一种耐低温的高强度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，尤其涉及一种耐低温的高强度锚杆钢及其生产方 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] 由于煤矿资源只要集中在北方，温度变化巨大，局部地区冬季极端气温甚至低 于-40°C，如果锚杆钢因温度低而引起脆断将严重影响正常的生产以及所带来矿区崩塌而 带来的人员伤亡。因此，开发出一种耐低温锚杆钢是具有极其重要的经济和社会效益。
[0004] 现有技术公开了一种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% -L 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1100-115(TC，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(p8mm或(p24mm，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):进彳丁检验入库。
[0005] 在使用过程中，发现上述锚杆钢的低温韧性不好。
【发明内容】
[0006] 本申请提供一种耐低温的高强度锚杆钢及其生产方法，解决了现有技术中的钢低 温韧性不好的技术问题。
[0007] 本申请提供一种耐低温的高强度锚杆钢，所述锚杆钢的质量百分比包括：
[0008] C 0· 20 ~0· 28%、Si L 2 ~I. 6%、Mn I. 0 ~I. 5%、P 刍 0· 015%、S 刍 0· 015%、 V0. 03 ~0. 04%、Als0. 01 ~0. 03%、Nb 0. 015 ~0. 025%、N0. 005 ~0. 0080%、Ti0. 015 ~ 0· 03%、Β0· 002 ~0· 003%、Ni0. 55 ~0· 75%、Ca 0· 003 ~0· 005%其余为 Fe 和杂质元素。 [0009]优选地，所述 C 0· 22 ~0· 26%、Mn 1. 15 ~I. 4%、NiO. 6 ~0· 7%。
[0010] 优选地，所述锚杆刚的金相组织为铁素体和珠光体。
[0011] 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：
[0012] 冶炼并浇铸成铸坯；
[0013] 对所述铸坯进行自然冷却；
[0014] 对铸坯进行加热，加热时的均热温度为1000~1100°C，加热时间为120min~ 130min ；
[0015] 对铸坯进行轧制，乳制时的开轧温度为900~1000 °C，终轧温度为780~850 °C ;
[0016] 自然冷却。
[0017] 优选地，所述冶炼并浇铸成铸坯包括：铁水脱硫；转炉顶底吹炼；氩站吹氩；浇铸 成铸坯。
[0018] 优选地，所述浇铸成铸坯包括：过热度控制在液相线10~20°C，拉速控制目标 L 6 ~L 8m/min〇
[0019] 优选地，所述转炉顶底吹炼包括：
[0020] 出钢1/4左右时，随钢流加入硅锰铁、碳化硅等合金脱氧，然后加入然后加入钒 铁、氣化娃猛、银铁、钦铁、镇铁、棚铁和碳粉；
[0021] 出至3/4时，合金、增碳剂必须全部加入，成分按设计范围的下限控制。
[0022] 本申请有益效果如下：
[0023] 所述锚杆钢的各元素的作用如下：
[0024] C :C是扩大和稳定奥氏体元素，提高钢材强度最有效的元素，但是当其含量低 于0. 20%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. 28%，会产生塑性和韧性下降，尤其是冲击韧性明显下降，因此，本发明C选择在0. 20~ 0· 28%〇
[0025] Si :是一种廉价的置换强化元素，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，但是Si会严重损害钢的低温韧性，所以不宜 太高，选择Si的范围在1. 2~1. 6%
[0026] 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I. 0~ 1. 5% ；
[0027] 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，但为了降低生产成本，在不影响正常性能的情况下， 越高越好，所以选择S的范围在S 0. 015% ;P易在晶界偏析，增加钢筋的脆性，使低温冲击 性能大幅下降，因此含量越低越好，但为了降低生产成本，在不影响正常性能的情况下，越 高越好，所以选择P的范围在兰0.015%。
[0028] 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，硼的控制量在〇. 002~0. 003%范围
[0029] Nb:是强碳化物型材元素，能够抑制热轧时奥氏体晶粒长大，细化组织，提高钢筋 的综合力学性能，经试验，在本申请中若其Nb含量高于0. 025%，易使析出相粗大而弱化析 出强化效果，而且会显著增加成本。故选择范围Nb在0. 015~0. 025%。
[0030] 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. 03%时，析出强化效果不能够满足力学性能 要求，V高于〇. 04%时，析出强化使强度太高而导致韧性变差。
[0031] N:作为VN析出必需的元素，为了保证一定的析出量，因此，其含量有最小的含量， 但是N含量过高会影响钢中内部质量，导致低温韧性变差，所以选择N的范围在0. 005~ 0· 008%〇
[0032] Ti :是一种强烈的碳化物和氮化物形成元素，易形成细小的TiC和TiN等粒子，TiC 和TiN非常稳定，能够有效的钉扎晶界，细化晶粒，并具有稳定再次加热的组织的作用。少 量Ti就能使钢材的强度和低温韧性得到改善，当Ti的含量过高时，形成粗大的碳氮化物， 反而对钢的冲击性能不好，故Ti的范围在0. 015~0. 03%
[0033] Ni:和铁无限固溶，镍扩大铁的奥氏体区，是形成稳定奥氏体的主要元素。镍强化 铁素体并细化和增多珠光体，提高钢的强度和抗疲劳性，降低钢的低温脆化转变温度，量太 少时，对应提高钢的低温冲击性能不明显，由于镍的价格较高，则会提高成本和造成资源的 浪费，所以选择Ni的范围在0