CN106964649A - 一种高耐蚀双金属复合钢筋的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种高耐蚀双金属复合钢筋的制备方法，包括如下步骤：原料准备：准备好耐蚀合金板和碳钢圆钢；耐蚀合金管的准备：将耐蚀合金板经过清洗、除油、干燥、卷管、焊接的步骤制成耐蚀合金管；碳钢圆钢的预合金化：将碳钢圆钢的外表面进行清洗、除油、电镀NiCrP合金，使得碳钢圆钢的外表面覆盖预合金化层，得到预合金化后的碳钢圆钢，将预合金化后的碳钢圆钢装配至耐蚀合金管中，制成坯料；对坯料进行加热，再按照现有的轧制工艺进行轧制，得到所述的高耐蚀双金属复合钢筋。采用本申请的方法制备的耐蚀合金/碳钢双金属复合钢筋可以节约大量贵重金属，而且强度高、耐蚀性好。
Description
技术领域
本申请涉及一种高耐蚀双金属复合钢筋的制备方法，属于复合材料技术领域。
背景技术
钢筋是建筑行业生产钢筋混凝土的重要原材料，目前钢筋采用碳钢材料生产，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。随着跨海大桥、人工岛礁等在海洋环境下的不断应用，海洋环境的腐蚀条件比较恶劣，普通钢筋混凝土结构因钢筋的腐蚀而膨胀，导致混凝土结构的开裂和失效。为了提高建筑结构的耐腐蚀性能，在一些重要的结构中，如海边的桥梁、钢结构大楼、立交桥等，有的采用了不锈钢钢筋，克服了碳钢钢筋在海水和需要经常使用融雪盐的环境中，氯离子透过混凝土接触钢筋，从而产生腐蚀的弊端。同时，也可以避免空气中的二氧化碳与水泥中的氢氧化钙，在有水存在的条件下发生化学作用，生成碳酸钙和水，降低混凝土的碱度，减弱对钢筋的保护作用，导致钢筋锈蚀。采用耐蚀合金制备混凝土结构的骨架可以满足耐蚀性要求，但耐蚀合金价格较贵，强度不高，从而限制其单独作为混凝土结构的骨架使用。
因此，为了克服现有技术中所存在的上述不足，特提出此申请。
发明内容
本申请的目的在于，提供一种高耐蚀双金属复合钢筋的制备方法。
一种高耐蚀双金属复合钢筋的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)原料准备：准备好耐蚀合金板和碳钢圆钢；
(2)耐蚀合金管的准备：将步骤(1)准备好的耐蚀合金板经过清洗、除油、干燥、卷管、焊接的步骤制成耐蚀合金管；
(3)碳钢圆钢的预合金化：将步骤(1)准备好的碳钢圆钢的外表面进行清洗、除油、电镀NiCrP合金，使得碳钢圆钢的外表面覆盖预合金化层，得到预合金化后的碳钢圆钢，且所述预合金化后的碳钢圆钢的内径比步骤(2)所得到的耐蚀合金管的直径小0.3-0.8mm，所述碳钢圆钢的长度与所述耐蚀合金管的长度一致；
(4)将步骤(3)所得的预合金化后的碳钢圆钢装配至耐蚀合金管中，制成坯料；
(5)对步骤(4)所得到的坯料进行加热，再按照现有的轧制工艺进行轧制，得到所述的高耐蚀双金属复合钢筋。
优选地，所述电镀NiCrP合金是指在电流密度为3-15A/dm2的条件下，电解液温度为40-80℃、pH值为1-3的条件下进行。
优选地，所述电镀液中包括如下成分：NiCl2:15-35g/L，CrCl3·6H2O:60-100g/L，H3PO3:10-30g/L；H3PO4:10-30g/L。
优选地，所述电镀液包括如下成分：NiCl2:20-30g/L，CrCl3·6H2O:70-90g/L，H3PO3:15-25g/L；H3PO4:15-25g/L。
优选地，所述电镀液包括如下成分：NiCl2:25g/L，CrCl3·6H2O:80g/L，H3PO3:20g/L；H3PO4:20g/L。
优选地，步骤(3)中所述的清洗、除油具体包括：
用质量分数为10％的氢氧化钠溶液对所述的碳钢圆钢的外表面进行前处理步骤，在70℃水温下，对所述碳钢圆钢的外表面油污进行前清洗，浸泡时间为10～20min；然后用质量分数为10％的HCl水溶液在常温下浸蚀20min；最后用去离子水冲洗烘干备用。
优选地，步骤(5)中，所述加热是指加热至温度为1000～1200℃，使得中间的碳钢圆钢熔化扩散。
优选地，步骤(3)中所述预合金化后的碳钢圆钢的内径比步骤(2)所得到的耐蚀合金管的直径小0.5mm。
优选地，步骤(3)中所述的预合金化层的厚度为0.2mm。
优选地，所述耐蚀合金板包括不锈钢、哈氏合金和钛合金。
本申请的有益效果是：采用本申请的方法制备的耐蚀合金/碳钢双金属复合钢筋可以节约大量贵重金属，降低海洋工程造价，而且强度高、耐蚀性好，对于海洋开发具有重大的经济和社会效益。
附图说明
图1为本申请高耐蚀双金属复合钢筋的制备工艺流程图；
图2为本申请高耐蚀双金属复合钢筋的横截面示意图；
图3为实施例1所得的高耐蚀双金属复合钢筋的金相组织图；
图4为实施例1所得的高耐蚀双金属复合钢筋的成品图。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
如无特别说明，本申请的实施例中的原料和催化剂均通过商业途径购买。
实施例1：
不锈钢/碳钢双金属复合耐腐蚀钢筋，钢筋的直径为14mm，中间钢筋的化学成分Q235钢，中间冶金层为三元合金，外部为厚度2mm的316L不锈钢，结合方式为冶金结合。
(1)选用现有轧钢工艺制备出的Q235碳钢圆钢，长度5m，直径14mm的圆棒。
(2)选用耐蚀覆层的制备工艺制备成316L不锈钢钢管，长度为5m，钢管的内径14.5mm，外径16.5mm。
(3)用质量分数为10％的氢氧化钠溶液前处理步骤，在70℃水温下，对钢坯材料表面油污进行前清洗，浸泡时间为10～20min。用质量分数为10％的HCl水溶液在常温下浸蚀20min，去除钢坯表面氧化皮。用去离子水冲洗烘干，保持干燥，采用电镀NiCrP工艺在前处理后的碳钢表面制备一层0.2mm厚的预合金化层。
电镀NiCrP合金工艺如下：
NiCl2:25g/L
CrCl3●6H2O:80g/L
H3PO3:20g/L
H3PO4:20g/L
pH:1-3
T:40-80℃
电流密度：3-15A/dm2；
(4)将预合金化后的碳钢与耐蚀合金管装配起来，制成坯料。
(5)对坯料使用步进炉加热，加热至1000～1200℃，使中间冶金层熔化扩散。将高温下的双金属复合坯料通过现有的轧制工艺进行轧制，实现耐蚀合金与碳钢的冶金复合。
按上述方法生产的不锈钢/碳钢双金属复合耐腐蚀钢筋，中间为碳钢芯棒，外部为耐蚀合金材料形成的耐蚀合金层，可以达到不锈钢的耐蚀性同时保持碳钢的高强度，生产方法简单，外形美观，且性能良好，其抗拉强度σb＝630MPa,且在质量百分比浓度为3.5％的NaCl溶液中的腐蚀速率小于0.05mm/a。
实施例2：
哈氏合金/碳钢双金属复合钢筋，钢筋的直径为14mm，中间碳钢的化学成分为45钢，外部为厚度2mm的HASTELLOY B-2哈氏合金，结合方式为冶金结合。
(1)选用现有轧制工艺制备出的45钢圆钢钢筋，长度5m，直径25mm。
(2)选用本发明中的耐蚀覆层的制备工艺制备出哈氏合金管，长度为5m，合金管的内径为25.5mm，外径为27.5mm。
(3)用质量分数为10％的氢氧化钠溶液前处理步骤，在70℃水温下，对钢坯材料表面油污进行前清洗，浸泡时间为10～20min。用质量分数为10％的HCl水溶液在常温下浸蚀20min，去除钢坯表面氧化皮。用去离子水冲洗烘干，保持干燥。采用电镀NiCrP工艺在前处理后的碳钢表面制备一层0.2mm厚的预合金化层。
电镀NiCrP合金工艺如下：
NiCl2:35g/L
CrCl3●6H2O:100g/L
H3PO3:30g/L
H3PO4:30g/L
pH:1-3
T:40-80℃
电流密度：3-15A/dm2；
(4)将预合金化后的碳钢与合金管装配起来，制成坯料。
(5)在感应炉中对坯料进行加热，加热至1000～1200℃，使中间冶金层熔化扩散。将高温下的双金属复合坯料通过现有的轧制工艺进行轧制，实现哈氏合金层与45钢的冶金结合。
按上述方法生产的哈氏合金/碳钢双金属复合耐腐蚀钢筋，中间为碳钢芯棒，外部为哈氏合金形成的耐蚀合金层，可以达到哈氏合金的耐蚀性，同时保持碳钢的高强度，生产方法简单，外形美观，性能优良，其抗拉强度σb＝810MPa,在质量百分比浓度为3.5％的NaCl溶液中的腐蚀速率小于0.01mm/a。
实施例3：
钛合金/碳钢双金属复合钢筋，钢筋的直径为54mm，钢筋的组成部分为碳钢芯部，外部为厚度2mm的TC4钛合金，结合方式为冶金结合。
(1)选用现有轧钢工艺制备出的Q235碳钢钢筋，长度为5m，直径14mm。
(2)选用本发明中的制管工艺制备出TC4钛合金管，长度为5m，横截面为内径直径为54.5mm的同心圆，外径为56.5mm。
(3)用质量分数为10％的氢氧化钠溶液前处理步骤，在70℃水温下，对钢坯材料表面油污进行前清洗，浸泡时间为10～20min。用质量分数为10％的HCl水溶液在常温下浸蚀20min，去除钢坯表面氧化皮。用去离子水冲洗烘干，保持干燥。采用电镀NiCrP工艺在前处理后的碳钢表面制备一层0.2mm厚的预合金化层。
电镀NiCrP合金工艺如下：
NiCl2:15g/L
CrCl3●6H2O:60g/L
H3PO3:10g/L
H3PO4:10g/L
pH:1-3
T:40-80℃
电流密度：3-15A/dm2；
(4)将预合金化后的碳钢与合金管装配起来，制成坯料。
(5)对坯料使用感应炉加热，加热至1000～1200℃，使中间冶金层熔化扩散。将高温下的双金属复合坯料通过现有的轧制工艺进行轧制。实现耐蚀合金与碳钢的冶金结合。
按上述方法生产的钛/碳钢双金属复合钢筋，中间为碳钢芯棒，外部为钛合金作为耐蚀合金层。可以达到钛合金的耐蚀性同时保持碳钢的高强度，生产方法简单，外形美观，性能良好，其抗拉强度σb＝630MPa,在质量百分比浓度为3.5％的NaCl溶液中的腐蚀速率小于0.003mm/a。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。
Claims (10)
1.一种高耐蚀双金属复合钢筋的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)原料准备：准备好耐蚀合金板和碳钢圆钢；
(2)耐蚀合金管的准备：将步骤(1)准备好的耐蚀合金板经过清洗、除油、干燥、卷管、焊接的步骤制成耐蚀合金管；
(3)碳钢圆钢的预合金化：将步骤(1)准备好的碳钢圆钢的外表面进行清洗、除油、电镀NiCrP合金，使得碳钢圆钢的外表面覆盖预合金化层，得到预合金化后的碳钢圆钢，且所述预合金化后的碳钢圆钢的内径比步骤(2)所得到的耐蚀合金管的直径小0.3-0.8mm，所述碳钢圆钢的长度与所述耐蚀合金管的长度一致；
(4)将步骤(3)所得的预合金化后的碳钢圆钢装配至耐蚀合金管中，制成坯料；
(5)对步骤(4)所得到的坯料进行加热，再按照现有的轧制工艺进行轧制，得到所述的高耐蚀双金属复合钢筋。
2.根据权利要求1所述的高耐蚀双金属复合钢筋的制备方法，其特征在于，所述电镀NiCrP合金是指在电流密度为3-15A/dm2的条件下，电解液温度为40-80℃、pH值为1-3的条件下进行。
3.根据权利要求2所述的高耐蚀双金属复合钢筋的制备方法，其特征在于，所述电解液中包括如下成分：NiCl2:15-35g/L，CrCl3·6H2O:60-100g/L，H3PO3:10-30g/L；H3PO4:10-30g/L。
4.根据权利要求3所述的高耐蚀双金属复合钢筋的制备方法，其特征在于，所述电镀液包括如下成分：NiCl2:20-30g/L，CrCl3·6H2O:70-90g/L，H3PO3:15-25g/L；H3PO4:15-25g/L。
5.根据权利要求4所述的高耐蚀双金属复合钢筋的制备方法，其特征在于，所述电镀液包括如下成分：NiCl2:25g/L，CrCl3·6H2O:80g/L，H3PO3:20g/L；H3PO4:20g/L。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的高耐蚀双金属复合钢筋的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的清洗、除油具体包括：
用质量分数为10％的氢氧化钠溶液对所述的碳钢圆钢的外表面进行前处理步骤，在70℃水温下，对所述碳钢圆钢的外表面油污进行前清洗，浸泡时间为10～20min；然后用质量分数为10％的HCl水溶液在常温下浸蚀20min；最后用去离子水冲洗烘干备用。
7.根据权利要求1-5中任意一项所述的高耐蚀双金属复合钢筋的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述加热是指加热至温度为1000～1200℃，使得中间的碳钢圆钢熔化扩散。
8.根据权利要求1-5中任意一项所述的高耐蚀双金属复合钢筋的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述预合金化后的碳钢圆钢的内径比步骤(2)所得到的耐蚀合金管的直径小0.5mm。
9.根据权利要求1-5中任意一项所述的高耐蚀双金属复合钢筋的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的预合金化层的厚度为0.2mm。
10.根据权利要求1-5中任意一项所述的高耐蚀双金属复合钢筋的制备方法，其特征在于，所述耐蚀合金板包括不锈钢、哈氏合金和钛合金。
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