CN102851624B - 超高强度热轧树脂锚杆钢筋及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超高强度热轧树脂锚杆钢筋，按重量百分比由以下元素组成C：0.26~0.30%；Mn：1.60~1.80%；Si：0.65~0.85%；V：0.11~0.14%；N：0.020~0.040%；S≤0.020%；P≤0.0255；残余元素：Cr≤0.10%、Cu≤0.10%、Ni≤0.10%，且Cr+Cu+Ni≤0.20%；其余为Fe和不可避免的杂质。其生产方法包括冶炼工序、精炼工序、连铸工序和轧制工序，在冶炼工序中采用钒氮微合金化，以使钢筋中含有0.11~0.14wt%的V和0.020~0.040wt%的N。该钢筋的屈服强度≥700MPa而且生产成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢筋及其生产方法，特别是涉及到一种超高强度热轧树脂锚杆钢筋及其生产方法，其可作为煤矿巷道支护用杆体材料，其屈服强度≥700MPa。
背景技术
热轧树脂锚杆钢筋主要应用于煤矿井巷和隧道的锚杆支护，锚杆支护是广泛应用的一项重要支护技术，煤巷锚杆支护技术近年来发展极为迅速，而且高强度、高刚度和高可靠性成为一种发展趋势。这种支护系统在提高巷道支护效果，保证巷道安全，减轻工人劳动强度，简化采煤工作面端头区维护工艺等方面具有明显的优越性，十分有利于采煤工作面的快速推进，实现矿井的高产高效。树脂锚杆的杆体(锚杆钢筋)按力学性能分为3类：普通锚杆(Re1<340MPa)、高强度锚杆(Rel=340～600MPa)、超高强度锚杆(Re1>600MPa)。目前国内绝大多数井巷使用335MPa级的普通锚杆，使用锚杆强度最高的为600MPa级，延伸率（A）一般要求大于18％。随着国内矿井开采深度的不断增加，对锚杆钢筋的强度要求也越来越高，为了进一步提高煤炭开采效率及生产的安全性，煤炭行业提出使用超高强韧树脂锚杆钢筋的要求。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的问题，提供一种超高强度热轧树脂锚杆钢筋及其生产方法，其可作为煤矿巷道支护用杆体材料，其屈服强度≥700MPa。
本发明的另一目的在于提供上述超高强度热轧树脂锚杆钢筋的生产方法。
本发明为保证锚杆钢筋高强度、高韧性的要求，对产品钢种成分进行了优化设计。一方面对钢中碳、硅、锰主要元素进行合理调整，实现优化配置，另一方面采用微合金化技术，向钢中加入适量钒氮合金，充分利用钒的沉淀强化作用提高钢筋的强度和韧性。同时降低钢中磷、硫杂质及其它杂质含量，使钢水洁净度高。
为了实现本发明的目的，本发明提供的超高强度热轧树脂锚杆钢筋按重量百分比由以下元素组成：C：0.26~0.30%；Mn：1.60~1.80%；Si：0.65~0.85%；V：0.11~0.14%；N：0.020~0.040%；S≤0.020%；P≤0.0255；残余元素：Cr≤0.10%、Cu≤0.10%、Ni≤0.10%，且Cr+Cu+Ni≤0.20%；其余为Fe和不可避免的杂质。
优选地，所述钢筋按重量百分比由以下元素组成：C：0.27~0.30%；Mn：1.65~1.80%；Si：0.70~0.85%；V：0.12~0.14%；N：0.020~0.040%；S≤0.020%；P≤0.020%；残余元素：Cr≤0.10%、Cu≤0.10%、Ni≤0.10%，且Cr+Cu+Ni≤0.20%；其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明提供的超高强度热轧树脂锚杆钢筋的生产方法的技术方案如下：
包括冶炼工序、精炼工序、连铸工序和轧制工序，其中，在所述冶炼工序中采用钒氮微合金化，从而使最终获得的钢筋中按重量百分比含有0.11~0.14%的V和0.020~0.040%的N。
优选地，在所述冶炼工序中，控制炉渣碱度为2.8-3.2，终点碳含量0.10wt%-0.16wt%。
优选地，在所述精炼工序中，软吹时间为8-20min，脱氧剂采用碳化硅或复合脱氧剂，钢水进站温度为1560-1570℃，钢水出站温度为1600-1620℃，精炼时间为20-30min。
优选地，在所述连铸工序中，中包钢水温度为1515-1530℃；正常拉速为2.0-2.5m/min；中包液面高度为700-800mm；连铸机实行全保护浇铸。
优选地，在所述轧制工序中，开轧温度为1000~1050℃控制，终轧温度为800-900℃。
本发明的有益效果：本发明的热轧树脂锚杆钢筋的屈服强度Rel≥700MPa，抗拉强度Rm≥900MPa，延伸率A≥18%。采用本发明的树脂锚杆钢筋可以节省矿用锚杆使用量，提高安全性，减少劳动强度，实现矿井的高效高产。此外，本发明的微合金元素V的用量少，大幅度的降低了生产成本，因此为市场推广应用奠定了坚实的基础。另外，本发明方法简单，容易实现大规模生产。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明，但本发明并不限于此。以下百分比均为重量百分比。
本发明提供的超高强度热轧树脂锚杆钢筋按重量百分比由以下元素组成：C：0.26~0.30%；Mn：1.60~1.80%；Si：0.65~0.85%；V：0.11~0.14%；N：0.020~0.040%；S≤0.020%；P≤0.025%；残余元素：Cr≤0.10%、Cu≤0.10%、Ni≤0.10%，且Cr+Cu+Ni≤0.20%；其余为Fe和不可避免的杂质。
上述超高强度热轧树脂锚杆钢筋优选按重量百分比由以下元素组成：C:0.27~0.30%；Mn：1.65~1.80%；Si：0.70~0.85%；V：0.12~0.14%；N：0.020~0.040；S≤0.020%；P≤0.020%；残余元素：Cr≤0.10%、Cu≤0.10%、Ni≤0.10%，且Cr+Cu+Ni≤0.20%；其余为Fe和不可避免的杂质。
所述的超高强度热轧树脂锚杆钢筋，其屈服强度Rel≥700MPa，抗拉强度Rm≥900MPa，延伸率A≥18%（以上力学性能参数均基于GB/T228.1来测定）。
本发明提供的超高强度热轧树脂锚杆钢筋的生产方法的具体技术方案如下：包括冶炼工序、精炼工序、连铸工序和轧制工序；其中：
冶炼工序包括采用转炉或电炉初炼钢水、钢包合金化和钢包底吹氩，在钢包合金化步骤中，使钢水的N含量达到0.020~0.040%，V的含量达到0.11~0.14%，比如可加入钒氮合金来进行合金化；优选地，转炉控制炉渣碱度为2.8-3.2，以保证过程渣化好，终渣化透；优选地，终点碳含量0.10%-0.16%。
在精炼工序中，软吹时间优选为8-20min；优选地，脱氧剂采用碳化硅或复合脱氧剂（购自山东章丘市川达有限责任公司或甘肃泰盛物资集团有限责任公司龙泉碳化硅分公司）；优选地，钢水进站温度为1560-1570℃，钢水出站温度为1600-1620℃，精炼时间20-30min。
优选地，在连铸工序中，中包钢水温度：1515-1530℃；正常拉速：2.0-2.5m/min；中包液面高度≥700mm，更优选为700-800mm；连铸机实行全保护浇铸。
在轧制工序中，开轧温度为1000~1050℃，终轧温度不高于900℃，终轧温度优选为800-900℃，轧后禁止进行穿水冷却，优选为上冷床自然冷却。
本发明得到的数值锚杆钢筋的规格为Φ18-25mm。
下面列举几个实施例。
实施例1
所述的超高强度热轧树脂锚杆钢筋的生产方法包括冶炼工序、精炼工序、连铸工序和轧制工序，其中，
在转炉冶炼工序中，该炉原料铁水加入量为90吨，废钢加入量为4.8吨；供氧时间为15.5分钟，造渣料石灰加入量为4988千克，萤石加入量为156千克，烧结块为769千克，合金化过程中，硅铁和锰铁加入量为2300千克，钒氮合金为145千克，炉渣碱度为2.8-3.2。
在LF精炼工序中：钢包到精炼位后，根据温度、渣况进行造渣、脱氧，其中，钢水进站温度1570℃，出站温度1602℃，精炼时间25分钟，复合脱氧剂加入量为180千克，白渣保持20min，成分温度合适后，进行“软吹”操作，软吹时间10分钟。
在连铸工序中：5号连铸是六机六流的方坯连铸机，在整个过程中间包液面稳定，中包钢水温度1522℃，拉速稳定在2.1m/min，中包液面高度：700mm，连铸机实行全保护浇铸。得到的方坯的规格为150mm×150mm。
在轧制工序中，开轧温度1040℃，终轧温度890℃，轧制节奏稳定，上冷床空冷。从而得到满足性能要求的HRB600钢筋。该钢筋的成分及力学性能分别参见表1和表2。
实施例2
所述的超高强度热轧树脂锚杆钢筋的生产方法包括冶炼工序、精炼工序、连铸工序和轧制工序，其中，
在转炉冶炼工序中，该炉原料铁水加入量为89.7吨，废钢加入量为4.9吨；供氧时间为15分钟，造渣料石灰加入量为4970千克，萤石加入量159千克，烧结块755千克，在合金化过程中，硅铁和锰铁加入量为2450千克，钒氮合金为148千克，炉渣碱度为2.8-3.2。
在LF精炼工序中：钢包到精炼位后，根据温度、渣况进行造渣、脱氧，其中，钢水进站温度1560℃，出站温度1610℃，精炼时间25分钟，复合脱氧剂加入量为160千克，白渣保持20min，成分温度合适后，进行“软吹”操作，软吹时间15分钟。
在连铸工序中：5号连铸是六机六流的方坯连铸机，在整个过程中间包液面稳定，中包钢水温度1520℃，拉速稳定在2.1m/min，连铸机实行全保护浇铸。得到的方坯的规格为150mm×150mm。
在轧制工序中，开轧温度1030℃，终轧温度880℃，轧制节奏稳定，上冷床空冷。从而得到满足性能要求的HRB600钢筋。该钢筋的成分及力学性能分别参见表1和表2。
实施例3
所述的超高强度热轧树脂锚杆钢筋的生产方法包括冶炼工序、精炼工序、连铸工序和轧制工序，其中，
在转炉冶炼工序中，该炉原料铁水加入量为90.3吨，废钢加入量为4.7吨；供氧时间为15分钟，造渣料石灰加入量为4788千克，萤石加入量为145千克，烧结块为830千克，在合金化过程中，硅铁和锰铁加入量为2430千克，钒氮合金为155千克。
在LF精炼工序中：钢包到精炼位后，根据温度、渣况进行造渣、脱氧，其中，钢水进站温度1560℃，出站温度1620℃，精炼时间29分钟，复合脱氧剂加入量为175千克，白渣保持20min，成分温度合适后，进行“软吹”操作，软吹时间15分钟。
在连铸工序中：5号连铸是六机六流的方坯连铸机，在整个过程中间包液面稳定，中包钢水温度1523℃，拉速稳定在2.2m/min，连铸机实行全保护浇铸。得到的方坯的规格为150mm×150mm。
在轧制工序中，开轧温度1050℃，终轧温度880℃，轧制节奏稳定，上冷床空冷。从而得到满足性能要求的HRB600钢筋。该钢筋的成分及力学性能分别参见表1和表2。
表1本发明的钢筋的成分（wt%）
表2本发明钢筋的力学性能参数
通过以上实施例可以看出，根据本发明的方法生产出的超高强度热轧树脂锚杆钢筋具有优异的屈服强度、抗拉强度和延伸率。
Claims (3)
1.一种超高强度热轧树脂锚杆钢筋的生产方法，包括转炉冶炼工序、LF精炼工序、连铸工序和轧制工序，其特征在于，在所述冶炼工序中采用钒氮微合金化，从而使最终获得的钢筋中按重量百分比含有0.11～0.14%的V和0.020～0.040%的N，控制炉渣碱度为2.8-3.2，终点碳含量0.10wt%-0.16wt%；在所述精炼工序中，钢水进站温度为1560-1570℃，钢水出站温度为1600-1620℃，精炼时间为20-30min，软吹时间为8-20min；在所述连铸工序中，中包钢水温度为1515-1530℃，正常拉速为2.0-2.5m/min，中包液面高度为700-800mm；连铸机实行全保护浇铸；在所述轧制工序中，开轧温度为1000～1050℃控制，终轧温度为800-900℃，轧后冷床自然冷却；所述钢筋按重量百分比由以下元素组成：C：0.26～0.30%；Mn：1.60～1.80%；Si：0.65～0.85%；V：0.11～0.14%；N：0.020～0.040%；S≤0.020%；P≤0.025%；残余元素：Cr≤0.10%、Cu≤0.10%、Ni≤0.10%，且Cr+Cu+Ni≤0.20%；其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的超高强度热轧树脂锚杆钢筋的生产方法，其特征在于，所述钢筋按重量百分比由以下元素组成：C:0.27～0.30%；Mn：1.65～1.80%；Si：0.70～0.85%；V：0.12～0.14%；N：0.020～0.040%；S≤0.020%；P≤0.020%；残余元素：Cr≤0.10%、Cu≤0.10%、Ni≤0.10%，且Cr+Cu+Ni≤0.20%；其余为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的超高强度热轧树脂锚杆钢筋的生产方法，其特征在于，在所述精炼工序中，脱氧剂采用碳化硅或复合脱氧剂。
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