一種屈強比≤0.8的礦山用錨桿鋼及生產(chǎn)方法
【專利摘要】一種屈強比≤0.8的礦山用錨桿鋼，其組分及wt%為：C：0.18～0.22%、Si：0.5～0.7%、Mn：1.2～1.35%、P≦0.015%、S≦0.02%、Ti：0.01～0.04%、V：0.08～0.12%、Nb：0.01～0.025%、Als：0.015～0.035%，N：0.009～0.015%；生產(chǎn)步驟：常規(guī)冶煉并鑄坯；對鑄坯自然堆垛冷卻至室溫；對鑄坯加熱；粗軋；精軋；自然空冷至室溫待用。本發(fā)明不僅屈強比小于0.8，延伸率A≥20%，沖擊性能AKV2＞50J，有效的提高了延伸塑性和耐沖擊性能，在高變形負荷下未因塑性變形而斷裂，也未因鑄坯低倍缺陷而引起的改判事故或者質(zhì)量問題。
【專利說明】—種屈強比< 0.8的礦山用錨桿鋼及生產(chǎn)方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高強度錨桿鋼及其生產(chǎn)方法，具體屬于一種屈強比< 0.8的礦山用錨桿鋼其生產(chǎn)方法。

【背景技術】
[0002]錨桿是錨固在煤、巖體內(nèi)維持圍巖穩(wěn)定的桿狀物。錨桿支護是煤礦巷道首選的、安全性高的主要支護方式，與其它支護相比，它屬于一種主動支護形式，具有支護工藝簡單、支護效果好、材料消耗和支護成本低、運輸和施工方便等優(yōu)點。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)迫切期待更高強度級別的礦用支護錨桿。
[0003]巷道中，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力下，因此需要很高強度的同時具有很好的延伸塑性和耐沖擊性能。在嚴酷的變形負荷下，錨桿鋼的塑性變形一致性是關鍵，而提高塑性變形性能的有效方法是降低鋼的屈強比，屈強比越低，材料從開始塑性變形到最終斷裂所需要的形變量越大，因而提高了其塑性變形能力。
[0004]經(jīng)檢索:中國專利申請?zhí)枮镃N201210376645.6的專利文獻，公開了一種超高強度熱軋樹脂錨桿鋼筋，按重量百分比由以下元素組成c:0.26~0.30% ；Μη:1.60~1.80% ；Si:0.65~0.85% ；V:0.11~0.14% ；Ν:0.020~0.040% ；S ( 0.020% ；P ( 0.0255 ;殘余元素:Cr ( 0.10%、Cu ( 0.10%、Ni ( 0.10%,且 Cr+Cu+Ni ( 0.20% ;其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。其屈強比雖小于0.8， 但是沖擊韌性較低，同時N元素含量過高，易造成連鑄坯低倍缺陷級別增加，即缺陷級別增到1.5~2.5級，影響成品質(zhì)量及合格率，進而影響沖擊性能。
[0005]中國專利申請?zhí)枮镃N200910089349.6的專利文獻，公開了一種轉(zhuǎn)爐連鑄小方坯超高強韌性巷道支護錨桿鋼及生產(chǎn)方法。錨桿鋼的成分重量百分比:碳0.05~0.70%、硅
0.15 ~1.20%、錳 0.50 ~2.50%、磷≤ 0.045%、硫≤ 0.045%、鉻 O ~1.00 %、鎳 O ~
1.00%、鑰 O ~1.00%、銅 O ~0.30%、釩 0.03 ~0.40%、鋁 0.01 ~0.2%、鈦 O ~0.10%、硼O~0.010%、鈮0.001~0.20%、氮0.004~0.020 %、鐵余量，屈服強度Rel≤600MPa、延伸率δ 5≤20%、沖擊韌性20°C，Akv≤27J、破斷載荷≤300KN。其缺點是添加的合金成分范圍廣，性能波動大，大于700MPa強度的高強度錨桿鋼屈強比>0.8，同時利用回火工藝易使得表面產(chǎn)生馬氏體組織，損害沖擊韌性，沖擊功基本都在50J以下。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種在保證其力學性能:Rel大于600Mpa，延伸率A≤20%,常溫沖擊功Akv > 50J下，顯著降低鑄坯低倍缺陷級別，級別由1.5~2.5級降至O~0.5級，提高軋制合格率的屈強比< 0.8的的礦山用錨桿鋼及生產(chǎn)方法。
[0007]本申請為了實現(xiàn)上述目的，對實現(xiàn)本申請的目的的起影響或者關鍵作用的合金元素及工藝進行了深入的研究其結(jié)果，為了即使在保證Rel大于600Mpa，延伸率A≤20%,常溫沖擊功Akv > 50J下性能的前提下，還能實現(xiàn)降低鑄坯低倍缺陷級別，級別由1.5~2.5級降至O~0.5級，因此提出了嚴格限定N元素的含量，以能進一步達到最大強化效果，而不會使N元氣過多引起鑄坯質(zhì)量問題。其經(jīng)試驗，將N嚴格控制在0.009~0.015%。本申請工藝方面主要采取了低溫軋制，即粗軋開軋溫度在:1000~1100°C，精軋終軋溫度不高于880°C的措施。低溫軋制是將鋼坯加熱到低于常規(guī)加熱溫度，其溫度太低，一是使微合金化元素固溶不徹底而需要延長加熱時間，二是軋制時軋機需要更大軋制力而降低設備的服役時間；溫度太高達不到低溫的軋制的目的；終軋溫度更接近相變溫度，鋼坯的原始奧氏體晶粒較小，通過軋制變形使相應的軋制終了的奧氏體晶粒也較小，因而使晶粒得到細化、性能得到改善，所以控制終軋溫度不高于880°C。
[0008]實現(xiàn)上述目的的措施:
一種屈強比≤0.8的礦山用錨桿鋼，其組分及重量百分比含量為:C:0.18~0.22%、Si: 0.5 ~0.7%、Mn:1.2 ~1.35%、P ≤ 0.015%、S ≤ 0.02%、Ti:0.01 ~0.04%、V:0.08 ~
0.12%、Nb:0.01 ~0.025%、Als:0.015 ~0.035%, N:0.009 ~0.015%，其余為 Fe 和雜質(zhì)元素。
[0009]生產(chǎn)一種屈強比≤0.8的礦山用錨桿鋼的方法，其步驟:
O常規(guī)冶煉并鑄坯，控制出鋼溫度在1660~1690°C，鑄坯拉速不高于1.8m/min ；
2)對鑄坯進行自然堆垛冷卻并至室溫；
3)對鑄坯加熱，控制均熱段溫度為:1050~1150°C，加熱時間在10(Tl20min；
4)進行粗軋，并控制其開軋溫度在:1000~1100°C；
5)進行精軋，控制其終軋溫度不超過860°C，總的壓縮比不低于96；
6)自然空冷至室溫待用。
[0010]本發(fā)明中各元素及主要工序的作用
C:是提高鋼材強度最有效的元素，但是當其含量低于0.18%時，會導致力學性能不足而增加合金添加量從而增加了生產(chǎn)成本，當其含量高0.22%，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0.18^0.22%。
[0011]S1: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、屈服強度和屈強比，故不宜含量太高，，所以選擇Si的范圍在0.5~0.7%
Mn:主要是固溶于鐵素體中提高材料的強度，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，但錳含量高于1.35%時會使晶粒粗化的傾向，連鑄和軋后控冷不當時容易產(chǎn)生白點，所以選擇Mn的范圍在1.2~
1.35% ；
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，降低鋼材的延展性和韌性，因此含量越低越好，所以選擇S的范圍在S 0.02% ；P易在晶界偏析，增加鋼的脆性，使沖擊性能大幅降低，因此含量越低越好，所以選擇P的范圍在S 0.015%。
[0012]Nb:是強碳化物形成元素，能夠抑制熱軋時奧氏體晶粒長大，細化組織，提高鋼的強度但不降低鋼的沖擊韌性。但Nb含量過高易使析出相粗大而弱化析出強化效果，而且會顯著增加成本且效果不好。
[0013]V:是微合金化鋼最常用也是最有效的強化元素之一。釩的作用是通過形成釩的碳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，細化鐵素體晶粒，可顯著的提高抗拉強度而屈服強度增加不明顯，有效降低材料的屈強比。V低于0.08%時，析出強化效果不能夠滿足力學性能要求，V高于0.12%時，析出強化使強度太高而導致韌性變差，
T1:是強氮化物形成元素，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0.01~0.04%。
[0014]N:作為V、Nb及Ti析出物必需的組成元素，為了保證一定的析出量，因此,其含量有最小的含量，但是N含量過高會影響鋼中內(nèi)部質(zhì)量,所以選擇N的范圍在0.009~
0.015%o ο
[0015]Al:是作為煉鋼時的脫氧定氮劑，Al與鋼中的N形成細小難溶AlN質(zhì)點，起到阻抑作用，進而細化鐵素體晶粒，Al含量過低，細化作用不明顯，Al含量過高，降低了鋼液的流動性，形成大量的Al2O3會在水口結(jié)瘤，從而堵住水口，所以選擇Al的范圍在0.015~
0.035%,
之所以采用低溫軋制即粗軋開軋溫度在:1000~1100°C，精軋終軋溫度不高于880°C的措施制減少鑄坯燒損，降低成本，減少脫碳層，提高成品的表面質(zhì)量，晶粒細化，改善產(chǎn)品性能等作用。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，不僅屈強比小于0.8，延伸率A≥20%，沖擊性能AKV2 >50J，有效的提高了延伸塑性和耐沖擊性能，從而避免了在嚴酷的變形負荷下錨桿鋼因塑性變形而斷裂，同時也未因鑄坯低倍缺陷而引起的改判事故或者質(zhì)量問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]附圖1為本發(fā)明的金相組織圖。

【具體實施方式】
[0018]下面對本發(fā)明予以詳細描述:
除實施例4的鑄坯尺寸為280 X 320mm外，其余均采用200 X 200mm的方坯；
表1為本發(fā)明各實施例及對比例的取值列表；
表2為本發(fā)明各實施例及對比例的主要工藝參數(shù)列表；
表3為本發(fā)明各實施例及對比例性能檢測情況列表。
[0019]本發(fā)明各實施例按照以下步驟生產(chǎn):
O常規(guī)冶煉并鑄坯，控制出鋼溫度在1660~1690°C，鑄坯拉速不高于1.8m/min ；
2)對鑄坯進行自然堆垛冷卻并至室溫；
3)對鑄坯加熱，控制均熱段溫度為:1050~1150°C，加熱時間在10(Tl20min；
4)進行粗軋，并控制其開軋溫度在:1000~1100°C；
5)進行精軋，控制其終軋溫度不超過860°C，總的壓縮比不低于96；
6)自然空冷至室溫待用。
[0020]需要說明的是本申請在鑄坯坑冷及進行精軋后均嚴禁向其表面灑水。
[0021]表1本發(fā)明實施例與比較例的化學成分列表(wt%)

【權利要求】
1.一種屈強比< 0.8的礦山用錨桿鋼，其組分及重量百分比含量為:C:0.18~0.22%、Si: 0.5 ~0.7%、Mn:1.2 ~1.35%、P ^ 0.015%、S ^ 0.02%、Ti:0.01 ~0.04%、V:0.08 ~.0.12%、Nb:0.01 ~0.025%、Als:0.015 ~0.035%, N:0.009 ~0.015%，其余為 Fe 和雜質(zhì)元素。
2.生產(chǎn)權利要求1所述的一種屈強比<0.8的礦山用錨桿鋼的方法，其步驟: O常規(guī)冶煉并鑄坯，控制出鋼溫度在1660~1690°C，鑄坯拉速不高于1.8m/min ； 2)對鑄坯進行自然堆垛冷卻并至室溫； 3)對鑄坯加熱，控制均熱段溫度為:1050~1150°C，加熱時間在10(Tl20min； 4)進行粗軋，并控制其開軋溫度在:1000~1100°C； 5)進行精軋，控制其終軋溫度不超過860°C，總的壓縮比不低于96； 6)自然空冷至室溫待用。
【文檔編號】C22C38/14GK104073720SQ201410335269
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權日:2014年7月15日
【發(fā)明者】徐志東, 徐志, 范植金, 吳杰, 何杰斌, 周新龍 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司