CN104772362A - 拉拔-钎焊制备不锈钢/碳钢复合钢筋的工艺 - Google Patents

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高亚男
鲍远通
张全逾
梅彦利
丰烨
柯凤琴
李少杰
肖宏
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/04—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of bars or wire
    • B21C37/042—Manufacture of coated wire or bars

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Abstract

本发明提供一种拉拔-钎焊制备不锈钢/碳钢复合钢筋的工艺，包括下述步骤：(1)使用不锈钢钢管、碳钢钢筋以及铜箔为原料；(2)将铜箔卷在碳钢钢筋表面，并穿入到不锈钢管内；(3)将穿有碳钢钢筋的不锈钢管一起通过拉丝模具进行拉拔处理，减径率为10％，制成双金属复合坯料；(4)将拉拔后的不锈钢/碳钢复合坯料加热，加热到1150℃左右后冷却；(5)将制备的复合钢筋进行定尺剪切等后处理。本发明方法简单、生产效率高，适合工业化连续生产，拉拔-钎焊制成的不锈钢/碳钢复合钢筋中碳钢芯与铜箔、铜箔与不锈钢间都形成冶金结合，和其它方法生产的不锈钢复合钢筋相比具有结合强度高，钢筋表面质量好，不锈钢壁厚分布均匀等优点。

Description

拉拔-钎焊制备不锈钢/碳钢复合钢筋的工艺
技术领域
本发明属于复合材料领域，具体涉及一种拉拔-钎焊制备不锈钢/碳钢复合钢筋的工艺。
背景技术
在混凝土结构中，钢筋的腐蚀导致土木工程以及基础设施的破坏，已经成为困扰科研工作者的世界性问题。由于传统钢筋的耐腐蚀性差，易锈蚀膨胀，就会引起混凝土结构的过早破坏，尤其是在氯化物含量较高环境下的工业与民用建筑物，以及在海洋附近的建筑物。使用不锈钢钢筋可以满足要求，但不锈钢价格较高，限制了它们的应用。
不锈钢复合钢筋是一种新兴的复合材料，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，这种钢筋的表面为不锈钢，芯部为碳钢。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。
不锈钢-碳钢的复合钢筋的制备方法主要有拉拔、挤压以及反向凝固工艺。但前两种方法制备的复合钢筋存在以下问题：生产效率低，两金属间不能实现冶金结合，在弯曲时金属间容易出现间隙。反向凝固工艺可以实现金属间的冶金结合，但需要将不锈钢熔化，因此需要耗费大量电能，并且生产效率很低。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法简单、成本低、快速复合并适合工业化大批量生产的不锈钢/碳钢复合钢筋的制备方法。
本发明主要是采用碳钢钢筋做为复合钢筋的芯部原料，纯铜箔作为中间钎焊材料，通过制备钢管、拉拔、钎焊等工序而成。
本发明的制备方法如下：
1、原料：
不锈钢带材、碳钢钢筋以及铜箔材；
2、原料处理：
对不锈钢带的内壁以及碳钢钢筋的外壁进行抛刷、高压清洗、干燥处理；铜箔进行表面脱脂处理，清洗后干燥；
3、复合坯料制备：
将上述不锈钢带通过辊式成型的方法加工成不锈钢管，其内径比碳钢钢筋直径大1～2mm，与此同时在碳钢钢筋的表面螺旋卷绕一层纯铜箔材；将卷有铜箔的碳钢钢筋穿入到钢管内，钢管在成型的过程中将碳钢钢筋包裹起来，在后面拉力的作用下两者同步前进；之后，采用埋弧焊将不锈钢管进行直缝焊合。焊接后使用砂轮机将焊缝打磨平滑，进入下道工艺。
4、拉拔-钎焊：
将上述复合坯料在挤头机将端部压细，穿过拉丝模具进行减径处理，减径率为10％，一方面将管内的空气排出，另一方面是使各金属间实现紧配合；然后，将拉拔减径后的复合坯料通过高频感应线圈加热，加热温度在1150℃左右，铜箔融化，可将不锈钢与碳钢钎焊在一起，并且能够发生冶金结合。
5、后处理：将制备的不锈钢/碳钢复合钢筋进行平整矫直、表面处理、切头切尾，定尺、超声波探伤等；可根据需要将复合钢筋的表面处理，如表面拉丝、抛光等；可根据需要将制成的复合钢筋进行焊接，机械加工，弯曲成型等。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、可以有效的实现不锈钢/碳钢复合钢筋两金属间的冶金结合，结合面组织连续致密，结合强度高，钢筋的表面质量好，不锈钢壁厚分布均匀。
2、方法简单、生产连续，适合工业化大批量生产的特点。
3、所制得的不锈钢/碳钢复合钢筋与普通的不锈钢钢筋一样，具有优良的机械强度和塑性变形能力，可以进行焊接，可以进行一定的压力加工(如卷取、折弯等)制成所需形状。
附图说明
图1是本发明的生产工艺流程图。
图2是本发明实施例1复合层钢筋的径向照片
图3是本发明实施例1复合层钢筋的轴向照片
图4是本发明实施例1拉拔后界面处的金相照片
图5是本发明实施例1加热后界面处的金相照片
具体实施方式
实施例1
1、原料：采用Q195碳钢钢筋1、纯铜箔2以及304不锈钢带材3为原料，其中不锈钢钢带宽度为68mm，管壁厚2mm，碳钢钢筋的直径为16mm，铜箔的厚度为100μm。
2、原料处理：对上述不锈钢带3内壁以及碳钢钢筋1的外表面进行抛刷、高压清洗，干燥处理，纯铜箔2表面进行脱脂并清洗后干燥。
3、复合坯料制备：工艺流程如附图1所示，将上述不锈钢带3通过辊式成型的方法用轧辊4加工成不锈钢管，不锈钢管外径和内径分别为22mm和18mm，与此同时在碳钢钢筋1的表面螺旋卷绕一层纯铜箔2；
将碳钢钢筋1穿入到不锈钢管内，不锈钢管再成型的过程中将碳钢钢筋1包裹起来；
采用埋弧焊5将不锈钢管进行直缝焊合，焊接后使用砂轮机6将焊缝打磨平滑，进入下道工艺。
4、拉拔-钎焊：将上述复合坯料在挤头机上将端部压细，穿过拉丝模具7进行减径处理，拉拔后直径为20mm，拉拔的作用是排出管内空气并使各金属间实现紧配合；
将拉拔减径后的复合坯料通过高频感应线圈8加热，加热温度为1150℃，纯铜箔2融化，可将不锈钢管与碳钢钢筋1钎焊在一起，并且能够发生冶金结合；
5、后处理：将制备的不锈钢/碳钢复合钢筋进行表面处理、定尺等。
图2、图3分别为运用本发明工艺生产的复合钢筋的径向及轴向断面照片，从图中可见，铜中间层仍清晰可见，径向和轴向分布都较均匀，没有因为铜加热融化向某一区域流动现象。
图4和图5分别为拉拔以及加热后两金属与铜层结合面附近的金相照片，未加热前，铜与两金属的结合已经很紧密，但仍有一定的微小间隙，仔细观察可发现界面上存在微小空洞。加热后，铜被熔化，液态铜钎料表面张力很小，有利于改善母材的润湿性，通过毛细作用，填充了界面缝隙，并与基材进行液固相扩散，使不锈钢与碳钢结合在一起，通过测试，结合面处的剪切强度高于250MPa。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (5)

1.一种拉拔-钎焊制备不锈钢/碳钢复合钢筋的工艺，其特征在于：包括下述步骤：
(1)原料为不锈钢管、碳钢钢筋以及铜箔；
(2)对所述不锈钢管内表面以及碳钢钢筋的外表面进行抛刷、高压清洗、干燥处理；铜箔进行表面脱脂处理，清洗后干燥；
(3)将所述铜箔螺旋卷绕到碳钢钢筋表面，穿入到成型的不锈钢管内，得到复合坯料；
(4)将步骤3得到的穿有碳钢钢筋的不锈钢管穿入到拉丝模内，在拉丝机上进行拉拔减径处理，减径率为10％；
(5)将步骤4得到的拉拔后的复合坯料通过高频感应线圈，进行表面加热，使其表面温度迅速升高到1150℃左右，之后冷却；
(6)将制备的不锈钢/碳钢复合钢筋进行平整矫直、表面处理、切头切尾，定尺、超声波探伤等后续工序。
2.根据权利要求1所述的拉拔-钎焊制备不锈钢/碳钢复合钢筋的工艺，其特征在于：所使用的不锈钢管为不锈钢带通过辊式成型法制成的直缝焊管，材质可根据耐腐蚀要求以及表面亮度要求任意选择，厚度可根据拉拔后所需尺寸决定；所使用的铜箔为99％的纯铜箔，厚度为50～100μm；所使用的碳钢钢筋材质可根据强度和塑性要求任意选择。
3.根据权利要求2所述的拉拔-钎焊制备不锈钢/碳钢复合钢筋的工艺，其特征在于：所述不锈钢带辊式成型的直缝焊管可为圆管或方管，碳钢钢筋形状与管相匹配，并且管的内径尺寸比钢筋大1～2mm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的拉拔-钎焊制备不锈钢/碳钢复合钢筋的工艺，其特征在于：所述碳钢钢筋可以用钢管代替，从而制备不锈钢-碳钢复合管。
5.根据权利要求1-3任一项所述的拉拔-钎焊制备不锈钢/碳钢复合钢筋的工艺，其特征在于：可根据需要将不锈钢/碳钢复合钢筋的表面进表面拉丝、抛光处理，也可根据需要将复合钢筋进行机械加工，弯曲成所需形状。
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