[0001] 技术领域
[0002] 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
[0003] 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：^ o
[0004] 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
[0005] 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。
[0006] 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勻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。
[0007] 所述芯部金属为低碳钢、低合金钢中的任意一种。
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] (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°C，浸洗8〜10分钟。然后用质量分数为10%的H2S04 (或HC1)水 溶液，在温度40〜60°C下，浸蚀10〜20分钟，去除氧化膜。
[0011] (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。
[0012] (4)用质量百分数10%的Na2C03的水溶液，在温度90〜100°C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：HN03 150毫升，H20水850毫升，NaF 50克，温度20〜90°C，直到光亮为止。
[0013] (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。
[0014] 镍基合金薄带或铜基合金薄带的厚度为20mm〜40mm ；合金粉末的粒度为一 140 目〜+325目。
[0015] 镍基合金薄带或铜基合金薄带的加入方法为，将薄带以螺旋线的形式、
单层缠 绕到步骤（2)获得的碳钢钢坯的表面，两头采用TIG
焊接工艺，将其与碳钢钢坯焊接到 一起，然后将包覆薄带的碳钢钢坯插入步骤（4)获得的不锈钢坯料中心部位的孔内，两 者之间的间隙控制在0.5mm以下。
[0016] 镍基合金粉末，或者铜基合金粉末则采用现有的
火焰喷涂工艺、或者等离子喷 涂工艺，将粉末均勻喷涂到步骤（2)获得的碳钢钢坯的表面，或者步骤（4)获得的不 锈钢钢坯内孔的表面，喷涂层的厚度为20mm〜40mm。然后将碳钢钢坯插入到不锈钢坯 料中心部位的孔内，两者之间的间隙控制在0.5mm以下。
[0017] 上述镍基合金薄带或粉末的成分（质量百分比％)为：14〜18Cr、3〜4Fe、 3〜6Si、2.5〜3.5B、余为 Ni，熔点为 960°C 〜1030°C ；或者 6.0〜8.0Cr、2.5〜3.5Fe、4〜5.0Si、 2.3〜3.5B、余为 Ni,熔点为 900°C -1000°C ；上述铜基合金薄带或粉末的成分（质量百分比％)为：27〜30Ni、1.5〜2Si、0.2B、Fe 不超过1.5、余为Cu。熔点为1122°C〜1166°C
(6)采用现有的
电弧焊方法，在不锈钢坯料和低碳钢坯料位于其两端端面上的间 隙处焊接一周
焊缝，将两者之间的间隙焊合，并将两个坯料连接为一体。采用E4303
焊条，用焊条
电弧焊；或者采用ER50-6
焊丝，用
熔化极气体保护焊。获得不锈钢复合坯 料。
[0018] (7)将步骤（6)的不锈钢复合坯料加热到1050〜1250°C，中间合金层熔化， 采用现有的轧制工艺轧制，逐道次减径，并通过现有的孔形尺寸保证钢筋
型材的尺寸和 外形，获得不锈钢复合耐腐蚀钢筋产品。根据轧制工艺的不同，产品分为光面钢筋、带 肋钢筋、钢线、
冷轧扭钢筋。在轧制过程中，通过液态中间合金层和
母材原子的扩散， 实现碳钢和不锈钢的冶金结合，这个过程即为液相扩散焊。
[0019] 本发明钢筋的外形与现有的钢筋相同，即是光面钢筋、带肋钢筋、钢线、冷轧 扭钢筋之一，优选带肋钢筋。
[0020] 本发明实施具有如下明显效果：(1)不锈钢复合耐腐蚀钢筋芯部采用碳钢，保证了钢筋具有较高的强度、良好的韧 性和塑性。
[0021] (2)不锈钢复合耐腐蚀钢筋表面预置不锈钢层，使钢筋具有优异的耐腐蚀性 能，可广泛用于暴露于高氯离子或腐蚀性工业环境下的钢结构、使用融雪剂的道路和桥 梁、海洋围墙或防御工事、沿海钢结构、地下通道、钢筋混凝土内等，显著提高其耐腐 蚀性能，提高结构的寿命和安全性。不锈钢层的厚度可以在1mm到1 0mm之间灵活调 整，以满足不同耐腐蚀工况不同使用寿命的要求。
[0022] (3)不锈钢与碳钢之间为冶金结合，结合强度高，不脱落，寿命长。
[0023] (4)不锈钢层和芯部碳钢可以设计成不同的成分，能够适用于不同腐蚀介质、 不同
工作温度的各种工况，其适用面更广。
[0024] (5)不锈钢复合耐腐蚀钢筋生产工艺简单，设备投资少，可连续生产，生产效 率较高。
附图说明
[0025] 图1为本发明的不锈钢复合耐腐蚀钢筋的横截面剖面示意图； 图2不锈钢复合坯料的横截面剖面示意图。
[0026] 其中，1芯部，2不锈钢合金层，3碳钢钢坯，4中间合金层，5不锈钢坯料。
具体实施方式
[0027] 下面结合附图与
实施例对本发明做进一步说明。
[0028] 实施例1 ：图1中，不锈钢复合耐腐蚀钢筋，其规格（即直径）为6mm〜40mm，它主要由芯部 1金属和其周围沿芯部1金属长度方向包覆的不锈钢合金层2组成，两者间冶金结合，不 锈钢合金层2的厚度为1mm〜10mm。
[0029] 所述芯部1金属为低碳钢、低合金钢中的任意一种。
[0030] 所述不锈钢合金层2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。
[0031] 制备不锈钢复合耐腐蚀光面钢筋，芯部1为碳钢Q235，横截面的几何形状为直 径10mm的圆形，耐腐蚀不锈钢合金层2的厚度为2_，不锈钢合金层2选用符合国标GB/T 20878-2007 的 06Crl9Nil0 奥氏体不锈钢。
[0032] (1)选用现有的铸造方法生产Q235碳钢钢坯3，碳钢钢坯3的长度为9m，横 截面的几何形状为圆形，直径110mm。
[0033] (2)用质量分数为10% NaOH水溶液除去步骤（1)制备的碳钢钢坯3表面 的油污，温度为85°C，浸洗10分钟。然后用质量分数为10%的压304水溶液，在温度 60°C下，浸蚀15分钟，去除氧化膜。
[0034] (3)采用现有的铸造工艺生产不锈钢坯料5，不锈钢坯料5的长度为9m，其横 截面的几何形状是一个同心圆的圆环，外径为136mm，内径为111mm。如图2所示。
[0035] (4)用质量百分数10%的Na2C03的水溶液，在温度90〜100°C下，浸洗步骤 (3)所述不锈钢坯料4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：HN03 150毫升、H20水850毫升、NaF 50克，温度80°C，直到光亮为止。
[0036] (5)选用镍基合金薄带作为中间合金层4，其化学成分（质量百分比％)为： 7.0Cr、3.0Fe、4.0Si、2.5B、余为Ni，薄
钢带厚度为30mm，宽度为50mm。将上述薄带 以螺旋线的形式、单层缠绕到步骤（2)获得的碳钢钢坯3的表面，两头采用TIG焊接工 艺，将其与碳钢钢坯3焊接到一起，然后将包覆薄带的碳钢钢坯3插入步骤（4)获得的 不锈钢坯料5中心部位的孔内。
[0037] (6)采用直径为2.5mm的E4303焊条，用现有的焊条电弧焊方法，在不锈钢坯 料5和碳钢坯料3位于其两端端面上的间隙处焊接一周焊缝，将两者之间的间隙焊合，并 将两个坯料连接为一体，获得不锈钢复合坯料。
[0038] (7)将步骤（6)的不锈钢复合坯料加热到1200°C，中间合金层4熔化，采 用现有的轧制工艺轧制，逐道次减径，并通过现有的孔形尺寸保证钢筋型材的尺寸和外 形，获得不锈钢复合耐腐蚀光面钢筋产品。
[0039] 按上述方法生产的不锈钢复合耐腐蚀钢筋，芯部Q235的直径为10mm，不锈钢 合金层2的厚度为2mm，两者之间为冶金结合，不锈钢复合耐腐蚀钢筋的外径为14mm， 表面成形美观。
[0040] 实施例2 ：制备不锈钢复合耐腐蚀光面钢筋，芯部1为碳钢，化学成分与市售HRB335 二级钢筋 的相同，横截面的几何形状为直径19mm的圆形，耐腐蚀不锈钢合金层2的厚度为3_， 不锈钢合金层2选用符合国标GB/T 20878-2007的06Crl7Nil2Mo2奥氏体不锈钢。
[0041] (1)选用现有的铸造方法生产HRB335 二级钢筋的碳钢钢坯3，碳钢钢坯3的 长度为3m，横截面的几何形状为圆形，直径100mm。
[0042] (2)用质量分数为10% NaOH水溶液除去步骤（1)制备的碳钢钢坯3表面的 油污，温度为80V，浸洗8分钟。然后用质量分数为10%的压304水溶液，在温度50°C 下，浸蚀15分钟，去除氧化膜。
[0043] (3)采用现有的铸造工艺生产不锈钢坯料5，不锈钢坯料5的长度为3m，其横 截面的几何形状是一个同心圆的圆环，外径为132mm，内径为101mm。
[0044] (4)用质量百分数10%的Na2C03的水溶液，在温度90°C下，浸洗步骤（3) 所述不锈钢坯料5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： HN03 150毫升、H20水850毫升和NaF 50克，温度50°C，直到光亮为止。[0045] (5)选用镍基合金薄带为中间合金层4，其化学成分（质量百分比％)为： 16Cr、3.5Fe、4Si、3B、余为Ni，薄钢带厚度为20mm，宽度为50mm。将上述薄带以螺 旋线的形式、单层缠绕到步骤（2)获得的碳钢钢坯3的表面，两头采用TIG焊接工艺， 将其与碳钢钢坯3焊接到一起，然后将包覆薄带的碳钢钢坯3插入步骤（4)获得的不锈 钢坯料5中心部位的孔内。如图2所示。
[0046] (6)采用直径为1.2mm的ER50-6焊丝，用现有的熔化极气体保护焊工艺，在 不锈钢坯料5和碳钢钢坯3位于其两端端面上的间隙处焊接一周焊缝，将两者之间的间隙 焊合，并将两个坯料连接为一体，获得不锈钢复合坯料。
[0047] (7)将步骤（6)的不锈钢复合坯料加热到1150°C，
中间层合金层4熔化，采 用现有的轧制工艺轧制，逐道次减径，并通过现有的孔形尺寸保证钢筋型材的尺寸，获 得不锈钢复合耐腐蚀人字形带筋钢筋产品。
[0048] 按上述方法生产的不锈钢复合耐腐蚀带筋钢筋，芯部1碳钢的直径为19mm，不 锈钢合金层2的厚度为3mm，两者之间为冶金结合，不锈钢复合耐腐蚀带筋钢筋的外径 为25mm，表面成形美观。
[0049] 实施例3 ：制备不锈钢复合耐腐蚀光面钢筋，芯部1为碳钢，化学成分与市售HRB400三级钢筋 的相同，横截面的几何形状为直径24mm的圆形，耐腐蚀不锈钢合金层2的厚度为3_， 不锈钢合金层2选用符合国标GB/T 20878-2007的06Crl7Nil2Mo2奥氏体不锈钢。
[0050] (1)选用现有的铸造方法生产HRB400 二级钢筋的碳钢钢坯3，碳钢钢坯3的 长度为lm，横截面的几何形状为正方形，边长为120mm。
[0051] (2)用质量分数为10% NaOH水溶液除去步骤（1)制备的碳钢钢坯3表面的 油污，温度为90°C，浸洗10分钟。然后用质量分数为10%的HC1水溶液，在温度40°C 下，浸蚀18分钟，去除氧化膜。
[0052] (3)采用现有的铸造工艺生产不锈钢坯料5，不锈钢坯料5的长度为lm，其横 截面的几何形状是壁厚相等的正方形环，外轮廓正方形的边长为150mm，内孔正方形的 边长为121mm，两个正方形的对应边平行。
[0053] (4)用质量百分数10%的Na2C03的水溶液，在温度95°C下，浸洗步骤（3) 所述不锈钢坯料5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： HN03 150毫升、H20水850毫升和NaF50克，温度80°C，直到光亮为止。
[0054] (5)选用镍基合金粉末的涂层为中间合金层4，其化学成分（质量百分比％) 为：17Cr、3.5Fe、6Si、3.5B、余为Ni，粒度为一 140目〜+325目。采用现有的等离子 喷涂工艺，将上述粉末均勻喷涂到步骤（2)获得的碳钢钢坯的表面，喷涂层的厚度为 35mm。然后将碳钢钢坯3插入到不锈钢坯料中心部位的孔内，两者之间的间隙控制在 0.5mm以下。如图2所示。
[0055] (6)采用直径为1.2mm的ER50-6焊丝，用现有的熔化极气体保护焊工艺，在 不锈钢坯料5和碳钢钢坯3位于其两端端面上的间隙处焊接一周焊缝，将两者之间的间隙 焊合，并将两个坯料连接为一体，获得不锈钢复合坯料。
[0056] (7)将步骤（6)的不锈钢复合坯料加热到1200°C，中间层合金层4熔化，采 用现有的轧制工艺轧制，逐道次减径，并通过现有的孔形尺寸保证钢筋型材的尺寸，获得不锈钢复合耐腐蚀人字形带筋钢筋产品。
[0057] 按上述方法生产的不锈钢复合耐腐蚀带筋钢筋，芯部1碳钢的直径为24mm，不 锈钢合金层2的厚度为3mm，两者之间为冶金结合，不锈钢复合耐腐蚀带筋钢筋的外径 为30mm，表面成形美观。
[0058] 实施例4 ：制备不锈钢复合耐腐蚀光面钢筋，芯部1为碳钢Q235，横截面的几何形状为直径 18mm的圆形，耐腐蚀不锈钢合金层2的厚度为1mm，不锈钢合金层2选用符合国标GB/ T 20878-2007的12Crl3马氏体不锈钢。
[0059] (1)选用现有的铸造方法生产碳钢Q235钢坯，碳钢钢坯3的长度为3m，横截 面的几何形状为圆形，直径110mm。
[0060] (2)用质量分数为10% NaOH水溶液除去步骤（1)制备的碳钢钢坯3表面 的油污，温度为90°C，浸洗10分钟。然后用质量分数为10%的压304水溶液，在温度 60°C下，浸蚀20分钟，去除氧化膜。
[0061] (3)采用现有的铸造工艺生产不锈钢坯料5，不锈钢坯料5的长度为3m，其横 截面的几何形状是一个同心圆的圆环，外径为122mm，内径为111mm。
[0062] (4)用质量百分数10%的Na2C03的水溶液，在温度95°C下，浸洗步骤（3) 所述不锈钢坯料5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： HN03 150毫升，H20水850毫升，NaF 50克，温度80°C，直到光亮为止。
[0063] (5)选用铜基合金粉末的涂层为中间合金层4，其化学成分（质量百分比％) 为：28Ni、1.5Si、0.2B、1.2Fe、余为Cu，粒度为一140目〜+325目。采用现有的火 焰喷涂工艺，将上述粉末均勻喷涂到步骤（2)获得的碳钢钢坯的表面，喷涂层的厚度 为40mm。然后将碳钢钢坯插入到不锈钢坯料中心部位的孔内，两者之间的间隙控制在 0.5mm以下。
[0064] (6)采用直径为1.2mm的ER50-6焊丝，用现有的熔化极气体保护焊工艺，在 不锈钢坯料5和碳钢钢坯3位于其两端端面上的间隙处焊接一周焊缝，将两者之间的间隙 焊合，并将两个坯料连接为一体，获得不锈钢复合坯料。如图2所示。
[0065] (7)将步骤（6)的不锈钢复合坯料加热到1250°C，中间层合金层4熔化，采 用现有的轧制工艺轧制，逐道次减径，并通过现有的孔形尺寸保证钢筋型材的尺寸，获 得不锈钢复合耐腐蚀人字形带筋钢筋产品。
[0066] 按上述方法生产的不锈钢复合耐腐蚀带筋钢筋，芯部1碳钢的直径为18mm，不 锈钢合金层2的厚度为1mm，两者之间为冶金结合，不锈钢复合耐腐蚀带筋钢筋的外径 为20mm，表面成形美观。
[0067] 实施例5 ：不锈钢合金层2选用符合国标GB/T 20878-2007的10Crl7铁素体不锈钢，其他与实 施例1相同。
[0068] 实施例6 ：不锈钢合金层2选用符合国标GB/T 20878-2007的12Cr21Ni5Ti奥氏体-铁素体双相 不锈钢，其他与实施例1相同。
[0069] 实施例7 ：制备不锈钢复合耐腐蚀光面钢筋，芯部1为普通低合金钢，化学成分与市售HRB500 三级钢筋的相同，其他与实施例3相同。
