CN116021231A - 一种双金属复合钢筋的制造方法及其复合中间坯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双金属复合钢筋的制造方法及其复合中间坯，包括以下步骤：S1、准备基材钢芯和复材钢板，并作清理作业；S2、将所述基材钢芯和所述复材钢板进行焊接形成复合坯，再将所述复合坯进行加热、轧制形成复合中间坯；S3、利用常规线材轧机将所述复合中间坯进行加热、轧制形成复合钢筋。本发明通过固固复合的方式制备完全冶金结合的复合钢筋，利用孔型轧机对坯料进行开坯，获得界面实现良好冶金结合的复合中间坯，提高复合效果。

Description

一种双金属复合钢筋的制造方法及其复合中间坯

技术领域

本发明涉及一种复合钢筋产品的制造方法，更具体地说，涉及一种双金属复合钢筋的制造方法及其复合中间坯。

背景技术

桥梁、海工、建筑等行业使用的钢筋材料服役环境比较恶劣，经常接触腐蚀性介质，即便长期暴露在大气环境中也会发生锈蚀，最终影响使用寿命和工程安全。为避免钢筋腐蚀造成的工程质量及寿命问题，一些跨海大桥、港口码头等建筑开始使用不锈钢钢筋，如304、316、2205等不锈钢钢筋，但相对而言不锈钢钢筋造价高、性能单一；也有采用碳钢钢筋表面镀锌、环氧树脂涂层等措施达到防腐蚀的目的，但不环保、易脱落，未能根本解决锈蚀和寿命短的痛点。

复合钢筋是将两种不同材质的金属材料通过不同的复合手段制成复合坯，然后通过冷热加工制成复合钢筋。从发表的专利看，复合钢筋的主要生产工艺为钎焊复合、机械复合、电渣重熔复合、轧制复合等。钎焊复合是采用熔点低于母材的合金作钎料，加热时钎料熔化，并靠润湿作用和毛细作用填满并保持在接头间隙内，而母材处于固态，依靠液态钎料和固态母材间的相互扩散复合覆材与基材；机械复合是在一种棒材外表包裹一层其他金属通过机械压合的方式使其贴合，缺点在于结合面为机械结合，结合强度较低，适用于对界面结合要求不高的环境使用；电渣重熔复合是通过电渣重熔将外层材质和内层材质重熔复合成复合坯，再进行热加工生产复合棒线材产品，其结合效果较好，但能耗和成本较高，生产工序复杂。

在现有专利申请中，如中国专利CN107933013A介绍一种不锈钢碳钢真空复合钢筋制造方法，通过管棒嵌套或方坯四周贴板抽真空焊接的方式轧制成复合钢筋。但其缺点在于：第一，碳钢和不锈钢组织及晶体结构不同，结合难度大；第二，没有制备冶金复合坯的过程，直接进行轧制增加了结合面失效的风险，尤其是轧制过程侧面在拉应力作用下的界面分离，其复合效果和成材率将受影响。

如中国专利CN106282674A介绍了一种复合铸造+热挤压+冷拉的方式生产铝合金复合管、棒、线材的方法，其核心工艺在于复合铸造生产复合铸棒或管坯。

如中国专利CN101219502A介绍了一种双金属复合棒材生产工艺，通过覆层金属管和基层金属棒的间隙组配+冷拔预贴合+热轧复合的方法完成复合棒材的生产。

如中国专利CN106112391A介绍了一种冶金复合双金属管坯的生产工艺，用电渣重熔的方法将外层材质和内层材质冶炼熔合得到复合坯料，再进行径向锻造+表面加工+热挤压，最后制备出成品复合棒材或管材。

从上述现有的专利申请情况来看，目前制备复合长材的方法均存在工艺复杂、污染环境、能耗高、结合效果不良、成材率低下等问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种双金属复合钢筋的制造方法及其复合中间坯，该制造方法是通过固固复合的方式制备完全冶金结合的复合钢筋。先利用孔型轧机对坯料进行开坯，获得界面实现良好冶金结合的复合中间坯，提高复合效果，然后通过常规的线材轧机将复合中间坯轧制成性能优良的复合钢筋。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，一种双金属复合钢筋的制造方法，包括以下步骤：

S1、准备基材钢芯和复材钢板，并作清理作业；

S2、将所述基材钢芯和所述复材钢板进行焊接形成复合坯，再将所述复合坯进行加热、轧制形成复合中间坯；

S3、将所述复合中间坯进行加热、轧制形成复合钢筋。

较佳的，所述步骤S1中，所述复材钢板包括基层材料和复层材料；

所述复材钢板的基层材料、所述基材钢芯的材质选用同一种材料，为HRB300、HRB400或HRB500钢筋材料，或其他金属材料；

所述复材钢板的复层材料的材质选用奥氏体不锈钢、双相不锈钢、钛或钛合金。

较佳的，所述步骤S1中，清理作业具体为：

对所述基材钢芯、所述复材钢板的表面去除杂质。

较佳的，所述基材钢芯通过机械加工的方法去除表面杂质，表面粗糙度为0.2～1.0μm。

较佳的，所述步骤S2中，将所述基材钢芯和所述复材钢板对齐后，焊缝位置进行焊接密封，并将密封腔体抽真空，真空度小于0.01Pa。

较佳的，所述步骤S2中，所述复合中间坯的加热温度为1000～1280℃，保温均热后采用平立交替轧制方式继续轧制或锻造。

较佳的，所述平立交替轧制方式具体为：

每轧制1至3道次后将所述复合中间坯翻转90°，继续轧制或锻造，每道次压下量为3～10％，总压下量＞25％。

另一方面，一种由所述的双金属复合钢筋的制造方法制得的复合中间坯，包括基材钢芯，以及包覆于所述基材钢芯外侧面上的复材钢板；

所述基材钢芯的截面为矩形状；

所述复材钢板包括四块完全冶金结合的复合板，所述复合板的基层材料对应覆盖于所述基材钢芯的四侧外表面上；

所述复合板为梯形状。

较佳的，所述复合板的底角均为45°。

较佳的，所述复合板的基层材料的宽度、长度与所述基材钢芯的宽度、长度一致。

本发明所提供的一种双金属复合钢筋的制造方法及其复合中间坯，利用孔型轧机对坯料进行开坯，获得界面实现良好冶金结合的复合中间坯，提高复合效果，本方法简单可靠，界面结合质量好，适用于规模化生产，可根据用户需要生产不同性能的复合钢筋产品。降低了冶金复合的难度，提高复合质量；可以利用现有产线设备，可根据用户需要生产不同复层、基层材料和性能的复合钢筋产品，当然该发明也可以用于生产复合钢管、复合棒线材。

附图说明

图1是本发明制造方法的流程示意图；

图2是本发明复合中间坯的组坯结构示意图。

具体实施方式

为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

结合图1所示，本发明所提供的一种双金属复合钢筋的制造方法，包括以下步骤：

S1、准备基材钢芯和复材钢板，并作清理作业；

S2、将基材钢芯和复材钢板进行焊接形成复合坯，再将复合坯进行加热、轧制形成复合中间坯；

S3、将复合中间坯进行加热、轧制形成复合钢筋。

步骤S1中，复材钢板是四块完全冶金结合的复合板，包括基层材料和复层材料；

复材钢板的基层材料、基材钢芯的材质选用同一种材料，如HRB300、HRB400或HRB500钢筋材料，或其他金属材料；

复材钢板的复层材料的材质选用奥氏体不锈钢、双相不锈钢、钛或钛合金。

步骤S1中，清理作业具体为：

对基材钢芯的表面进行清理，通过机械加工的方法去除氧化铁皮和油污等表面杂质，保证结合面露出干净金属，促进后续轧制过程中的金属原子扩散结合，机械加工的表面粗糙度为0.2～1.0μm。

S2中，复合坯包括基材钢芯1，以及包覆于基材钢芯1外侧面上的复材钢板。

基材钢芯1的截面为矩形状。

复材钢板包括四块完全冶金结合的复合板，复合板内侧为基层材料2，外侧为复层材料3，其中基层材料2对应覆盖于基材钢芯1的四侧外表面上。

复合板为梯形状，两个底角α均为45°。

基层材料2的宽度、长度与基材钢芯1的宽度、长度一致。

步骤S2中，将基材钢芯和复材钢板对齐后，将所有焊缝位置进行焊接密封，并将密封腔体抽真空，真空度小于0.01Pa，防止外界残留的氧气在加热和轧制过程中使金属表面氧化，影响复合效果。

步骤S2中，复合坯的加热温度为1000～1280℃，保温均热后继续轧制或锻造制得完全冶金结合的复合中间坯，终轧温度控制在奥氏体再结晶温度范围。变形过程采用平立交替轧制方式，具体为：

每轧制1至3道次后将复合方坯翻转90°，继续轧制或锻造，每道次压下量为3～10％，总压下量＞25％。制得的复合中间坯再利用常规的钢筋产线生产复合钢筋即可。

由于复材的基层与基材使用相同的材料，其组织和晶体结构完全一样，因此在加热、开坯轧制、成品轧制过程中金属原子发生扩散、再结晶的难易程度大大降低，更容易实现界面冶金结合。

上述方案既可以将方形钢芯作为基层材料、复合板作为复层材料生产复合钢筋产品，也可以将方形钢芯作为复层、复合板作为基层进行穿孔或轧管生产复合管材。

实施例1

1)方形的基材钢芯1的断面尺寸160mm×160mm×3600mm，为常规钢筋材料HRB400；复材钢板为厚度40mm(基层材料2厚度为20mm+复层材料3厚度为20mm)碳钢不锈钢复合板(基层材料2材质为HRB400，复层材料3材质为316)，与基材钢芯1接触的基层材料2的宽度160mm，外表面复层材料3的宽度为240mm，长度3600mm，梯形角45°。基材钢芯1的四个表面和基层材料2的表面打磨清洗，去除氧化铁皮、油污等杂质，露出结合面干净金属，加工后的表面粗糙度0.45μm；

2)清理好的基材钢芯1与复材钢板所有接缝处焊接密封，并将密闭腔体抽真空，真空度小于0.01Pa后，送入加热炉加热至1190℃，保温120min均热后利用孔型轧机平立交替轧制开坯，每两道次翻转90°，轧制成断面160mm×160mm的复合中间坯，终轧温度980℃，轧制过程中前4道次每道次压下量15mm，总压下量33％；

3)将160mm×160mm的复合中间坯加热至1210℃，保温90min后，经30架高速线材轧机轧制成φ12mm复合钢筋，基层碳钢10mm，复层不锈钢厚度1mm。复合钢筋屈服强度460MPa，满足HRB400标准，具有良好的耐蚀性能，可以广泛应用于海洋建筑、跨海大桥等领域。

实施例2

1)方形的基材钢芯1的断面尺寸200mm×200mm×3000mm，为常规钢筋材料20MnSiV；复材钢板为厚度60mm(基层材料2厚度为20mm+复层材料3厚度为40mm)碳钢不锈钢复合板(基层材料2材质为20MnSiV，复层材料3材质为2205)，其中复层材料3的不锈钢厚度40mm，与基材钢芯1接触的碳钢宽度200mm，外表面2205的宽度为320mm，长度3000mm，梯形角45°。基材钢芯1的四个表面和基层材料2的不锈钢表面打磨清洗，去除氧化铁皮、油污等杂质，露出结合面干净金属，加工后的表面粗糙度0.65μm；

2)清理好的基材钢芯1与复材钢板所有接缝处焊接密封，并将密闭腔体抽真空，真空度小于0.01Pa后，送入加热炉加热至1150℃，保温120min均热后利用孔型轧机平立交替轧制，轧成断面180mm×180mm的复合中间坯，终轧温度900℃，轧制过程中每两道次翻钢90°，前6道次每道次压下量20mm，总压下量43.75％；

3)将180mm×180mm的复合方中间坯加热至1200℃，保温90min后，经30架高速线材轧机轧制成φ8mm复合钢筋，基层碳钢6mm，复层不锈钢厚度1mm。复合钢筋屈服强度430MPa，耐蚀性能十分优异，特别适用于跨海大桥、海岛建筑等。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (10)

1.一种双金属复合钢筋的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、准备基材钢芯和复材钢板，并作清理作业；

S2、将所述基材钢芯和所述复材钢板进行焊接形成复合坯，再将所述复合坯进行加热、轧制形成复合中间坯；

S3、将所述复合中间坯进行加热、轧制形成复合钢筋。

2.根据权利要求1所述的双金属复合钢筋的制造方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述复材钢板包括基层材料和复层材料；

所述复材钢板的基层材料、所述基材钢芯的材质选用同一种材料，为HRB300、HRB400或HRB500钢筋材料，或其他金属材料；

所述复材钢板的复层材料的材质选用奥氏体不锈钢、双相不锈钢、钛或钛合金。

3.根据权利要求1所述的双金属复合钢筋的制造方法，其特征在于，所述步骤S1中，清理作业具体为：

对所述基材钢芯、所述复材钢板的表面去除杂质。

4.根据权利要求3所述的双金属复合钢筋的制造方法，其特征在于：所述基材钢芯通过机械加工的方法去除表面杂质，表面粗糙度为0.2～1.0μm。

5.根据权利要求1所述的双金属复合钢筋的制造方法，其特征在于：所述步骤S2中，将所述基材钢芯和所述复材钢板对齐后，焊缝位置进行焊接密封，并将密封腔体抽真空，真空度小于0.01Pa。

6.根据权利要求1所述的双金属复合钢筋的制造方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述复合中间坯的加热温度为1000～1280℃，保温均热后采用平立交替轧制方式继续轧制或锻造。

7.根据权利要求6所述的双金属复合钢筋的制造方法，其特征在于：所述平立交替轧制方式具体为：

每轧制1至3道次后将所述复合中间坯翻转90°，继续轧制或锻造，每道次压下量为3～10％，总压下量＞25％。

8.一种由权利要求1-7之一所述的双金属复合钢筋的制造方法制得的复合中间坯，其特征在于：包括基材钢芯，以及包覆于所述基材钢芯外侧面上的复材钢板；

所述基材钢芯的截面为矩形状；

所述复材钢板包括四块完全冶金结合的复合板，所述复合板的基层材料对应覆盖于所述基材钢芯的四侧外表面上；

所述复合板为梯形状。

9.根据权利要求8所述的复合中间坯，其特征在于：所述复合板的底角均为45°。

10.根据权利要求8所述的复合中间坯，其特征在于：所述复合板的基层材料的宽度、长度与所述基材钢芯的宽度、长度一致。

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