CN207161484U - 一种双层复合螺栓 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种双层复合螺栓，所述双层复合螺栓沿径向方向包括碳钢芯层、NiCrP合金中间层和耐蚀合金外层，所述双层复合螺栓沿轴向方向包括螺纹段、端头以及螺纹段和端头之间的连接段，所述螺纹段的直径为6～100mm。该双层复合螺栓兼具高耐蚀和高强度的特点，可以广泛应用于海洋、化工等腐蚀性环境中需要高强度螺栓连接的场合。
Description
技术领域
本实用新型属于紧固件技术领域，尤其涉及一种双层复合螺栓。
背景技术
螺栓是日常生活当中和工业生产制造当中必不可上的紧固件和连接件，螺栓也被称为工业之米。螺栓在工业上负有重要任务，只要地球上存在着工业，则螺栓之功能永远重要。随着海洋开发以及化工的发展，环境的腐蚀性越来越强，大量的螺栓因生锈而导致设备无法拆卸。目前的高强度螺栓主要采用碳钢材料生产，螺栓的锈蚀是导致许多设备失效的重要原因之一。另外，螺栓的强度不够导致的断裂也是导致许多设备失效的重要原因之一，因此，有必要开发兼具高耐蚀和高强度的新型螺栓。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种兼具高耐蚀和高强度的双层复合螺栓。
为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：
所述双层复合螺栓沿径向方向包括碳钢芯层、NiCrP合金中间层和耐蚀合金外层，所述双层复合螺栓沿轴向方向包括螺纹段、端头以及螺纹段和端头之间的连接段，所述螺纹段的直径为6～100mm。
优选地，所述耐蚀合金外层的材质包括不锈钢、哈氏合金或TC4钛合金。
优选地，所述NiCrP合金中间层的厚度为10～100μm，所述耐蚀合金外层的厚度为1～3mm。
优选地，所述连接段连接端头一端的直径大于连接段连接螺纹段一端的直径。
优选地，所述连接段连接端头一端的直径与连接段连接螺纹段一端的直径相等。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
1、本实用新型的复合螺栓，由于外表面为耐蚀合金层，在使用过程中，不会发生腐蚀现象，大大降低了螺栓在使用过程中因为腐蚀而导致的脱落及无法拆卸的问题。另外，由于中间合金层的强度较高，高于原来碳钢层的强度，碳钢芯层和耐蚀合金外层通过NiCrP合金中间层冶金结合所得的螺栓抗拉强度高，螺纹段的抗剪切强度也大幅提高，并且能够大批量生产，从而降低了生产成本，可取代传统的碳钢螺栓，使用耐蚀性及安全性能大大提高。
附图说明
图1为本实用新型实施例1的双层复合螺栓纵断面剖视图。
图2为图1的局部放大图。
具体实施方式
以下结合具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述，但并不因此而限制本实用新型的保护范围。
一种本实用新型的双层复合螺栓，如图1和2所示，沿径向方向包括45#碳钢芯层1、NiCrP合金中间层2和316L不锈钢外层3，45#碳钢芯层1和316L不锈钢外层3通过NiCrP合金中间层2冶金结合。该双层复合螺栓沿轴向方向包括螺纹段、端头以及螺纹段和端头之间的连接段；连接段连接端头一端的直径与连接段连接螺纹段一端的直径相等。
本实施例中，45#碳钢芯层1的直径为14mm，NiCrP合金中间层2的厚度为0.2mm，316L不锈钢外层3的厚度为2mm。
一种本实施例的双层复合螺栓的制备方法，包括以下步骤：
(1)选用现有轧钢工艺制备出的45#碳钢圆钢，长度5m，直径14mm的圆棒；用质量分数为10％的氢氧化钠溶液前处理，接着在70℃水温下，对钢坯材料表面油污进行前清洗，浸泡时间为10min。再用质量分数为10％的HCl水溶液在常温下浸蚀20min，去除钢坯表面氧化皮。最后用去离子水冲洗烘干，保持干燥，采用电镀NiCrP工艺在经上述处理后的碳钢表面制备一层0.2mm厚的NiCrP预合金化层。
电镀NiCrP合金工艺如下：
电镀液成分及含量如下：NiCl2：25g/L，CrCl3 ●6H2O：80g/L，H3PO3：20g/L，H3PO4：20g/L，电镀液pH为1；电镀温度：40℃；电流密度：3A/dm2。
(2)将316L不锈钢板经过清洗、除油、干燥、卷管、焊接的步骤制成长度为5m，内径14.5mm，外径16.5mm的316L不锈钢管。
(3)将步骤(1)预合金化后的碳钢套设在步骤(2)的316L不锈钢管中，制成螺栓预坯料。
(4)使用步进炉加热对螺栓预坯料进行加热，加热至1000℃，使中间冶金层熔化扩散。将高温下的螺栓预坯料通过现有的轧制工艺轧制，实现钛/铝复合耐蚀合金与碳钢的冶金复合，得到高耐蚀复合圆棒，把高耐蚀复合圆棒裁断成符合螺栓长度要求的棒料，得到螺栓坯料。
(5)将步骤(4)所得的螺栓坯料加热至1000℃保温0.5小时，再滚压连接段；
(6)滚压成型后，使用温镦机镦出端头；
(7)加工螺纹；
(8)调质处理，得到双层复合螺栓。
按上述方法生产的双层复合螺栓，中间为碳钢芯棒，外部为316L不锈钢的形成的耐蚀合金层，可以达到不锈钢的耐蚀性同时保持碳钢的高强度。不仅工艺简单，而且所得的复合螺栓外形美观，且性能良好，其抗拉强度σb＝850MPa，比45钢调质处理得到的螺栓强度高，且在质量百分比浓度为3.5％的NaCl溶液中的腐蚀速率小于0.05mm/a。
实施例2：
一种本实用新型的双层复合螺栓，沿径向方向包括45#碳钢芯层、NiCrP合金中间层和HASTELLOY B-2哈氏合金外层，45#碳钢芯层和HASTELLOY B-2哈氏合金外层通过NiCrP合金中间层冶金结合。该双层复合螺栓沿轴向方向包括螺纹段、端头以及螺纹段和端头之间的连接段；连接段连接端头一端的直径大于连接段连接螺纹段一端的直径。
本实施例中，45#碳钢芯层的直径为25mm，NiCrP合金中间层的厚度为0.2mm，316L不锈钢外层的厚度为2mm。
一种本实施例的双层复合螺栓的制备方法，包括以下步骤：
(1)选用现有轧制工艺制备出的45#钢圆钢钢筋，长度5m，直径25mm；用质量分数为10％的氢氧化钠溶液前处理，再在70℃水温下，对钢坯材料表面油污进行前清洗，浸泡时间为15min。再用质量分数为10％的HCl水溶液在常温下浸蚀20min，去除钢坯表面氧化皮。最后用去离子水冲洗烘干，保持干燥。采用电镀NiCrP工艺在上述处理后的碳钢表面制备一层0.2mm厚的NiCrP预合金化层。
电镀NiCrP合金工艺如下：
电镀液成分及含量如下：NiCl2：35g/L，CrCl3 ●6H2O：100g/L，H3PO3：30g/L，H3PO4：30g/L；电镀液pH：2；电镀温度T：60℃；电流密度：9A/dm2；
(2)将HASTELLOY B-2哈氏合金板经过清洗、除油、干燥、卷管、焊接的步骤制成长度为5m，内径25.5mm，外径为27.5mm的哈氏合金管。
(3)将步骤(1)预合金化后的碳钢套设在步骤(2)的哈氏合金管中，制成螺栓预坯料。
(4)使用步进炉加热对螺栓预坯料进行加热，加热至1100℃，使中间冶金层熔化扩散。将高温下的螺栓预坯料通过现有的轧制工艺轧制，实现钛/铝复合耐蚀合金与碳钢的冶金复合，得到高耐蚀复合圆棒，把高耐蚀复合圆棒裁断成符合螺栓长度要求的棒料，得到螺栓坯料。
(5)将步骤(4)所得的螺栓坯料加热至1030℃下保温0.5小时，再滚压连接段，具体方法为：使用三个均由动力装置驱动的锥形辊，三个锥形辊之间形成滚压腔，滚压腔具有与锤头的锥孔相同的锥度，将棒料放置于滚压腔内，棒料的直径大于锤头的锥孔大端的直径，滚压时，三个锥形辊带动棒料转动并且给予棒料一挤压力，使得棒料沿轴向延伸，形成锥度；
(6)滚压成型后，使用温镦机镦出端头；
(7)加工螺纹；
(8)调质处理，得到复合螺栓。
按上述方法生产的双层复合耐腐蚀螺栓，芯层为碳钢芯棒，外部为哈氏合金形成的耐蚀合金层，可以达到哈氏合金的耐蚀性，同时保持碳钢的高强度，生产方法简单，外形美观，性能优良，其抗拉强度σb＝830MPa,在质量百分比浓度为3.5％的NaCl溶液中的腐蚀速率小于0.01mm/a。
实施例3：
一种本实用新型的双层复合螺栓，沿径向方向包括Q235碳钢芯层、NiCrP合金中间层和TC4钛合金外层，Q235碳钢芯层和TC4钛合金外层通过NiCrP合金中间层冶金结合。该双层复合螺栓沿轴向方向包括螺纹段、端头以及螺纹段和端头之间的连接段；连接段连接端头一端的直径大于连接段连接螺纹段一端的直径。
本实施例中，Q235碳钢芯层的直径为14mm，NiCrP合金中间层的厚度为0.2mm，TC4钛合金外层的厚度为2mm。
一种本实施例的双层复合螺栓的制备方法，包括以下步骤：
(1)选用现有轧钢工艺制备出的Q235碳钢钢筋，长度为5m，直径14mm；用质量分数为10％的氢氧化钠溶液前处理，再在70℃水温下，对钢坯材料表面油污进行前清洗，浸泡时间为20min。再用质量分数为10％的HCl水溶液在常温下浸蚀20min，去除钢坯表面氧化皮。最后用去离子水冲洗烘干，保持干燥。采用电镀NiCrP工艺在前处理后的碳钢表面制备一层0.2mm厚的NiCrP预合金化层。
电镀NiCrP合金工艺如下：
电镀液成分及含量如下：NiCl2：15g/L，CrCl3 ●6H2O：60g/L，H3PO3：10g/L，H3PO4：10g/L；电镀液pH：3；电镀温度：80℃；电流密度：15A/dm2；
(2)将TC4钛合金板经过清洗、除油、干燥、卷管、焊接的步骤制成长度为5m，内径54.5mm，外径为56.5mm的TC4钛合金管。
(3)将步骤(1)预合金化后的碳钢套设在步骤(2)的TC4钛合金管中，制成螺栓预坯料。
(4)使用步进炉加热对螺栓预坯料进行加热，加热至1200℃，使中间冶金层熔化扩散。将高温下的螺栓预坯料通过现有的轧制工艺轧制，实现钛/铝复合耐蚀合金与碳钢的冶金复合，得到高耐蚀复合圆棒，把高耐蚀复合圆棒裁断成符合螺栓长度要求的棒料，得到螺栓坯料。
(5)将步骤(4)所得的螺栓坯料加热至1050℃下保持0.5小时，再滚压连接段，具体方法为：使用三个均由动力装置驱动的锥形辊，三个锥形辊之间形成滚压腔，滚压腔具有与锤头的锥孔相同的锥度，将棒料放置于滚压腔内，棒料的直径大于锤头的锥孔大端的直径，滚压时，三个锥形辊带动棒料转动并且给予棒料一挤压力，使得棒料沿轴向延伸，形成锥度；
(6)滚压成型后，使用温镦机镦出端头；
(7)加工螺纹；
(8)调质处理，得到双层复合螺栓。
按上述方法生产的双层复合耐腐蚀螺栓，中间为碳钢芯棒，外部为钛合金形成的耐蚀合金层，可以达到钛合金的耐蚀性，同时保持碳钢的高强度，生产方法简单，外形美观，性能优良，其抗拉强度σb＝880MPa,在质量百分比浓度为3.5％的NaCl溶液中的腐蚀速率小于0.003mm/a。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。
Claims (5)
1.一种双层复合螺栓，其特征在于，所述双层复合螺栓沿径向方向包括碳钢芯层、NiCrP合金中间层和耐蚀合金外层，所述双层复合螺栓沿轴向方向包括螺纹段、端头以及螺纹段和端头之间的连接段，所述螺纹段的直径为6～100mm。
2.根据权利要求1所述的双层复合螺栓，其特征在于，所述耐蚀合金外层的材质包括不锈钢、哈氏合金或TC4钛合金。
3.根据权利要求2所述的双层复合螺栓，其特征在于，所述NiCrP合金中间层的厚度为10～100μm，所述耐蚀合金外层的厚度为1～3mm。
4.根据权利要求1～3任一项所述的双层复合螺栓，其特征在于，所述连接段连接端头一端的直径大于连接段连接螺纹段一端的直径。
5.根据权利要求1～3任一项所述的双层复合螺栓，其特征在于，所述连接段连接端头一端的直径与连接段连接螺纹段一端的直径相等。
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