一种填芯钢管/填芯钢筋及其制备方法技术

一种填芯钢管/填芯钢筋及其制备方法，属于金属轧制产品开发领域。该填芯钢管/填芯钢筋由外层金属材料和内层填芯料复合而成，外层金属材料为普通的钢管或钢筋成分，内层填芯料为砂石、铁渣粉、矿渣粉或木质粉末的一种，填芯料粒度为100～3000微米。其制备方法为钢带逐步卷曲成圆，与此同时填芯料进入到正在卷曲成圆的钢带中制得毛管，毛管经焊接后，再通过粗轧机组轧制使芯部的填芯料得到紧实，通过精轧机组轧制获得符合尺寸要求的成品。本发明专利技术制得的填芯金属钢管或填芯钢筋质量更轻，性能更好，制备过程能源消耗更少，能生产出满足市场需求的填芯钢管/填芯钢筋，用于护栏钢筋和建筑结构用的箍筋，建筑用的脚手架和立柱管等使用领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属轧制产品开发领域，特别涉及。
技术介绍
钢管广泛应用于各类结构、输送流体和粉状固体、交换热能、制造机械零件和容器，是一种经济钢材。用钢管制造建筑结构网架、支柱和机械支架，可以减轻重量，节省金属，而且可实现工厂化、机械化施工。钢管按横断面形状可分为:圆钢管和异形钢管，按制管材质(即钢种)可分为:碳素管和合金管、不锈钢管等，按生产工艺可分为焊接管(按焊缝的形式又分为直缝焊管和螺旋焊管)和无缝管。钢筋广泛应用于各种建筑结构，主要包括光圆钢筋、带肋钢筋、扭转钢筋等。按在结构中的作用可分为受压钢筋、受拉钢筋、架立钢筋、分布钢筋、箍筋等。其中，配置在钢筋混凝土结构中的钢筋，按其作用可分为受力筋、箍筋、架力筋、分布筋和其它构造筋。按照生产工艺的不同，钢筋又可分为热轧钢筋、冷轧钢筋、冷拉钢筋，还有经热处理而成的热处理钢筋。在节能减排、行业转型升级的背景下，建筑、汽车、家电、集装箱、工程机械等用钢行业都提出了节约使用钢材、提高钢的使用价值，用最少的碳排放，实现价值最大化的目标，对钢材提出了高强度、耐腐蚀、轻量化、长寿命、可回收的要求。根据钢管在不同使用场合对其性能要求的差异，在有些场合如建筑脚手架用管，如果能将中空钢管替换为带非金属芯的钢管，即由内外两层不同材料组成，外层是钢，内层是非金属、轻质充填物构成的填芯钢管，在满足重量相同的条件下，因采用实芯钢管代替中空钢管，既能使钢管壁厚减薄，节约金属的使用量，又可提高其抗弯曲和抗压扁能力。根据钢筋在不同使用场合对其性能要求的差异，在有些场合如建筑用箍筋，如果能将实心金属钢筋替换为非金属芯钢筋，即由内外两层不同材料组成，外层是钢，内层是非金属充填物构成的填芯钢筋，在同样满足弯曲和反弯曲等使用性能要求的条件下，因采用低成本材料来部分代替金属可使钢筋轻量化，节约金属的使用、减轻重量。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种填芯钢管/填芯钢筋，该填芯钢管/填芯钢筋由外层金属材料和内层填芯料复合而成，外层金属材料为普通的钢管或钢筋成分，内层填芯料为沙石、铁渣粉、矿渣粉或木质粉末的一种，填芯料粒度为100?3000微米。本专利技术的一种填芯钢管/填芯钢筋内外两层的作用和设计依据如下:金属外层:外层金属通过其良好的塑性变形能力，获得填芯钢管和填芯钢筋在使用过程中需具备的弯曲和反弯曲等能力；填芯料内层:内层填芯料主要是提高空心管材的刚度，获得良好的抗压扁性能和抗弯曲性能。综合性能:通过金属外层和填芯料内层占断面面积百分比的不同而进行调节，使其性能高于相同单位重量的传统实心钢筋，也高于空心管材。本专利技术的填芯钢管/填芯钢筋的制备方法为:钢带逐步卷曲成圆，与此同时填芯料进入到正在卷曲成圆的钢带中制得毛管，毛管经焊接后，再通过粗轧机组轧制使芯部的填芯料得到紧实，通过精轧机组轧制获得符合尺寸要求的成品。本专利技术的填芯钢管/填芯钢筋的制备方法，具体包括如下步骤:步骤一:选取原料钢带和填芯料选取原料钢带，选取填芯料；步骤二:带材冷弯成型过程中加入填芯料原料钢带经过纵剪达到所需要的宽度，纵剪后钢带经过辊弯成π到5/3π之间的某一弧度时开始加入所选取的填芯料，填芯料通过填料仓、注入通道和流量控制阀等进入到正在辊弯过程的毛管中；在钢带继续卷曲成圆的过程中，填芯料逐渐将其充满，通过振动填实，填充过程合格的判断标准是在钢带完全成圆后填芯料刚好溢出，直至获得直径10?200mm填芯管材毛管；步骤三:对填芯毛管缝隙处进行焊接，成为带有填芯料的荒管；步骤四:焊接好的荒管在粗轧机组中进行常温冷轧，各机架轧制时管材的延伸系数为1.1?1.5 ;各机架的轧制速度范围为0.5?15m/s,获得粗轧后的毛管；步骤五:对粗轧后的毛管进行中间退火处理，退火温度为700?900°C，消除加工硬化，为毛管进入精轧机组轧制做准备；步骤六:中间退火后的毛管在精轧机组中进行减径、定径轧制，轧制温度为100?300°C，各机架轧制时管材的延伸系数为1.1?1.5，轧制速度为2?llm/s，直到获得满足最终尺寸的成品；步骤七:进行成品退火，退火温度为700?900°C，消除加工硬化；步骤八:将退火后满足使用要求的成品分为二种情况处理:(I)直径大于等于11_的产品称为填芯钢管，退火后切断，包装、入库；(2)直径小于Ilmm的产品称为填芯钢筋，退火后收集成卷，入库。上述的粗轧机组的电机功率20?120kW，精轧机组的电机功率20?200kW。粗轧机组或精轧机组为如下两种机型的一种:(a)紧凑式平立交替二辊轧机，孔型为传统的椭圆-圆交替布置；(b)三辊Y型Kocks轧机，孔型为由三个互成120°的轧辊组合成的圆，相邻机架间角度相差180°。本专利技术的填芯钢管/填芯钢筋的制备方法有三个技术关键点:(I)加入填芯料:对填芯料的流量控制要求严格，目标是填充物适度充满，减少溢出；(2)粗轧机组轧制:粗轧的作用是压实充填物，在粗轧过程中，由于外部金属和内部填充物的塑性变形能力差异，填芯管材的体积发生变化时，不再遵循传统的秒流量相等的原则，需要建立新的连轧关系，速度匹配关系以及张力控制；(3)精轧机组轧制:精轧机组轧制的目标是得到满足尺寸要求、产品精度、性能和表面质量的成品，此过程轧制的难点是控制连轧的堆拉关系。本专利技术的填芯钢管/填芯钢筋，采用非金属、轻质、低成本的材料填充芯部，可降低传统钢管或实心钢筋中金属的用量、减轻其重量、降低生产成本，来源广泛、既经济又可回收。本专利技术制备的填芯钢筋可用于护栏钢筋和建筑结构用的箍筋，其中箍筋是用来满足斜截面抗剪强度，并联结受拉主钢筋和受压区混凝土使其共同工作，是用来固定主钢筋的位置而使梁内各种钢筋构成钢筋骨架，是梁和柱抵抗剪力配置的环形(包括圆形和矩形)钢筋，将上部和下部的钢筋固定起来，同时抵抗剪力。与相等钢材面积的实心圆形断面钢筋相比，本专利技术的填芯钢筋的断面承载模量大幅度提高；在承载模量相同的条件下，可以大幅度节省钢材。本专利技术制备的填芯钢管可用作建筑用的脚手架等领域。脚手架是施工现场为工人操作并解决垂直和水平运输而搭设的各种支架，常用在建筑外墙、内部装修或层高较高无法直接施工的地方，便于施工人员上下干活或外围安全网维护及高空安装构件等。现在广泛使用的脚手架为空心脚手架，填芯钢管则可以在相同金属壁厚条件下通过内部的砂石芯，来提高钢管的抗压扁能力和抗弯曲能力，或者是在相同的抗压扁能力和抗弯曲能力的基础上减薄金属壁厚，节约金属。本专利技术的填芯钢管还可用于立柱管等使用场合。依照本专利技术填芯钢管/填芯钢筋的制备方法，已经成功制备出了不同规格的填芯钢管/填芯钢筋成品，说明此种制备方法的可行性很强，其有如下优点:(I)沙石、铁渣粉、矿渣粉、木质粉末都可以作为填芯料，其价格低廉；(2)钢管卷圆与填芯同时进行，简化了生产工艺，提供了一种制备复合材料的高效途径；(3)生产设备简单，工艺流程短，生产成本低，产品用途广；(4)本专利技术制备方法制备的填芯管材，可以在满足产品性能要求的前提下明显减少钢材的用量，从而节约了能源，减少了二氧化碳的排放，提高了钢材的利用率，属于环境友好型的新产品。【附图说明】图1本专利技术实施例1的填芯钢管制备过程横断面变化示意图；图2本专利技术实施例填芯钢筋生产装置示意图；其中，1:焊管机组；2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种填芯钢管/填芯钢筋，其特征在于，所述的填芯钢管/填芯钢筋由外层金属材料和内层填芯料复合而成，内层填芯料为沙石、铁渣粉、矿渣粉或木质粉末的一种，填芯料粒度为100～3000微米。

【技术特征摘要】
1.一种填芯钢管/填芯钢筋，其特征在于，所述的填芯钢管/填芯钢筋由外层金属材料和内层填芯料复合而成，内层填芯料为沙石、铁渣粉、矿渣粉或木质粉末的一种，填芯料粒度为100?3000微米。2.如权利要求1所述的填芯钢管/填芯钢筋，其特征在于，所述的外层金属材料为普通的钢管或钢筋成分。3.如权利要求2所述的填芯钢管/填芯钢筋，其特征在于，所述的外层金属材料为低碳钢。4.如权利要求1所述的填芯钢管/填芯钢筋，其特征在于，所述的填芯料为细干沙，粒度为100?3000微米。5.如权利要求1所述的填芯钢管/填芯钢筋的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤一:选取原料钢带和填芯料 选取原料钢带，选取填芯料； 步骤二:带材冷弯成型过程中加入填芯料 原料钢带经过纵剪达到所需要的宽度，纵剪后钢带经过辊弯成η到5/3π之间的某一弧度时开始加入所选取的填芯料，填芯料通过填料仓、注入通道和流量控制阀等进入到正在辊弯过程的毛管中；在钢带继续卷曲成圆的过程中，填芯料逐渐将其充满，通过振动填实，填充过程合格的判断标准是在钢带完全成圆后填芯料刚好溢出，直至获得直径10?200mm填芯管材毛管； 步骤三:对填芯毛管缝隙处进行焊接，成为带有填芯料的荒管； 步骤四:焊接好的荒管在粗轧机组中进行常温冷轧，各机架轧制时管材的延伸系数为1.1?1.5 ;各机架的轧...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘相华，高海涛，彭良贵，董学新，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21