[发明专利]一种不锈钢复合耐腐蚀钢筋及其制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种复合材料，尤其涉及一种不锈钢复合耐腐蚀钢筋及其制备方法。

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。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。不锈钢中含有稀有、贵重的Cr、Ni等元素，成本较高，限制了其推广应用。人们为了提高碳钢钢筋的耐腐蚀性能，对合金成分进行了特别设计。如中国公开号为CN101144136的专利“一种含钒高强度耐腐蚀钢筋用钢及其生产工艺”，其合金元素按重量百分比（%）计为，0.17-0.24C、0.55-0.75Si、1.35-1.50Mn、0.04-0.10V、0.04-0.10Re，其余为Fe和杂质元素。中国公开号为CN101144137的专利“一种含铌高强度耐腐蚀钢筋用钢及其轧制工艺”，其合金元素按重量百分比(%)计为，0.17-0.24C、0.55-0.75Si、1.35-1.50Mn、 0.02-0.04Nb、0.04-0.10％Re，其余为Fe和杂质元素。上述两个发明的钢筋与普通钢筋相比，在氯盐、工业大气等环境下具有更好的耐腐蚀性能，生产成本低、生产工艺简单。通过优化碳钢钢筋的合金成分，虽然能够提高其耐腐蚀性能，但提高有限，难以达到不锈钢钢筋的效果。

随着Ni、Cr等资源的逐渐减少，不锈钢的生产成本会不断提高，因此寻求既具有不锈钢钢筋的耐腐蚀性能，又成本低廉、强度还高于不锈钢钢筋的材料是人们迫切追求的目标。低碳钢、低合金钢的成本低、强度高，不锈钢具有优异的耐腐蚀性能，将低碳钢或低合金钢与不锈钢复合制备出不锈钢复合钢筋，对于提高建筑工程质量、延长建筑结构的使用寿命具有重要意义。

发明内容

本发明为了解决不锈钢钢筋耐腐蚀性好，但成本高；碳钢钢筋成本低，但耐腐蚀性差的问题，提供一种不锈钢复合耐腐蚀钢筋及其制备方法，它可获得耐腐蚀性能好，成本低，可批量生产的钢筋。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

    一种不锈钢复合耐腐蚀钢筋，钢筋直径为6mm~40mm，它主要由芯部金属和其周围沿芯部金属长度方向均匀包覆的不锈钢合金层组成，两者间冶金结合，不锈钢合金层的厚度为1mm~10mm。

所述芯部金属为低碳钢、低合金钢中的任意一种。

所述不锈钢合金层为现有的奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢或双相不锈钢中的一种。优选奥氏体不锈钢。

一种不锈钢复合耐腐蚀钢筋的制备方法，它的步骤如下：

（1）选用现有的铸造方法生产出碳钢钢坯，碳钢钢坯的长度、横截面形状和面积任意确定。碳钢钢坯横截面的几何形状优选圆形或正方形，其直径不超过120mm，或其边长不超过120mm。

（2）用质量分数为10% NaOH水溶液除去步骤（1）制备的碳钢钢坯表面的油污，温度为80~90℃，浸洗8~10分钟。然后用质量分数为10%的H₂SO₄（或HCl）水溶液，在温度40~60℃下，浸蚀10~20分钟，去除氧化膜。

（3）采用现有的铸造方法或者热轧工艺生产不锈钢坯料，不锈钢坯料的长度与步骤（1）的碳钢钢坯的长度一致，其横截面的几何形状是，中心部位为一个与步骤（1）碳钢钢坯横截面轮廓匹配的孔；不锈钢坯料横截面的外轮廓可以是任意形状，优选圆形或者正方形。

（4）用质量百分数10%的Na₂CO₃的水溶液，在温度90~100℃下，浸洗步骤（3）所述不锈钢坯料的内孔，直到去除全部油污。然后在如下溶液中浸蚀除油后的内孔：HNO₃ 150毫升，H₂O水850毫升，NaF 50克，温度20~90℃，直到光亮为止。

（5）将步骤（4）获得的不锈钢坯料放置到步骤（2）的碳钢钢坯中部的孔内，并在两者之间预置上中间合金层，中间合金层选用镍基合金薄带或者粉末，或者铜基合金薄带或者粉末。

镍基合金薄带或铜基合金薄带的厚度为20mm ~40mm；合金粉末的粒度为－140目~+325目。