一种冶金结合双金属不锈钢覆层钢筋及制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种冶金结合双金属不锈钢覆层钢筋及制备工艺，包括碳钢芯部和不锈钢覆层，其复合成型工艺包括采用感应加热器对外层不锈钢管进行整体加热到600～1000℃，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双金属复合坯料；将熔铸好的所述双金属坯料进行热轧成覆层双金属圆钢和螺纹钢。所述不锈钢层和碳钢芯的冶金结合界面由熔铸形成，具有结合强度高、工艺性能优良，组织致密，质量好，工序少，成本低，效率高等优点。本发明专利技术采用双金属钢筋替代整体不锈钢钢筋，在保证钢筋抗腐蚀特性的前提下，不仅节省不锈钢材料，降低工程成本，还有效提高钢筋的强度，减少了资源和能源的浪费和环境的污染，具有广阔的应用前景。

Metallurgical combined double metal stainless steel cladding steel bar and preparation process thereof

The invention discloses a double metal cladding of stainless steel reinforcement and a preparation technology of metallurgical combination, including carbon steel core and stainless steel cladding, the composite molding process including the use of induction heater outer stainless steel tube for overall heating to 600 to 1000 DEG C, poured into the inner layer of carbon steel casting liquid metal, coated metallurgical interface was made with the double metal composite billet; good will cast the double metal billet is rolled into double cladding metal bar and steel. The metallurgical bonding interface between the stainless steel layer and the carbon steel core is formed by casting and casting, and has the advantages of high bonding strength, good technical performance, compact structure, good quality, little process, low cost and high efficiency. Double metal reinforcedalternative whole stainless steel bar of the invention, under the premise of ensuring steel corrosion resistance, not only saves the stainless steel materials, reduce project cost, but also improve the strength of steel, reduce the waste of resources and energy and environmental pollution, and has broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种冶金结合双金属不锈钢覆层钢筋及制备工艺
本专利技术涉及一种金属复合材料，尤其涉及一种冶金结合双金属不锈钢覆层钢筋及制备工艺。
技术介绍
钢筋混凝土通常采用普通碳素钢筋为骨架。通常情况下普通碳素钢筋在混凝土中具有较好的耐蚀性，这是因为钢筋在高碱性环境中会形成致密的钝化膜，这层致密的钝化膜会阻止腐蚀的发生和发展。但一旦混凝土中的氯离子浓度超过某个临界值时，则这层钝化膜稳定性会急剧下降甚至被击穿，最终将导致钢筋发生明显腐蚀，腐蚀产物的膨胀作用导致结构的性能退化，则加速钢筋混凝土结构的失效，严重缩短了结构的服务寿命。因此，普通碳素钢筋的致命弱点是在自然条件下抗锈蚀能力差，在腐蚀环境下极易被锈蚀等缺点。特别是在沿海、沿江、水下、水边等湿度高的地方更容易氧化腐蚀，而且随着时间推移，氯盐对混凝土中钢筋的腐蚀加剧，从而导致钢筋混凝土结构发生耐久性失效，严重影响建筑物的使用寿命和安全性。钢筋锈蚀是导致钢筋混凝土结构耐久性失效的主要原因之一。在混凝土结构中，由钢筋的锈蚀而引起的混凝土开裂和剥落从而引起混凝土结构的过早破坏，降低结构使用寿命的问题已引起建筑工程师的极大关注。尤其是在碳、硫化物、氯化物含量较高的环境下的工业与民用建筑物中，以及海洋附近的建筑物及用盐除冰的道路桥梁和使用氯盐融雪剂的寒冷地区，这个问题尤为突出。随着人类对海洋资源的开发，在海洋环境服役的钢筋混凝土设施处于高浓度的氯离子环境，因此导致的钢筋锈蚀诱发的结构耐久性急剧下降问题日益严峻。已经成为困扰科研工作者的世界性问题。面对来自环境的挑战，为了延缓钢筋的腐蚀速率，解决腐蚀引起的问题，工程师和科学家们对许多技术进行了研究，并针对不同的腐蚀环境已研究出许多抗腐蚀的方法和材料。如中国公开号为CN101144136的专利“一种含钒高强度耐腐蚀钢筋用钢及其生产工艺”，其合金元素按重量百分比（%）计为，0.17-0.24C、0.55-0.75Si、1.35-1.50Mn、0.04-0.10V、0.04-0.10Re，其余为Fe和杂质元素。中国公开号为CN101144137的专利“一种含铌高强度耐腐蚀钢筋用钢及其轧制工艺”，其合金元素按重量百分比(%)计为，0.17-0.24C、0.55-0.75Si、1.35-1.50Mn、0.02-0.04Nb、0.04-0.10％Re，其余为Fe和杂质元素。上述两个专利技术的钢筋与普通钢筋相比，在氯盐、工业大气等环境下具有更好的耐腐蚀性能，生产成本低、生产工艺简单。通过优化碳钢钢筋的合金成分，虽然能够提高其耐腐蚀性能，但提高有限，难以达到不锈钢钢筋的效果。不锈钢耐蚀钢筋，特别是双相不锈钢钢筋，具有优异的耐高氯环境腐蚀性能，在世界上大部分海洋环境安全服役的预测寿命超过百年。因此不锈钢钢筋在一些重要的结构中，如海边的桥梁、钢结构大楼、立交桥、港口、海防工程等建筑工业中获得了广泛的应用，并得到了迅速的发展，且用量将会越来越多。全不锈钢材质钢筋虽然提高了耐腐蚀和氧化性能、延长了建筑结构的使用寿命，但由于不锈钢高昂的制造成本和较高价格，强度较低，目前尚不可能较大范围地用于建筑行业生产钢筋混凝土，制约了其大规模应用。因此，寻找一种成本适宜且具有良好抗腐蚀和氧化性能的钢筋材料，对于提高建筑工程质量、延长使用寿命具有重要意义。不锈钢/碳钢复合金属材料是近年来发展起来的一种新兴复合材料。不锈钢覆层复合钢筋，是由经过处理的不锈钢外壳和碳钢芯组成的复合棒材，经过一定的压力加工工艺，使其产生塑性变形，从而达到所需的产品规格，并使两种材料之间达到冶金扩散结合的一种性能优越的复合钢筋。它利用碳钢基层保证材料的力学性能，利用不锈钢复合层提高材料的耐腐蚀、耐氧化等性能，既可降低生产成本，又能满足实际需求。与同规格的纯不锈钢相比，这种复合材料明显减少了不锈钢占有比例，节约贵重金属Cr，Ni等可达70%～80%。这种材料外型美观，具有不锈钢钢筋和普通钢筋的综合机械性能，有较好的持久抗腐蚀性和耐磨性，和实体不锈钢钢筋相比又具有价格低廉的特点。不锈钢复合钢筋是一种新兴的建筑复合材料。不锈钢／碳钢复合钢筋因为外部覆层使用不锈钢材料，可以有效的抵抗外部环境的腐蚀，用于提高建筑钢筋的耐腐蚀性，满足人们对建筑设计寿命的要求，芯部则采用合适的碳素结构钢，能满足工程上的力学性能要求。与普通钢筋相比，不锈钢／碳钢复合钢筋的抗腐蚀能力得到了巨大的提升；与全不锈钢钢筋相比，不锈钢／碳钢复合钢筋又有绝对的性价比优势。不锈钢复合钢筋作为一种资源节约型的产品，减少贵重金属的消耗，实现低成本和高性能的完美结合，有良好的社会效益。在生产成本方面，如果以同类型普通碳钢钢筋成本为基数1，通过对各钢种市场价格的计算对比，不锈钢／碳钢复合钢筋与全不锈钢钢筋的相对成本之比为2.7/5.5～0.49，即不锈钢／碳钢复合钢筋的成本大约相当于全不锈钢钢筋的1/2左右。可见同样性能及使用要求条件下，不锈钢／碳钢复合钢筋的成本竞争优势非常明显，并且其碳钢内芯还可以节约大量的稀有和贵重合金，使该产品符合当前绿色工艺制造和循环经济理念。有很大的应用前景。由于不锈钢／碳钢复合钢筋所具有的良好的经济效益和市场前景，使国内外一些公司和学者对不锈钢／碳钢复合钢筋进行了研究开发和生产。我国对于不锈钢覆层复合钢筋的研究和一些发达国家相比较晚，但目前在不锈钢/碳钢覆层钢筋制备工艺上的研究已经取得一定的成果，已开发成功了爆炸、冷拔、挤压、焊接、扩散等方法。随着复合技术研究工作的不断开展，近年来很多更简单、实用、高效的双金属复合工艺应运而生。就目前国内外双金属复合钢筋研究成果来看，其所制备的复合钢筋大都属于非冶金结合状态，使该材料表现出一些问题，如芯部和覆层间缺乏冶金结合，将会导致覆层过早的开裂，大大降低了材料的抗腐蚀性；材料的质量控制，如覆层厚度的不均匀，内部可能出现腐蚀，使材料长期的力学行为不明确。上述问题在短期和长期内可能造成严重后果。但由于现有的不锈钢复合钢筋生产技术一直存在着复合率低、工序成本高等方面的技术难题，我国至今鲜有企业对锈钢／碳钢复合钢筋进行大量生产，限制了该项产品的推广和研发进度。在追求资源最小消耗，效益最大获取的今天，由于不锈钢的高耐腐蚀性，在普通碳钢表面包覆不锈钢的方法越来越受到人们青睐，对此类钢筋的研究也越来越多，不锈钢／碳钢耐腐蚀复合钢筋的生产迫切需求的是找到一种能使生产效益最大化的方法。因此，寻找一种成本适宜且具有良好抗腐蚀和氧化性能的不锈钢/碳钢覆层钢筋制备工艺，对于降低建筑成本，提高建筑工程质量、延长建筑结构的使用寿命具有重要意义。因此，开发一种制造简单、成本相对低廉、性能优良的不锈钢覆层钢筋产品及制备工艺对加快不锈钢覆层钢筋的推广不但具有重要的经济意义，还具有良好的社会效益，具有广阔的市场发展前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，解决不锈钢钢筋耐腐蚀性好，但成本高；碳钢钢筋成本低，但耐腐蚀性差的问题，提供一种性价比高且具有良好的耐腐蚀和抗氧化性能的一种冶金结合双金属不锈钢覆层钢筋及制备工艺，可获得耐腐蚀性能好，成本低，可批量化生产不锈钢覆层带肋钢筋和圆钢的钢筋。一种冶金结合双金属不锈钢覆层钢筋包括外层不锈钢覆层和碳钢芯部组成；所述不锈钢覆层双金属钢筋由不锈钢覆层沿碳钢芯部金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冶金结合双金属不锈钢覆层钢筋，其特征在于：双金属不锈钢覆层钢筋包括外层不锈钢覆层和碳钢芯部组成；所述双金属不锈钢覆层钢筋由不锈钢覆层沿碳钢芯部金属外层长度方向包覆，所述不锈钢覆层与碳钢芯部金属之间为通过熔铸形成的冶金结合的熔合界面层。

【技术特征摘要】
1.一种冶金结合双金属不锈钢覆层钢筋，其特征在于：双金属不锈钢覆层钢筋包括外层不锈钢覆层和碳钢芯部组成；所述双金属不锈钢覆层钢筋由不锈钢覆层沿碳钢芯部金属外层长度方向包覆，所述不锈钢覆层与碳钢芯部金属之间为通过熔铸形成的冶金结合的熔合界面层。2.一种实现冶金结合双金属不锈钢覆层钢筋制备工艺，其特征是：工艺技术方案包括以下步骤：（a）双金属覆层坯料熔铸；（b）钢筋成型；（a）双金属覆层坯料熔铸：首先将制造好的所需材质和尺寸的外层不锈钢管内壁表面进行除油、除锈处理后，采用丙酮进行清洗，然后在清洗好的表面均匀涂覆一层高温防氧化涂料，将其固定在浇注底板上面的金属液出口处的中心位置上，在外层不锈钢管的外部包覆一层耐火材料纤维，或者安装有传导加热套，启动升降设备上的传动系统转动升降螺杆或液压缸带动安装在升降立柱上的升降臂以所设定的速度将安装在升降臂上面的电磁感应加热器下降到外层不锈钢料管的底部，启动电磁感应加热电源，使感应加热器直接对外层不锈钢管进行整体加热，或者感应加热器通过安装在外层不锈钢管外部的传导加热套对外层不锈钢管进行整体加热，通过安装在外层不锈钢管上面的测温热电偶进行测温和控制加热温度，待加热到600℃～1000℃后，将冶炼好的所需复合成分的芯部碳钢或低合金钢金属液倒入浇注包内，将浇注包内的金属液按照所预定的浇注程序通过浇注漏斗、中注管、浇铸流道砖内的浇注流道浇入外层不锈钢管内，在浇注过程中，电磁感应加热器不停止加热，金属液浇注完毕后，感应加热器继续进行加热10～30分钟，使所浇注的金属液在一定的时间内保持液态，以增加液固时间，使界面形成冶金结合，当金属液浇注到冒口处时采取点注方式浇注以对冒口进行补缩，浇注完毕后，将保温剂加入到保温冒口内；当采用顶部直接浇注时，将浇注包和浇注管一起移到外层不锈钢管内孔上方，将浇注包对准不锈钢管内孔中心，开始从浇注管浇入芯部碳钢或低合金钢金属液，金属液浇注到不锈钢管内的型腔后，根据浇注速度逐步将浇注包和浇注管一起向上提升，当金属液浇注到冒口处时采取点注方式浇注以对冒口进行补缩，浇注完毕后，将保温剂加入到保温冒口内；当采用顶部直接浇注时，将浇注包和浇注管一起移到外层不锈钢管内孔上方，将浇注包对准不锈钢管内孔中心，开始从浇注管浇入芯部碳钢或低合金钢金属液，金属液浇注到不锈钢管内的型腔后，根据浇注速度逐步将浇注包和浇注管一起向上提升，当金属液浇注到冒口处时采取点注方式浇注以对冒口进行补缩，浇注完毕后，将保温剂加入到保温冒口内；启动升降装置，通过升降臂以所设定的速度将安装在升降臂上面的电磁感应加热器以一定的速度向上提升，使电磁感应加热器逐步脱离复合层，同时打开底水箱的进水管和出水管，使在底水箱由下向上的逐层冷却下，形成逐层顺序凝固，并根据质量要求通过控制电磁感应加热器在不同的区域内的上升速度，实现区域定向凝固，经过5～25分钟升到保温冒口处停止，继续对保温冒口处进行加热10～50分钟，以延迟保温冒口凝固时间，对冒口进行补缩，使复合层金属液中的气体和夹杂物充分上浮，消除复合层金属铸造缺陷，达到预定时间后停止加热，拆除包覆在外层不锈钢管外面的耐火材料纤维或者安装在外层不锈钢管外部的传导加热套，关闭底水箱进水管，松开外层不锈钢管的固定装置，将铸造好的界面呈冶金结合的外层不锈钢和内层碳钢或低合金钢的包覆型双金属复合坯料从浇注底板上面吊出；当采用燃气加热时，打开燃气供气管的阀门，点燃燃气喷嘴，调整燃气量大小，通过高温燃气对外层不锈钢管进行加热，当浇注完毕后，打开底水箱的进水管和出水管，通过底水箱产生由下向上的逐层冷却，同时将燃气喷嘴由下向上逐层停止加热，使内层材料形成由下向上逐层顺序凝固，并根据质量要求通过控制燃气喷嘴在不同的区域内的加热时间和加热量的大小，实现区域定向凝固；所述的双金属复合材料的外层材质为奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢和双相不锈钢的任意一种；所述的芯部材质为低碳钢和低合金钢中的任意一种，包括Q235钢芯、HRB335钢芯、HRB400钢芯或...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁家伟，丁刚，耿德英，鹿薇薇，鹿策，施孟达，陈志和，朱坚，
申请(专利权)人：丹阳恒庆复合材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32