将所述碳钢圆坯套入所述不锈钢管内，得到组合钢坯，然后将所述组合钢坯进行真空焊接密封。

本发明中，对将所述碳钢圆坯套入所述不锈钢管内的方式没有任何限制，例如可以采用压力装置。

更优选地，所述套入使得所述碳钢圆坯与所述不锈钢管之间的缝隙控制在0.2-0.5mm。

更优选地，所述真空焊接密封的方式包括：先将所述组合钢坯一端面的双金属接触面的缝隙焊接密封，另一端面的缝隙沿圆周方向分成若干等分，分别焊接各等分处的缝隙，焊接量为各等分的缝隙圆周长的30-50％；然后抽真空至1Pa以下，在真空状态下继续焊接密封各等分的剩余缝隙。该优选方案，更利于碳钢圆坯和不锈钢管之间真空净界面的形成。

优选地，所述组合钢坯一端面的双金属接触面的缝隙焊接密封在大气环境下进行。

进一步优选地，所述组合钢坯另一端面的缝隙沿圆周方向分成四等分。

优选地，所述焊接为等离子焊接。

本发明中，所述碳钢圆坯可以为现有的任何螺纹钢连铸圆钢坯或轧制圆钢坯，所述螺纹钢连铸圆钢坯例如可以为HRB400E或HRB500E型。为避免芯材坯料在套管过程出现卡阻，一般的，作为芯材的碳钢圆坯每米弯曲度≤1.5mm，总弯曲度≤0.15％。

根据本发明，所述不锈钢管优选用Cr-Ni-Mo或Cr-Ni系奥氏体不锈钢管，更优选Cr-Ni-Mo系奥氏体不锈钢材质。可以理解的是，所述不锈钢管为无缝管或焊管，优选无缝管。

本发明中，所述不锈钢管的壁厚应根据成品不锈钢覆层厚度和轧制总变形量确定，优选不锈钢覆层厚度≥300μm，其内径和长度根据复合坯料的直径和长度确定。

根据本发明，优选地，所述碳钢圆坯为连铸圆钢坯，该方法还包括：在进行所述套入之前，对所述连铸圆钢坯进行去氧化清理。优选用去氧化铁皮装置清理所述连铸圆钢坯表面的氧化铁皮。所述去氧化铁皮装置优选钢坯抛丸机。

优选地，该方法还包括：在进行所述套入之前，对所述碳钢圆坯的坯料进行表面修磨，以去除钢坯表面结疤、凹坑、夹杂等缺陷，修磨后表面应露出金属光泽。修磨深度优选为0.5-1.0mm。坯料表面修磨装置优选圆钢修磨机。

优选地，该方法还包括：在进行所述套入之前，对所述碳钢圆坯的表面和所述不锈钢管内表面进行清洗，以去除其表面的锈蚀、油污等粘附物。所述清洗包括但不限于采用酸洗处理和丙酮清洗处理。所述酸洗处理和丙酮清洗处理的具体方法可以参见本领域现有的清洗方法。

第二方面，本发明提供一种不锈钢复合钢筋，所述复合钢筋是通过第一方面所述的方法制备得到的。

优选地，所述碳钢和不锈钢的界面呈冶金结合。本发明复合钢筋的界面形成冶金结合后，有良好的工艺性能，能够进行各种冷、热压力加工成型，可以进行焊接和机械加工，这是界面为机械结合的复合材料不能比拟的。

本发明的不锈钢复合钢筋的显微组织结构如图6所示，不锈钢包覆层将芯部碳钢完全包裹，结合面无微观间隙、无夹渣，实现很好的冶金结合，从图中可以看出，不锈钢包覆层厚度均匀。

优选地，所述不锈钢包覆层的厚度≥300μm，所述复合钢筋的直径为16-30mm。

本发明的复合钢筋具有优异的力学性能。同时，复合钢筋弯曲变形中不锈钢包覆层与碳钢芯材紧密结合，有效的保障材料的耐腐蚀性能。复合钢筋实现将不锈钢高韧性、高抗腐蚀性的优点与碳钢高强度的优点有机结合。

优选地，所述碳钢芯材为HRB400E芯材时，所述复合钢筋满足：屈服强度(ReL)为430-500MPa，抗拉强度(Rm)为620-680MPa，延伸率(A)≥25％，最大力总伸长率(Agt)≥16％，强屈比≥1.3。

优选地，所述碳钢芯材为HRB500E芯材时，所述复合钢筋满足：屈服强度为530-580MPa，抗拉强度为680-720MPa，延伸率≥23％，最大力总伸长率≥13％，强屈比≥1.28。

下面结合具体实施例对本发明进行更详细的阐述。

实施例1

用轧制圆钢坯作芯材坯料制备400MPa级直径25mm规格不锈钢复合钢筋。用于制备轧制圆钢坯的连铸坯断面为325mm×420mm，钢牌号为HRB400E，连铸坯经大棒轧机轧制成直径158mm、长10m的圆钢坯。圆钢坯用修磨机进行扒皮处理，去除表面黑皮，扒皮深度为1.2-1.4mm，修磨后，圆钢坯直径为155.2-155.5mm，每米弯曲度为0.3mm，总弯曲度为0.06％。

用316型不锈钢无缝管作套管，钢管长度10mm、外径168mm、内径156mm、壁厚6mm。

圆钢坯表面和不锈钢管内壁分别进行酸洗处理和丙酮清洗处理，清洗干净表面的锈蚀、油污等粘附物。用压力装配机采用压入法，把圆钢坯套入到不锈钢管内，形成组合坯料，测量圆钢坯与不锈钢管内壁之间的间隙为0.2-0.4mm。用电子束熔合设备在大气环境下焊接组合坯料一个端面上圆钢坯与不锈钢管内壁之间的间隙，保证焊接密封；另一端面的间隙按圆周分成四等分，沿同一方向分别焊接四等分点周边的间隙，焊接量为各等分间隙圆周长的35％。焊接后，组合坯料移至到真空装置内，抽真空至1Pa以下，在真空状态下采用离子焊接密封上述另一端面的剩余间隙，制成净界面复合钢坯。

组合坯料转移到螺纹钢轧钢生产车间，轧钢产线如图5所示，其中加热采用的加热炉为步进梁式，轧机配置为8架粗轧机组、6架中轧机组和4架精轧机组，第16架出成品，第17和18架轧机空过，其中，各道次轧机按上表1配置孔型，其中第1架轧机为椭圆孔型、第2架轧机为圆孔型，第3架轧机为箱型孔，第16架成品轧机横肋槽横肋高度为2.0mm，横肋顶宽为1.4mm，横肋斜角为47°，横肋槽顶部倒成圆角。轧制前按表1设定各道次延伸系数，设置第一道次压下量为48mm，第二道次压下量为42mm。在所述粗轧和中轧中，对所述轧制采用的电机进行级联调速，使得N架次咬入的同时，N-1架次电机电流载荷值波动不大于3％(共计16架次)，N架次的电流为该架次电机额定允许最大值的80％-90％，以保证道次间处于微张力状态。所述精轧中，采用的活套高度值比采用的起套轮的高度值大10％，起套轮高度值设定为200mm为宜，以控制精轧道次间处于无张力状态。

钢坯在预热段的加热温度为600-700℃、加热段的加热温度为1110-1130℃，均热段的加热温度为1170-1185℃，坯料总加热时间125min，加热段时间为40min，均热段时间为50min。钢坯在粗轧第1架轧机的入口温度(即开轧温度)为1060℃。轧制过程，第1-4架机轧机在过钢过程关闭冷却水，过钢结束后开启冷却水，终轧温度范围为1020-1040℃，钢筋轧后先通过穿水器进行控制冷却，穿水器水压在1.2-1.4MPa，然后上冷床温度范围为945-955℃。组合坯料轧制成直径25mm、定尺长12m规格的不锈钢复合钢筋。

本实施例制得的复合钢筋无分层、耳子、露点钢等质量缺陷。

实施例2

用连铸圆钢坯作芯材坯料制备400MPa级直径25mm规格不锈钢复合钢筋。连铸坯断面直径为160mm，定尺长度10m，钢牌号为HRB400E。圆钢坯用自动抛丸机进行抛丸处理，去除钢坯表面氧化铁皮，再用自动修磨装置扒皮处理，去除钢坯表面渣坑、毛刺等缺陷，扒皮深度为2.2-2.4mm，修磨后，圆钢坯直径为155-155.6mm，每米弯曲度0.6mm，总弯曲度0.15％。

用304型不锈钢无缝管作套管，钢管长度10mm，外径168mm、内径156mm、壁厚6mm。

圆钢坯表面和不锈钢管内壁分别进行酸洗处理和丙酮清洗处理，清洗干净表面的油污、锈蚀和粘附物。用压力装配机采用压入法，把圆钢坯套入到不锈钢管内，形成组合坯料，测量圆钢坯与不锈钢管内壁之间的间隙为0.3-0.5mm。用电子束熔合设备在大气环境下焊合组合坯料一个端面的圆钢坯与不锈钢管内壁之间的间隙，保证焊接密封；另一端面的间隙按圆周分成四等分，沿同一方向分别焊接四等分点周边间隙，焊接量为间隙圆周长的45％。焊接后，组合坯料移至到真空装置内，抽真空至1Pa以下，在真空状态下采用离子焊接密封所述“另一端面”的剩余间隙，制成净界面复合钢坯。

组合坯料转移到螺纹钢轧钢生产车间，轧钢产线如图5所示，其中加热炉为步进梁式，轧机配置为8架粗轧机组、6架中轧机组和4架精轧机组，第16架出成品，第17和18架轧机空过，其中，各道次轧机按上表1配置孔型，其中第1架轧机为椭圆孔型、第2架轧机为圆孔型，第3架轧机为箱型孔，第16架成品轧机横肋槽横肋高度为2.0mm，横肋顶宽为1.4mm，横肋斜角为47°，横肋槽顶部倒成圆角。轧制前按表1设定各道次延伸系数，设置第一道次压下量为48mm，第二道次压下量为42mm。在所述粗轧和中轧中，对所述轧制采用的电机进行级联调速，使得N架次咬入的同时，N-1架次电机电流载荷值波动不大于2.5％(共计16架次)，N架次的电流为该架次电机额定允许最大值的80％-90％，以保证道次间处于微张力状态。所述精轧中，采用的活套高度值比采用的起套轮的高度值大15％，起套轮高度值与实施例1相同，以控制精轧道次间处于无张力状态。

钢坯在预热段的加热温度为600-650℃、加热段的加热温度为1120-1135℃，均热段的加热温度为1175-1190℃，坯料总加热时间130min，加热段时间为40min，均热段时间为55min。钢坯在粗轧第1架轧机的入口温度为1080℃，轧制过程，第1-4架机轧机在过钢过程关闭冷却水，过钢结束后开启冷却水，终轧温度范围为1035-1050℃，钢筋轧后先通过穿水器进行控制冷却，穿水器水压在1.2-1.4MPa，然后上冷床温度范围为955-965℃。组合坯料轧制成直径25mm、定尺长12m规格的不锈钢复合钢筋。

本实施例制得的复合钢筋无分层、耳子、露点钢等质量缺陷。

实施例3

用轧制圆钢坯作芯材坯料制备500MPa级直径25mm规格不锈钢复合钢筋。用于制备轧制圆钢坯的连铸坯断面为325mm×420mm，钢牌号为HRB500E，连铸坯经大棒轧机轧制成直径158mm、长10m的圆钢坯。圆钢坯用修磨机进行扒皮处理，去除表面黑皮，扒皮深度为1.1-1.3mm，修磨后，圆钢坯直径为155.1-155.5mm，每米弯曲度为0.2mm，总弯曲度为0.05％。

用316型不锈钢无缝管作套管，钢管长度10mm、外径168mm、内径156mm、壁厚6mm。

圆钢坯表面和不锈钢管内壁分别进行酸洗处理和丙酮清洗处理，清洗干净表面的锈蚀、油污等粘附物。用压力装配机采用压入法，把圆钢坯套入到不锈钢管内，形成组合坯料，测量圆钢坯与不锈钢管内壁之间的间隙为0.2-0.4mm。用电子束熔合设备在大气环境下焊接组合坯料一个端面圆钢坯与不锈钢管内壁之间的间隙，保证焊接密封；另一端面的间隙按圆周分成四等分，沿同一方向分别焊接四等分点周边的间隙，焊接量为间隙圆周长的35％。焊接后，组合坯料移至到真空装置内，抽真空至1Pa以下，在真空状态下采用离子焊接密封上述“另一端面”的剩余间隙，制成净界面复合钢坯。

组合坯料转移到螺纹钢轧钢生产车间，轧钢产线如图5所示，其中加热炉为步进梁式，轧机配置为8架粗轧机组、6架中轧机组和4架精轧机组，第16架出成品，第17和18架轧机空过，其中，各道次轧机按上表1配置孔型，其中第1架轧机为椭圆孔型、第2架轧机为圆孔型，第3架轧机为箱型孔，第16架成品轧机横肋槽横肋高度为2.0mm，横肋顶宽为1.4mm，横肋斜角为47°，横肋槽顶部倒成圆角。轧制前按表1设定各道次延伸系数，设置第一道次压下量为48mm，第二道次压下量为42mm。在所述粗轧和中轧中，对所述轧制采用的电机进行级联调速，使得N架次咬入的同时，N-1架次电机电流载荷值波动不大于3％(N为初、中轧的轧制道次数：1～14)，N架次的电流为该架次电机额定允许最大值的80％-90％，以保证道次间处于微张力状态。所述精轧中，采用的活套高度值比采用的起套轮的高度值大20％，起套轮高度值与实施例1相同，以控制精轧道次间处于无张力状态。

钢坯在预热段的加热温度为600-700℃、加热段的加热温度为1120-1135℃，均热段的加热温度为1170-1190℃，坯料总加热时间135min，加热段时间为40min，均热段时间为60min。钢坯在粗轧第1架轧机的入口温度为1095℃，轧制过程，第1-4架机轧机在过钢过程关闭冷却水，过钢结束后开启冷却水，终轧温度范围为1040-1055℃，钢筋轧后先通过穿水器进行控制冷却，穿水器水压在1.2-1.4MPa，然后上冷床温度范围为950-960℃。组合坯料轧制成直径25mm、定尺长12m规格的不锈钢复合钢筋。

本实施例制得的复合钢筋无分层、耳子、露点等质量缺陷。

实施例4

按照实施例1的方法进行，不同的是，所述粗轧中，第1-4架机轧机在过钢过程不关闭冷却水。

本实施例轧制过程，钢坯在第1-4道次间淋水处部分出现变黑、鼓起，钢筋的强度和塑性性能变差。

测试例

以实施例1制得的复合钢筋为例分析其微观组织，其显微图如图6所示。

对上述实施例制备的不锈钢复合钢筋分别检测两个试样，按照GB/T 36707-2018进行力学性能测试，结果如下表2所示。

表2

从上述结果以及图6和表2可以看出，采用本发明的实施例制得的复合钢筋，不锈钢包覆层能够将芯部碳钢完全包裹，结合面无微观间隙、无夹渣，实现很好的冶金结合，不锈钢包覆层厚度均匀，并具有优异的力学性能，且连续，弯曲度低，无空洞、耳子、露点、倒钢等质量缺陷。而现有技术按常规螺纹钢工艺进行轧制，轧制的复合钢筋出现“耳子”等缺陷。

进一步的，通过实施例1和实施例4可知，采用本发明的优选方案，能够对双金属进行更好的轧制，防止其结合面间隙扩展，更能促进冶金结合，获得更好的效果。

Claims (11)

1.一种制备不锈钢复合钢筋的方法，该方法包括：将碳钢圆坯和不锈钢管进行真空净界面组坯，制成以碳钢为芯材、表面包覆不锈钢的复合钢坯，然后将所述复合钢坯依次进行加热和轧制，所述轧制包括粗轧、中轧、精轧，其特征在于，

所述粗轧中，第一道次和第二道次中分别控制孔型宽度与宽展值，使得延伸系数在1.23-1.35；

在所述粗轧和中轧中，对所述轧制采用的电机进行级联调速，使得N架次咬入的同时，N-1架次电机电流波动值不大于3％，以保证道次间处于微张力状态；

所述精轧中，采用的活套高度值比采用的起套轮的高度值大10％-20％，以控制精轧道次间处于无张力状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述粗轧中，第一道次和第二道次分别采用椭圆孔型和圆孔型，第一道次的压下量为复合钢坯直径值的25％-30％，第二道次的压下量为轧制第一道次后轧件宽度值的30％-35％。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述粗轧中，控制轧辊冷却使得粗轧前至少4个机架的冷却水不淋到复合坯料上。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述精轧中，控制横肋高度h为碳钢螺纹钢筋标准对应规格下限值的1.2-1.3倍，横肋斜角α为碳钢螺纹钢筋标准对应规格下限值的1.1-1.2倍。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述精轧中，最后道次中控制孔型使得所得复合钢筋的结构还满足：横肋顶部为圆弧角_。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述轧制的条件包括：开轧温度为1030-1095℃，终轧温度为950-1055℃。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，该方法还包括：在所述轧制之后成品通过穿水器进行冷却，穿水器水压在1.2-1.4MPa，且控制成品上冷床温度为930-970℃。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的方法，其中，所述加热包括预热段、加热段和均热段，所述预热段温度在700℃以下，所述加热段温度在1100-1230℃，所述均热段温度在1150-1200℃，总加热时间在100min以上；所述加热段时间在30min以上，所述均热段时间在30min以上。

9.根据权利要求1-7中任意一项所述的方法，其中，所述真空净界面组坯的过程包括：将所述碳钢圆坯套入所述不锈钢管内，得到组合钢坯，然后将所述组合钢坯进行真空焊接密封；

且所述真空焊接密封的方式包括：先将所述组合钢坯一端面的双金属接触面的缝隙焊接密封，另一端面的缝隙沿圆周方向分成若干等分，分别焊接各等分处的缝隙，焊接量为各等分的缝隙圆周长的30-50％；然后抽真空至1Pa以下，在真空状态下继续焊接密封各等分的剩余缝隙；

另一端面的缝隙沿圆周方向分成四等分。

10.一种不锈钢复合钢筋，其特征在于，所述复合钢筋是通过权利要求1-9中任意一项所述的方法制备得到的，所述碳钢和不锈钢的界面呈冶金结合，不锈钢包覆层的厚度≥300μm，所述复合钢筋的直径为16-30mm。

11.根据权利要求10所述的不锈钢复合钢筋，其中，所述碳钢芯材为HRB400E芯材时，所述复合钢筋满足：屈服强度为430-500MPa，抗拉强度为620-680MPa，延伸率≥25％，最大力总伸长率≥16％，强屈比≥1.3；

和/或，所述碳钢芯材为HRB500E芯材时，所述复合钢筋满足：屈服强度为530-580MPa，抗拉强度为680-720MPa，延伸率≥23％，最大力总伸长率≥13％，强屈比≥1.28。