專利名稱：高強度高韌性錨桿鋼筋合金鋼及其生產(chǎn)方法
技術領域：
本發(fā)明屬于鐵基合金，特別是涉及含有稀上的中碳低合金鋼。
背景技術：
錨桿支護已成為煤炭巷道支護的主要形式，其使用范圍已擴展到軟巖巷道、機電碉室、工作面切眼和煤倉的支護。隨著礦井開采深度的逐漸加大，巷道不斷地向深部延展，巖層地質條件日趨復雜，支持愈加困難，錨桿支護的可靠性、安全性與經(jīng)濟型的矛盾也日益突出。錨桿支護的可靠性是一項復雜的系統(tǒng)工程，它不僅涉及到錨桿支護的理論與設計方法，而且與錨桿支護的施工和質量檢測，以及錨桿鋼的性能都有密切的關系。為進一步提高礦山的作業(yè)率、降低成本，在支護理論及設計方法不斷取得新成果的前提下，對錨桿鋼筋的性能特別是在材質上提出了更苛刻的要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種具有高的屈服強度、抗拉強度，而且還有高延伸率的高強度高韌性錨桿鋼筋合金鋼，以及該鋼的生產(chǎn)方法。
本發(fā)明的目的是采用以下技術方案實現(xiàn)的本發(fā)明合金鋼的生產(chǎn)是在電爐或轉爐上進行，經(jīng)LF精煉爐精練，連鑄成鑄坯后，再通過連續(xù)式或半連續(xù)式棒材軋機成材，成材規(guī)格直徑為16-40毫米，鋼筋外型根據(jù)支護設計的需要經(jīng)軋鋼工序孔型設計及工藝調整獲得。
該發(fā)明的技術關鍵為如何解決高強度與高伸長率之間的矛盾，采取的措施是在鋼的冶煉過程中對碳、硅、錳成分進行調整，使鋼種強度性能達到要求的指標，降低鋼中的磷、硫雜質及其他雜質含量，使鋼水潔凈度進一步提高，并通過添加微量的稀土金屬鈮、鈦和/或釩中的一種、兩種或三種，使本鋼種具有良好的塑性，滿足錨桿鋼筋的延伸率要求。
本發(fā)明提供的鋼種為中碳低合金鋼(36MnSi)，其化學成分含有(按重量百分比)碳0.32-0.42％，硅0.20-0.40％，錳為1.0-1.65％，鋁≤0.015％，氮＜0.015％，磷＜0.045％，硫＜0.045％，鉻≤0.20％，銅≤0.25％，鎳＜0.20％，余量為鐵不可避免的雜質。
在本發(fā)明提供的鋼種中還可添加鈮和或鈦和/或釩的總量小于0.10％。
本發(fā)明鋼種的最佳成分為碳0.32-0.36％，硅0.20-0.35％，錳1.20-1.65％，鋁≤0.01％，氮＜0.01％，磷＜0.03％，硫＜0.035％，鉻≤0.15％，銅≤0.20％，鎳＜0.20％，余量為鐵不可避免的雜質，其中鈮和或鈦和/或釩的總量小于0.10％。
本發(fā)明合金鋼的生產(chǎn)包括冶煉、精煉、連鑄工序。
1、冶煉工藝(1)轉爐冶煉應保證終點碳＞0.12％，磷＜0.025％，終點鋼水中氧
＜800ppm，增碳劑增碳量＜0.05％；放鋼溫度控制在1630-1650℃之間；(2)采用擋渣帽及其他擋渣方式出鋼，包內渣層厚度＜100毫米；(3)包內合金化可按成分中下限控制；2、精煉工藝在精練工序中僅進行成分微調，不得導致大量增氮；精煉出鋼前加入Ca-Si脫氧劑塊10-15Kg/爐。
3、連鑄工序(1)連鑄中鋼包溫度第一爐1500-1540℃，連拉爐次1500-1520℃；連鑄工序中間包過熱度要控制在15℃以下。
(2)連鑄拉速控制不得超過2米/分鐘。
具體實施方案表1為本發(fā)明高強度錨桿鋼筋鋼種化學成分實例。
表1高強度高韌性錨桿鋼筋用合金鋼化學成分(重量％)

表2為本發(fā)明高強度錨桿鋼筋熱軋狀態(tài)下的屈服強度(σs)、抗拉強度(σb)、延伸率(δ5)。
表2高強度、高韌性錨桿鋼筋力學性能


以下結合具體的實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
實例1爐號Y013-12983轉爐冶煉，原料鐵水加入量36.00噸，廢鋼加入量8.28噸；供氧工作氧壓0.91Mpa，供氧時間13.28分；渣料污泥加入量1089千克，石灰加入量1058千克，白云石加入量622千克；拉碳溫度1629℃，放鋼溫度1633℃。
脫氧合金化，硅鐵和錳鐵加入量804千克，復合脫氧劑加入量60千克，瀝青焦加入量15千克，釩鐵加入量20千克。
LF爐精煉，鋼水進入精煉爐前的溫度1575℃，精煉后溫度1579℃，精煉耗電量1391度，吹氬量560M3，精煉時間35分，覆蓋劑加入量40千克，渣層厚度60毫米。
3#連鑄機連鑄，鋼包到連鑄平臺時鋼水溫度1579℃，連鑄拉速平均1.81米/分鐘，連鑄中間包溫度平均1528℃，中間包液面高度平均417毫米。
實例2爐號Y013-12984轉爐冶煉，原料鐵水加入量36.77噸，廢鋼加入量7.80噸；供氧工作氧壓0.92Mpa，供氧時間13.37分；渣料污泥加入量1075千克，石灰加入量1120千克，白云石加入量639千克；拉碳溫度1617℃，放鋼溫度1618℃。
脫氧合金化，硅鐵和錳鐵加入量800千克，復合脫氧劑加入量60，瀝青焦加入量30千克，釩鐵加入量20千克。
LF爐精煉，鋼水進入精煉爐前的溫度1559℃，精煉后溫度1547℃，精煉耗電量640度，吹氬量210M3(立方米)，精煉時間28分，覆蓋劑加入量40千克，渣層厚度70毫米。
3#連鑄機連鑄，鋼包到連鑄平臺時鋼水溫度1547℃，連鑄拉速平均1.86米/分鐘，連鑄中間包溫度平均1509℃，中間包液面高度平均433毫米。
實例3爐號Y013-12985轉爐冶煉，原料鐵水加入量36.10噸，廢鋼加入量7.70噸；供氧工作氧壓0.93Mpa，供氧時間13.12分；渣料污泥加入量995千克，石灰加入量1115千克，白云石加入量627千克；拉碳溫度1627℃，放鋼溫度1627℃。
脫氧合金化硅鐵和錳鐵加入量794千克，復合脫氧劑加入量60千克，瀝青焦加入量35千克，釩鐵加入量20千克。
LF爐精煉，鋼水進入精煉爐前的溫度1569℃，精煉后溫度1546℃，精煉耗電量793度，吹氬量303M3，精煉時間40分，覆蓋劑加入量40千克，渣層厚度95毫米。
3#連鑄機連鑄，鋼包到連鑄平臺時鋼水溫度1546℃，連鑄拉速平均1.80米/分鐘，連鑄中間包溫度平均1519℃，中間包液面高度平均467毫米。
實例4爐號Y011-12583轉爐冶煉，原料鐵水加入量35.85噸，廢鋼加入量8.27噸；供氧工作氧壓0.95Mpa，供氧時間14.11分；渣料污泥加入量876千克，石灰加入量1332千克，白云石加入量602千克；拉碳溫度1619℃，放鋼溫度1635℃。
脫氧合金化，硅鐵和錳鐵加入量792千克，復合脫氧劑加入量60千克，瀝青焦加入量15千克，釩鐵加入量20千克。
LF爐精煉，鋼水進入精煉爐前的溫度1558℃，精煉后溫度1542℃，精煉耗電量893度，吹氬量301M3，精煉時間37分，覆蓋劑加入量40千克，渣層厚度65毫米。
3#連鑄機連鑄，鋼包到連鑄平臺時鋼水溫度1547℃，連鑄拉速平均1.79米/分鐘，連鑄中間包溫度平均1514℃，中間包液面高度平均483毫米。
實例5爐號Y011-12587轉爐冶煉，原料鐵水加入量36.02噸，廢鋼加入量8.21噸；供氧工作氧壓0.90Mpa，供氧時間15.07分；渣料污泥加入量784千克，石灰加入量1021千克，白云石加入量621千克；拉碳溫度1610℃，放鋼溫度1625℃。
脫氧合金化，硅鐵和錳鐵加入量762千克，復合脫氧劑加入量60千克，瀝青焦加入量50千克，釩鐵加入量20千克。
LF爐精煉，鋼水進入精煉爐前的溫度1575℃，精煉后溫度1540℃，精煉耗電量527度，吹氬量193M3，精煉時間37分，覆蓋劑加入量40千克，渣層厚度70毫米。
3#連鑄機連鑄，鋼包到連鑄平臺時鋼水溫度1540℃，連鑄拉速平均1.82米/分鐘，連鑄中間包溫度平均1522℃，中間包液面高度平均467毫米。
實例6
爐號Y013-12991轉爐冶煉，該爐原料鐵水加入量29.84噸，廢鋼加入量7.90噸；供氧工作氧壓0.91Mpa，供氧時間14.65分；渣料污泥加入量619千克，石灰加入量809千克，白云石加入量601千克；拉碳溫度1605℃，放鋼溫度1624℃。
脫氧合金化，硅鐵和錳鐵加入量697千克，復合脫氧劑加入量60千克，瀝青焦加入量45千克，釩鐵加入量20千克。
LF爐精煉，鋼水進入精煉爐前的溫度1567℃，精煉后溫度1540℃，精煉耗電量897度，吹氬量310M3，精煉時間30分，覆蓋劑加入量40千克，渣層厚度70毫米。
3#連鑄機連鑄，鋼包到連鑄平臺時鋼水溫度1540℃，連鑄拉速平均1.87米/分鐘，連鑄中間包溫度平均1513℃，中間包液面高度平均433毫米。
實例7爐號Y013-12992轉爐冶煉，該爐原料鐵水加入量35.37噸，廢鋼加入量8.00噸；供氧工作氧壓0.92Mpa，供氧時間14.50分；渣料污泥加入量701千克，石灰加入量1192千克，白云石加入量609千克；拉碳溫度1612℃，放鋼溫度1626℃。
脫氧合金化，硅鐵和錳鐵加入量814千克，復合脫氧劑加入量60千克，瀝青焦加入量55千克，釩鐵加入量20千克。
LF爐精煉，鋼水進入精煉爐前的溫度1571℃，精煉后溫度1541℃，精煉耗電量445度，吹氬量191M3，精煉時間34分，覆蓋劑加入量40千克，渣層厚度65毫米，成品碳34％。
3#連鑄機連鑄，鋼包到連鑄平臺時鋼水溫度1541℃，連鑄拉速平均1.98米/分鐘，連鑄中間包溫度平均1511℃，中間包液面高度平均433毫米。
實例8爐號Y013-12994轉爐冶煉，該爐原料鐵水加入量30.18噸，廢鋼加入量7.79噸；供氧工作氧壓0.91Mpa，供氧時間13.16分；渣料污泥加入量337千克，石灰加入量933千克，白云石加入量529千克；拉碳溫度1602℃，放鋼溫度1625℃。
脫氧合金化，硅鐵和錳鐵加入量704千克，復合脫氧劑加入量60千克，瀝青焦加入量0千克，釩鐵加入量20千克。
LF爐精煉，鋼水進入精煉爐前的溫度1576℃，精煉后溫度1540℃，精煉耗電量337度，吹氬量156M3，精煉時間23分，覆蓋劑加入量40千克，渣層厚度50毫米。
3#連鑄機連鑄，鋼包到連鑄平臺時鋼水溫度1540℃，連鑄拉速平均2.00米/分鐘，連鑄中間包溫度平均1507℃，中間包液面高度平均433毫米。
實例9爐號Y013-12995轉爐冶煉，該爐原料鐵水加入量36.37噸，廢鋼加入量8.09噸；供氧工作氧壓0.92Mpa，供氧時間14.26分；渣料污泥加入量661千克，石灰加入量994千克，白云石加入量648千克；拉碳溫度1613℃，放鋼溫度1619℃。
脫氧合金化，硅鐵和錳鐵加入量797千克，復合脫氧劑加入量60千克，瀝青焦加入量70千克，釩鐵加入量20千克。
LF爐精煉，鋼水進入精煉爐前的溫度1562℃，精煉后溫度1540℃，精煉耗電量443度，吹氬量194M3，精煉時間21分，覆蓋劑加入量40千克，渣層厚度65毫米。
3#連鑄機連鑄，鋼包到連鑄平臺時鋼水溫度1540℃，連鑄拉速平均2.00米/秒，連鑄中間包溫度平均1515℃，中間包液面高度平均433毫米。
實例10爐號Y011-12595轉爐冶煉，該爐原料鐵水加入量35.78噸，廢鋼加入量7.92噸；供氧工作氧壓0.92Mpa，供氧時間14.42分；渣料污泥加入量964千克，石灰加入量1261千克，白云石加入量541千克；拉碳溫度1619℃，放鋼溫度1627℃。
脫氧合金化，硅鐵和錳鐵加入量為786千克，復合脫氧劑加入量60千克，瀝青焦加入量45千克，釩鐵加入量20千克。
LF爐精煉，鋼水進入精煉爐前的溫度1576℃，精煉后溫度1541℃，精煉耗電量701度，吹氬量301M3，精煉時間40分，覆蓋劑加入量40千克，渣層厚度60毫米。
3#連鑄機連鑄，鋼包到連鑄平臺時鋼水溫度1541℃，連鑄拉速平均1.96米/秒，連鑄中間包溫度平均1512℃，中間包液面高度平均433毫米。
權利要求
1.一種高強度高韌性錨桿鋼筋合金鋼及其生產(chǎn)方法，其特征在于該鋼種為中碳低合金鋼(36MnSi)，該鋼種的化學成分(重量％)為碳0.32-0.42％，硅0.20-0.40％，錳為1.0-1.65％，鋁≤0.015％，氮＜0.015％，磷＜0.045％，硫＜0.045％，鉻≤0.20％，銅≤0.25％，鎳＜0.20％，余量為鐵和不可避免的雜質和微量的稀土金屬鈮、鈦和/或釩中的一種、兩種或三種。
2.按照權利要求1所述的錨桿鋼筋合金鋼，其特征在于該鋼種中可添加鈮和/或鈦和/或釩的總量小于0.10％。
3.按照權利要求1和2所述的錨桿鋼筋合金鋼，其特征在于該鋼種的最佳成分為碳0.32-0.36％，硅0.20-0.35％，錳1.20-1.65％，鋁≤0.01％，氮＜0.01％％，磷＜0.03％，硫＜0.035％，鉻≤0.15％，銅≤0.20％，鎳＜0.20％，余量為鐵和不可避免的雜質，其中鈮和/或鈦和/或釩的總量小于0.10％。
4.一種權利要求1或2或3所述錨桿鋼筋合金鋼的生產(chǎn)方法，包括冶煉、精煉、連鑄工序，冶煉工藝是在電爐或轉爐上進行，經(jīng)LF精煉爐精練，連鑄成鑄坯，其特征在于化學成分(重量％)為碳0.32-0.42％，硅0.20-0.40％，錳為1.0-1.65％，鋁≤0.015％，氮＜0.015％，磷＜0.045％，硫＜0.045％，鉻≤0.20％，銅≤0.25％，鎳＜0.20％，小于0.10％的鈮和/或鈦和/或釩，余量為鐵和不可避免的雜質的鋼，在轉爐冶煉工序中控制終點碳＞0.12％，P＜0.025％，終點鋼水
＜800ppm，增碳劑增碳量＜0.05％，放鋼溫度控制在1630-1650℃之間。
5.按照權利要求4所述的錨桿鋼筋合金鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于精練工序僅進行成分微調，不得導致大量增氮；在精煉出鋼前加入Ca-Si脫氧劑塊10-15Kg/爐。
6.按照權利要求4所述的錨桿鋼筋合金鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于連鑄中鋼包溫度在1500-1540℃，連鑄工序中間包過熱度要控制在15℃以下。
7.按照權利要求4所述的錨桿鋼筋合金鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于連鑄拉速控制不得超過2米/分鐘。
全文摘要
本發(fā)明是一種高強度高韌性錨桿鋼筋合金鋼及其生產(chǎn)方法，該鋼種的為中碳低合金鋼，其化學成分含有(按重量百分比)碳0.32－0.42％，硅0.20－0.40％，錳為1.0－1.65％，鋁≤0.015％，氮＜0.015％，磷＜0.045％，硫＜0.045％，鉻≤0.20％，銅≤0.25％，鎳＜0.20％，鈮和或鈦和/或釩的總量小于0.10％，余量為鐵不可避免的雜質；技術關鍵為如何解決高強度與高伸長率之間的矛盾，采取的措施是在鋼的冶煉過程中對碳、硅、錳成分進行調整，使鋼種強度性能達到要求的指標，降低鋼中的磷、硫雜質及其他雜質含量，使鋼水潔凈度進一步提高，使本鋼種具有良好的塑性，滿足錨桿鋼筋的延伸率要求。
文檔編號C22C38/04GK1418977SQ0113520
公開日2003年5月21日 申請日期2001年11月30日 優(yōu)先權日2001年11月30日
發(fā)明者李豐功, 顧大慶, 董北平, 周平, 石光玉 申請人:萊蕪鋼鐵集團有限公司