CN105256241B - 一种高强度锚杆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高强度锚杆，其包括以质量百分比表示的下述组分：C：2‑4％；Mn：3‑4％；W：5‑10％；Cr：2‑5％；Nd：0.4‑1.0％；Gd：1‑2％；Tb：0.6‑0.8％；其余为Fe，所述形成锚杆的合金中90％晶粒粒度小于30纳米，所述锚杆具有超高强度。

Description

一种高强度锚杆

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及其生产方法。

背景技术

锚杆是锚固在煤、岩体内维持围岩稳定的杆状物。锚杆支护是煤矿巷道首选的、安全性高的主要支护方式，与其它支护相比，它属于一种主动支护形式，具有支护工艺简单、支护效果好、材料消耗和支护成本低、运输和施工方便等优点。随着国家煤炭工业的迅速发展和开采规模的不断扩大，煤炭安全生产已成为制约我国煤矿发展的突出问题之一，煤炭行业迫切期待更高强度级别的矿用支护锚杆。

中国专利申请号为CN201310593620.6的专利文献，公开了一种630MPa级以上高强钢筋，该高强钢筋的重量百分比成分为：碳：0.28％-0.38％、硅：0-0.35％、锰：0-0.90％、铬：0.80％-1.50％、镍：3.00％-4.00％、钼：0.40％-0.60％、磷：0-0.015％、硫：0-0.015％、氢：0-2.0ppm、钒：0.10％-0.20％、钛：0-0.025％、铜：0-0.20％、铝：0-0.05％、0-0.50％残余元素，其余为Fe。该高强钢筋的生产工艺为：步骤(1)：以铬镍钼合金结构钢为坯料，并对其进行扩氢热处理；步骤(2)：将上述扩氢热处理后的钢筋放入加热炉内加热到1350-1390℃，出加热炉后采用水冷以23-25℃/s的冷却速率将钢筋水冷至925-945℃，然后在淬火装置内用水或淬火液进行淬火，然后在回火加热炉内加热到620-640℃进行回火，再通过第一冷却工艺冷却到常温；步骤(3)：将钢筋进行初步热轧，所述初步热轧温度为1100-1150℃，所述初步热轧完成后通过第二冷却工艺将钢筋冷却

至室温，然后对钢筋回热至1050℃，对钢筋进行二次热轧，二次热轧后的钢筋直径为或所述二次热轧完成温度为850℃，二次热轧后对所述钢筋进行水冷/空冷二次循环间歇淬火工艺进行淬火热处理；步骤(4)：将冷却后的钢筋放入回火加热炉加热到560-580℃，保温0.1-0.2h；步骤(5)：对保温后的钢筋使用高压喷射水或淬火液以13-15℃/s的速度冷却至150-200℃，然后在冷床上冷却至室温；步骤(6)：进行检验入库。上述生产方法工艺复杂，不利于批量化生产；而且要求加热炉加热温度高，在未采取措施的情况下，易造成钢材表面脱碳严重，性能达不到要求。

中国专利申请号为CN201310234760.4的专利文献，公开了一种高强度低屈强比矿用锚杆钢微合金钒控制析出方法，采用转炉初炼→钢包钒微合金化→LF炉精炼→全保护浇注→连铸，以铁水、废钢及钒氮合金元素做原料，生产出钒的质量百分比在0.05-0.15范围内，P、S洁净钢控制质量百分比在0.01以内的高强度低屈强比矿用锚杆钢。在轧制工艺中控制如下技术参数：采用950℃-1050℃温度区间开轧，通过4架无孔型轧机+8架孔型轧机进行连续轧制，控制精轧温度在780℃-830℃范围内，上冷床温度在700℃-750℃范围内，上冷床后在550℃-750℃缓冷，使V的析出率提高15-20％，使锚杆钢的平均强度提高20-40Mpa、屈强比达到0.72、屈服强度Rel≥600Mpa、抗拉强度Rm≥800Mpa、延伸率A％≥20％、室温冲击功≥40J。但上述钢材料的室温冲击韧性低，不满足标准中对超高强度锚杆钢筋要求；且屈服强度不能完全达到使用要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种超高强度的锚杆，可以满足复杂困难条件下巷道支护难题等要求。

为实现这一目的，本发明提供了如下方案：一种高强度锚杆，其特征在于各组份及其质量百分比为：含有C：2-4％；Mn：3-4％；W：5-10％；Cr：2-5％；Nd：0.4-1.0％；Gd：1-2％；Tb：0.6-0.8％；其余为Fe，所述形成锚杆的合金中90％晶粒粒度小于30纳米。

优选地，含有C：2％；Mn：4％；W：10％；Cr：5％；Nd：1.0％；Gd：2％；Tb：0.6％。

优选地，含有C：4％；Mn：3％；W：8％；Cr：4％；Nd：1.0％；Gd：1％；Tb：0.8％。

本发明的所述锚杆是通过下述方法制备：

(1)按照相应的质量比例，称取99％的碳化钨，99％的电解锰，60％的铬铁合金，99％的金属Nd块，Fe-50％Gd，99.5％的金属Tb块，余量为99.95％的铁锭；

(2)将准备好的原料加入到真空中频感应炉中，封闭好炉子，抽真空，炉内压力降到时760mmHg后充入氩气达到500mmHg，开始加热，加热段温度控制在1300-1500℃，均热段温度控制在1600-1750℃；所述所述加热段和所述均热段时间分别控制在10-15分钟；

(3)炉温冷却至850-890℃保温25-30分钟，然后炉冷至350-380℃后保温15-19分钟，最后冷却至室温，截成所需锚杆长度。

所述锚杆直径为20-40毫米，长度为2-12米。

本发明的优势在于杆体高强高延性高冲击，室温冲击功AKV₂值在100焦耳以上，是目前现存传统锚杆所无法相比的，很好解决了高地应力，高冲击地压和大的围岩流变等瞬间强力动载荷的破坏给巷道锚杆支护带来的严重的困难问题。

实施例

下面通过实施例对本发明作进一步说明。应该理解的是，本发明实施例所述方法仅仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下对本发明制备方法的简单改进都属于本发明要求保护的范围。实施例中用到的所有原料均为市售产品。

实施例1：

(1)按照C：2％；Mn：4％；W：10％；Cr：5％；Nd：1.0％；Gd：2％；Tb：0.6％的质量比例，称取相应99％的碳化钨，99％的电解锰，60％的铬铁合金，99％的金属Nd块，Fe-50％Gd，99.5％的金属Tb块，余量为99.95％的铁锭；

(2)将准备好的原料加入到真空中频感应炉中，封闭好炉子，抽真空，炉内压力降到时760mmHg后充入氩气达到500mmHg，开始加热，加热段温度控制在1300℃，均热段温度控制在1750℃；所述所述加热段和所述均热段时间分别控制在10分钟；

(3)炉温冷却至850℃保温25分钟，然后炉冷至380℃后保温19分钟，最后冷却至室温，截成所需锚杆长度。

实施例2：

(1)按照C：4％；Mn：3％；W：8％；Cr：4％；Nd：1.0％；Gd：1％；Tb：0.8％的质量比例，称取99％的碳化钨，99％的电解锰，60％的铬铁合金，99％的金属Nd块，Fe-50％Gd，99.5％的金属Tb块，余量为99.95％的铁锭；

(2)将准备好的原料加入到真空中频感应炉中，封闭好炉子，抽真空，炉内压力降到时760mmHg后充入氩气达到500mmHg，开始加热，加热段温度控制在1500℃，均热段温度控制在1700℃；所述所述加热段和所述均热段时间分别控制在15分钟；

(3)炉温冷却至890℃保温30分钟，然后炉冷至360℃后保温16分钟，最后冷却至室温，截成所需锚杆长度。

锚杆性能测试：

按照MT 146.1-2002所述方法对实施例2和3所述锚杆进行性能测试，测试结果如下所示：

Claims (1)

1.一种高强度锚杆，其特征在于各组份及其质量百分比为：含有C：2-4％；Mn：3-4％；W：5-10％；Cr：2-5％；Nd：0.4-1.0％；Gd：1-2％；Tb：0.6-0.8％；其余为Fe，形成锚杆的合金中90％晶粒粒度小于30纳米，所述高强度锚杆通过下述方法制备：

(1)按照相应的质量比例，称取99％的碳化钨，99％的电解锰，60％的铬铁合金，99％的金属Nd块，Fe-50％Gd，99.5％的金属Tb块，余量为99.95％的铁锭；

(2)将准备好的原料加入到真空中频感应炉中，封闭好炉子，抽真空，炉内压力降到760mmHg后充入氩气达到500mmHg，开始加热，加热段温度控制在1300-1500℃，均热段温度控制在1600-1750℃；所述加热段和所述均热段时间分别控制在10-15分钟；

(3)炉温冷却至850-890℃保温25-30分钟，然后炉冷至350-380℃后保温15-19分钟，最后冷却至室温，截成所需锚杆长度。