高沖擊韌性500MPa錨桿用熱軋帶肋鋼筋及生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高沖擊韌性500MPa錨桿用熱軋帶肋鋼筋及生產(chǎn)方法，屬于冶金煉鋼和軋鋼領(lǐng)域，所述錨桿用熱軋帶肋鋼筋包含如下成分，以質(zhì)量計：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%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。所述高沖擊韌性500MPa級錨桿用熱軋帶肋鋼筋的生產(chǎn)方法包括轉(zhuǎn)爐冶煉、鋼包釩微合金化、鋼包精煉、連鑄工序、加熱爐加熱、連續(xù)軋制以及冷卻工序。本發(fā)明生產(chǎn)的錨桿用熱軋帶肋鋼筋，不僅可達(dá)到較高的強(qiáng)度和塑性指標(biāo)，同時具有較高的沖擊韌性性能，從而降低了在嚴(yán)酷的變形負(fù)荷下錨桿鋼因塑性變形而斷裂的可能性，可進(jìn)一步保障安全，減少鋼材消耗。
【專利說明】
高沖擊韌性500MPa錨桿用熱軋帶肋鋼筋及生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[00011本發(fā)明屬于冶金煉鋼和加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高沖擊韌性500MPa錨桿用熱 乳帶肋鋼筋及生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 錨桿鋼主要應(yīng)用于煤礦井下巷道支護(hù)工程，對保證巷道暢通、井下安全作業(yè)及煤 礦行業(yè)的建設(shè)與生產(chǎn)具有重要作用，錨桿鋼主要可以提供兩方面的作用，一是抗拉作用，二 是抗剪作用。隨著開采深度不斷加深，深層開采帶來了高的地應(yīng)力、高的沖擊地壓和大的圍 巖流變，給煤礦巷道的錨桿支護(hù)造成了嚴(yán)重的困難，需要更高強(qiáng)度的錨桿以保證安全生產(chǎn)。 同時，錨桿鋼在礦井下要承受巖層的錯層和位移帶來的巨大切應(yīng)力，因此需要很高強(qiáng)度的 同時也要求錨桿鋼具有很好的延伸塑性和耐沖擊性能。
[0003] 目前國內(nèi)絕大多數(shù)井巷使用33 5MPa級的普通錨桿，使用錨桿強(qiáng)度最高為60OMPa 級，延伸率一般要求大于18%，室溫沖擊韌性指標(biāo)Akv值只能達(dá)到30-60J，承受巖層切應(yīng)力效 果差，影響支護(hù)效果。隨著國內(nèi)礦井開采深度的不斷增加，對錨桿鋼筋的強(qiáng)度及韌性要求也 越來越高，為了進(jìn)一步提高煤炭開采效率及生產(chǎn)的安全性，煤炭行業(yè)提出使用高強(qiáng)高韌樹 脂錨桿鋼筋的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種高沖擊韌性500MPa錨桿用熱乳帶肋鋼筋，解決現(xiàn)有技術(shù)中 錨桿鋼的沖擊韌性低的問題。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：高沖擊韌性500MPa錨桿用熱 乳帶肋鋼筋，所述錨桿用熱乳帶肋鋼筋包含如下成分，以質(zhì)量計:C: 0.14~0.20%; Si :0.30 ~0.60%;]?11:1.10~1.40%;￥:0.080~0.130% ;?彡0.025%;5彡0.025%4:0.015~0.027%，余 量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0006] 本發(fā)明所述熱乳帶肋鋼筋組織為珠光體和鐵素體，所述珠光體含量為25%~35%， 所述鐵素體含量為65%~75%。
[0007] 本發(fā)明所述錨桿用熱乳帶肋鋼筋屈服強(qiáng)度Rel彡500MPa，抗拉強(qiáng)度彡630MPa，斷后 伸長率A彡20%，常溫沖擊功Akv彡100 J。
[0008] 本發(fā)明還提供一種高沖擊韌性500MPa錨桿用熱乳帶肋鋼筋的生產(chǎn)方法，所述方法 包括煉鋼工序和乳鋼工序，包括以下步驟： (1)轉(zhuǎn)爐冶煉工序:轉(zhuǎn)爐終點成分質(zhì)量百分含量控制為C多0.06%，P<0.020%，轉(zhuǎn)爐終點 溫度 1650-1680°C; (2 )鋼包釩微合金化工序:采用鋼包出鋼過程微合金化； (3)鋼包精煉工序：LF爐精煉，精煉終點喂鈣鐵線200~400m/爐鋼進(jìn)行鈣處理，精煉結(jié) 束后保證軟吹時間彡8min，精煉起吊溫度為1570~1590 °C ; (4) 連鑄工序:采用連鑄全程保護(hù)澆鑄，按八機(jī)八流方坯連鑄機(jī)組織澆注，中間包鋼水 液面高度彡600mm，鋼水目標(biāo)過熱度15~30°C ;拉速為1.7~2. Om/min;二冷比水量為0.9~ 1.3L/kg 鋼； (5) 加熱爐加熱工序:采用加熱爐加熱，分為三段:預(yù)熱段溫度控制在630~900°C，加熱 段溫度控制在960~1100°C，均熱段溫度控制在1050~1100°C ; (6) 連續(xù)乳制工序:連續(xù)乳制工序中，開乳溫度1000~1050°C ; (7) 冷卻工序:在步進(jìn)式冷床上進(jìn)行自然空冷。
[0009] 本發(fā)明所述步驟(2)中所述的鋼包釩微合金化工序中，出鋼1/4時先加硅鋁鋇脫氧 劑，再加釩氮合金，出鋼3/4時加料結(jié)束，出鋼過程中鋼包保證全程吹氬。
[0010] 本發(fā)明所述步驟(4)中所述的連鑄工序中，中間包浸入式水口采用鋁碳質(zhì)材料。
[0011] 本發(fā)明所述步驟(4)中所述的連鑄工序中，結(jié)晶器保護(hù)渣采用低合金方坯保護(hù)渣， 澆注周期為25-30min/爐。
[0012] 本發(fā)明所述步驟(4)中所述的連鑄工序中，連鑄坯縮孔及角裂紋級別均為0~2.0 級。
[0013] 本發(fā)明的設(shè)計思路如下：在保證錨桿鋼強(qiáng)度指標(biāo)的前提下，為了改善塑性和沖擊 韌性指標(biāo)，本發(fā)明主要采取的措施如下： C是提高鋼材強(qiáng)度的最有效的元素，但是當(dāng)其含量低于0.14%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)其含量高于0.22%時，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0.14~0.20%。
[0014] 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釩的碳 氮化物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)度和韌性。V低于0.08%時，析出強(qiáng)化效果不能夠滿足力學(xué)性能要 求，V高于0.13%時，析出強(qiáng)化使強(qiáng)度太高而導(dǎo)致韌性變差。因此，本發(fā)明V選擇在0.080~ 0.130%〇
[0015]采用上述技術(shù)方案的有益效果在:本發(fā)明公開的一種高沖擊韌性500MPa錨桿用熱 乳帶肋鋼筋，是采用熱乳工藝生產(chǎn)的一種錨桿鋼產(chǎn)品，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，不僅可達(dá)到較高 的強(qiáng)度（屈服強(qiáng)度Rel彡500MPa)和塑性指標(biāo)(斷后伸長率A523%)，同時具有較高的沖擊韌 性性能（沖擊性能Akv多100J)，本發(fā)明強(qiáng)度雖然與目前生產(chǎn)的鋼筋性能相當(dāng)，但延伸率更 高，沖擊性能更好，從而降低了在嚴(yán)酷的變形負(fù)荷下錨桿鋼因塑性變形而斷裂的可能性?？?進(jìn)一步保障工程安全，并減少鋼材消耗，對低碳經(jīng)濟(jì)和節(jié)能減排也具有重要意義。
【具體實施方式】
[0016] 以下通過實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明，各實施例鋼坯成分見表1。
[0017] 表1各實施例的鋼坯成分(wt%) 汪：眾重73He和個口」避兕的罙質(zhì)。
[0018] 實施例1: 轉(zhuǎn)爐終點成分質(zhì)量百分含量控制為C:0.06%，P:0.012%，轉(zhuǎn)爐終點溫度1650°C ;采用鋼 包出鋼過程微合金化，出鋼1/4時先加硅鋁鋇脫氧劑，再加釩氮合金，出鋼3/4時加料結(jié)束， 出鋼過程中鋼包保證全程吹氬;精煉終點喂鈣鐵線200m/爐鋼進(jìn)行鈣處理，精煉結(jié)束后軟吹 時間14min，精煉起吊溫度為1570 °C ;采用連鑄全程保護(hù)澆鑄，中間包鋼水液面高度最低 600mm，鋼水過熱度15°C ;拉速為1.7m/min;二冷比水量為0.9L/kg鋼，中間包浸入式水口采 用鋁碳質(zhì)材料，結(jié)晶器保護(hù)渣采用低合金方坯保護(hù)渣，澆注周期為25min/爐，連鑄坯縮孔及 角裂紋級別均為0級。加熱爐預(yù)熱段溫度控制在630°C，加熱段溫度控制在960°C，均熱段溫 度控制在1087°C ;開乳溫度1021°C ;在步進(jìn)式冷床上進(jìn)行自然空冷。獲得組織為珠光體+鐵 素體組織的錨桿用熱乳帶肋鋼筋，其中珠光體為25%，鐵素體為75%，其性能指標(biāo)如下：屈服 強(qiáng)度Rel: 575MPa，抗拉強(qiáng)度Rm: 705MPa，斷后伸長率A: 26%，沖擊功Akv2:108J。
[0019] 實施例2: 轉(zhuǎn)爐終點成分質(zhì)量百分含量控制為C:0.10%，P:0.011%，轉(zhuǎn)爐終點溫度1669°C ;采用鋼 包出鋼過程微合金化，出鋼1/4時先加硅鋁鋇脫氧劑，再加釩氮合金，出鋼3/4時加料結(jié)束， 出鋼過程中鋼包保證全程吹氬;精煉終點喂鈣鐵線400m/爐鋼進(jìn)行鈣處理，精煉結(jié)束后軟吹 時間8min，精煉起吊溫度為1590 °C ;采用連鑄全程保護(hù)澆鑄，中間包鋼水液面高度最低 675mm，鋼水過熱度23°C ;拉速為1.9m/min;二冷比水量為1.2L/kg，鋼中間包浸入式水口采 用鋁碳質(zhì)材料，結(jié)晶器保護(hù)渣采用低合金方坯保護(hù)渣，澆注周期為30min/爐，連鑄坯縮孔及 角裂紋級別均為2.0級。加熱爐預(yù)熱段溫度控制在900°C，加熱段溫度控制在1100°C，均熱段 溫度控制在l〇50°C;開乳溫度1000°C;在步進(jìn)式冷床上進(jìn)行自然空冷。獲得組織為珠光體+ 鐵素體組織的錨桿用熱乳帶肋鋼筋，其中珠光體為31%，鐵素體為69%，其性能指標(biāo)如下：屈 服強(qiáng)度Rel: 585MPa，抗拉強(qiáng)度Rm: 695MPa，斷后伸長率A: 27%，沖擊功Akv2:107J。
[0020] 實施例3: 轉(zhuǎn)爐終點成分質(zhì)量百分含量控制為C:0.12%，P:0.020%，轉(zhuǎn)爐終點溫度1680°C ;采用鋼 包出鋼過程微合金化，出鋼1/4時先加硅鋁鋇脫氧劑，再加釩氮合金，出鋼3/4時加料結(jié)束， 出鋼過程中鋼包保證全程吹氬;精煉終點喂鈣鐵線276m/爐鋼進(jìn)行鈣處理，精煉結(jié)束后軟吹 時間12min，精煉起吊溫度為1580°C;采用連鑄全程保護(hù)澆鑄，中間包鋼水液面高度最低 705mm，鋼水過熱度30°C ;拉速為2. Om/min;二冷比水量為1.3L/kg鋼，中間包浸入式水口采 用鋁碳質(zhì)材料，結(jié)晶器保護(hù)渣采用低合金方坯保護(hù)渣，澆注周期為28min/爐，連鑄坯縮孔及 角裂紋級別均為1.0級。加熱爐預(yù)熱段溫度控制在824°C，加熱段溫度控制在1079°C，均熱段 溫度控制在ll〇〇°C;開乳溫度1050°C;在步進(jìn)式冷床上進(jìn)行自然空冷。獲得組織為珠光體+ 鐵素體組織的錨桿用熱乳帶肋鋼筋，其中珠光體為35%，鐵素體為65%，其性能指標(biāo)如下：屈 服強(qiáng)度Rel: 560MPa，抗拉強(qiáng)度Rm: 685MPa，斷后伸長率A: 29%，沖擊功Akv2:108J。
【主權(quán)項】
1. 高沖擊韌性500MPa錨桿用熱乳帶肋鋼筋，其特征在于，所述錨桿用熱乳帶肋鋼筋包 含如下成分，以質(zhì)量計<:0.14~0.20% ;5丨：0.30~0.60%;]?11:1.10~1.40% ;￥:0.080~ 0.130%;?彡0.025%;5彡0.025%4:0.015~0.027%，余量為？6和不可避免的雜質(zhì)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高沖擊韌性500MPa錨桿用熱乳帶肋鋼筋，其特征在于，所述熱 乳帶肋鋼筋組織為珠光體和鐵素體，所述珠光體含量為25%~35%，所述鐵素體含量為65%~ 75%。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高沖擊韌性500MPa錨桿用熱乳帶肋鋼筋，其特征在于，所述錨 桿用熱乳帶肋鋼筋屈服強(qiáng)度Rel彡500MPa，抗拉強(qiáng)度彡630MPa，斷后伸長率A>20%，常溫沖 擊功Akv彡IOOJ。4. 基于權(quán)利要求1-3任意一項所述的高沖擊韌性500MPa錨桿用熱乳帶肋鋼筋的生產(chǎn)方 法，其特征在于，所述方法包括煉鋼工序和乳鋼工序，包括以下步驟： (1)轉(zhuǎn)爐冶煉工序:轉(zhuǎn)爐終點成分質(zhì)量百分含量控制為C多0.06%，P彡0.020%，轉(zhuǎn)爐終點 溫度 1650-1680°C; (2 )鋼包釩微合金化工序:采用鋼包出鋼過程微合金化； (3) 鋼包精煉工序：LF爐精煉，精煉終點喂鈣鐵線200~400m/爐鋼進(jìn)行鈣處理，精煉結(jié) 束后保證軟吹時間彡8min，精煉起吊溫度為1570~1590 °C ; (4) 連鑄工序:采用連鑄全程保護(hù)澆鑄，按八機(jī)八流方坯連鑄機(jī)組織澆注，中間包鋼水 液面高度彡600mm，鋼水目標(biāo)過熱度15~30°C ;拉速為1.7~2. Om/min;二冷比水量為0.9~ 1.3L/kg 鋼； (5) 加熱爐加熱工序:采用加熱爐加熱，分為三段:預(yù)熱段溫度控制在630~900°C，加熱 段溫度控制在960~1100°C，均熱段溫度控制在1050~1100°C ; (6) 連續(xù)乳制工序:連續(xù)乳制工序中，開乳溫度1000~1050°C ; (7) 冷卻工序:在步進(jìn)式冷床上進(jìn)行自然空冷。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的高沖擊韌性500MPa錨桿用熱乳帶肋鋼筋的生產(chǎn)方法，其特征 在于，所述步驟(2)中所述的鋼包釩微合金化工序中，出鋼1/4時先加硅鋁鋇脫氧劑，再加釩 氮合金，出鋼3/4時加料結(jié)束，出鋼過程中鋼包保證全程吹氬。6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的高沖擊韌性500MPa錨桿用熱乳帶肋鋼筋的生產(chǎn)方法，其特 征在于，所述步驟(4)中所述的連鑄工序中，中間包浸入式水口采用鋁碳質(zhì)材料。7. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的高沖擊韌性500MPa錨桿用熱乳帶肋鋼筋的生產(chǎn)方法，其特 征在于，所述步驟(4)中所述的連鑄工序中，結(jié)晶器保護(hù)渣采用低合金方坯保護(hù)渣，澆注周 期為 25-30min/爐。8. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的高沖擊韌性500MPa錨桿用熱乳帶肋鋼筋的生產(chǎn)方法，其特 征在于，所述步驟(4)中所述的連鑄工序中，連鑄坯縮孔及角裂紋級別均為O~2.0級。
【文檔編號】C21D8/08GK105908091SQ201610276327
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月29日
【發(fā)明人】褚文龍, 王立軍, 翁玉娟, 王曉東, 靳剛強(qiáng), 李彥軍, 賀保堂, 高玲玲
【申請人】河北鋼鐵股份有限公司承德分公司