一种耐低温的高强度锚杆钢及其生产方法_2

文档序号:9230450阅读:来源:国知局
.55~0.75%。
[0034] 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Al的范围在0. 01~ 0. 03%,
[0035] Ca :可以净化钢液,提高钢的纯净度,使钢的MnS球化,发挥材料的潜能,其含量过 高时,易形成粗大的非金属夹杂物,所以选择范围在〇. 003~0. 005%。
[0036] 本申请的锚杆钢利用钒、铌与氮形成钒、铌的析出物来强化基体,起到提高钢材的 强度,降低了合金添加量,减少了合金成本,同时,Al的添加能够消除过多氮的危害,改善冲 击功,而且细化晶粒;铸坯大变形量配以低温轧制,有利于提高V的固溶强化和析出强化效 果以及Nb的细化晶粒强化,得到良好的综合性能。而且添加的少量B能够显著改善材料的 性能,也改善夹杂物的形态和分布,添加的镍元素能够改善钢的低温韧性,添加的Ca能够 净化钢液,从而显著提高钢的耐低温冲击性能。
[0037] 与现有常规技术相比,本发明的锚杆钢筋性能对于600MPa级标准而言,强度富余 量充足,脱碳层厚底薄,表面质量更优,组织细小,在_40°C下低温冲击功大于75J,完全满 足在我国任何区域的使用,而且工艺简单,在现有装备无需改动的情况下即可生产。
【附图说明】
[0038] 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。
[0039] 图1为本申请较佳实施方式一种耐低温的高强度锚杆钢的金相组织图;
[0040] 图2为本申请另一较佳实施方式一种锚杆钢的生产方法流程图。
【具体实施方式】
[0041] 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。
[0042] 本申请提供一种锚杆钢,所述耐低温的高强度锚杆钢的质量百分比包括:C 0.20 ~0.28%、Si 1.2 ~1.6%、Mn 1.0 ~1.5%、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%、 B0. 002 ~0· 003 %、NiO. 55 ~(λ 75 %、Ca 0· 003 ~0· 005 % 其余为 Fe 和杂质元素。
[0043] 需要说明的是,在本说明书中,式中的元素符号表示表示钢中该元素的含量(质 量% )。
[0044] 优选地,为了使得所述锚杆刚的低温韧性更加优异,所述C 0. 22~0. 26%、Mn 1. 15~1. 4%、NiO. 6~0. 7%。另外,所述锚杆刚的金相组织为铁素体和珠光体。
[0045] 所述锚杆钢的各元素的作用如下:
[0046] 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
[0047] 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%
[0048] 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% ;
[0049] 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%。
[0050] 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。当硼的含量大于〇. 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
[0051] 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%。
[0052] 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。
[0053] 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
[0054] 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%
[0055] 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0.55~0.75%。
[0056] 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Al的范围在0. 01~ 0. 03%,
[0057] Ca :可以净化钢液,提高钢的纯净度,使钢的MnS球化,发挥材料的潜能,其含量过 高时,易形成粗大的非金属夹杂物,所以选择范围在〇. 003~0. 005%。
[0058] 本申请的锚杆钢利用钒、铌与氮形成钒、铌的析出物来强化基体,起到提高钢材的 强度,降低了合金添加量,减少了合金成本,同时,Al的添加能够消除过多氮的危害,改善冲 击功,而且细化晶粒;铸坯大变形量配以低温轧制,有利于提高V的固溶强化和析出强化效 果以及Nb的细化晶粒强化,得到良好的综合性能。而且添加的少量B能够显著改善材料的 性能,也改善夹杂物的形态和分布,添加的镍元素能够改善钢的低温韧性,添加的Ca能够 净化钢液,从而显著提高钢的耐低温冲击性能。
[0059] 与现有常规技术相比,本发明的锚杆钢筋性能对于600MPa级标准而言,强度富余 量充足,脱碳层厚底薄,表面质量更优,组织细小,在_40°C下低温冲击功大于75J,完全满 足在我国任何区域的使用,而且工艺简单,在现有装备无需改动的情况下即可生产。
[0060] 基于同样的发明构思,本申请还提供一种锚杆钢的生产方法。图2为本申请较佳 实施方式一种锚杆钢的生产方法流程图。所述方法包括:
[0061] 步骤S10,冶炼并浇铸成铸坯;
[0062] 步骤S20,对所述铸坯进行自然冷却,采用堆垛方式,严禁向铸坯表面浇水;
[0063] 步骤S30,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,不得过热、过烧;<
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