一種屈強(qiáng)比≤0.8的礦山用錨桿鋼及生產(chǎn)方法
【專利摘要】一種屈強(qiáng)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(duì)鑄坯自然堆垛冷卻至室溫；對(duì)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(qiáng)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(fù)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(qiáng)比< 0.8的礦山用錨桿鋼及生產(chǎn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度錨桿鋼及其生產(chǎn)方法，具體屬于一種屈強(qiáng)比< 0.8的礦山用錨桿鋼其生產(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(dòng)支護(hù)形式，具有支護(hù)工藝簡(jiǎn)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(jí)別的礦用支護(hù)錨桿。
[0003]巷道中，錨桿鋼在礦井下要承受巖層的錯(cuò)層和位移帶來的巨大切應(yīng)力下，因此需要很高強(qiáng)度的同時(shí)具有很好的延伸塑性和耐沖擊性能。在嚴(yán)酷的變形負(fù)荷下，錨桿鋼的塑性變形一致性是關(guān)鍵，而提高塑性變形性能的有效方法是降低鋼的屈強(qiáng)比，屈強(qiáng)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(qǐng)?zhí)枮镃N201210376645.6的專利文獻(xiàn)，公開了一種超高強(qiáng)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(qiáng)比雖小于0.8， 但是沖擊韌性較低，同時(shí)N元素含量過高，易造成連鑄坯低倍缺陷級(jí)別增加，即缺陷級(jí)別增到1.5~2.5級(jí)，影響成品質(zhì)量及合格率，進(jìn)而影響沖擊性能。
[0005]中國專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200910089349.6的專利文獻(xiàn)，公開了一種轉(zhuǎn)爐連鑄小方坯超高強(qiáng)韌性巷道支護(hù)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(qiáng)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(diǎn)是添加的合金成分范圍廣，性能波動(dòng)大，大于700MPa強(qiáng)度的高強(qiáng)度錨桿鋼屈強(qiáng)比>0.8，同時(shí)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(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種在保證其力學(xué)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(jí)別，級(jí)別由1.5~2.5級(jí)降至O~0.5級(jí)，提高軋制合格率的屈強(qiáng)比< 0.8的的礦山用錨桿鋼及生產(chǎn)方法。
[0007]本申請(qǐng)為了實(shí)現(xiàn)上述目的，對(duì)實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)的目的的起影響或者關(guān)鍵作用的合金元素及工藝進(jìn)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(shí)現(xiàn)降低鑄坯低倍缺陷級(jí)別，級(jí)別由1.5~2.5級(jí)降至O~0.5級(jí)，因此提出了嚴(yán)格限定N元素的含量，以能進(jìn)一步達(dá)到最大強(qiáng)化效果，而不會(huì)使N元?dú)膺^多引起鑄坯質(zhì)量問題。其經(jīng)試驗(yàn)，將N嚴(yán)格控制在0.009~0.015%。本申請(qǐng)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(shí)間，二是軋制時(shí)軋機(jī)需要更大軋制力而降低設(shè)備的服役時(shí)間；溫度太高達(dá)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(yīng)的軋制終了的奧氏體晶粒也較小，因而使晶粒得到細(xì)化、性能得到改善，所以控制終軋溫度不高于880°C。
[0008]實(shí)現(xiàn)上述目的的措施:
一種屈強(qiáng)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(qiáng)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(duì)鑄坯進(jìn)行自然堆垛冷卻并至室溫；
3)對(duì)鑄坯加熱，控制均熱段溫度為:1050~1150°C，加熱時(shí)間在10(Tl20min；
4)進(jìn)行粗軋，并控制其開軋溫度在:1000~1100°C；
5)進(jìn)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(qiáng)度最有效的元素，但是當(dāng)其含量低于0.18%時(shí)，會(huì)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0.22%，會(huì)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(qiáng)度和屈強(qiáng)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(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，但錳含量高于1.35%時(shí)會(huì)使晶粒粗化的傾向，連鑄和軋后控冷不當(dāng)時(shí)容易產(chǎn)生白點(diǎn)，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(huì)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(qiáng)碳化物形成元素，能夠抑制熱軋時(shí)奧氏體晶粒長大，細(xì)化組織，提高鋼的強(qiáng)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(qiáng)化效果，而且會(huì)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(qiáng)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(xì)化鐵素體晶粒，可顯著的提高抗拉強(qiáng)度而屈服強(qiáng)度增加不明顯，有效降低材料的屈強(qiáng)比。V低于0.08%時(shí)，析出強(qiáng)化效果不能夠滿足力學(xué)性能要求，V高于0.12%時(shí)，析出強(qiáng)化使強(qiáng)度太高而導(dǎo)致韌性變差，
T1: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(shí)，易形成粗大的TiN或者TiC，反而是釘扎作用減弱，對(duì)鋼的韌性會(huì)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(huì)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(shí)的脫氧定氮?jiǎng)珹l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(dòng)性，形成大量的Al2O3會(huì)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(xì)化，改善產(chǎn)品性能等作用。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，不僅屈強(qiáng)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(yán)酷的變形負(fù)荷下錨桿鋼因塑性變形而斷裂，同時(shí)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(shí)施方式】
[0018]下面對(duì)本發(fā)明予以詳細(xì)描述:
除實(shí)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(shí)施例及對(duì)比例的取值列表；
表2為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例的主要工藝參數(shù)列表；
表3為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例性能檢測(cè)情況列表。
[0019]本發(fā)明各實(shí)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(duì)鑄坯進(jìn)行自然堆垛冷卻并至室溫；
3)對(duì)鑄坯加熱，控制均熱段溫度為:1050~1150°C，加熱時(shí)間在10(Tl20min；
4)進(jìn)行粗軋，并控制其開軋溫度在:1000~1100°C；
5)進(jìn)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(qǐng)?jiān)阼T坯坑冷及進(jìn)行精軋后均嚴(yán)禁向其表面灑水。
[0021]表1本發(fā)明實(shí)施例與比較例的化學(xué)成分列表(wt%)

【權(quán)利要求】
1.一種屈強(qiáng)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(quán)利要求1所述的一種屈強(qiáng)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(duì)鑄坯進(jìn)行自然堆垛冷卻并至室溫； 3)對(duì)鑄坯加熱，控制均熱段溫度為:1050~1150°C，加熱時(shí)間在10(Tl20min； 4)進(jìn)行粗軋，并控制其開軋溫度在:1000~1100°C； 5)進(jìn)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(hào)】C22C38/14GK104073720SQ201410335269
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)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(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司