耐应力腐蚀锚杆钢及其制备方法和应用

本发明涉及低合金钢，尤其是涉及一种耐应力腐蚀锚杆钢及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着矿井开采深度的不断增加，服役环境持续恶化，许多煤矿井都会存在锚固结构过早失效问题，通过现场调研和实验室研究发现锚固系统过早失效问题大多数是由腐蚀导致的。应力腐蚀作为矿井环境中锚杆的主要破坏形式，容易造成突发性事故，严重威胁矿井开采的安全性和可靠性。

2、矿井环境下锚杆服役环境成分复杂，ph值较低，容易引起酸化；氯离子、硫化物、碳酸盐、硫酸盐等具有较高侵蚀性，易造成锚杆的氢脆和应力腐蚀等失效问题。此外矿井环境下服役过程中承受轴向拉应力和侧向剪应力，同时受力状态随围岩变形而改变，承受载荷复杂多向，容易达到断裂所需的临界应力。因此目前商用矿用锚杆钢在矿下的应力腐蚀敏感性较高，导致应力腐蚀开裂事故频发。然而传统锚杆钢仅注重于强度的提升，对耐应力腐蚀的研究比较少，一些常见的防腐措施，如表面涂料、涂层、注浆和阴极保护等在一定条件下仍难以防止应力腐蚀开裂的发生，甚至会增加开裂风险。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提供耐应力腐蚀锚杆钢，以解决现有技术中存在的锚杆钢耐应力腐蚀性差等技术问题。

2、本发明的另一目的在于提供耐应力腐蚀锚杆钢的制备方法。

3、本发明的又一目的在于提供耐应力腐蚀锚杆钢在制备矿用锚杆中的应用。

4、为了实现本发明的上述目的，本发明一方面提供了耐应力腐蚀锚杆钢，包括按质量百分数计的如下组分：

5、c 0.1％～0.25％、si 0.25％～0.35％、mn 0.5％～0.7％、p≤0.03％、s≤0.03％、ni 1％～2％、cu 0.4％～0.5％、cr 0.9％～2％、v 0.06％～0.1％，余量为fe和不可避免的杂质。

6、在本发明的具体实施方式中，所述耐应力腐蚀锚杆钢中，ni、cr和cu的质量百分数满足：2.5％≤ni+cr+cu≤4.5％。

7、在本发明的具体实施方式中，所述耐应力腐蚀锚杆钢中，ni、cr和cu的质量百分数满足：2.5＜ni/cu＜4，0.7＜ni/cr＜1.5。

8、在本发明的具体实施方式中，耐应力腐蚀锚杆钢中还包括sb。进一步地，耐应力腐蚀锚杆钢中，sb的质量百分数为0.05％～0.12％。

9、在本发明的具体实施方式中，所述耐应力腐蚀锚杆钢的室温抗拉强度≥940mpa，屈服强度≥850mpa，延伸率≥14％。

10、本发明还提供了上述任意一种所述耐应力腐蚀锚杆钢的制备方法，包括如下步骤：

11、按合金成分配比进行冶炼、浇铸得到钢锭；然后对所述钢锭进行锻造、均匀化处理，然后进行轧制。

12、在本发明的具体实施方式中，所述锻造中，始锻温度为1150～1250℃，终锻温度为800～900℃。

13、在本发明的具体实施方式中，所述均匀化处理包括：温度为1150～1250℃，保温时间≥2h。

14、在本发明的具体实施方式中，所述轧制中，开轧温度为1010～1100℃，终轧温度为800～880℃，轧制的压下率为60％～70％。进一步地，轧制后进行空冷。

15、本发明还提供了一种调控锚杆钢的耐应力腐蚀性能的方法，包括如下步骤：

16、调控锚杆钢的配方中ni、cu、cr的含量，使ni、cu和cr的质量分数分别为1％～2％、0.4％～0.5％、0.9％～2％。

17、在本发明的具体实施方式中，调控ni、cu、cr的含量满足下述特征中的至少一个：

18、(1)2.5％≤ni+cr+cu≤4.5％；

19、(2)2.5＜ni/cu＜4，0.7＜ni/cr＜1.5。

20、在本发明的具体实施方式中，所述锚杆钢中，还包括按质量百分数计的如下组分：

21、c 0.1％～0.25％、si 0.25％～0.35％、mn 0.5％～0.7％、p≤0.03％、s≤0.03％、v 0.06％～0.1％，余量为fe和不可避免的杂质。

22、本发明还提供了上述任意一种所述耐应力腐蚀锚杆钢在制备矿用锚杆中的应用。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

24、(1)本发明在传统锚杆材料的基础上添加和调整ni、cu和cr等合金元素的含量在一定范围内，并进一步控制2.5％≤ni+cr+cu≤4.5％、2.5＜ni/cu＜4、0.7＜ni/cr＜1.5，可显著提高锚杆钢的耐应力腐蚀能力；

25、(2)本发明的锚杆钢中在显著降低了ni含量降低材料成本的同时，仍然能够明显提高锚杆钢的耐应力腐蚀性能，兼具经济性和优异的性能；

26、(3)采用本发明的锚杆钢制得的锚杆在矿井环境中的应力腐蚀敏感性相对于商用锚杆钢制得的锚杆降低37％～98％，综合性能优异，满足当前对耐应力腐蚀锚杆钢的服役要求，具有重要的工程实用价值，适合工业生产和推广。

技术特征：

1.耐应力腐蚀锚杆钢，其特征在于，包括按质量百分数计的如下组分：

2.根据权利要求1所述的耐应力腐蚀锚杆钢，其特征在于，ni、cr和cu的质量百分数满足：2.5％≤ni+cr+cu≤4.5％。

3.根据权利要求1或2所述的耐应力腐蚀锚杆钢，其特征在于，ni、cr和cu的质量百分数满足：2.5＜ni/cu＜4，0.7＜ni/cr＜1.5。

4.根据权利要求1所述的耐应力腐蚀锚杆钢，其特征在于，还包括sb；

5.根据权利要求1所述的耐应力腐蚀锚杆钢，其特征在于，所述耐应力腐蚀锚杆钢的室温抗拉强度≥940mpa，屈服强度≥850mpa，延伸率≥14％。

6.权利要求1～5任一项所述的耐应力腐蚀锚杆钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的耐应力腐蚀锚杆钢的制备方法，其特征在于，具有如下特征中的至少一个：

8.一种调控锚杆钢的耐应力腐蚀性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的调控锚杆钢的耐应力腐蚀性能的方法，其特征在于，所述锚杆钢中，还包括按质量百分比计的如下组分：

10.权利要求1～5任一项所述的耐应力腐蚀锚杆钢在制备矿用锚杆中的应用。

技术总结
本发明涉及低合金钢技术领域，尤其是涉及一种耐应力腐蚀锚杆钢及其制备方法和应用。耐应力腐蚀锚杆钢，包括按质量百分数计的如下组分：C 0.1％～0.25％、Si 0.25％～0.35％、Mn 0.5％～0.7％、P≤0.03％、S≤0.03％、Ni 1％～2％、Cu 0.4％～0.5％、Cr 0.9％～2％、V 0.06％～0.1％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明在传统锚杆材料的基础上添加和调整Ni、Cu和Cr等合金元素的含量在一定范围内，并进一步控制2.5％≤Ni+Cr+Cu≤4.5％、2.5＜Ni/Cu＜4、0.7＜Ni/Cr＜1.5，可显著提高锚杆钢的耐应力腐蚀能力。

技术研发人员：刘智勇,曾露露,孙宝壮,李晓刚,代文贺
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15