一种制备不锈钢/碳钢复合带肋钢筋的热模拟方法技术

本发明专利技术提供一种制备不锈钢/碳钢复合带肋钢筋的热模拟方法。本发明专利技术方法，包括如下步骤：将不锈钢钢管和碳钢棒表面处理后紧密嵌套组合；在不锈钢管外表面焊接热电偶；将双金属试样置于热力模拟实验机操作箱内的夹头之间；进行高温压缩变形和热处理实验；对实验后的试样进行组织性能分析。本发明专利技术利用热力模拟实验机，通过改变热模拟实验工艺方案，完成不锈钢/碳钢复合带肋钢筋的轧制工艺模拟过程；且配合真空系统，减少实验过程中双金属结合界面的氧化问题，从而保证不锈钢/碳钢复合带肋钢筋界面结合性好、组织与性能满足要求。本发明专利技术具有制备方法简单，成本低廉，节约材料，可重复性强，实验目的易达到，能较快较准确找到相关规律的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种制备不锈钢/碳钢复合带肋钢筋的热模拟方法
本专利技术属于金属材料工艺研究技术与热模拟
，尤其涉及一种制备不锈钢/碳钢复合带肋钢筋的热模拟方法。
技术介绍
基础设施以及重大工程的建设都离不开钢筋混凝土结构的大量使用，而作为混凝土骨架的钢筋的性能与质量日益备受关注。尤其随着国家城镇化建设步伐加快与海洋战略的大力提出，高强耐蚀性建筑用钢筋的需求量将越来越大，而普遍应用的传统钢筋耐蚀性差，易锈蚀膨胀，造成钢筋混凝土结构易过早失效，无法满足建筑寿命的要求，从而给社会造成巨大的经济损失。而为了改善钢筋锈蚀问题研发的实心不锈钢筋，因铬、镍等贵金属的大量使用，造成生产成本大大增加，应用范围大大受限，因此迫切需要研发一种既节约资源、降低成本，又具有良好综合性能的钢筋。于是，不锈钢/碳钢复合钢筋的研究思路与工艺应运而生。不锈钢/碳钢复合钢筋是一种新型材料，采用不锈钢为覆材，碳钢为芯材，二者经过一定的成形工艺而得到，这种材料结合了不锈钢优异的耐蚀性能和碳钢良好的机械性能，能大大满足人们对基建设施安全性和使用寿命的要求。此外，不锈钢/碳钢复合钢筋在一定程度上减少了铬、镍等贵金属的消耗，大幅度降低生产成本，实现了低成本和高性能的完美结合，作为一种节约资源型的产品，将拥有良好的社会效益与经济效益。不锈钢/碳钢复合钢筋高性能的一个关键因素是界面结合情况，这也是制约不锈钢复合钢筋工业化生产的重要因素。因此，对于复合界面的研究至关重要。目前对不锈钢复合钢筋的研究，主要限于实验室研究。燕山大学相关课题组通过采用不锈钢管内套碳钢棒经拉拔处理，再将两端焊封后轧制，得到不锈钢复合钢筋以及不锈钢管内压实碳钢屑，再经过加热轧制成不锈钢复合钢筋，最后进行组织性能分析，发现普遍都存在覆层分布不均及结合强度易波动的缺点，通过不断调整工艺参数，重复进行热轧实验，进而控制组织性能。这种方法不仅制备工艺复杂，而且浪费实验材料，也不易达到实验目的；北京科技大学高效轧制国家工程研究中心研究学者利用不锈钢带焊接成管，内套碳钢棒，将其两端部焊接后轧制，得到不锈钢复合钢筋，再进行组织性能分析，也存在上述界面性能易波动的缺点；其他不锈钢复合钢筋报道中也都普遍存在覆层厚度分布不均及结合界面强度不高的性能缺陷与制备工艺复杂的客观不足。可见，复合钢筋研究存在一定问题，其轧制工艺尚处于理论阶段，缺乏一种简便、低成本的实验研究手段，导致该新型材料仍没有较为成熟的工业生产工艺。
技术实现思路
根据上述提出的针对不锈钢复合钢筋制备工艺复杂、周期长、成本高等技术问题，而提供一种制备不锈钢/碳钢复合带肋钢筋的热模拟方法。本专利技术主要利用东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室自主研发的MMS系列热模拟实验机(专利名称：多功能热力模拟实验机，专利号：ZL201110100302.2)，借助专门加工有螺纹钢筋肋槽的特殊夹头，对不同规格尺寸的双金属复合坯料进行高温形变及热处理，模拟不锈钢/碳钢复合带肋钢筋的形变过程，并通过对实验数据和实验后试样组织性能分析，依据实验目的进行热加工工艺优化与试样尺寸调整，从而确定最合适的工艺方案。本专利技术采用的技术手段如下：一种制备不锈钢/碳钢复合带肋钢筋的热模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、原料准备：准备预设尺寸的不锈钢钢管和碳钢棒；上述所述的原料均为普通不锈钢材质或者碳钢材质，不需要经过特殊加工处理即可获得；S2、原料处理及组坯：将所选的不锈钢管内壁及碳钢棒外表面进行清洁处理，保证待结合面露出干净金属，干燥处理后，将碳钢棒紧密嵌套在不锈钢钢管内形成双金属复合坯料；S3、热电偶设置：在不锈钢钢管外表面中心位置焊接热电偶；优选地，焊接一对热电偶供实验用；S4、装夹试样：将焊有热电偶的双金属复合坯料装夹在热力模拟实验机操作箱内的左、右两侧卡具的夹头上，待检测；S5、进行单道次压缩实验：装样结束后对热力模拟实验机操作箱进行抽真空、充保护气，如氮气，氩气；使双金属复合坯料保持在一定的真空状态中，之后进行高温压缩变形及热处理实验；S6、组织性能分析：将实验后的复合钢筋试样沿周向和轴向进行线切割取样，经预处理后，进行金相、硬度、扫描检测，最终获得所需的组织与性能的实验数据进行分析。为了实现复合界面良好的冶金结合的目的，保证复合钢筋较好的综合力学性能，需要不断优化试样规格和热加工工艺路线，最终成功制备不锈钢复合带肋钢筋。进一步地，所述步骤S2中对原料的表面处理方式为超声波清洗、机械打磨和酸洗处理去除表面的锈迹、油污以及高压清洗和干燥处理。进一步地，所述步骤S4中，所述夹头上设有模拟螺纹钢筋变形的肋槽，所述肋槽深度根据双金属复合坯料的变形量要求而改变。进一步地，所述步骤S5中高温压缩变形及热处理实验中各工艺参数可根据具体实验目的做出调整，并能通过数据采集系统得到相关数据进行分析。本专利技术还公开了由上述热模拟方法制备的不锈钢/碳钢复合带肋钢筋。较现有技术相比，为了确定适当的热加工工艺制度和工艺参数，本申请采用MMS系列热力模拟实验机，具有全面的热力模拟功能，能模拟温度、位移、力、速度、应力应变等参数，可实现拉伸实验、单/多道次压缩实验、平面应变压缩实验等多种功能，并通过实验机数据采集系统得到的温度-时间曲线、位移-时间曲线、应力-应变曲线等进行分析，同时对实验试样进行组织与性能检测分析；且相关实验集中在一台设备上完成，灵活便捷；现已普遍用于金属材料的热力耦合变形行为的研究。而对不锈钢/碳钢复合坯料进行形变热处理的方式正好符合热力模拟实验机的单道次压缩实验工艺，即借助加工有螺纹钢筋肋槽的特殊夹头，采用单道次压缩工艺路线能实现双金属坯料的形变及热处理，最终通过优化热加工工艺参数制备不锈钢/碳钢复合带肋钢筋。相比热轧实验而言，不锈钢/碳钢复合带肋钢筋轧制的热模拟方法能很好的解决热轧实验中存在的制备环节多、周期长、控制不稳定、实验重复性差等问题，能为不锈钢/碳钢复合带肋钢筋热轧工艺提供一种便捷的研究手段，具有可行性。本专利技术具有以下优点：1、利用MMS系列热模拟试验机，并辅以其真空系统能最大程度减少实验过程中双金属结合界面的氧化问题，从而保证制备的不锈钢/碳钢复合带肋钢筋组织和性能满足要求。2、通过设计特殊夹头，能成功完成不锈钢/碳钢复合带肋钢筋(包括横肋和纵肋)的热力模拟实验。3、特殊设计的夹头加工有模拟螺纹钢筋变形的肋槽，肋槽的形式和样式可根据实验目的灵活设计，肋槽深度可根据双金属复合的变形量要求而改变。4、通过对采集系统数据的分析和实验试样的组织与性能检测，能为热轧不锈钢/碳钢复合带肋钢筋提供大量对比研究数据，为不锈钢/碳钢复合带肋钢筋轧制工艺的工业应用提供理论依据与便捷的研究手段。5、相对于实际生产和其他模拟实验，热模拟试验试样尺寸较小，变形相对均匀，通过对温度、变形等参数进行精确的模拟控制，能保证研究结果的准确性。6、整个实验流程中材料制备简单，操作工艺便捷，成本低廉，节约材料，实验周期较短，可重复性较强，能较快校准找到相关规律。基于上述理由，本专利技术可以在不锈钢/碳钢复合带肋钢筋实验室热轧实验研究之外加以推广，为不锈钢/碳钢复合钢筋工业化生产提供理论指导。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备不锈钢/碳钢复合带肋钢筋的热模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、原料准备：准备预设尺寸的不锈钢钢管和碳钢棒；S2、原料处理及组坯：将所选的不锈钢管内壁及碳钢棒外表面进行清洁处理后干燥，将碳钢棒紧密嵌套在不锈钢钢管内形成双金属复合坯料；S3、热电偶设置：在不锈钢钢管外表面中心位置焊接热电偶；S4、装夹试样：将焊有热电偶的双金属复合坯料装夹在热力模拟实验机操作箱内的左、右两侧卡具的夹头上，待检测；S5、进行单道次压缩实验：装样结束后对热力模拟实验机操作箱进行抽真空、充保护气，使双金属复合坯料保持在一定的真空状态中，之后进行高温压缩变形及热处理实验；S6、组织性能分析：将实验后的复合钢筋试样沿周向和轴向进行线切割取样，经预处理后，进行金相、硬度、扫描检测，最终获得所需的组织与性能的实验数据进行分析。

【技术特征摘要】
1.一种制备不锈钢/碳钢复合带肋钢筋的热模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、原料准备：准备预设尺寸的不锈钢钢管和碳钢棒；S2、原料处理及组坯：将所选的不锈钢管内壁及碳钢棒外表面进行清洁处理后干燥，将碳钢棒紧密嵌套在不锈钢钢管内形成双金属复合坯料；S3、热电偶设置：在不锈钢钢管外表面中心位置焊接热电偶；S4、装夹试样：将焊有热电偶的双金属复合坯料装夹在热力模拟实验机操作箱内的左、右两侧卡具的夹头上，待检测；S5、进行单道次压缩实验：装样结束后对热力模拟实验机操作箱进行抽真空、充保护气，使双金属复合坯料保持在一定的真空状态中，之后进行高温压缩变形及热处理实验；S6、组织性能分析：将实验后的复合钢筋试样沿周向和轴向进行线切割取样，经预处理后，进行金相、硬度、扫描检测，最终获得所...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯莹莹，余焕，骆宗安，吴庆林，张宏阁，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21