CN105908091A

CN105908091A - 高冲击韧性500MPa锚杆用热轧带肋钢筋及生产方法

Info

Publication number: CN105908091A
Application number: CN201610276327.0A
Authority: CN
Inventors: 褚文龙; 王立军; 翁玉娟; 王晓东; 靳刚强; 李彦军; 贺保堂; 高玲玲
Original assignee: Hebei Iron and Steel Group Co Ltd Chengde Branch
Current assignee: Hebei Iron and Steel Co Ltd; Hebei Iron and Steel Group Co Ltd Chengde Branch
Priority date: 2016-04-29
Filing date: 2016-04-29
Publication date: 2016-08-31

Abstract

本发明涉及一种高冲击韧性500MPa锚杆用热轧带肋钢筋及生产方法，属于冶金炼钢和轧钢领域，所述锚杆用热轧带肋钢筋包含如下成分，以质量计：C：0.14～0.20%；Si：0.30～0.60%；Mn：1.10～1.40%；V：0.080～0.130%；P≤0.025%；S≤0.025%；N：0.015～0.027%，余量为Fe和不可避免的杂质。所述高冲击韧性500MPa级锚杆用热轧带肋钢筋的生产方法包括转炉冶炼、钢包钒微合金化、钢包精炼、连铸工序、加热炉加热、连续轧制以及冷却工序。本发明生产的锚杆用热轧带肋钢筋，不仅可达到较高的强度和塑性指标，同时具有较高的冲击韧性性能，从而降低了在严酷的变形负荷下锚杆钢因塑性变形而断裂的可能性，可进一步保障安全，减少钢材消耗。

Description

高冲击韧性 500MPa 锚杆用热轧带肋钢筋及生产方法

技术领域

本发明属于冶金炼钢和加工技术领域，具体涉及一种高冲击韧性500MPa锚杆用热轧带肋钢筋及生产方法。

背景技术

锚杆钢主要应用于煤矿井下巷道支护工程，对保证巷道畅通、井下安全作业及煤矿行业的建设与生产具有重要作用，锚杆钢主要可以提供两方面的作用，一是抗拉作用，二是抗剪作用。随着开采深度不断加深，深层开采带来了高的地应力、高的冲击地压和大的围岩流变，给煤矿巷道的锚杆支护造成了严重的困难，需要更高强度的锚杆以保证安全生产。同时，锚杆钢在矿井下要承受岩层的错层和位移带来的巨大切应力，因此需要很高强度的同时也要求锚杆钢具有很好的延伸塑性和耐冲击性能。

目前国内绝大多数井巷使用335MPa级的普通锚杆，使用锚杆强度最高为600MPa级，延伸率一般要求大于18%，室温冲击韧性指标Akv值只能达到30-60J，承受岩层切应力效果差，影响支护效果。随着国内矿井开采深度的不断增加，对锚杆钢筋的强度及韧性要求也越来越高，为了进一步提高煤炭开采效率及生产的安全性，煤炭行业提出使用高强高韧树脂锚杆钢筋的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高冲击韧性500MPa锚杆用热轧带肋钢筋，解决现有技术中锚杆钢的冲击韧性低的问题。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：高冲击韧性500MPa锚杆用热轧带肋钢筋，所述锚杆用热轧带肋钢筋包含如下成分，以质量计：C：0.14～0.20%；Si：0.30～0.60%；Mn：1.10～1.40%；V：0.080～0.130%；P≤0.025%；S≤0.025%；N：0.015～0.027%，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明所述热轧带肋钢筋组织为珠光体和铁素体，所述珠光体含量为25%～35%，所述铁素体含量为65%～75%。

本发明所述锚杆用热轧带肋钢筋屈服强度Rel≥500MPa，抗拉强度≥630MPa，断后伸长率A≥20%，常温冲击功Akv≥100J。

本发明还提供一种高冲击韧性500MPa锚杆用热轧带肋钢筋的生产方法，所述方法包括炼钢工序和轧钢工序，包括以下步骤：

（1）转炉冶炼工序：转炉终点成分质量百分含量控制为C≥0.06%，P≤0.020%，转炉终点温度1650-1680℃；

（2）钢包钒微合金化工序：采用钢包出钢过程微合金化；

（3）钢包精炼工序： LF炉精炼，精炼终点喂钙铁线200～400m/炉钢进行钙处理，精炼结束后保证软吹时间≥8min，精炼起吊温度为1570～1590℃；

（4）连铸工序：采用连铸全程保护浇铸，按八机八流方坯连铸机组织浇注，中间包钢水液面高度≥600mm，钢水目标过热度15～30℃；拉速为1.7～2.0m/min；二冷比水量为0.9～1.3L/kg钢；

（5）加热炉加热工序：采用加热炉加热，分为三段：预热段温度控制在630～900℃，加热段温度控制在960～1100℃，均热段温度控制在1050～1100℃；

（6）连续轧制工序：连续轧制工序中，开轧温度1000～1050℃ ；

（7）冷却工序：在步进式冷床上进行自然空冷。

本发明所述步骤（2）中所述的钢包钒微合金化工序中，出钢1/4时先加硅铝钡脱氧剂，再加钒氮合金，出钢3/4时加料结束，出钢过程中钢包保证全程吹氩。

本发明所述步骤（4）中所述的连铸工序中，中间包浸入式水口采用铝碳质材料。

本发明所述步骤（4）中所述的连铸工序中，结晶器保护渣采用低合金方坯保护渣，浇注周期为25-30min/炉。

本发明所述步骤（4）中所述的连铸工序中，连铸坯缩孔及角裂纹级别均为0～2.0级。

本发明的设计思路如下：在保证锚杆钢强度指标的前提下，为了改善塑性和冲击韧性指标，本发明主要采取的措施如下：

C是提高钢材强度的最有效的元素，但是当其含量低于0.14%时，会导致力学性能不足而增加合金添加量从而增加了生产成本，当其含量高于0.22%时，会产生塑性和韧性下降，冲击性能恶化，因此，本发明C选择在0.14～0.20%。

V是微合金化钢最常用也是最有效的强化元素之一，钒的作用是通过形成钒的碳氮化物来影响钢的组织和性能，它主要是在奥氏体晶界的铁素体中沉淀析出，细化铁素体晶粒，从而提高材料的强度和韧性。V低于0.08%时，析出强化效果不能够满足力学性能要求，V高于0.13%时，析出强化使强度太高而导致韧性变差。因此，本发明V选择在0.080～0.130%。

采用上述技术方案的有益效果在：本发明公开的一种高冲击韧性500MPa锚杆用热轧带肋钢筋，是采用热轧工艺生产的一种锚杆钢产品，与现有技术相比较，不仅可达到较高的强度（屈服强度Rel≥500MPa）和塑性指标（断后伸长率A≥23%），同时具有较高的冲击韧性性能（冲击性能Akv≥100J），本发明强度虽然与目前生产的钢筋性能相当，但延伸率更高，冲击性能更好，从而降低了在严酷的变形负荷下锚杆钢因塑性变形而断裂的可能性。可进一步保障工程安全，并减少钢材消耗，对低碳经济和节能减排也具有重要意义。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明做进一步详细说明，各实施例钢坯成分见表1。

表1 各实施例的钢坯成分（wt%）

序号	C	Si	Mn	P	S	V	N
								1	0.14%	0.30%	1.10%	0.018%	0.025%	0.13%	0.027
2	0.18%	0.40%	1.30%	0.020%	0.009%	0.10%	0.021
								3	0.20%	0.60%	1.40%	0.025%	0.019%	0.08%	0.015

注：余量为Fe和不可避免的杂质。

实施例1：

转炉终点成分质量百分含量控制为C：0.06%，P：0.012%，转炉终点温度1650℃；采用钢包出钢过程微合金化，出钢1/4时先加硅铝钡脱氧剂，再加钒氮合金，出钢3/4时加料结束，出钢过程中钢包保证全程吹氩；精炼终点喂钙铁线200m/炉钢进行钙处理，精炼结束后软吹时间14min，精炼起吊温度为1570℃；采用连铸全程保护浇铸，中间包钢水液面高度最低600mm，钢水过热度15℃；拉速为1.7m/min；二冷比水量为0.9L/kg钢，中间包浸入式水口采用铝碳质材料，结晶器保护渣采用低合金方坯保护渣，浇注周期为25min/炉，连铸坯缩孔及角裂纹级别均为0级。加热炉预热段温度控制在630℃，加热段温度控制在960℃，均热段温度控制在1087℃；开轧温度1021℃；在步进式冷床上进行自然空冷。获得组织为珠光体+铁素体组织的锚杆用热轧带肋钢筋，其中珠光体为25%，铁素体为75%,其性能指标如下：屈服强度Rel：575MPa，抗拉强度Rm：705MPa，断后伸长率A：26%，冲击功Akv2：108J。

实施例2：

转炉终点成分质量百分含量控制为C：0.10%，P：0.011%，转炉终点温度1669℃；采用钢包出钢过程微合金化，出钢1/4时先加硅铝钡脱氧剂，再加钒氮合金，出钢3/4时加料结束，出钢过程中钢包保证全程吹氩；精炼终点喂钙铁线400m/炉钢进行钙处理，精炼结束后软吹时间8min，精炼起吊温度为1590℃；采用连铸全程保护浇铸，中间包钢水液面高度最低675mm，钢水过热度23℃；拉速为1.9m/min；二冷比水量为1.2L/kg，钢中间包浸入式水口采用铝碳质材料，结晶器保护渣采用低合金方坯保护渣，浇注周期为30min/炉，连铸坯缩孔及角裂纹级别均为2.0级。加热炉预热段温度控制在900℃，加热段温度控制在1100℃，均热段温度控制在1050℃；开轧温度1000℃；在步进式冷床上进行自然空冷。获得组织为珠光体+铁素体组织的锚杆用热轧带肋钢筋，其中珠光体为31%，铁素体为69%,其性能指标如下：屈服强度Rel：585MPa，抗拉强度Rm：695MPa，断后伸长率A：27%，冲击功Akv2：107J。

实施例3：

转炉终点成分质量百分含量控制为C：0.12%，P：0.020%，转炉终点温度1680℃；采用钢包出钢过程微合金化，出钢1/4时先加硅铝钡脱氧剂，再加钒氮合金，出钢3/4时加料结束，出钢过程中钢包保证全程吹氩；精炼终点喂钙铁线276m/炉钢进行钙处理，精炼结束后软吹时间12min，精炼起吊温度为1580℃；采用连铸全程保护浇铸，中间包钢水液面高度最低705mm，钢水过热度30℃；拉速为2.0m/min；二冷比水量为1.3L/kg钢，中间包浸入式水口采用铝碳质材料，结晶器保护渣采用低合金方坯保护渣，浇注周期为28min/炉，连铸坯缩孔及角裂纹级别均为1.0级。加热炉预热段温度控制在824℃，加热段温度控制在1079℃，均热段温度控制在1100℃；开轧温度1050℃；在步进式冷床上进行自然空冷。获得组织为珠光体+铁素体组织的锚杆用热轧带肋钢筋，其中珠光体为35%，铁素体为65%,其性能指标如下：屈服强度Rel：560MPa，抗拉强度Rm：685MPa，断后伸长率A：29%，冲击功Akv2：108J。

Claims

1.高冲击韧性500MPa锚杆用热轧带肋钢筋，其特征在于，所述锚杆用热轧带肋钢筋包含如下成分，以质量计：C：0.14～0.20%；Si：0.30～0.60%；Mn：1.10～1.40%；V：0.080～0.130%；P≤0.025%；S≤0.025%；N：0.015～0.027%，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的高冲击韧性500MPa锚杆用热轧带肋钢筋，其特征在于，所述热轧带肋钢筋组织为珠光体和铁素体，所述珠光体含量为25%～35%，所述铁素体含量为65%～75%。

3.根据权利要求1所述的高冲击韧性500MPa锚杆用热轧带肋钢筋，其特征在于，所述锚杆用热轧带肋钢筋屈服强度Rel≥500MPa，抗拉强度≥630MPa，断后伸长率A≥20%，常温冲击功Akv≥100J。

4.基于权利要求1-3任意一项所述的高冲击韧性500MPa锚杆用热轧带肋钢筋的生产方法，其特征在于，所述方法包括炼钢工序和轧钢工序，包括以下步骤：

（2）钢包钒微合金化工序：采用钢包出钢过程微合金化；

（7）冷却工序：在步进式冷床上进行自然空冷。

5.根据权利要求4所述的高冲击韧性500MPa锚杆用热轧带肋钢筋的生产方法，其特征在于，所述步骤（2）中所述的钢包钒微合金化工序中，出钢1/4时先加硅铝钡脱氧剂，再加钒氮合金，出钢3/4时加料结束，出钢过程中钢包保证全程吹氩。

6.根据权利要求4或5所述的高冲击韧性500MPa锚杆用热轧带肋钢筋的生产方法，其特征在于，所述步骤（4）中所述的连铸工序中，中间包浸入式水口采用铝碳质材料。

7.根据权利要求4或5所述的高冲击韧性500MPa锚杆用热轧带肋钢筋的生产方法，其特征在于，所述步骤（4）中所述的连铸工序中，结晶器保护渣采用低合金方坯保护渣，浇注周期为25-30min/炉。

8.根据权利要求4或5所述的高冲击韧性500MPa锚杆用热轧带肋钢筋的生产方法，其特征在于，所述步骤（4）中所述的连铸工序中，连铸坯缩孔及角裂纹级别均为0～2.0级。