一种采用激光送丝增材制造技术制备复合钢筋的方法技术

本发明专利技术涉及一种采用激光送丝增材制造技术制备复合钢筋的方法，包括：1)采用激光送丝增材制造方式，在碳钢钢坯的表面熔覆沉积3～8mm厚的不锈钢层，形成复合钢坯；2)将复合钢坯送入热轧加热炉进行加热，加热温度1150～1250℃，加热时间3～5小时；3)复合钢坯出加热炉后进行热轧轧制，经过粗轧

【技术实现步骤摘要】
一种采用激光送丝增材制造技术制备复合钢筋的方法


[0001]本专利技术涉及复合材料制备
，尤其涉及一种采用激光送丝增材制造技术制备复合钢筋的方法。

技术介绍

[0002]建筑钢筋是基础工程建设中用量最大的结构材料，每年由于钢筋腐蚀造成的经济损失巨大。使用纯不锈钢钢筋的价格较为昂贵，而芯部材料为碳钢、覆层材料为不锈钢的复合钢筋，则具有耐蚀性高和制备成本较低的优点。
[0003]目前，用于制备复合钢筋的主流制备工艺有以下几种：
[0004](1)爆炸复合制坯+轧制法。爆炸复合是利用爆炸时产生的瞬时高压将双金属压合使其产生冶金结合的复合方式。可采用爆炸法制备复合坯料，随后对复合坯料进行轧制来制备复合钢筋。该方法对环境污染较大，且由于对爆炸时冲击力精确控制的难度较大，对于尺寸较长的材料，控制其界面结合强度的能力也较弱。
[0005](2)机械复合制坯+轧制法。具体的生产工艺如下：1)将不锈钢管和碳钢芯进行机械组装，组装时为使复合坯料的界面结合牢固，可采用液氮(
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195.5℃)冷却进行过盈装配或者借助机械外力对不锈钢管和碳钢坯进行组装；2)将复合坯料端部进行封焊；3)将封焊后的复合坯料进行热轧。该方法采用液氮进行冷却或者采用机械外力装配来进行复合坯料的制备，但复合坯料之间不是冶金结合，轧制过程中复合坯料出现事故的概率较大。
[0006](3)拉拔斜轧法。日本工程技术人员Kazuyuki Nakasuji和Chihiro Hayashi专利技术了拉拔斜轧法制备不锈钢/碳钢复合钢筋，将外壳为304不锈钢的钢管和内芯为碳钢的圆柱体经过脱脂清洗和抛光后进行装配，先进行冷拉拔，然后在装配体端部进行焊接密封，最后对复合钢坯进行热轧。断面尺寸先从拉拔到然后热轧到这种方法生产的复合钢筋，界面洁净、界面结合强度高，缺点是斜轧时的生产速度较低。
[0007](4)碎屑压实+轧制法。美国的Stelax工业有限公司向市场推出了一款商标名为NUOVINOX的复合钢筋，不锈钢覆层厚度为0.9～1.8mm，钢筋规格为其产品应用于桥面、高速公路等方面。其生产的主要工艺是：1)将热轧生产的316L不锈钢进行直缝卷管，端部进行等离子焊接，制备成不锈钢管；2)将碳钢刨屑等碳钢碎屑处理成细颗粒，经过清洁处理后跟添加剂一起填入不锈钢管中，用液压油缸进行压实；3)将复合钢坯加热到到1250℃，经10道次轧制到合适的尺寸。使用该方法制备复合钢筋，优点是可以实现碎钢屑的回收再利用，但是由于该工艺在塑性变形前复合界面未完全达到冶金结合状态，即使经过轧制压合，复合钢筋成品在变形后也容易发生不锈钢和碳钢分离的情况。
[0008](5)喷射沉积+轧制法。将不锈钢溶液通过喷射沉积的方法熔覆到碳钢芯表面，然后经过热轧将复合坯料轧制到合适的尺寸，此方法为美国SMI
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CMC公司所使用。制备时，首先将碳钢坯表面的氧化物去除，随后在还原性气氛中将碳钢坯加热到高温，此时将不锈钢液滴通过氮气喷射到碳钢坯表面，待碳钢坯表面沉积了稳定的不锈钢层后，将复合坯料热轧到合适的尺寸。但是采用液态喷溅法制备的覆层厚度不均匀。
[0009]在复合钢筋的制备研究中发现，复合坯料的制备工艺及界面质量、复合坯料的塑性加工方法是决定复合钢筋制备质量的关键因素。本专利技术创造性的采用激光同轴送丝增材制造工艺进行复合坯料的制备，同时采用传统的热轧工艺进行复合钢筋的塑性变形，将激光增材制造工艺和传统的棒线材热轧工艺进行了结合，为复合钢筋的制备提供了一种全新的技术方法。

技术实现思路

[0010]本专利技术提供了一种采用激光送丝增材制造技术制备复合钢筋的方法，能够得到净界面且为冶金结合状态的复合钢坯，复合钢坯在轧制时可避免轧制脱开等事故；并且生产工艺过程简单，可控性强。
[0011]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：
[0012]一种采用激光送丝增材制造技术制备复合钢筋的方法，包括如下步骤：
[0013]1)采用激光送丝增材制造方式，在碳钢钢坯的表面熔覆沉积3～8mm厚的不锈钢层，形成复合钢坯；
[0014]2)将复合钢坯送入热轧加热炉进行加热，加热温度1150～1250℃，加热时间3～5小时；
[0015]3)复合钢坯出加热炉后进行热轧轧制，经过粗轧
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中轧
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终轧的孔型轧制，得到复合钢筋成品。
[0016]所述碳钢钢坯中，按质量百分比计含有：C 0.20％～0.25％，Mn 1.0％～1.4％，Si 0.3％～0.6％，0.01％≤Ti≤0.06％。
[0017]用于形成不锈钢层的不锈钢采用06Cr13铁素体不锈钢、304奥氏体不锈钢或2205双相不锈钢，不锈钢丝材的直径为
[0018]激光送丝增材制造过程中的工艺参数如下:
[0019]1)激光功率为2.0～4.5kW，送丝速度为20～60mm/min，扫描速度为20～45mm/s；
[0020]2)采用激光同轴送丝工艺，丝材在环形光斑的中心点；
[0021]3)激光的离焦量H为10～20mm。
[0022]所述碳钢钢坯经电炉或转炉冶炼、LF炉精炼及连铸后获得；激光送丝增材制造前，对碳钢钢坯的表面采用喷丸或者机械打磨的方式进行清洁，直至露出碳钢钢坯的金属基体。
[0023]激光送丝增材制造过程中采用氩气进行界面保护，氩气流量为16～24L/min。
[0024]所述复合钢筋成品的性能指标满足国家标准《GB/T 36707
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2018钢筋混凝土用热轧碳素钢
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不锈钢复合钢筋》中HPB400SC相关标准的性能要求。
[0025]所述碳钢钢坯为圆坯或方坯。
[0026]轧制后的复合钢筋经水冷或空冷后，送至冷床冷却到室温。
[0027]所述碳钢钢坯与不锈钢层的界面为冶金结合状态。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0029]1)采用激光送丝增材制造技术进行复合钢坯的制备，制备过程中采用氩气进行界面保护，保证界面洁净，轧制后复合钢筋成品的复合界面结合能力强；
[0030]2)采用激光送丝增材制造技术制备的复合钢坯界面为冶金结合状态，后续轧制的
稳定性高，与采用机械制坯、采用铁屑制备复合坯料等工艺相比，可避免发生复合坯在轧制过程中造成坯壳开裂等事故；
[0031]3)采用本专利技术所述方法制备的覆层为不锈钢的复合钢筋，各项性能指标均满足国家标准《GB/T 36707
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2018钢筋混凝土用热轧碳素钢
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不锈钢复合钢筋》中的HPB400SC相关标准的性能要求。
附图说明
[0032]图1是本专利技术所述采用激光送丝增材制造方式在碳钢钢坯的表面熔覆沉积不锈钢层的示意图。
[0033]图2是本专利技术所述复合钢坯制备过程流程图。
[0034]图3是本专利技术实施例中所述复合钢坯的断面腐蚀图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用激光送丝增材制造技术制备复合钢筋的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)采用激光送丝增材制造方式，在碳钢钢坯的表面熔覆沉积3～8mm厚的不锈钢层，形成复合钢坯；2)将复合钢坯送入热轧加热炉进行加热，加热温度1150～1250℃，加热时间3～5小时；3)复合钢坯出加热炉后进行热轧轧制，经过粗轧
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中轧
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终轧的孔型轧制，得到复合钢筋成品。2.根据权利要求1所述的一种采用激光送丝增材制造技术制备复合钢筋的方法，其特征在于，所述碳钢钢坯中，按质量百分比计含有：C 0.20％～0.25％，Mn 1.0％～1.4％，Si 0.3％～0.6％，0.01％≤Ti≤0.06％。3.根据权利要求1所述的一种采用激光送丝增材制造技术制备复合钢筋的方法，其特征在于，用于形成不锈钢层的不锈钢采用06Cr13铁素体不锈钢、304奥氏体不锈钢或2205双相不锈钢，不锈钢丝材的直径为4.根据权利要求1所述的一种采用激光送丝增材制造技术制备复合钢筋的方法，其特征在于，激光送丝增材制造过程中的工艺参数如下:1)激光功率为2.0～4.5kW，送丝速度为20～60mm/min，扫描速度为20～45mm/s；2)采用激光同轴送丝工艺，丝材在环形光斑的中心点；3)激光的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘旭明，李彬周，张大越，赵阳，赵娜娜，司姗姗，王军生，
申请(专利权)人：鞍钢集团北京研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：