一種錨桿鋼及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋼材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種錨桿鋼及其生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 錨桿是錨固在煤、巖體內(nèi)維持圍巖穩(wěn)定的桿狀物。錨桿支護(hù)是煤礦巷道首選的、安 全性高的主要支護(hù)方式，與其它支護(hù)相比，它屬于一種主動支護(hù)形式，具有支護(hù)工藝簡單、 支護(hù)效果好、材料消耗和支護(hù)成本低、運(yùn)輸和施工方便等優(yōu)點(diǎn)。隨著國家煤炭工業(yè)的迅速發(fā) 展和開采規(guī)模的不斷擴(kuò)大，煤炭安全生產(chǎn)已成為制約我國煤礦發(fā)展的突出問題之一，煤炭 行業(yè)迫切期待更高強(qiáng)度級別的礦用支護(hù)錨桿。
[0003] 中國專利申請?zhí)枮镃N201310593620. 6的專利文獻(xiàn)，公開了一種630MPa級 以上高強(qiáng)鋼筋，該高強(qiáng)鋼筋的重量百分比成分為：碳：0.28% -0.38%、硅：0-0.35 %、 錳：0-0.90 %、鉻：0.80 % -1.50 %、鎳：3.00 % -4.00 %、鉬：0.40 % -0.60 %、 磷：0-0· 015 %、硫：0-0· 015 %、氫：0-2. Oppm、釩：0· 10 % -0· 20 %、鈦：0-0· 025 %、 銅：0-0. 20%、鋁：0-0. 05%、0-0. 50%殘余元素，其余為Fe。該高強(qiáng)鋼筋的生產(chǎn)工藝為： 步驟（1):以鉻鎳鉬合金結(jié)構(gòu)鋼為坯料，并對其進(jìn)行擴(kuò)氫熱處理；步驟（2):將上述擴(kuò)氫熱 處理后的鋼筋放入加熱爐內(nèi)加熱到1350-1390°C，出加熱爐后采用水冷以23-25°C /s的冷 卻速率將鋼筋水冷至925-945°C，然后在淬火裝置內(nèi)用水或淬火液進(jìn)行淬火，然后在回火加 熱爐內(nèi)加熱到620-640°C進(jìn)行回火，再通過第一冷卻工藝?yán)鋮s到常溫；步驟（3):將鋼筋進(jìn) 行初步熱軋，所述初步熱軋溫度為1100-1150°C，所述初步熱軋完成后通過第二冷卻工藝將 鋼筋冷卻至室溫，然后對鋼筋回?zé)嶂?050°C，對鋼筋進(jìn)行二次熱軋，二次熱軋后的鋼筋直徑 為Φ 8mm或Φ 24mm，所述二次熱軋完成溫度為850°C，二次熱軋后對所述鋼筋進(jìn)行水冷/ 空冷二次循環(huán)間歇淬火工藝進(jìn)行淬火熱處理；步驟（4):將冷卻后的鋼筋放入回火加熱爐 加熱到560-580°C，保溫0. 1-0. 2h ;步驟（5):對保溫后的鋼筋使用高壓噴射水或淬火液以 13-15°C /s的速度冷卻至150-200°C，然后在冷床上冷卻至室溫；步驟（6):進(jìn)行檢驗(yàn)入庫。 上述生產(chǎn)方法工藝復(fù)雜，不利于批量化生產(chǎn)；而且要求加熱爐加熱溫度高，在未采取措施的 情況下，易造成鋼材表面脫碳嚴(yán)重，性能達(dá)不到要求。
[0004] 中國專利申請?zhí)枮镃N201310234760. 4的專利文獻(xiàn)，公開了一種高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比 礦用錨桿鋼微合金釩控制析出方法，采用轉(zhuǎn)爐初煉一鋼包釩微合金化一LF爐精煉一全保 護(hù)澆注一連鑄，以鐵水、廢鋼及釩氮合金元素做原料，生產(chǎn)出釩的質(zhì)量百分比在0. 05-0. 15 范圍內(nèi)，P、S潔凈鋼控制質(zhì)量百分比在0.01以內(nèi)的高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比礦用錨桿鋼。在軋制工 藝中控制如下技術(shù)參數(shù)：采用950°C -1050°C溫度區(qū)間開軋，通過4架無孔型軋機(jī)+8架孔 型軋機(jī)進(jìn)行連續(xù)軋制，控制精軋溫度在780 °C -830 °C范圍內(nèi)，上冷床溫度在700 °C -750 °C范 圍內(nèi)，上冷床后在550°C -750°C緩冷，使V的析出率提高15-20%，使錨桿鋼的平均強(qiáng)度提 高20-40Mpa、屈強(qiáng)比達(dá)到0. 72、屈服強(qiáng)度Rel彡600Mpa、抗拉強(qiáng)度Rm彡800Mpa、延伸率A% 多20%、室溫沖擊功多40J。但上述鋼材料的室溫沖擊韌性低，不滿足標(biāo)準(zhǔn)中對超高強(qiáng)度錨 桿鋼筋要求；且屈服強(qiáng)度不能完全達(dá)到使用要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本申請?zhí)峁┮环N錨桿鋼及其生產(chǎn)方法，至少部分解決了現(xiàn)有技術(shù)中的鋼材料的沖 擊韌性低、屈服強(qiáng)度不能達(dá)到使用要求，且生產(chǎn)方法工藝復(fù)雜，且需要加熱爐加熱溫度高的 技術(shù)問題。
[0006] 本申請?zhí)峁┮环N錨桿鋼，所述錨桿鋼的屈服強(qiáng)度彡650MPa，抗拉強(qiáng)度彡800MPa， 20°C時的沖擊功值大于等于50J，所述錨桿鋼的化學(xué)成分質(zhì)量百分百包括：
[0007] C :0· 28 ~0· 32%、Si :1· 5 ~I. 8%、Mn :0· 8 ~I. 2%、P 彡 0· 035%、S 彡 0· 035%、 V :0· 10 ~0· 14%、Als :0· 01 ~0· 03%、Ti :0· 015 ~0· 03%、B :0· 001 ~0· 003%其余為 Fe和雜質(zhì)元素。
[0008] 優(yōu)選地，所述錨桿鋼的金相組織為珠光體+鐵素體。
[0009] 本申請還提供一種錨桿鋼的生產(chǎn)方法，用于生產(chǎn)所述的錨桿鋼，所述方法包括：
[0010] 冶煉并連鑄成鑄坯；
[0011] 對鑄坯加熱，控制均熱段溫度為l〇〇〇°C~1100°C，加熱時間115min~130min ;
[0012] 進(jìn)行熱軋，控制開軋溫度為950°C~1050°C，終軋溫度800°C~880°C ;
[0013] 自然空冷。
[0014] 優(yōu)選地，所述自然空冷具體為：在步進(jìn)齒條式冷床上自然空冷。
[0015] 本申請有益效果如下：
[0016] 上述錨桿鋼的屈服強(qiáng)度彡650MPa，抗拉強(qiáng)度彡800MPa，20°C時的沖擊功值大于等 于50J，該錨桿鋼強(qiáng)度富余量充足，沖擊韌性好，脫碳層厚底薄，表面質(zhì)量更優(yōu)，組織細(xì)小，能 滿足錨桿鋼的使用要求，至少部分解決了現(xiàn)有技術(shù)中的鋼材料的沖擊韌性低、屈服強(qiáng)度不 能達(dá)到使用要求的技術(shù)問題。
[0017] 上述生產(chǎn)所述的錨桿鋼的方法工藝簡單，在現(xiàn)有裝備無需改動的情況下即可生 產(chǎn)，通過對煉鋼過程進(jìn)行控制，保證合金有高的收得率以及鋼質(zhì)高的純凈度，從而達(dá)到提 高錨桿鋼筋的沖擊韌性；適當(dāng)?shù)难娱L加熱時間10-15min，有利于合金元素充分的溶解和擴(kuò) 散，乳鋼時，采用強(qiáng)力變形，通過多軸變形、大變形量軋制，降低終軋溫度，有利于提高V的 固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化效果以及Ti的細(xì)化晶粒強(qiáng)化，得到良好的綜合性能。
[0018] C :C是提高鋼材強(qiáng)度最有效的元素，但是當(dāng)其含量低于0. 28%時，會導(dǎo)致力學(xué)性 能不足而增加合金添加量從而增加了生產(chǎn)成本，當(dāng)其含量高0. 32%，會產(chǎn)生塑性和韌性下 降，沖擊性能惡化，因此，本發(fā)明C選擇在0. 28~0. 32%。
[0019] Si :是一種廉價的置換強(qiáng)化元素，在鋼中不形成碳化物，是以固溶體的形態(tài)存在于 鐵素體或者奧氏體中，顯著提高鋼的彈性極限、屈服強(qiáng)度和屈強(qiáng)比，所以選擇Si的范圍在 1. 5 ~1. 8%〇
[0020] Mn:主要是固溶于鐵素體中提高材料的強(qiáng)度，其又是良好的脫氧劑和脫硫劑，含 有一定量的錳可以消除或減弱因硫引起的脆性，從而改善鋼的加工性能，但錳含量過高時 會使晶粒粗化的傾向，連鑄和軋后控冷不當(dāng)時容易產(chǎn)生白點(diǎn)，所以選擇Mn的范圍在0. 8~ 1. 2% ；
[0021] P、S :作為有害元素，其含量越低越好。S含量過高，會形成大量的MnS夾雜，降低 鋼材的機(jī)械性能，因此含量越低越好，所以選擇S的范圍在S 0. 025% ;P易在晶界偏析，增 加鋼筋的脆性，使沖擊性能大幅下降，因此含量越低越好，所以選擇P的范圍在g 0.035%。
[0022] B :鋼中加入極少量的硼可以顯著影響材料的性能，其抑制P、S偏析和沿晶斷裂， 提高沖擊性能，改善夾雜物的形態(tài)和分布，硼溶入固溶體中使晶體點(diǎn)陣發(fā)生畸變，晶界上 的硼又能阻止夾雜物進(jìn)一步長大，使夾雜物變得細(xì)小，圓整，均勻分布于晶界，強(qiáng)化了晶 界，使材料的韌性提高。當(dāng)硼的含量小于0.001%時，其對鋼的效果不明顯；當(dāng)硼的含量 大于0.003%時，其對鋼的效果不再隨含量的增加而增加，反而增加了成本，硼的控制量在 0· 001 ~0· 003%范圍。
[0023] V :是微合金化鋼最常用也是最有效的強(qiáng)化元素之一。釩的作用是通過形成VN、 V(CN)來影響鋼的組織和性能，它主要是在奧氏體晶界的鐵素體中沉淀析出，細(xì)化鐵素體晶 粒，從而提高材料的強(qiáng)度和低溫韌性。V低于0. 10%時，析出強(qiáng)化效果不能夠滿足力學(xué)性能 要求，V高于0. 14%時，析出強(qiáng)化使強(qiáng)度太高而導(dǎo)致韌性變差，V的控制量在0. 10~0. 14% 范圍。
[0024] Al :是作為煉鋼時的脫氧定氮劑，Al與鋼中的N形成細(xì)小難溶AlN質(zhì)點(diǎn)，起到阻 抑作用，進(jìn)而細(xì)化鐵素體晶粒，Al含量過低，細(xì)化作用不明顯，Al含量過高，降低了鋼液的 流動性，形成大量的A1203會在水口結(jié)瘤，從而堵住水口，所以選擇Als的范圍在0.01~ 0. 03%,
[0025] Ti:是強(qiáng)氮化物形成元素，其氮化物能有效地釘扎奧氏體晶界，有助于控制奧氏體 晶粒的長大，Ti含量過高時，易形成粗大的TiN或者TiC，反而是釘扎作用減弱，對鋼的韌性 會造成損害，所以選擇Ti的范圍在0. 015~0. 03%。
[0026] 之所以采用低溫軋制即粗軋開軋溫度在：1000~1KKTC，精軋終軋溫度不高于 880°C的措施是為了減少鑄坯燒損，降低成本，減少脫碳層，提高成品的表面質(zhì)量，晶粒細(xì) 化，改善產(chǎn)品性能等作用。
【附圖說明】
[0027] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述 中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些 實(shí)施例。
[0028] 圖1為本申請較佳實(shí)施方式一種錨桿鋼的金相組織圖；
[0029] 圖2為本申請另一較佳實(shí)施方式一種錨桿鋼的生產(chǎn)方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說明書附圖以及具體的實(shí)施方式對上 述技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0031] 本申請?zhí)峁┮环N錨桿鋼，所述錨桿鋼的屈服強(qiáng)度彡65