NPR锚索材料及其生产方法与流程

本发明涉及采矿设备材料技术领域，具体而言，涉及一种npr锚索材料及其生产方法。

背景技术：

冲击地压是矿山压力的一种特殊显现形式，是矿井在采掘过程中周围煤岩体由于变形能聚集达到煤岩体极限后释放而产生的以突然、急剧、猛烈的破坏为特征的动力现象，是煤矿重大灾害之一。我国是世界上除德国和波兰以外煤矿冲击地压危害最严重的国家之一。据中国煤炭工业协会统计数据，建国以来我国共发生4000多次冲击地压事故，造成重大损失。随着煤矿开采深度的不断增加，特别是我国东部煤炭主采区，开采深度超过1000m的矿井个数急剧增加，井下巷道在承受高地应力的同时，又要经受由于回采引起的强烈支承压力作用，使受采动影响的巷道围岩压力数倍、甚至近十倍于原岩应力，煤岩体积聚了大量的固体能量，在深部地应力、构造应力以及工程扰动的作用下，使得积聚的能量大于矿体失稳和破坏所需要的能量，造成整个煤岩系统失去结构稳定性，发生冲击地压，从而使得浅部开采时的非冲击矿井，进入深部后转变为冲击地压频发的冲击矿井，同时冲击地压发生强度、危害程度及频次呈急剧增加的趋势，冲击矿井数量呈明显上升趋势。

国内外学者对冲击地压发生的机理、预测预报和防护技术做了大量的研究，20世纪60年代，我国开始研究冲击地压问题，并作为国家“六五”、“七五”科技攻关项目进行了有针对性的重点研究，取得了一定的成果，特别对采场的防冲措施进行了系统研究，主要包括区域性防御措施和局部解危措施，其中区域性防御措施主要包括开采解放层、采用合理的开拓布置和开采方式、煤体注水卸压、开展冲击地压预测预报、提高采煤工作面装备水平等方法；局部解危措施主要有钻孔卸压、卸压爆破、深孔爆破、水力致裂、强制放顶等措施。以上措施基本能够达到缓解或者抑制回采工作面冲击地压的发生。开拓巷道及采准巷道掘进和服务期间的防冲支护措施主要有u型钢可缩支护、高强锚网索支护、锚网索+金属支架联合支护、锚网索+让压管支护、圆型支架及垛式支架等方式。上述措施部分缓解了冲击地压的发生强度，但没有根本解决井下巷道的防冲问题，特别是目前占巷道支护绝大部分形式的锚网索支护对冲击地压几乎无防护作用，且隐蔽致灾性大，不可靠。

综上所述，现有技术中的支护形式不能满足冲击地压防治的根本原因是支护材料本身不能适应冲击力作用下围岩的瞬间大变形，尤其是锚索的材料，均属于传统泊松比材料，即为塑性硬化材料，在受到冲击荷载作用下瞬间达到其屈服强度而失去承载防护能力，造成冲击地压事故的发生。

技术实现要素：

本发明实施例中提供一种npr锚索材料及其生产方法，以解决现有技术中的锚索材料本身不能适应冲击力作用下围岩的瞬间大变形，在受到冲击荷载作用下瞬间达到其屈服强度而失去承载防护能力的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种npr锚索材料，所述npr锚索材料的组分及重量百分比含量为：c：0.4～0.8％，mn：15～22％，al：1-5％，npr晶体：0～1％，ni：0～0.3％，si：0～0.3％，s：0～0.001％，p：0～0.001％，其余为fe和不可避免的杂质元素。

根据本发明的另一个方面，提供了一种npr锚索的生产方法，所述npr锚索材料的850-1050mpa范围内可调，拉伸位移150-300mm/米，所述npr锚索材料的泊松比值为<0.1；

所述npr锚索材料的组分及重量百分比含量为：

c：0.4～0.8％，mn：15～22％，al：1-5％，npr晶体：0～1％，ni：0～0.3％，si：0～0.3％，s：0～0.001％，p：0～0.001％，其余为fe和不可避免的杂质元素，所述生产方法的步骤包括：

中频冶炼工序：加入所述npr锚索材料组分配比的合金元素，通过中频炼钢工艺进行冶炼，完成后进行在线成分化验、补充合金元素，调整钢水的比例为设计比例，并进行脱氧、脱硫、脱磷；

精炼工序：将中频炉冶炼的钢水吊入精炼炉中，采用底部吹氩精炼造渣，氩气量为3-60l/min，向精炼炉中加入氟化钙、石灰、脱渣剂，进一步进行脱氧、脱硫、脱磷；完成后进行在线成分分析、微调钢水化学成分；

连续模铸工序：将经过精炼炉精炼后钢水的出钢温度控制在1560-1590℃，并将精炼后的钢水导入中间包，进行模铸，自然冷却后，脱模，得到铸锭；

连续热轧工序：将模铸工序后的铸锭冷装放入加热炉里，在1200℃的炉内温度下保温2-4小时；开轧温度控制在1050℃±50℃，终轧温度控制在850℃±50℃，依次经过13个道次，钢坯热轧处理后自然冷却至室温，形成热轧钢筋盘圆；

表面修型工序：对钢筋盘圆进行首尾焊接，钢筋的前端头部，进行开卷、调平，喷砂，然后将钢筋进行直径修形整理，将直径有偏差不规则的部位磨面，冷拔光面工序修形以后使母线直径规则统一；

在线退火工序：对钢筋进行在线加热退火，退火后采用风冷对高温的钢筋线材进行在线冷却；

收盘圆工序：将带有余温或余热的钢筋进行高速收卷自动送料、夹头、自动头尾剪切、自动卸料；

放料调直工序：将钢筋整形热还原后的盘圆钢筋，放料进行开卷放线；采用多轮式十字交叉360度曲线滚压调直；

冷拔螺旋工序：采用辊模冷轧的方式进行螺旋钢筋的生产；

在线退火工序：对冷拔螺旋后的钢筋进行在线加热退火，退火后采用风冷对高温的钢筋线材进行在线冷却；

收盘圆工序：由液压剪切系统、两个钢筋导管、两个盘式收线机组成，实现在线生产不停车收盘打捆npr钢筋盘圆；

锚索绞线机放线工序：将npr钢筋盘圆放置于绞线机放线盘上，其中锚索中间钢筋放置于最靠近捻股器的放线盘上，锚索外层钢筋放置于后续的放线盘上；

锚索捻股工序：绞线机牵引7-9股npr钢绞线持续前进，在捻股器的作用下，外层钢绞线围绕中间钢绞线捻股成型；

锚索固定处理工序：对完成捻股的钢绞线进行固定处理，防止钢绞线散开；

切割包装工序：将固定完成的钢绞线放置于切割机上进行切割，制作成不同长度的锚索并包装。

进一步地，所述npr锚索为7股或9股。

本申请的npr锚索材料主要应用领域面向预应力锚索领域，在实际服役过程中，该材料会施加较大的预应力，本发明与现有技术中诸多材料以及诸多npr材料相比，增加化学成分al1-5％，目的是为了该改善高强钢材料的氢脆性能。增加npr晶体，目的是为了进一步提高材料的力学性能，形成横阻大变形的特点。npr锚索材料的850-1050mpa范围内可调，拉伸位移150-300mm/米，并且，所述npr锚索材料的泊松比值为<0.1。本发明提供的npr锚索材料能适应冲击力作用下围岩的瞬间大变形，在受到冲击荷载作用下依然具有承载防护能力。

附图说明

图1是本发明实施例的npr锚索材料的透射电镜图；

图2是本发明实施例的中npr锚索材料的拉伸载荷的延伸率实验数据图；

图3是本发明实施例的npr锚索的生产方法的工艺步骤示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

参见图1和图2所示，根据本发明的实施例，提供了一种npr锚索材料，其特征在所述npr锚索材料的组分及重量百分比含量为：

c：0.4～0.8％，mn：15～22％，al：1-5％，npr晶体：0～1％，ni：0～0.3％，si：0～0.3％，s：0～0.001％，p：0～0.001％，其余为fe和不可避免的杂质元素。

本申请的npr锚索材料主要应用领域面向预应力锚索领域，在实际服役过程中，该材料会施加较大的预应力，而高强钢材料(强度大于1000mpa)在高预应力服役中需要特别关注材料的氢脆性能，以防止材料未达到设计强度而产生突然破断。基于以上背景，本发明与现有技术中诸多材料以及诸多npr材料相比，增加化学成分al1-5％，目的是为了该改善高强钢材料的氢脆性能；增加npr晶体，目的是为了进一步提高材料的力学性能，形成横阻大变形的特点。npr锚索材料的850-1050mpa范围内可调，拉伸位移150-300mm/米，并且，所述npr锚索材料的泊松比值为<0.1。图1示出了本发明中npr锚索材料的透射电镜图。图2示出了本发明中npr锚索材料的拉伸载荷的延伸率实验数据图。本发明提供的npr锚索材料能适应冲击力作用下围岩的瞬间大变形，在受到冲击荷载作用下依然具有承载防护能力。

本发明还提供了一种npr锚索的生产方法的实施例，参见图3，所述npr锚索材料的850-1050mpa范围内可调，拉伸位移150-300mm/米，所述npr锚索材料的泊松比值为<0.1；

所述npr锚索材料的组分及重量百分比含量为：

c：0.4～0.8％，mn：15～22％，al：1-5％，npr晶体：0～1％，ni：0～0.3％，si：0～0.3％，s：0～0.001％，p：0～0.001％，其余为fe和不可避免的杂质元素，所述生产方法的步骤包括：

中频冶炼工序01：加入所述npr锚索材料组分配比的合金元素，通过中频炼钢工艺进行冶炼，完成后进行在线成分化验、补充合金元素，调整钢水的比例为设计比例，并进行脱氧、脱硫、脱磷；

精炼工序02：将中频炉冶炼的钢水吊入精炼炉中，采用底部吹氩精炼造渣，氩气量为3-60l/min，向精炼炉中加入氟化钙、石灰、脱渣剂，进一步进行脱氧、脱硫、脱磷；完成后进行在线成分分析、微调钢水化学成分；

连续模铸工序03：将经过精炼炉精炼后钢水的出钢温度控制在1560-1590℃，并将精炼后的钢水导入中间包，进行模铸，自然冷却后，脱模，得到铸锭；

连续热轧工序04：将模铸工序后的铸锭冷装放入加热炉里，在1200℃的炉内温度下保温2-4小时；开轧温度控制在1050℃±50℃，终轧温度控制在850℃±50℃，依次经过13个道次，钢坯热轧处理后自然冷却至室温，形成热轧钢筋盘圆，钢筋直径在5-8mm；

表面修型工序05：对钢筋盘圆进行首尾焊接，钢筋的前端头部，进行开卷、调平，喷砂，然后将钢筋进行直径修形整理，将直径有偏差不规则的部位磨面，冷拔光面工序修形以后使母线直径规则统一；

在线退火工序06：采用中频加热方式，对钢筋进行在线加热退火，最大温度1100摄氏度，最快行走速度80米/秒，退火后采用风冷对高温的钢筋线材进行在线冷却；

收盘圆工序07：将带有余温或余热的钢筋进行高速收卷自动送料、夹头、自动头尾剪切、自动卸料；

放料调直工序08：将钢筋整形热还原后的盘圆钢筋，放料进行开卷放线；采用多轮式十字交叉360度曲线滚压调直；使钢筋消除内在应力，钢筋在预调直过程中螺旋肋不会受到损伤；

冷拔螺旋工序09：采用辊模冷轧的方式进行螺旋钢筋的生产；即在一个专用旋转装置中母材通过的圆周方向上均匀设置有多个辊模，当母材被拉丝机牵引通过旋转装置时，多个辊模通过滚动摩擦对母材表面加工出螺旋槽。

在线退火工序10：对冷拔螺旋后的钢筋进行在线加热退火，钢筋加热退火过程中，最大温度1100摄氏度，最快行走速度80米/秒。退火后采用风冷对高温的钢筋线材进行在线冷却；

收盘圆工序11：由液压剪切系统、两个钢筋导管、两个盘式收线机组成，实现在线生产不停车收盘打捆npr钢筋盘圆；

锚索绞线机放线工序12：将7-9盘直径4mm-12mm的npr钢筋盘圆放置于绞线机放线盘上，其中锚索中间钢筋放置于最靠近捻股器的放线盘上，锚索外层钢筋放置于后续的放线盘上；

锚索捻股工序13：绞线机牵引7-9股npr钢绞线持续前进，在捻股器的作用下，外层钢绞线围绕中间钢绞线捻股成型；

锚索固定处理工序14：对完成捻股的钢绞线进行固定处理，防止钢绞线散开；

切割包装工序15：将固定完成的钢绞线放置于切割机上进行切割，制作成不同长度的锚索并包装。

进一步优选地，所述npr锚索为7股或9股。

npr锚索的生产方法所生产的npr锚索，该npr锚索与现有技术中诸多材料以及诸多npr材料相比，增加化学成分al1-5％，目的是为了该改善高强钢材料的氢脆性能；增加npr晶体，目的是为了进一步提高材料的力学性能，形成横阻大变形的特点。npr锚索材料的850-1050mpa范围内可调，拉伸位移150-300mm/米，并且，所述npr锚索材料的泊松比值为<0.1。

本生产方法的核心发明点在于制作npr锚索钢绞线，单根钢绞线表面不带肋，且需要对光面的npr钢筋进行绞合加工，形成锚索；带肋钢筋与光面钢筋的加工工艺存在区别。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

当然，以上是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。