一种1000MPa级超高强抗腐蚀高延伸率的锚杆钢及其生产方法转让专利
申请号 : CN201811324520.2
文献号 : CN109439854B
文献日 : 2020-10-20
发明人 : 陈建强 , 张玺成 , 张玉江 , 常博 , 尹生会 , 崔少峰
申请人 : 国家能源投资集团有限责任公司 , 神华新疆能源有限责任公司 , 山西建邦集团有限公司 , 西安天易矿山岩层控制科技有限公司
摘要 :
本发明公开了一种1000MPa级超高强抗腐蚀高延伸率的锚杆钢及其生产方法，所述锚杆钢所包含成分的质量百分比为：Cr：0.70‑1.10％，Mn：0.50‑0.80％，C：0.35‑0.45％，Si：0.17‑0.40％，V：0.05‑0.1％，Al：0.02‑0.05％，Fe：余量。其锚杆钢的生产方法包括以下步骤：炼制钢坯，将所述钢坯轧制成型后冷却，然后在625‑655℃的温度条件下进行回火处理，之后进行时效处理，时效处理的时间为500‑1500小时。本发明提供的1000MPa级超高强抗腐蚀、高延伸率的锚杆钢及其生产方法，解决了现有技术中锚杆钢高延伸率、超高强度与耐腐蚀无法共存的技术问题。
权利要求 :
1.一种1000MPa级超高强抗腐蚀高延伸率的锚杆钢的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括：炼制钢坯，将所述钢坯在1300-1340℃的温度下轧制成型后冷却至250-300℃，然后在625-655℃的温度条件下进行回火处理30-50min，之后进行时效处理，时效处理的时间为500-1500小时；
其中，所述锚杆钢所包含各成分的质量百分比为：
Cr：0.70-1.10％，Mn：0.56-0.75％，C：0.35-0.45％，Si：0.17-0.40％，V：0.05-0.1％，Al：0.02-0.05％，Fe：余量。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：所述锚杆钢所包含成分的质量百分比为：Cr：0.75-0.95％，Mn：0.56-0.75％，C：0.36-0.41％，Si：0.19-0.35％，V：0.05-0.08％，Al：0.025-0.035％。
3.根据权利要求1或2所述的锚杆钢的生产方法，其特征在于：将所述钢坯轧制成左旋螺纹钢。
4.根据权利要求3所述的锚杆钢的生产方法，其特征在于：所述左旋螺纹钢的直径为
18-22mm。
5.根据权利要求4所述的锚杆钢的生产方法，其特征在于：所述左旋螺纹钢的直径为
18mm、20mm、22mm。
6.一种采用权利要求1-5中任一项所述生产方法制备得到的锚杆钢。
说明书 :
一种1000MPa级超高强抗腐蚀高延伸率的锚杆钢及其生产
方法
技术领域
[0001] 本发明涉及钢材料技术领域，尤其涉及一种高强抗腐蚀高延伸率的锚杆钢及其生产方法。
背景技术
[0002] 对于煤矿巷道支护来说，随着采深的增加，越来越多的矿井进入深部开采，深部开采巷道面临支护难的问题。锚杆支护作为主动支护是有效且最普遍的支护方式，而现有的锚杆钢的屈服强度为335MPa、400MPa、500MPa和600MPa。其中，屈服强度为335MPa的锚杆钢为普强锚杆钢，屈服强度为400MPa和500MPa的锚杆钢为高强锚杆钢，屈服强度大于等于600MPa的锚杆钢为超高强锚杆钢。虽然我国当前使用的锚杆的屈服强度已经达到了
600MPa，但是现有锚杆钢屈服强度仍不能满足深部矿井巷道支护的要求。另外，井下潮湿且存在硫化物，锚杆杆体容易发生化学和电化学腐蚀。锚杆钢必须具有15％以上延伸率，而现有的矿用钢材无法达到上述全部要求。因此，急需研究一种超高强抗腐蚀锚杆钢。
600MPa，但是现有锚杆钢屈服强度仍不能满足深部矿井巷道支护的要求。另外，井下潮湿且存在硫化物，锚杆杆体容易发生化学和电化学腐蚀。锚杆钢必须具有15％以上延伸率，而现有的矿用钢材无法达到上述全部要求。因此，急需研究一种超高强抗腐蚀锚杆钢。
[0003] 为解决上述问题，专家学者及技术人员进行了大量的研究。在提高锚杆钢强度方面，分别从公知的高强锚杆钢和超高强锚杆钢两个方面分析，也进一步研究了耐腐蚀锚杆钢。
[0004] 对于超高强锚杆钢来说，一种高强高冲击韧性的锚杆钢筋及其制备方法(申请号：CN201110294274.2)，公开了一种高强高冲击韧性的锚杆钢筋及制备方法，采用C、Si、Mn、Fe四种元素进行淬火和回火，屈服强度为600-785MPa，但是并不能有效防腐蚀，也没有对延伸率进行说明。而其他的专利公开了低屈服比超高强锚杆钢的质量分数：一种屈强比≤0.8的矿山用锚杆钢及生产方法(申请号：CN201410335269.5)分别公开了一种屈服比分别小于
0.72和0.8的超高强锚杆钢的质量分数，其屈服强度分别为650MPa和632.8MPa。
0.72和0.8的超高强锚杆钢的质量分数，其屈服强度分别为650MPa和632.8MPa。
[0005] 对于耐腐蚀性能锚杆钢来说，专利一种耐腐蚀的高强度锚杆钢的生产方法(申请号：CN201510282034.9)公开了一种耐腐蚀的高强度锚杆钢的生产方法，该发明通过添加稀土元素，降低合金添加量，提高抗腐蚀性。而专利一种抗H2S腐蚀的矿山用锚杆钢及生产方法(申请号：CN201410335600.3)公开了以专门抗H2S腐蚀的矿山用锚杆钢，其屈服强度也达到了600MPa。
[0006] 对于其他已知的锚杆钢来说，一种耐高温的高强度锚杆钢及其生产方法(申请号：CN201510287572.7)、一种热轧矿用树脂锚杆钢筋及其生产方法(申请号：
CN201110339079.7)、一种高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋及其生产方法(申请号：
CN201210337375.8)分别从减少温度的影响，轧钢工艺优化和全螺纹锚杆钢筋生产方法等方面进行了说明。
CN201110339079.7)、一种高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋及其生产方法(申请号：
CN201210337375.8)分别从减少温度的影响，轧钢工艺优化和全螺纹锚杆钢筋生产方法等方面进行了说明。
[0007] 上述技术解决了部分问题，但是在保证锚杆要求的≥15％延伸率的前提下，超高强度锚杆钢不耐腐蚀，而耐腐蚀锚杆钢的强度不高的问题仍没有解决。
发明内容
[0008] 本发明的目的是提供一种具有超高强抗腐蚀高延伸率的锚杆钢以及生产方法，该方法解决了现有锚杆钢存在的高延伸率、超高强度与耐腐蚀无法共存的问题。
[0009] 为实现上述的发明目的，本发明提供如下技术方案：
[0010] 本发明第一方面提供一种1000MPa级超高强抗腐蚀高延伸率的锚杆钢，所述锚杆钢所包含成分的质量百分比为：
[0011] Cr：0.70-1.10％，Mn：0.50-0.80％，C：0.35-0.45％，Si：0.17-0.40％，V：0.05-0.1％，Al：0.02-0.05％，Fe：余量。
[0012] 优选地，所述锚杆钢所包含成分的质量百分比为：所述锚杆钢所包含成分的质量百分比为：Cr：0.75-0.95％，Mn：0.56-0.75％，C：0.36-0.41％，Si：0.19-0.35％，V：0.05-0.08％，Al：0.025-0/035％。
[0013] 本发明提供的锚杆钢组成中，加入Al抑制了钢坯在回火过程中渗碳体的沉淀，细化晶粒；同时，V可以在晶粒中形成了纳米尺寸的钒-碳化物，能够进一步地对抗氢脆引起的断裂，提高锚杆钢的强度以及耐腐蚀性。
[0014] 本发明第二方面提供一种锚杆钢的生产方法，用于上述的1000MPa级超高强抗腐蚀高延伸率的锚杆钢，包括以下步骤，炼制钢坯，将所述钢坯轧制成型后冷却，然后在625-655℃的温度条件下进行回火处理，之后进行时效处理，时效处理的时间为500-1500小时。
[0015] 优选地，轧制成型在1300-1340℃的温度条件下进行。
[0016] 优选地，将所述钢坯轧制成左旋螺纹钢。
[0017] 优选地，所述左旋螺纹钢的直径为18-22mm；进一步优选地，所述左旋螺纹钢的直径为18mm、20mm、22mm。本发明的锚杆钢可以用较小直径的锚杆替代目前所用大直径的高强锚杆，节约了钢材，降低了成本和工人的劳动强度，在当前矿山企业不景气的情况下，提高了企业经济效益，缓解了企业压力；同时，本发明提供的锚杆钢可以替代传统的锚杆钢，有望用于矿山、隧道、边坡等支护所需的锚杆杆体材料等。
[0018] 优选地，轧制成型后冷却至250-300℃，回火处理的时间为30-50min，增加了钢坯的韧性。
[0019] 由于采用了上述技术方案，本发明取得的有益效果在于：
[0020] 采用本发明生产方法生产出来的锚杆钢具有高屈服强度、抗腐蚀性并且具有高的延伸率。
[0021] 本发明的锚杆钢在具有延伸率≥15％的前提下，其屈服强度810-935MPa，抗拉强度998-1095MPa，大大优于现有锚杆钢的强度，提高了锚杆钢支护的安全性。
[0022] 本发明生产出的锚杆钢抗腐蚀性能可达到现有锚杆钢的1.6倍，有效地防止井下水及腐蚀性成分对其腐蚀，延长锚杆钢的使用寿命，提高锚杆支护的长期安全性。
具体实施方式
[0023] 为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容。
[0024] 采用以下方法对下述各例中锚杆钢的性能进行测试：
[0025] (1)延伸率：GB/T 228-2002金属材料室温拉伸试验方法。
[0026] (2)强度：GB/T 228-2002金属材料室温拉伸试验方法。
[0027] (3)耐腐蚀性：GB/T 18590-2001金属和合金的腐蚀/点蚀评定方法,GB/T 15970.4-2000金属和合金的腐蚀/应力腐蚀试验，第4部分：单轴加载拉伸试样的制备和应用。
[0028] 以下结合实施例对本发明的制备方法做进一步详细地说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0029] 实施例1
[0030] 本实施例中锚杆钢的各组成成分的质量百分比为：Cr：0.75，Mn：0.60，C：0.4，Si：0.20，V：0.05，Al：0.025，Fe：余量。
[0031] 其生产方法采用如下步骤进行：炼制钢坯并将钢坯在1323℃下轧制成直径为18mm、20mm和22mm的左旋无纵筋螺纹钢，成型后再用640℃中温回火处理，最后经过720小时的时效处理。
[0032] 实施例2-9
[0033] 实施例2-9中锚杆钢的生产方法与实施例1的步骤相同，具体的操作参数以及实施例中锚杆钢的组成成分见表1。
[0034] 表1
[0035]
[0036]
[0037] 对上述实施例1-9炼制得到的超高强抗腐蚀锚杆钢进行力学实验，得到如表2的性能参数。
[0038] 表2
[0039]
[0040]
[0041] 本发明中采用腐蚀后剩余强度来表示锚杆钢的耐腐蚀参数，两者呈正比关系。从表2可以看出，本发明生产得到的1000MPa级超高强抗腐蚀高延伸率锚杆钢的屈服强度为810-935MPa，抗拉强度998-1095MPa，延伸率大于等于15％，腐蚀后剩余强度为993-
1088MPa。上述的力学性能指标完全超过了现有的锚杆钢，实现了高屈服强度、抗腐蚀性情况下达到15％及以上的延伸率。其替代了传统的锚杆钢，有望用于矿山、隧道、边坡等支护所需的锚杆杆体材料等。
1088MPa。上述的力学性能指标完全超过了现有的锚杆钢，实现了高屈服强度、抗腐蚀性情况下达到15％及以上的延伸率。其替代了传统的锚杆钢，有望用于矿山、隧道、边坡等支护所需的锚杆杆体材料等。
[0042] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。