一种锚杆钢及其生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及钢材料技术领域，尤其涉及一种锚杆钢及其生产方法。
【背景技术】
[0002] 锚杆是锚固在煤、岩体内维持围岩稳定的杆状物。锚杆支护是煤矿巷道首选的、安 全性高的主要支护方式，与其它支护相比，它属于一种主动支护形式，具有支护工艺简单、 支护效果好、材料消耗和支护成本低、运输和施工方便等优点。随着国家煤炭工业的迅速发 展和开采规模的不断扩大，煤炭安全生产已成为制约我国煤矿发展的突出问题之一，煤炭 行业迫切期待更高强度级别的矿用支护锚杆。
[0003] 中国专利申请号为CN201310593620. 6的专利文献，公开了一种630MPa级 以上高强钢筋，该高强钢筋的重量百分比成分为：碳：0.28% -0.38%、硅：0-0.35 %、 锰：0-0.90 %、铬：0.80 % -1.50 %、镍：3.00 % -4.00 %、钼：0.40 % -0.60 %、 磷：0-0· 015 %、硫：0-0· 015 %、氢：0-2. Oppm、钒：0· 10 % -0· 20 %、钛：0-0· 025 %、 铜：0-0. 20%、铝：0-0. 05%、0-0. 50%残余元素，其余为Fe。该高强钢筋的生产工艺为： 步骤（1):以铬镍钼合金结构钢为坯料，并对其进行扩氢热处理；步骤（2):将上述扩氢热 处理后的钢筋放入加热炉内加热到1350-1390°C，出加热炉后采用水冷以23-25°C /s的冷 却速率将钢筋水冷至925-945°C，然后在淬火装置内用水或淬火液进行淬火，然后在回火加 热炉内加热到620-640°C进行回火，再通过第一冷却工艺冷却到常温；步骤（3):将钢筋进 行初步热轧，所述初步热轧温度为1100-1150°C，所述初步热轧完成后通过第二冷却工艺将 钢筋冷却至室温，然后对钢筋回热至1050°C，对钢筋进行二次热轧，二次热轧后的钢筋直径 为Φ 8mm或Φ 24mm，所述二次热轧完成温度为850°C，二次热轧后对所述钢筋进行水冷/ 空冷二次循环间歇淬火工艺进行淬火热处理；步骤（4):将冷却后的钢筋放入回火加热炉 加热到560-580°C，保温0. 1-0. 2h ;步骤（5):对保温后的钢筋使用高压喷射水或淬火液以 13-15°C /s的速度冷却至150-200°C，然后在冷床上冷却至室温；步骤（6):进行检验入库。 上述生产方法工艺复杂，不利于批量化生产；而且要求加热炉加热温度高，在未采取措施的 情况下，易造成钢材表面脱碳严重，性能达不到要求。
[0004] 中国专利申请号为CN201310234760. 4的专利文献，公开了一种高强度低屈强比 矿用锚杆钢微合金钒控制析出方法，采用转炉初炼一钢包钒微合金化一LF炉精炼一全保 护浇注一连铸，以铁水、废钢及钒氮合金元素做原料，生产出钒的质量百分比在0. 05-0. 15 范围内，P、S洁净钢控制质量百分比在0.01以内的高强度低屈强比矿用锚杆钢。在轧制工 艺中控制如下技术参数：采用950°C -1050°C温度区间开轧，通过4架无孔型轧机+8架孔 型轧机进行连续轧制，控制精轧温度在780 °C -830 °C范围内，上冷床温度在700 °C -750 °C范 围内，上冷床后在550°C -750°C缓冷，使V的析出率提高15-20%，使锚杆钢的平均强度提 高20-40Mpa、屈强比达到0. 72、屈服强度Rel彡600Mpa、抗拉强度Rm彡800Mpa、延伸率A% 多20%、室温冲击功多40J。但上述钢材料的室温冲击韧性低，不满足标准中对超高强度锚 杆钢筋要求；且屈服强度不能完全达到使用要求。
【发明内容】
[0005] 本申请提供一种锚杆钢及其生产方法，至少部分解决了现有技术中的钢材料的冲 击韧性低、屈服强度不能达到使用要求，且生产方法工艺复杂，且需要加热炉加热温度高的 技术问题。
[0006] 本申请提供一种锚杆钢，所述锚杆钢的屈服强度彡650MPa，抗拉强度彡800MPa， 20°C时的冲击功值大于等于50J，所述锚杆钢的化学成分质量百分百包括：
[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%其余为 Fe和杂质元素。
[0008] 优选地，所述锚杆钢的金相组织为珠光体+铁素体。
[0009] 本申请还提供一种锚杆钢的生产方法，用于生产所述的锚杆钢，所述方法包括：
[0010] 冶炼并连铸成铸坯；
[0011] 对铸坯加热，控制均热段温度为l〇〇〇°C~1100°C，加热时间115min~130min ;
[0012] 进行热轧，控制开轧温度为950°C~1050°C，终轧温度800°C~880°C ;
[0013] 自然空冷。
[0014] 优选地，所述自然空冷具体为：在步进齿条式冷床上自然空冷。
[0015] 本申请有益效果如下：
[0016] 上述锚杆钢的屈服强度彡650MPa，抗拉强度彡800MPa，20°C时的冲击功值大于等 于50J，该锚杆钢强度富余量充足，冲击韧性好，脱碳层厚底薄，表面质量更优，组织细小，能 满足锚杆钢的使用要求，至少部分解决了现有技术中的钢材料的冲击韧性低、屈服强度不 能达到使用要求的技术问题。
[0017] 上述生产所述的锚杆钢的方法工艺简单，在现有装备无需改动的情况下即可生 产，通过对炼钢过程进行控制，保证合金有高的收得率以及钢质高的纯净度，从而达到提 高锚杆钢筋的冲击韧性；适当的延长加热时间10-15min，有利于合金元素充分的溶解和扩 散，乳钢时，采用强力变形，通过多轴变形、大变形量轧制，降低终轧温度，有利于提高V的 固溶强化和析出强化效果以及Ti的细化晶粒强化，得到良好的综合性能。
[0018] C :C是提高钢材强度最有效的元素，但是当其含量低于0. 28%时，会导致力学性 能不足而增加合金添加量从而增加了生产成本，当其含量高0. 32%，会产生塑性和韧性下 降，冲击性能恶化，因此，本发明C选择在0. 28~0. 32%。
[0019] Si :是一种廉价的置换强化元素，在钢中不形成碳化物，是以固溶体的形态存在于 铁素体或者奥氏体中，显著提高钢的弹性极限、屈服强度和屈强比，所以选择Si的范围在 1. 5 ~1. 8%〇
[0020] Mn:主要是固溶于铁素体中提高材料的强度，其又是良好的脱氧剂和脱硫剂，含 有一定量的锰可以消除或减弱因硫引起的脆性，从而改善钢的加工性能，但锰含量过高时 会使晶粒粗化的倾向，连铸和轧后控冷不当时容易产生白点，所以选择Mn的范围在0. 8~ 1. 2% ；
[0021] P、S :作为有害元素，其含量越低越好。S含量过高，会形成大量的MnS夹杂，降低 钢材的机械性能，因此含量越低越好，所以选择S的范围在S 0. 025% ;P易在晶界偏析，增 加钢筋的脆性，使冲击性能大幅下降，因此含量越低越好，所以选择P的范围在g 0.035%。
[0022] B :钢中加入极少量的硼可以显著影响材料的性能，其抑制P、S偏析和沿晶断裂， 提高冲击性能，改善夹杂物的形态和分布，硼溶入固溶体中使晶体点阵发生畸变，晶界上 的硼又能阻止夹杂物进一步长大，使夹杂物变得细小，圆整，均匀分布于晶界，强化了晶 界，使材料的韧性提高。当硼的含量小于0.001%时，其对钢的效果不明显；当硼的含量 大于0.003%时，其对钢的效果不再随含量的增加而增加，反而增加了成本，硼的控制量在 0· 001 ~0· 003%范围。
[0023] V :是微合金化钢最常用也是最有效的强化元素之一。钒的作用是通过形成VN、 V(CN)来影响钢的组织和性能，它主要是在奥氏体晶界的铁素体中沉淀析出，细化铁素体晶 粒，从而提高材料的强度和低温韧性。V低于0. 10%时，析出强化效果不能够满足力学性能 要求，V高于0. 14%时，析出强化使强度太高而导致韧性变差，V的控制量在0. 10~0. 14% 范围。
[0024] Al :是作为炼钢时的脱氧定氮剂，Al与钢中的N形成细小难溶AlN质点，起到阻 抑作用，进而细化铁素体晶粒，Al含量过低，细化作用不明显，Al含量过高，降低了钢液的 流动性，形成大量的A1203会在水口结瘤，从而堵住水口，所以选择Als的范围在0.01~ 0. 03%,
[0025] Ti:是强氮化物形成元素，其氮化物能有效地钉扎奥氏体晶界，有助于控制奥氏体 晶粒的长大，Ti含量过高时，易形成粗大的TiN或者TiC，反而是钉扎作用减弱，对钢的韧性 会造成损害，所以选择Ti的范围在0. 015~0. 03%。
[0026] 之所以采用低温轧制即粗轧开轧温度在：1000~1KKTC，精轧终轧温度不高于 880°C的措施是为了减少铸坯烧损，降低成本，减少脱碳层，提高成品的表面质量，晶粒细 化，改善产品性能等作用。
【附图说明】
[0027] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述 中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些 实施例。
[0028] 图1为本申请较佳实施方式一种锚杆钢的金相组织图；
[0029] 图2为本申请另一较佳实施方式一种锚杆钢的生产方法的流程图。
【具体实施方式】
[0030] 为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上 述技术方案进行详细的说明。
[0031] 本申请提供一种锚杆钢，所述锚杆钢的屈服强度彡65