一种耐高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，尤其涉及一种耐高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] 巷道的死角位置，在抽风设备出现故障时，会导致一氧化碳、甲烷等气体的富集， 可能在电线老化或者接触不良产时生的火化而引起燃烧，点源电缆或者堆放的煤灰、木材 以及其他可燃的物体，而这些可燃的物体产生的温度能够达到三百摄氏度以上，因此，开发 一种耐高温的锚杆钢使得能够在高温下承受足够长的时间而不会因为钢的强度降低而矿 使矿区崩塌是非常重要的。
[0004] 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，其特征在于：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1100-1150°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(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):进行检验入库。
[0005] 但是，上述钢在高温测试下，该钢的强度下降明显，无法满足耐高温的需求。
【发明内容】
[0006] 本申请提供一种耐高温的高强度锚杆钢及其生产方法，解决了现有技术中在高温 测试下，该钢的强度下降明显，无法满足耐高温的需求的技术问题。
[0007] 本申请提供一种耐高温的高强度锚杆钢，所述锚杆钢的质量百分比包括：
[0008] C 0· 20 ~0· 30%、Si I. 2 ~I. 6%、Μη1· 0 ~I. 3%、P 刍 0· 025%、S 刍 0· 025%、 V0.0 5 ~0· 08%、Als0.0 15 ~0· 035 %、Ti0.0 15 ~0· 025 %、稀土元素 0· 03 ~0· 08%、 CrO. 1 ~0· 15%、MX 0120 ~0· 018%、NWX 025 ~0· 035%，其余为 Fe 和杂质元素。
[0009] 优选地，所述 C 0· 22 ~0· 27 %、Si 1. 3 ~1. 5 %、MnL 1 ~1. 25 %、V0. 055 ~ 0· 07%、稀土元素 0· 035 ~0· 07%、Cr0. 11 ~0· 14%。
[0010] 优选地，所述锚杆钢包括铁素体和珠光体。
[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900~980 °C，终轧温度为780~820 °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，所述转炉顶底吹炼包括：
[0019] 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、稀土、络铁和碳粉；
[0020] 出钢至3/4时，合金、增碳剂必须全部加入，成分按内控范围的下限控制。
[0021] 优选地，所述浇铸成铸坯包括：过热度控制在液相线15~25°C，拉速控制目标 L 6 ~L 8m/min〇
[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兀素，提尚钢材强度最有效的兀素，也能提尚耐热钢的 高温强度，但是当其含量低于〇. 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. 30%，会产生塑性和韧性下降，使得焊接性能以及抗震性能不合 格，因此，本发明C选择在0. 20~0. 30%。
[0025] Si :是一种廉价的置换强化元素，可以显著提高钢的强度，但是Si含量过高会影 响恶化钢的热塑性，所以选择Si的范围在1. 2~1. 6%。
[0026] Mn:显著降低钢的相变温度，通过控制轧制过程，细化晶粒，综合提高钢的综合性 能，Mn低于1. 0%时，提高综合性能不明显，但Mn高于1. 3%时，会导致可焊性和焊接热影 响区热性恶化，而且会损害耐热钢的抗氧化性能，所以选择Mn的范围在I. 0~1. 3% ;
[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，但实际生产中为了节约成本，其含量越高越好，在不 影响正常性能的情况下，所以选择S的范围在5 0. 025% ;P易在晶界偏析，增加钢的脆性， 因此含量越低越好，但实际生产中为了节约成本，其含量越高越好，在不影响正常性能的情 况下，所以选择P的范围在兰0.025%。
[0028] 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，所以选择N的范围在0. 012~0. 0180%。
[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，提高钢的 综合力学性能，Nb低于0· 025 %时，效果不明显，不能够满足力学性能要求，但Nb含量高 于0. 035%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。选择范围Nb在 0. 025 ~0. 035%。
[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，提高钢的高温强度。V低于0.05%时，析出强化效果不能够满足力学性能要求，V高于 0. 08%时，析出强化使强度太高而导致韧性变差，所以选择V的范围在0. 05~0. 08%。
[0031] 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，对钢的塑性 会造成损害，所以选择Ti的范围在0. 015~0. 025%。
[0032] Cr :络能显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，但同时会降低塑性和韧性；同时铬 是提高钢的抗氧化性和抗高温气体腐蚀的主要元素，是耐热钢的重要合金元素，在高温下 能促使金属表面生成致密的氧化膜，防止继续氧化，提高钢的耐高温性能。Cr含量低于 0. 10%时，氧化膜太薄而不能阻止高温继续氧化，同时其提高的强度不够而不满足钢筋性 能，若Cr含量高于0. 15%时，氧化膜太厚反而不利于阻止氧化，同时其提高的强度过高而 使韧性降得过多而不能满足性能要求，所以选择Cr的范围在0. 1~0. 15%。