[发明专利]一种700MPa级高强韧热轧锚杆钢筋及其制备工艺

说明书

本发明涉及锚杆钢筋，具体为一种700MPa级高强韧热轧锚杆钢筋及其制备工艺，所述热轧锚杆钢筋的化学元素组成为：C，Si，Mn、V、N、Cr、Nb、P、S，其余为Fe和不可避免的杂质。所述制备工艺包括以下步骤：按名义成分冶炼钢液；LF精炼；连铸钢坯；轧钢：在线组织及析出物调控：轧钢完成后先将钢筋穿水冷却至750~870℃，然后再进入保温装置冷却至450~600℃，最后钢筋出保温装置后上冷床自然冷却。本发明在炼钢过程控制成分、控制坯料加热温度、控温精轧及在线热处理，形成铁素体+珠光体+贝氏体复相组织；本发明锚杆钢筋屈服强度Rel≥700MPa，抗拉强度Rm≥900MPa，断后伸长率A≥17%。

技术领域

本发明属于冶金材料制备技术领域，涉及锚杆钢筋，具体为一种700MPa级高强韧热轧锚杆钢筋及其制备工艺。

背景技术

我国煤炭的80%是由井工矿生产，且开采深度正以8-12m/a的速度增加，很多煤矿将进入到1000-1500m的开采深度。而随着矿井采掘深度的增加，矿压力变大，巷道支护的安全稳固问题越来越突出。

煤巷锚杆支护技术近年来发展极为迅速，高强度、高预应力、高刚度和高可靠性设计成为一种发展趋势。目前大量使用的MG335、MG400、MG500等级别的热轧锚杆钢已经难以适应高强度、高预应力支护技术发展的要求。

虽然采用传统的热轧生产工艺，通过增加钢中的碳或合金含量，可以提高锚杆钢的强度，但是无法达到兼顾超高强度与延伸率≥15%的要求。而采用离线调质热处理的方式虽然可以实现高强度与高塑韧性的结合，但其生产工序多，生产效率低、耗能高，造成了锚杆制造成本的大幅上升。

CN 108913990B公开了一种600MPa级高塑性锚杆钢筋及生产方法，终轧后采用穿水冷却，上冷床抛钢温度为850-900℃，堆冷≥12h后，加热至100-500℃保温5-20h进行热处理。所述锚杆钢的屈服强度Rel 665-690MPa，抗拉强度Rm 820-845MPa，断后伸长率A 25-26%。上述方法制备的锚杆钢筋虽然具有较好的塑性，满足了延伸率≥15%的要求，但是屈服强度较低，不高于690MPa；此外，热轧后钢材还需要进行堆冷12h并进行人工时效热处理，降低生产效率，增加能源消耗。

CN 102352462A公开了一种高强高冲击韧性的锚杆钢筋及其制备方法，成品组织为回火索氏体和少量铁素体。热轧钢筋通过淬火、回火热处理后，其屈服强度等级达到600-785MPa，断后伸长率A不小于15.0%。该制备方法的不足之处是相比热轧的同等级锚杆钢产品，增加了调质热处理工序，生产工艺复杂性大，增加能源消耗，生产成本大幅提高，生产效率低，不具备成本优势和大规模推广性。

发明内容

本发明旨在解决现有锚杆钢筋不能兼顾屈服强度、抗拉强度、延伸率等特性，不满足高预应力发展的需求且生产工艺效率低、耗能高、成本高的技术问题，提供了一种700MPa级高强韧热轧锚杆钢筋及其制备工艺。

本发明解决其技术问题采用的技术手段是：一种700MPa级高强韧热轧锚杆钢筋，所述锚杆钢筋的化学元素组成及其质量百分含量为：C:0.28~0.34%，Si:0.70~1.20%，Mn:1.60~1.90%，V:0.12~0.40%、N:0.013~0.040%，Cr：0.15~0.55%，Nb：0.01~0.03%，其中V+Nb+Cr+N≤0.80%，残余元素P≤0.035%、S≤0.025%，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明要求保护的锚杆钢筋的屈服强度Rel≥700MPa，抗拉强度Rm≥900MPa，延伸率A≥17%。

锚杆钢筋中的C是提高钢材强度最有效和最廉价的元素，C能对铁素体组织起固溶强化作用，也是珠光体、贝氏体的组成元素，但随着其含量的上升，会导致塑性和韧性下降。

锚杆钢筋中的Si是一种廉价的强化元素，可以显著提高钢的屈服强度，Si促进铁素体相变，适当的Si含量还能促进形成薄膜状的残余奥氏体，改善钢材的塑韧性。