CN105200315B - 一种锚杆钢的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种锚杆钢的生产方法，所述锚杆钢为热轧圆钢，其热轧态ReL≥450MPa，抗拉强度Rm≥650MPa，延伸率A≥20％，所述锚杆钢的组分及重量百分比含量为：C：0.20～0.26％，Si：0.55～0.80％，Mn：1.30～1.60％，P≤0.035％，S≤0.035％，V：0.08～0.12％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。上述锚杆刚的冶炼成分简单，控制稳定，成分命中率高，常规棒材热连轧工艺轧制，工艺稳定，炼、轧成本较低。钢材组织均匀、性能稳定、强度高、塑性好，实际应用中具有良好锚固强度和支护密度低的优点，解决了现有技术中存在钢材组织均匀性及性能稳定性差、生产工艺复杂、成本高、生产效率不高，以及制造的锚杆实际应用中存在粘结力下降、锚固强度低的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及钢材料技术领域，尤其涉及一种锚杆钢的生产方法。
背景技术
矿业工程锚杆是置于岩体中并与岩体紧密接触的杆件，具有一定纵向拉力的称为锚杆，通常由杆体、锚固体、承托结构组成。目前我国矿业工程使用的锚杆杆体用钢大多为双向两筋螺纹钢或无纵筋右旋(或左旋)螺纹钢，虽然此类螺纹钢材与锚固剂有较好的结合，但是注入锚杆时，前者，杆体纵筋旋转半径大于螺纹钢杆体旋转半径；后者，杆体旋转易将树脂胶体带向锚杆孔浅部，从而造成杆体与树脂不能紧密配合，使握裹力降低，并且两者都不利于锚固剂充填密实使搅拌效果差，粘结力下降，从而降低锚固强度。
高强度锚杆支护技术在一般条件下支护效果良好，综合效益显著。但在高地压巷道中，出现了一系列问题：锚杆预应力过低，强度不足，抗冲击性能差，造成锚杆拉断或整体失效，甚至锚杆尾部被弹射出去等破坏现象；锚索直径小、强度低、延伸率低，与钻孔匹配性差，经常出现锚索被拉断或整体滑动；钢带强度和刚度小，容易撕裂和拉断，护顶效果差。上述现象严重影响了巷道支护效果和安全程度。
由于锚杆强度偏低且延伸率偏差，导致单位面积上锚杆数多，间排距小，支护密度大，严重影响矿业工程掘进速度，造成采掘接续紧张。
鉴于常见的锚杆均存在着一定的不足。根据锚杆使用的直径、抗拉强度、断面收缩率，采用钒微合金化，结合适当的洁净钢冶炼工艺，开发出热轧态ReL≥450MPa，Rm≥650MPa，A≥20％较高洁净度低合金锚杆用钢，采用此热轧圆钢(表面均不带肋)可生产出较高强度、优良塑性、良好锚固强度和支护密度低的矿用锚杆。
现有技术中公开了一种高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋及其生产方法，所述全螺纹等强树脂锚杆钢筋的化学成分为：C：0.18～0.27wt％；Si：0.30～0.75wt％；Mn：1.35～1.60wt％；V：0.06～0.09wt％；P≤0.035wt％；S≤0.035wt％；其余为Fe和不可避免的杂质。因该钢为双向两纵筋螺纹钢，用作杆体时纵筋旋转半径大于螺纹钢杆体旋转半径，将不利于锚固剂充填密实使搅拌效果差，粘结力下降，从而降低锚固强度。
现有技术中还公开了一种锚杆钢的生产方法，工艺步骤包括：转炉冶炼、钢包钒微合金化、LF精炼、全保护浇铸、钢坯检查、加热炉加热、柔性控制轧制到轧后超快冷控制冷却。其中钢坯材质为中碳低合金钢，LF精炼周期按60min/炉-70min/炉控制，连铸过程采用130mm2小方坯全保护浇铸，轧后采用两段式分级控制冷却方式。因采用130mm2小方坯轧制生产钢材，相比于200mm2较大方坯轧制的钢材，无论是钢材组织均匀性与性能稳定性，还是生产效率方面，前者均不及后者。
现有技术中还公开了一种低碳锚杆用合金钢，所述钢材包含的成分及其重量百分含量为：碳：0.21～0.27％，硅：0.95～1.25％，锰：1.15～1.35％，磷≤0.015％，硫≤0.015％，钛：0.025％～0.030％，钒：0.015％～0.022％，镍：0.02％～0.12％，铌：0.02％～0.05％，钴：0.0035％～0.0055％，硼：0.0055％～0.0065％，其余为铁和不可避免的杂质，虽然生产钢材为表面不带肋热轧圆钢，避免了搅拌效果差，粘结力下降的缺点，但化学成分较复杂，而且价格昂贵的合金元素多，生产成本非常高，不具成本优势和大规模推广性。
发明内容
本申请提供一种锚杆钢的生产方法，解决了现有技术中存在钢材组织均匀性及性能稳定性差、生产工艺复杂、成本高、生产效率不高，以及制造的锚杆实际应用中存在粘结力下降、锚固强度低的技术问题。
本申请提供一种锚杆钢的生产方法，用于生成锚杆钢，所述锚杆钢为热轧圆钢，其热轧态ReL≥450MPa，抗拉强度Rm≥650MPa，延伸率A≥20％，所述锚杆钢的组分及重量百分比含量为：
C：0.20～0.26％，Si：0.55～0.80％，Mn：1.30～1.60％，P≤0.035％，S≤0.035％，V：0.08～0.12％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；
所述生产方法包括：
吹氧冶炼，在出钢1/4时开始加入硅锰合金、碳化硅、钒铁、碳粉和增碳剂，并在钢水出至3/4时完成；
氩站吹氩，吹氩时间大于2分钟小于等于15分钟；
在精炼炉中进行精炼，吹氩气搅拌，时间为15分钟～30分钟，并控制渣的碱度在0.8～3.5；
进行连铸，控制拉坯速度在1.0～1.6米/分钟；
对铸坯加热，加热温度控制在1050～1230℃，并在该温度下保温40～90分钟，在炉时间为2～3个小时；
进行粗轧，控制其开轧温度在1000～1100℃；
进行精轧，控制其开轧温度950～1050℃，累计变形量在10～60％；
进行空冷，按照冷却速度5～25℃/秒冷却至450～720℃，并在此温度下保温50～90分钟；
空冷至室温。
优选地，所述吹氧冶炼，具体为：
在50-150吨电炉或转炉中进行吹氧冶炼。
优选地，在精炼过程中，加入活性石灰、萤石、铝丸调整所述渣的情况和所述渣的成分。
本申请有益效果如下：
上述锚杆刚的冶炼成分简单，控制稳定，成分命中率高，常规棒材热连轧工艺轧制，工艺稳定，炼、轧成本较低。钢材组织均匀、性能稳定、强度高、塑性好，实际应用中具有良好锚固强度和支护密度低的优点，解决了现有技术中存在钢材组织均匀性及性能稳定性差、生产工艺复杂、成本高、生产效率不高，以及制造的锚杆实际应用中存在粘结力下降、锚固强度低的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。
图1和图2为锚杆钢放大不同比例后的显微组织图；
图3为本申请较佳实施方式一种锚杆钢的生产方法的流程图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种锚杆钢的生产方法，解决了现有技术中存在钢材组织均匀性及性能稳定性差、生产工艺复杂、成本高、生产效率不高，以及制造的锚杆实际应用中存在粘结力下降、锚固强度低的技术问题。
本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
一种锚杆钢的生产方法，用于生产锚杆钢，所述锚杆钢为热轧圆钢，其热轧态ReL≥450MPa，抗拉强度Rm≥650MPa，延伸率A≥20％，所述锚杆钢的组分及重量百分比含量为：C：0.20～0.26％，Si：0.55～0.80％，Mn：1.30～1.60％，P≤0.035％，S≤0.035％，V：0.08～0.12％，其余为Fe和不可避免的杂质元素，所述方法包括：吹氧冶炼，在出钢1/4时开始加入硅锰合金、碳化硅、钒铁、碳粉和增碳剂，并在钢水出至3/4时完成；氩站吹氩，吹氩时间大于2分钟小于等于15分钟；在精炼炉中进行精炼，吹氩气搅拌，时间为15分钟～30分钟，并控制渣的碱度在0.8～3.5；进行连铸，控制拉坯速度在1.0～1.6米/分钟；对铸坯加热，加热温度控制在1050～1230℃，并在该温度下保温40～90分钟，在炉时间为2～3个小时；进行粗轧，控制其开轧温度在1000～1100℃；进行精轧，控制其开轧温度950～1050℃，累计变形量在10～60％；进行空冷，按照冷却速度5～25℃/秒冷却至450～720℃，并在此温度下保温50～90分钟；空冷至室温。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
为了解决现有技术中存在钢材组织均匀性及性能稳定性差、生产工艺复杂、成本高、生产效率不高，以及制造的锚杆实际应用中存在粘结力下降、锚固强度低的技术问题，本申请提供一种锚杆钢的生产方法。本申请提供的锚杆钢的热轧态ReL≥450MPa，抗拉强度Rm≥650MPa，延伸率A≥20％较高洁净度低合金锚杆用钢，采用此热轧圆钢(表面均不带肋)可生产出较高强度、优良塑性、良好锚固强度和支护密度低的矿用锚杆。
所述锚杆钢的组分及重量百分比含量为：C：0.20～0.26％，Si：0.55～0.80％，Mn：1.30～1.60％，P≤0.035％，S≤0.035％，V：0.08～0.12％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
以下对本发明钢中各元素作用及其生产方法进行分析说明：
碳C：C是决定钢强度的主要元素，随着C含量的增加钢的强度、硬度增加而塑性和韧性下降，所以C含量不宜太高，但作为锚杆需要承受较高的工作强度。因此，将C含量控制在0.20～0.26％。
硅Si：Si具有明显的固溶强化作用，它不形成碳化物，基本上以固溶状态存在于钢中，在常用合金元素中硅的固溶强化作用最强。能提高钢的强度，也是炼钢的脱氧元素，但含量不宜过高，以免降低钢的韧性，影响锚杆的正常使用，因此硅含量不宜太高。故控制在0.55～0.80％。
锰Mn：Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂，主要溶于铁素体中提高钢的强度，可改善钢的加工性能。但含量不宜过高，以免使得钢的晶粒粗大，导致韧性明显下降。故控制在1.30～1.60％。
硫S、磷P：S、P是钢中有害元素，S是强烈的裂纹敏感性元素，P降低钢的塑性同时增加冷脆性，一般是其含量越低越好，考虑到炼钢实际控制情况，故S、P控制在≤0.035％。
钒V：V是强碳化物形成元素，与C元素有很强的亲和力，当它们生成细小弥散的VC时可产生强烈的沉淀强化效果，并能细化晶粒，提高钢的硬度、强度，改善韧性，故含量控制在0.08～0.12％。
本申请还提供一种锚杆钢的生产方法，用于生产上述锚杆钢，所述生产方法包括以下步骤：
步骤S11，吹氧冶炼，在出钢1/4时开始加入硅锰合金、碳化硅、钒铁、碳粉和增碳剂，并在钢水出至3/4时完成。具体地，可在50-150吨电炉或转炉吹氧冶炼。
步骤S12，氩站吹氩，吹氩时间大于2分钟小于等于15分钟。
步骤S13，在精炼炉中进行精炼，吹氩气搅拌，时间为15分钟～30分钟，并控制渣的碱度(SiO2/CaO)在0.8～3.5。在精炼过程中，可加入适当的活性石灰、萤石、铝丸等调整渣况和渣的成分。通过吹氩气搅拌，确保钢水温度均匀和C、Si、Mn、V等元素均匀分布。
步骤S14，进行连铸，控制拉坯速度在1.0～1.6米/分钟。进行连铸时，采用结晶器液面自动控制和结晶器电磁搅拌，采用大罐长水口和结晶器浸入式水口保护浇注，中包保护渣采用碱性保护渣，结晶器保护渣采用低碳钢保护渣。
步骤S15，对铸坯加热，加热温度控制在1050～1230℃，并在该温度下保温40～90分钟，在炉时间为2～3个小时；
步骤S16，进行粗轧，控制其开轧温度在1000～1100℃；
步骤S17，进行精轧，控制其开轧温度950～1050℃，累计变形量在10～60％；
步骤S18，进行空冷，按照冷却速度5～25℃/秒冷却至450～720℃，并在此温度下保温50～90分钟；
步骤S19，空冷至室温。
上述锚杆刚的冶炼成分简单，控制稳定，成分命中率高，常规棒材热连轧工艺轧制，工艺稳定，炼、轧成本较低。钢材组织均匀、性能稳定、强度高、塑性好，实际应用中具有良好锚固强度和支护密度低的优点，解决了现有技术中存在钢材组织均匀性及性能稳定性差、生产工艺复杂、成本高、生产效率不高，以及制造的锚杆实际应用中存在粘结力下降、锚固强度低的技术问题。
以下以具体组分进行试验，表1为10个示例中各个示例的各组分的取值，表2为10个示例中各个示例的工艺参数，表3为通过表1的组分和表2的参数生产的锚杆钢的性能情况。
表1本发明各实施例的组分取值列表
| 例 | C | Si | Mn | P | S | V |
| 1 | 0.20 | 0.55 | 1.30 | 0.013 | 0.010 | 0.080 |
| 2 | 0.20 | 0.58 | 1.33 | 0.015 | 0.013 | 0.085 |
| 3 | 0.21 | 0.60 | 1.35 | 0.018 | 0.015 | 0.090 |
| 4 | 0.22 | 0.63 | 1.38 | 0.020 | 0.018 | 0.095 |
| 5 | 0.22 | 0.65 | 1.40 | 0.023 | 0.020 | 0.100 |
| 6 | 0.23 | 0.70 | 1.45 | 0.025 | 0.025 | 0.105 |
| 7 | 0.24 | 0.73 | 1.50 | 0.027 | 0.028 | 0.110 |
| 8 | 0.25 | 0.75 | 1.55 | 0.030 | 0.030 | 0.115 |
| 9 | 0.26 | 0.78 | 1.58 | 0.032 | 0.033 | 0.120 |
| 10 | 0.26 | 0.80 | 1.60 | 0.035 | 0.035 | 0.120 |
表2本发明各实施例的主要工艺参数列表
表3本发明各实施例的性能检测情况列表
上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (3)
1.一种锚杆钢的生产方法，用于生产锚杆钢，其特征在于，所述锚杆钢为热轧圆钢，其热轧态ReL≥450MPa，抗拉强度Rm≥650MPa，延伸率A≥20％，所述锚杆钢的组分及重量百分比含量为：
C：0.20～0.26％，Si：0.55～0.80％，Mn：1.30～1.60％，P≤0.035％，S≤0.035％，V：0.08～0.12％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；
所述生产方法包括：
吹氧冶炼，在出钢1/4时开始加入硅锰合金、碳化硅、钒铁、碳粉和增碳剂，并在钢水出至3/4时完成；
氩站吹氩，吹氩时间大于2分钟小于等于15分钟；
在精炼炉中进行精炼，吹氩气搅拌，时间为15分钟～30分钟，并控制渣的碱度在0.8～3.5；
进行连铸，控制拉坯速度在1.0～1.6米/分钟；
对铸坯加热，加热温度控制在1050～1230℃，并在该温度下保温40～90分钟，在炉时间为2～3个小时；
进行粗轧，控制其开轧温度在1000～1100℃；
进行精轧，控制其开轧温度950～1050℃，累计变形量在10～60％；
进行空冷，按照冷却速度5～25℃/秒冷却至450～720℃，并在此温度下保温50～90分钟；
空冷至室温。
2.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述吹氧冶炼，具体为：
在50-150吨电炉或转炉中进行吹氧冶炼。
3.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在精炼过程中，加入活性石灰、萤石、铝丸调整所述渣的情况和所述渣的成分。
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