[发明专利]一种增材制造-控温槽轧制备不锈钢复合钢筋的方法

说明书

本发明为一种增材制造‑控温槽轧制备不锈钢复合钢筋的方法。该方法包括以下步骤：碳钢表面经过预处理后进行电弧增材，在四周堆焊一层2.5‑5mm厚的不锈钢；之后用直线焊对四条棱边进行焊接填充，直到不锈钢完全将碳钢包覆，得到不锈钢复合棒；淬火、回火处理，并最终在槽轧机上进行多道次槽轧成型，将不锈钢包覆在碳钢基体上，获得较好的层间界面结合状态以及纳米级的晶粒尺寸，从而实现耐腐蚀和强韧化的目的。本发明利用电弧增材制造可以获得很强的界面结合强度，拉伸性能能够达到800‑1000MPa冲击韧性能够达到120‑150J/cm²。

技术领域

本发明涉及电弧增材制造技术，属于增材制造领域，特别涉及金属材料控温槽轧技术，属于金属压延领域。

背景技术

据资料显示，2018年我国对钢材的需求量为6.7亿吨，其中建筑行业用钢占比过半，高达3.7亿吨。其中钢筋混凝土的研究已经成为一个热点，但是，在钢筋混凝土的结构中，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。由于常规的钢筋多为碳钢材质，其耐蚀性能差，腐蚀生锈后会引起材料酥松膨胀而产生内应力，当其内应力超过混凝土的弹性极限时就会破坏混凝土结构，从而给建筑物和桥梁带来严重的安全隐患。

相关数据显示，我国钢筋混凝土建筑结构平均寿命只有30年。同时据不完全统计，美国平均每年用于维护钢筋混凝土结构桥梁的费用高达63亿美元，英国每年用于因腐蚀造成的基础设施的维修费用为55亿英镑。我国也存在大量桥梁因钢筋腐蚀破坏严重出现裂纹、承载力下降等问题需要高昂的维护费。为此不锈钢复合钢筋的研究，主要有以下两个方面，一个是钢筋的加工成型研究，另一个是钢筋的防腐蚀性能研究。由于不锈钢/碳钢覆层钢筋有着良好的抗腐蚀性能，可以满足人们对钢筋混凝土建筑结构设计寿命提高的要求，由此成为国内外学者和科研人员研究的热点。

美国SMI-TEXAS公司，采用喷射沉积工艺制备不锈钢复合钢筋，这种钢筋性能良好，界面结合强度高，但是这种工艺相对能耗高，所需成本高，导致竞争力低。日本黒川宣幸等人采用旋转减径机轧制出不锈钢覆层钢筋。通过这种方法得到的不锈钢复合钢筋不锈钢壁厚均匀，界面结合强度高。但是这种方法对轧制速度有着极高的要求，不适合高速轧制的发展要求。2006年华南理工大学的汤勇教授用复合型材套拉工艺制备得到了不锈钢包覆的钢筋，而且申请了国家发明专利。这种工艺方法是通过在碳钢棒材外表面卷曲压合一层不锈钢层，焊缝后拉拔成型。这种工艺制备的不锈钢覆层钢筋的不锈钢壁厚均匀，但是由于小的加工变形量，界面结合强度低，很难应用于实际生活当中。

发明内容

本发明的目的为针对当前碳钢在工程结构用钢中耐蚀性差，低温冲击韧性低的缺点。提供一种增材制造-控温槽轧制备不锈钢复合钢筋的方法。该方法通过对碳钢进行电弧增材制造、淬火、回火处理，并最终在槽轧机上进行多道次槽轧成型，将不锈钢包覆在碳钢基体上，获得较好的层间界面结合状态以及纳米级的晶粒尺寸，从而实现耐腐蚀和强韧化的目的。

本发明的技术方案是：

一种增材制造-控温槽轧制备不锈钢复合钢筋的方法，包括以下步骤：

(1)用角磨机和砂纸依次对碳钢表面进行打磨；其中，碳钢尺寸为(20-30)mm*(20-30)mm，长度在150-200mm；

(2)再用酒精清洗打磨后的碳钢表面，然后吹干；

(3)在碳钢四周堆焊一层2.5-5mm厚的不锈钢；具体操作如下：将碳钢放平，在其中一个面进行焊接，沿着两个长边上分别进行振幅为4-8mm的摆焊，中间进行1-2道直线焊，将整个面填充满，这样一个面便焊接完成；其余3个面重复上述步骤；

(4)待四个面全部焊接完后，将碳钢棱边固定放平，之后用直线焊对四条棱边进行焊接填充，直到不锈钢完全将碳钢包覆，得到不锈钢复合棒；