本发明涉及一种带肋钢筋，尤其是一种不锈钢复合耐腐蚀带肋钢筋及其制造方法。
背景技术：
：带肋钢筋作为骨架被广泛应用于房屋、桥梁、道路、坝体等混凝土结构的建筑之中。在海洋及盐雾等腐蚀性环境中，由于普通带肋钢筋不耐腐蚀而导致钢筋混凝土结构过早地破坏，极大地影响了建筑物的安全和寿命。为了提高耐腐蚀性能，人们在普通带肋钢筋的合金成分基础上降低碳含量，加入铬、镍、钼等耐腐蚀元素，虽然能够部分提高耐腐蚀性能，但难以达到不锈钢的耐腐蚀效果，为此人们开发出了不锈钢带肋钢筋。然而在不锈钢中只有奥氏体不锈钢（304系列）具有较高的耐海水腐蚀能力，但它的缺点是强度较低，难以达到普通带肋钢筋400mpa以上的屈服强度，而且由于不锈钢带肋钢筋通体含有镍铬等稀贵金属，导致建筑成本大幅度提高。不锈钢复合带肋钢筋很好地解决了这一矛盾，它以不锈钢为表层，以普通低合金钢为芯部，在满足耐腐蚀性能的前提下，可以达到普通带肋钢筋甚至更高的强度，减少了镍铬等贵金属的用量，降低了制造成本。如公开号为cn102011463a的中国专利“一种不锈钢复合耐腐蚀钢筋及其制备方法”，该方法是将圆形或方形钢坯经过表面处理后穿进不锈钢管中，然后加热轧制成带肋钢筋，存在中间合金层不易添加，钢棒穿管困难的缺点。公开号为cn106269856a的中国专利申请“一种包覆轧制复合制备不锈钢复合螺纹钢筋的方法”，该方法是连铸或热轧方坯经过表面处理后，通过把不锈钢带材两次冷弯成型的方法给钢坯表面包覆一层不锈钢，然后加热轧制成带肋钢筋；它较好解决了中间合金层不易添加，钢坯穿管困难的问题，但它需要在现有的线棒材生产线前增设一套冷弯成型机组，增加了投资。另外，上述两种方法生产的不锈钢复合耐腐蚀带肋钢筋，前者为传统的带两条纵肋和两组月牙形横肋的外形，后者为带有三条纵肋和三组月牙形横肋的外形。为保证钢筋连接可靠性，特别是直径大于16mm的带肋钢筋，目前普遍采用螺纹套筒连接方式，即钢筋使用时要在端部加工螺纹，这样不锈钢复合层将不可避免地被车削掉，导致钢筋接头端部失去耐腐蚀性能，为此不锈钢复合钢筋只能采用绑扎连接的方法，降低了施工效率，影响了不锈钢复合耐腐蚀带肋钢筋的推广应用。目前，不锈钢复合带肋钢筋作为一种有发展前景的资源节约型耐腐蚀钢筋，其制备的方法还不成熟，没有大规模生产。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是提供一种低成本的不锈钢复合耐腐蚀带肋钢筋；本发明还提供了一种工艺简单的不锈钢复合耐腐蚀带肋钢筋的制造方法。为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：其由芯部、中间合金层和不锈钢表层构成；所述芯部材料为低合金钢，中间合金层材料为镍基合金或铜基合金。本发明所述不锈钢表层厚度为0.2mm～2mm，中间合金层厚度≤0.5mm。本发明所述低合金钢为20mnsiv、20mncrv；不锈钢为06cr19ni10、06cr17ni12mo2或sus304；镍基合金或铜基合金材料的熔点为950℃～1200℃。本发明所述带肋钢筋没有纵肋，横肋为螺旋等高肋。在所述钢筋的轴向截面上观察横肋的形状为等腰梯形，梯形顶角不大于90°；横肋与轴线的夹角β：单头螺纹β1为81.2°～81.7°，双头螺纹β2为73.0°～73.6°；横肋高度a不小于0.06d；横肋底宽b不小于3.5a；横肋的根弧圆角半径r不小于0.1d；所述d为钢筋的公称直径。本发明方法为：（1）根据钢坯尺寸，将镍基合金带材或铜基合金带材成型为可包裹半个钢坯的中间合金槽钢；（2）根据中间合金槽钢尺寸，将不锈钢带材成型为可包裹中间合金槽钢的不锈钢槽钢；（3）将两个中间合金槽钢对称组合将钢坯包裹，再将两个不锈钢槽钢对称组合将上述包裹有钢坯的中间合金槽钢包裹；（4）将不锈钢槽钢的两条纵向接缝焊接封闭，再将钢坯端部与不锈钢槽钢端部之间的横向缝隙焊接封闭，制成组合钢坯；（5）所述组合钢坯经加热、热轧成型，即可得到所述的带肋钢筋。本发明方法所述步骤（3）中，中间合金槽钢左右对称组合将钢坯包裹，不锈钢槽钢上下对称组合进行包裹。本发明所述步骤（5）中组合钢坯加热到1150～1200℃。本发明所述步骤（4）中，采用氩气保护自动焊、手工电弧焊或激光熔化焊。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明既有不锈钢钢筋的耐腐蚀性能，又能达到或超过普通热轧带肋钢筋的强度，在任意位置截取一段可采用螺纹套筒直接连接；在海洋工程等腐蚀性环境中利用本钢筋，可保证钢筋的耐腐蚀寿命，提高施工效率和降低工程成本。本发明钢筋为螺旋等高肋外形，在任意位置截取一段可使用不锈钢螺纹套筒直接连接，提高了连接的可靠性、头部耐蚀性和施工效率。因采用较大的横肋根弧圆角半径和没有纵肋，在热轧成型时横肋根部的不锈钢表层分布较均匀，克服了月牙形横肋因无法加工横肋根弧圆角，横肋根部变形不均导致的不锈钢表层厚度变薄、易产生裂纹和抗腐蚀能力差的弊端，提高了产品合格率和耐腐蚀性能。本发明方法中钢坯的不锈钢外层的包覆采用两个槽钢上下对称组合方式，不锈钢槽钢可采用集约化方式生产，无需在现有的棒材轧钢生产线前增设冷弯成型机组，设备投资少。钢坯中间合金层的包覆采用两个槽钢的左右对称组合的方式，与缠绕包裹的方式相比，中间合金层的置入更加简单方便。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。图1是本发明钢筋的横截面示意图；图2为本发明钢筋的主视图；图3为本发明钢筋的俯视图；图4为本发明钢筋的横肋轴向截面e处放大示意图；图5为本发明中间合金槽钢示意图；图6为本发明不锈钢槽钢示意图；图7为本发明焊接前的组合钢坯示意图；图8为本发明焊接后的组合钢坯示意图；图9为本发明连接套筒示意图；图10为本发明钢筋连接示意图。图中：1芯部；2中间合金层；3不锈钢表层；4钢坯；5中间合金槽钢；6不锈钢槽钢；7纵向焊缝；8端部焊缝；9连接套筒；10环氧树脂；11环氧树脂加入孔；d螺纹大径；dh基圆直径；dv基圆宽度；a横肋高度；b横肋宽度；r横肋根弧半径；c螺距；β螺旋角；w中间合金槽钢宽度；u中间合金槽钢腿高；t中间合金带材厚度；b不锈钢槽钢宽度；h不锈钢槽钢腿高；δ不锈钢带材厚度；a钢坯边长。具体实施方式本不锈钢复合耐腐蚀带肋钢筋，公称直径为12mm～50mm，由低合金钢芯部1、中间合金层2、不锈钢表层3三个部分构成，不锈钢表层3的厚度为0.2mm～2mm，中间合金层2厚度≤0.5mm。芯部1的坯料为普通热轧带肋钢筋用低合金钢连铸方坯或热轧方坯（以下简称“钢坯”），材质为20mnsiv、20mncrv；不锈钢表层3的原料为不锈钢带材，材质为06cr19ni10、06cr17ni12mo2奥氏体不锈钢或sus304不锈钢。中间合金层2的原料为镍基或铜基合金带材，镍基合金或铜基合金材料的熔点为950℃～1200℃。加入中间合金层的主要作用是防止在加热炉高温加热过程中芯部坯料中的碳元素扩散到不锈钢表层形成富铬碳化物，导致不锈钢表层的抗腐蚀能力下降；根据用户对耐腐蚀性能的要求确定芯部1和不锈表层3之间加入的中间合金层2厚度。图1、图2、图3、图4所示，本带肋钢筋外形的主要特征是它的基体为圆柱形，横肋为螺旋等高肋，没有纵肋，在任意位置截取一段可使用螺纹套筒直接连接。钢筋外形还具有以下特征：（1）从钢筋的横截面上观察其外形，上下边缘为圆弧，两侧为近似直边；（2）在钢筋的轴向截面上观察横肋的形状为等腰梯形，梯形顶角不大于90°；（3）横肋与轴线的夹角β，即中径螺旋角：单头螺纹β１为81.2°～81.7°，双头螺纹β２为73.0°～73.6°；（4）横肋高度a不小于公称直径d的0.06倍；横肋底宽b不小于横肋高度a的3.5倍；横肋的根弧圆角半径ｒ不小于钢筋公称直径ｄ的0.1倍；（5）不同强度等级的钢筋可采用不同的螺纹旋向和螺纹头数区分，例如：400mpa级为单头右旋螺纹外形、500mpa级为单头左旋螺纹外形、600mpa级为双头右旋螺纹外形。本带肋钢筋的制造方法采用下述工艺过程：（1）钢坯4表面处理：利用高速旋转的轮式钢丝刷将钢坯4表面的氧化铁皮清理干净。（2）中间合金槽钢5的加工成型：图5所示，按照在高温加热过程中能够隔离钢坯中的碳元素向表层扩散的原则，确定镍基或铜基中间合金带材的厚度t，一般取t=1～2mm；按照连铸方坯边长a计算中间合金槽钢5的宽度w和腿高u：中间合金槽钢的宽度w=方坯边长a+2×中间合金带材厚度t+方坯边长正偏差e+组合间隙f；中间合金槽钢5的腿高u=1/2×方坯边长a+中间合金带材厚度t；将镍基或铜基中间合金带材裁剪成中间合金槽钢5需要的宽度，在常规的辊式冷弯成型机组上将其弯曲成为符合上述宽度w和腿高u尺寸要求的槽钢。（3）不锈钢槽钢6的加工成型：图6所示，根据成品表面所需的不锈钢表层3厚度m、中间合金带材厚度t，按照轧制总变形率计算不锈钢带材的厚度δ；按照连铸方坯4边长a计算不锈钢槽钢6的宽度b和腿高h：不锈钢槽钢的宽度b=方坯边长a+2×不锈钢带材厚度δ+2×中间合金带材厚度t+方坯边长正偏差e+组合间隙f；不锈钢槽钢的腿高h=1/2×中间合金槽钢的宽度w+不锈钢带材厚度δ；将不锈钢带材裁剪成不锈钢槽钢4需要的宽度，在冲压成型机上或在常规的辊式冷弯成型机组上将其弯曲成为符合上述宽度b和腿高h尺寸要求的槽钢。（4）钢坯4与中间合金槽钢5组合与不锈钢槽钢6制成组合钢坯：图7所示，将两个镍基或铜基合金槽钢5左右对称组合将钢坯4包裹；将不锈钢槽钢6的内表面使用高速旋转的砂带抛光或喷丸处理的方式去除氧化层，后将两个不锈钢槽钢6上下对称组合，再将上述带有镍基或铜基中间合金槽钢5的钢坯包裹。在惰性气体保护状态下，利用现有的焊接方法将外层两个不锈钢槽钢6两侧的两条纵向缝隙焊接封闭成纵向焊缝7；再将钢坯4的端部和外层不锈钢槽钢6之间的横向间隙焊接一周，将两者之间的缝隙焊合成端部焊缝8，获得图8所示的组合钢坯。上述焊接方法为氩气保护自动焊、手工电弧焊或激光熔化焊，焊丝材质为不锈钢。（5）在常规棒材热轧生产线上进行热轧，按成品尺寸参数设计轧辊孔型，在数控机床上使用成型刀具完成轧辊孔型和横肋槽的车铣加工，以保证成品钢筋的外形尺寸符合成品钢筋要求。在棒材轧机的最后机架安装轧辊相位调整装置，使上下轧辊的梯形横肋槽精确对正，保证成品钢筋在任意位置截取一段后可采用螺纹套筒直接连接；轧辊相位调整装置参见公告号为cn201470687u的专利文件。（6）组合钢坯的加热：将组合钢坯在加热炉中加热到1150～1200℃，中间合金槽钢5熔化，两个中间合金槽钢5之间的间隙（见图7）自动熔合。（7）轧制成型：将加热后的组合钢坯从加热炉中取出，在粗轧道次按常规的轧制方法对组合钢坯进行轧制，精轧道次使用专用的孔形系统进行轧制，组合钢坯经过逐道次压缩变形，生产出符合成品外形尺寸的钢筋，冷却后剪切成需要的定尺长度。（8）精整加工：使用砂轮锯或钢锯切去钢筋头部不规则的部分，并对头部倒角；即可得到所述带肋钢筋成品。本带肋钢筋的连接方式：（1）连接套筒9加工制造：图9、图10所示，根据钢筋的外形尺寸和强度等级，确定连接套筒的尺寸；在常规机械加工机床上加工连接套筒梯形内螺纹，在空刀槽对应位置加工环氧树脂加入孔11；连接套筒9的材质为不锈钢。在钢筋连接处加入环氧树脂10的主要作用是使钢筋头部和腐蚀性环境隔离，保证钢筋头部的耐腐蚀效果。实施例1：本不锈钢复合耐腐蚀带肋钢筋采用下述具体工艺制备而成。（1）芯部1的坯料使用断面120mm×120mm、长度为6m的20mnsiv连铸方坯；中间合金层2的材料为普通白铜，牌号为b19，熔点为1080～1130℃；不锈钢表层3的材料为06cr19ni10；成品钢筋横肋外形为单头右旋梯形螺纹。（2）组合钢坯的中间合金带材的厚度t为2mm，不锈钢带材的厚度δ为11mm；组合钢坯的边长b为151mm，中间合金槽钢5宽度w为129mm，腿高u为62mm，不锈钢槽钢6的宽度b为151mm，腿高h为75.5mm。在辊式冷弯成型机组上将不锈钢带材和白铜带材弯曲成上述尺寸的槽钢。（3）芯部、中间合金槽钢与不锈钢槽钢清理干净后，组合、包裹、焊接，制成组合钢坯；焊接采用氩气保护自动焊，直径为1.5mm的er50-6焊丝。（4）根据成品尺寸在常规棒材热轧生产线上进行热轧定型；其中，加热温度1150～1170℃；最终轧成性能等级为400mpa横肋为单头右旋梯形螺纹的φ25mm带肋钢筋，其外形尺寸见表1。表1：本实施例所得带肋钢筋的外形尺寸公称直径基圆直径基圆宽度螺纹中径螺纹大径横肋高度横肋底宽横肋根弧螺距中径螺旋角螺纹方向mmmmmmmmmmmmmmmmmmº-ddhdvd1daminbrcβ1-2524.824.426.4281.66.02.512.581.43右本实施例所得带肋钢筋使用连接套筒9测试钢筋的外形尺寸，在拉伸试验机和弯曲试验机上检验各项强度指标，在金相显微镜下观察低合金钢芯部1、铜基中间合金层2和不锈钢表层3三者的结合状况、测量不锈钢表层3的厚度。检测结果表明：钢筋的外形尺寸满足螺纹套筒9直接连接要求，各项强度指标达到400mpa级普通热轧带肋钢筋的水平，低合金钢芯部1、铜基中间合金层2和不锈钢表层3三者已转变为冶金结合，其中，不锈钢表层厚度为0.98mm，中间合金层厚度为0.19mm。实施例2：本不锈钢复合耐腐蚀带肋钢筋采用下述具体工艺制备而成。（1）芯部1的坯料使用断面120mm×120mm、长度为6m的20mnsiv连铸方坯；中间合金层2的材料为铜基合金铁白铜，牌号为bfe10-1-1，熔点为1050～1120℃；不锈钢表层3的材料为06cr17ni12mo2；成品钢筋横肋外形为单头左旋梯形螺纹。（2）组合钢坯的中间合金带材的厚度t为2mm，不锈钢带材的厚度δ为12mm；组合钢坯的边长b为153mm，中间合金槽钢5宽度w为129mm，腿高u为62mm，不锈钢槽钢6的宽度b为153mm，腿高h为76.5mm。在辊式冷弯成型机组上将不锈钢带材和铁白铜带材弯曲成上述尺寸的槽钢。（3）芯部、中间合金槽钢与不锈钢槽钢清理干净后，组合、包裹、焊接，制成组合钢坯；焊接采用手工电弧焊，直径为1.5mm的er50-6焊丝。（4）根据成品尺寸在常规棒材热轧生产线上进行热轧定型；其中，加热温度1100～1180℃；最终轧成性能等级为500mpa横肋为单头左旋梯形螺纹的φ12mm带肋钢筋，其外形尺寸见表2。表2：本实施例所得带肋钢筋的外形尺寸公称直径基圆直径基圆宽度螺纹中径螺纹大径横肋高度横肋底宽横肋根弧螺距中径螺旋角螺纹方向mmmmmmmmmmmmmmmmmmº-ddhdvd1daminbrcβ1-1212.011.812.813.60.82.81.2681.51左本实施例所得带肋钢筋使用连接套筒9测试钢筋的外形尺寸，在拉伸试验机和弯曲试验机上检验各项强度指标，在金相显微镜下观察低合金钢芯部1、铜基中间合金层2和不锈钢表层3三者的结合状况、测量不锈钢表层3的厚度。检测结果表明：钢筋的外形尺寸满足螺纹套筒9直接连接要求，各项强度指标达到500mpa级普通热轧带肋钢筋的水平，低合金钢芯部1、铜基中间合金层2和不锈钢表层3三者已转变为冶金结合，其中，不锈钢表层厚度为0.52mm，中间合金层厚度为0.09mm。实施例3：本不锈钢复合耐腐蚀带肋钢筋采用下述具体工艺制备而成。（1）芯部1的坯料使用断面120mm×120mm、长度为6m的20mnsiv连铸方坯；中间合金层2的材料为镍基合金，牌号为ncu40-2.5-1.5，熔点为1170～1200℃；不锈钢表层3的材料为sus304；成品钢筋横肋外形为单头右旋梯形螺纹。（2）组合钢坯的中间合金带材的厚度t为2mm，不锈钢带材的厚度δ为10mm；组合钢坯的边长b为149mm，中间合金槽钢5宽度w为129mm，腿高u为62mm，不锈钢槽钢6的宽度b为149mm，腿高h为74.5mm。在辊式冷弯成型机组上将不锈钢带材和镍基合金带材弯曲成上述尺寸的槽钢。（3）芯部、中间合金槽钢与不锈钢槽钢清理干净后，组合、包裹、焊接，制成组合钢坯；焊接采用激光熔化焊，直径为1.5mm的er50-6焊丝。（4）根据成品尺寸在常规棒材热轧生产线上进行热轧定型；其中，加热温度1170～1200℃；最终轧成性能等级为400mpa横肋为单头右旋梯形螺纹的φ50mm带肋钢筋，其外形尺寸见下表3。表3：本实施例所得带肋钢筋的外形尺寸公称直径基圆直径基圆宽度螺纹中径螺纹大径横肋高度横肋底宽横肋根弧螺距中径螺旋角螺纹方向mmmmmmmmmmmmmmmmmmº-ddhdvd1daminbrcβ1-5049.749.152.755.73.011.05.02581.41右本实施例所得带肋钢筋使用连接套筒9测试钢筋的外形尺寸，在拉伸试验机和弯曲试验机上检验各项强度指标，在金相显微镜下观察低合金钢芯部1、铜基中间合金层2和不锈钢表层3三者的结合状况、测量不锈钢表层3的厚度。检测结果表明：钢筋的外形尺寸满足螺纹套筒9直接连接要求，各项强度指标达到400mpa级普通热轧带肋钢筋的水平，低合金钢芯部1、镍基中间合金层2和不锈钢表层3三者已转变为冶金结合，其中，不锈钢表层厚度为1.79mm，中间合金层厚度为0.39mm。实施例4：本不锈钢复合耐腐蚀带肋钢筋采用下述具体工艺制备而成。（1）芯部1的坯料使用断面120mm×120mm，长度为6m的20mnsiv连铸方坯，不锈钢表层3的材料为06cr19ni10，成品钢筋横肋外形为单头左旋梯形螺纹。（2）组合钢坯中不锈钢带材的厚度δ为11mm，成品钢筋不锈钢表层3的厚度m为1.0mm，组合钢坯的边长b为147mm，不锈钢槽钢5的宽度b为147mm，腿高h为73.5mm。（3）芯部与不锈钢槽钢清理干净后，组合、包裹、焊接，制成组合钢坯；焊接采用激光熔化焊，直径为1.5mm的er50-6焊丝。（4）根据成品尺寸在常规棒材热轧生产线上进行热轧定型；其中，加热温度1160～1180℃；最终轧成性能等级为500mpa横肋为单头左旋梯形螺纹的φ25mm带肋钢筋，其外形尺寸同实施例1。本实施例所得带肋钢筋使用连接套筒9测试钢筋的外形尺寸，在拉伸试验机和弯曲试验机上检验各项强度指标，在金相显微镜下观察低合金钢芯部1和不锈钢表层3的结合状况、测量不锈钢表层厚度。检测结果表明：钢筋的外形尺寸满足螺纹套筒9直接连接要求，各项强度指标达到500mpa级普通热轧带肋钢筋的水平，低合金钢芯部1和不锈钢表层3已转变为冶金结合，不锈钢表层3的厚度不小于1.0mm。实施例5：本不锈钢复合耐腐蚀带肋钢筋采用下述具体工艺制备而成。（1）芯部1的坯料使用断面120mm×120mm、长度为6m的20mncrv连铸方坯；中间合金层2的材料为普通白铜，牌号为b25，熔点为1120～1165℃；不锈钢表层3的材料为sus304；成品钢筋横肋外形为双头右旋梯形螺纹。（2）组合钢坯的中间合金带材的厚度t为2mm，不锈钢带材的厚度δ为12mm；组合钢坯的边长b为153mm，中间合金槽钢5宽度w为129mm，腿高u为62mm，不锈钢槽钢6的宽度b为153mm，腿高h为76.5mm。在辊式冷弯成型机组上将不锈钢带材和白铜带材弯曲成上述尺寸的槽钢。（3）芯部、中间合金槽钢与不锈钢槽钢清理干净后，组合、包裹、焊接，制成组合钢坯；焊接采用激光熔化焊，直径为1.5mm的er50-6焊丝。（4）根据成品尺寸在常规棒材热轧生产线上进行热轧定型；其中，加热温度1160～1200℃；最终轧成性能等级为600mpa横肋为双头右旋梯形螺纹的φ20mm带肋钢筋，其外形尺寸见下表4。表4：本实施例所得带肋钢筋的外形尺寸公称直径基圆直径基圆宽度螺纹中径螺纹大径横肋高度横肋底宽横肋根弧螺距中径螺旋角螺纹方向mmmmmmmmmmmmmmmmmmº-ddhdvd1daminbrcβ2-2019.919.621.122.31.24.52.01073.21右本实施例所得带肋钢筋使用连接套筒9测试钢筋的外形尺寸，在拉伸试验机和弯曲试验机上检验各项强度指标，在金相显微镜下观察低合金钢芯部1、铜基中间合金层2和不锈钢表层3三者的结合状况、测量不锈钢表层3的厚度。检测结果表明：钢筋的外形尺寸满足螺纹套筒9直接连接要求，各项强度指标达到600mpa级普通热轧带肋钢筋的水平，低合金钢芯部1、铜基中间合金层2和不锈钢表层3三者已转变为冶金结合，其中，不锈钢表层厚度为0.86mm，中间合金层厚度为0.15mm。当前第1页12