长效抗应力腐蚀断裂的管片螺栓及制造方法技术

本公开的实施例提供管片螺栓及其制造方法。方法包括：提供管片螺栓；将管片螺栓和含耐蚀原子的混合粉剂装入反应容器中加热，并在加热过程中使得含耐蚀原子的混合粉剂与管片螺栓的表面接触；和升高反应容器内的温度至预定温度并在预定温度下保温预定时间。

Long term stress corrosion cracking resistant segment bolt and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
长效抗应力腐蚀断裂的管片螺栓及制造方法
本公开涉及管片螺栓表面处理领域，特别是指一种抗应力腐蚀断裂的管片螺栓的制造方法及管片螺栓。
技术介绍
管片螺栓是隧道建设中用于紧固管片的重要连接件，必须满足强度高、服役寿命长的要求。但由于管片螺栓的服役环境潮湿，部分服役环境还会接触到腐蚀性更强的盐粒子，因此管片螺栓在服役过程中发生锈蚀的风险性极高。为避免此类风险延长管片螺栓服役寿命，通常需要对管片螺栓进行表面处理，目前普遍采用的表面处理是热镀锌和锌铬涂层技术(俗称达克罗)。这两种技术对减缓管片表面锈蚀具有积极作用。然而，在一些实际案例中发生了多起管片螺栓断裂的恶性事故，经分析发现是由于管片螺栓发生了应力腐蚀断裂。应力腐蚀断裂是指构件在服役过程中同时承受拉应力和锈蚀的作用，在构件内部产生裂纹，然后突然断裂的现象。由于其在发生断裂之前毫无征兆，因此具有极大的危害性。现有的基于热镀锌和锌铬涂层技术的表面处理技术生产工艺均包含强酸性溶液，不可避免会有氢原子渗入构件，显著降低构件的抗应力腐蚀断裂能力，已被诸多案例报导和文献证实。因此，需要一种抗应力腐蚀断裂的管片螺栓的制造方法及管片螺栓，对于隧道安全服役十分重要。
技术实现思路
本公开提供一种一种管片螺栓的制造方法，包括：提供管片螺栓；将管片螺栓和含耐蚀原子的混合粉剂装入反应容器中加热，并在加热过程中使得含耐蚀原子的混合粉剂与管片螺栓的表面接触；和升高反应容器内的温度至预定温度并在预定温度下保温预定时间。在一个实施例中，含耐蚀原子的混合粉剂包括锡粉，所述预定温度在300～400℃。在一个实施例中，在加热过程中使得含耐蚀原子的混合粉剂与管片螺栓的表面接触包括在加热过程中翻转所述反应容器使得混合粉剂和管片螺栓接触。在一个实施例中，管片螺栓和含耐蚀原子的混合粉剂的体积之和占反应容器容积的95％～98％。在一个实施例中，升高反应容器内的温度至预定温度之前，先升高反应容器内的温度至第一温度并在第一温度下保温第一时间，第一温度在190～210℃范围，第一时间为15～25分钟。在一个实施例中，含耐蚀原子的混合粉剂还包括锌粉、铝粉以及二氧化硅粉中的一种或多种。在一个实施例中，在所述预定温度保温90～120分钟后，停止加热，并冷却至60℃以下后取出管片螺栓。在一个实施例中，提供管片螺栓包括对管片螺栓的表面除油处理和/或除锈过程。在一个实施例中，对管片螺栓的表面除油过程包括有机溶剂除油、化学除油、机械除油或擦拭除油过程；除锈过程包括采用机械除锈过程，包括滚抛、刷洗、喷砂或喷丸的方式中的一种或多种。在一个实施例中，将含有锌粉、铝粉、锡粉和二氧化硅粉按预设比例混合，其中，锌粉在混合粉剂中的重量含量为25～35％，铝粉在混合粉剂中的重量含量为2％～5％，锡粉在混合粉剂中的重量含量为1％～2％，余量为二氧化硅粉。在一个实施例中，锌粉的粒度为150～250目；二氧化硅粉的粒度为30～50目；锡粉粒度直径范围为30～80μm，并且粒度直径小于50μm的粉体积含量不小于80％。在一个实施例中，反应容器为反应釜，通过将反应釜置于加热炉中加热实现升温。本公开的实施例还通过一种管片螺栓，通过上述的管片螺栓的制造方法制造，所述管片螺栓包括基体和含耐蚀原子的表面合金层，其中基体和表面合金层以冶金方式结合。附图说明图1为根据本公开的实施例的管片螺栓的制造方法的流程图。图2为根据本公开的实施例的管片螺栓的制造方法的升温过程的温度控制曲线示意图。具体实施方式本公开实施例提供一种长效的抗应力腐蚀断裂的管片螺栓原子扩散处理方法，如图1所示，该管片螺栓原子扩散处理方法包括：将管片螺栓和含耐蚀原子的混合粉剂装入反应容器中加热，并在加热过程中使得含耐蚀原子的混合粉剂与管片螺栓的表面接触；和升高反应容器内的温度至预定温度并在预定温度下保温预定时间。反应容器可以是反应釜，可以从外部加热，例如将密封的反应釜置于加热炉中加热；也可以是其他反应容器，例如反应容器的壳体自身提供辐射加热，例如电阻丝加热；任何可以升温的反应容器都可以使用。在反应容器中，管片螺栓和含耐蚀原子的混合粉剂可以充分混合、接触，在预定温度下，混合粉剂中的原子可以从管片螺栓的表面扩散进入管片螺栓的表层，构成防锈的表面。需要说明的是，防锈的表面是物理结构的改变，其厚度小，管片螺栓的宏观外形并没有明显的改变，此处未提供管片螺栓处理前后的宏观视图。具体地，在实际应用中，还可以对管片螺栓进行预处理，例如对待处理的管片螺栓表面进行除油、除锈、水洗和干燥处理，对于表面只有轻微锈蚀的管片螺栓直接进行喷砂或喷丸处理。然而，应该知道，可以根据不同情况选择预处理，上述除油、除锈、喷砂或喷丸处理并不是必须的。将经预处理后的管片螺栓和含耐蚀原子的混合粉剂装入反应釜中，对所述反应釜进行加热，以便所述管片螺栓的表层形成一层含耐蚀原子的表面合金层。在一个实施例中，含耐蚀原子的混合粉剂具有预定成分和配比，装入原子扩散反应釜的含耐蚀原子的混合粉剂及管片螺栓的体积之和为原子扩散反应釜容积的95％～98％。在使用例如反应釜加热管片螺栓和含耐蚀原子的混合粉剂的时候，可以翻转反应釜，使反应釜内的管片螺栓均匀受热，同时保证混合粉剂和管片螺栓充分接触。升温过程可以是控温过程。在一个实施例中，加热温度曲线如图2所示，首先温度升高到T1时保温15～25分钟，T1为190～210℃，继续升温到T2保温90～120分钟，然后停止加热。随后在冷却至100℃以下后取出反应釜，60℃以下从反应釜中取出管片螺栓。在本公开的一个实施例中，可以在反应釜中加压。增大反应釜中的压强有利于耐蚀原子扩散到管片螺栓的表面中。然而，这并不是必须的。根据本公开的实施例，在上述升温和保温处理之后，管片螺栓表层便形成含耐蚀原子的合金层，这层合金层和基体管片螺栓是以冶金方式结合的，冶金结合是指两件金属的界面间原子相互扩散而形成的结合。这种结合或者是连接状态，或者是在温度或压力的作用下(或者温度和压力共同作用下)形成的。因而管片螺栓表层形成的含耐蚀原子的合金层具有超强的附着力，即使经180度弯曲、大力撞击、恶劣气候以及人为破坏等工况下也不会脱落，使管片螺栓保持优异的防腐性能。本公开的管片螺栓的制造方法不与酸性物质接触，因此不会发生氢原子渗入到构件内部导致其强度下降的现象；管片螺栓的基体和其表层的含耐蚀原子的合金层是以冶金方式结合的，具有超强的附着力和抗划伤性，极大避免了施工和服役过程中的损伤现象。在本公开的实施例中，混合粉剂中包括金属锡粉，金属锡原子在T1低温保温阶段扩散到管片螺栓的表面；混合粉剂中还可以包括锌粉、铝粉，扩散到管片螺栓的表层中的锡原子改变了管片螺栓的表层的原子结构，锌原子和铝原子获得扩大的扩散通道，这使得锌原子和铝原子在T2保温阶段快速扩散到管片螺栓的表层，从而使得最终的管片螺栓的表面的耐蚀层中含锌铝原子含量达到80％左本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种管片螺栓的制造方法，包括：/n提供管片螺栓；/n将管片螺栓和含耐蚀原子的混合粉剂装入反应容器中加热，并在加热过程中使得含耐蚀原子的混合粉剂与管片螺栓的表面接触；和/n升高反应容器内的温度至预定温度并在预定温度下保温预定时间。/n

【技术特征摘要】
1.一种管片螺栓的制造方法，包括：
提供管片螺栓；
将管片螺栓和含耐蚀原子的混合粉剂装入反应容器中加热，并在加热过程中使得含耐蚀原子的混合粉剂与管片螺栓的表面接触；和
升高反应容器内的温度至预定温度并在预定温度下保温预定时间。


2.根据权利要求1所述的管片螺栓的制造方法，其中含耐蚀原子的混合粉剂包括锡粉，所述预定温度在300～400℃。


3.根据权利要求1所述的管片螺栓的制造方法，其中在加热过程中使得含耐蚀原子的混合粉剂与管片螺栓的表面接触包括在加热过程中翻转所述反应容器使得混合粉剂和管片螺栓接触。


4.根据权利要求1所述的管片螺栓的制造方法，其中管片螺栓和含耐蚀原子的混合粉剂的体积之和占反应容器容积的95％～98％。


5.根据权利要求2所述的管片螺栓的制造方法，其中升高反应容器内的温度至预定温度之前，先升高反应容器内的温度至第一温度并在第一温度下保温第一时间，第一温度在190～210℃范围，第一时间为15～25分钟。


6.根据权利要求4所述的管片螺栓的制造方法，其中含耐蚀原子的混合粉剂还包括锌粉、铝粉以及二氧化硅粉中的一种或多种。


7.根据权利要求2所述的管片螺栓的制造方法，其中在所述预定温度保温90～120分钟后，停止加热，并冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜海龙，吴强，曾青，翁东郁，王旭，霍飞，吴迪，赵云建，吕宝伟，张浩亮，
申请(专利权)人：天津先知邦科技股份有限公司，中国铁路设计集团有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12