专利名称：一种高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋及其生产方法
技术领域：
本发明属于微合金化巷道支护用钢领域，具体地讲，本发明涉及一种锚杆钢筋及其生产方法，特别是一种钒氮微合金化全螺纹等强树脂锚杆钢筋及其生产方法。
背景技术：
煤巷锚杆支护技 术近年来发展极为迅速。热轧树脂锚杆钢筋主要应用于煤矿井道和隧道的锚杆支护，锚杆支护是广泛应用的一项重要支护技术。这种支护系统在提高巷道支护效果，保证巷道安全，减轻工人劳动强度，简化采煤工作面端头区维护工艺等方面具有明显的优越性，十分有利于采煤工作面的快速推进，实现矿井的高产高效。随着煤炭资源的不断开采，矿井的开采深度不断增加，目前我国煤矿的煤层开采深度平均每年增加9m，采深大于700m的矿井有50多处，而且我国煤炭资源总量的53%埋深大于1000m。由于深层开采所带来的高的地应力，高的冲击地压和大的围岩流变，给煤巷的锚杆支护造成了严重的困难。目前，应用于煤矿井巷和隧道支护的热轧树脂锚杆钢筋强度多为335MPa、400MPa级普通锚杆，但它们已经不能满足锚杆支护技术发展的需要。可以预见,高强度、高精度、高承载能力、杆体全长等强度锚杆的需求将越来越大。因此，亟需开发研究高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋及其生产方法。
发明内容
本发明旨在提供一种高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋及其生产工艺，本发明的高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋包括杆体和位于所述杆体的外圆周上的上下两部分等高螺旋横肋，其中，由所述上下两部分等高螺旋横肋在同一条螺旋线上组成螺纹，可直接与相应规格的铸钢螺母配合使用，不需要二次轧头、滚丝加工紧固螺纹，并且所述高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋的两面不包括纵肋。另外，根据本发明的高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋的杆体强度高，能够大大降低煤矿巷道锚杆支护密度和提高安全性，能够减少金属的消耗，是一种节料、省工、等强度的新型锚杆，能够适应我国当前煤矿支护安全、节能、环保的要求。为了实现本发明的一个目的，提供了一种高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋的生产方法，所述生产方法包括转炉冶炼、钢包吹氩、连铸、轧制工序，其特征在于，在所述转炉冶炼工序中，采用钒氮合金进行微合金化，并且将钢水的成分控制为c :0. 18 O. 27wt% ；Si 0. 30 O. 75wt % ；Mn :1. 35 I. 60wt % ；V :0. 06 O. 09wt % ；P ^ O. 035wt % ；S ^ 0. 035wt% ;其余为Fe和不可避免的杂质。根据本发明，在所述转炉冶炼工序中，在硅锰合金、硅铁合金加入后期将钒氮合金随钢流加入钢包钢流冲击区。根据本发明，在所述转炉冶炼工序中，冶炼过程采用高拉补吹，控制终点[C]彡O. 10wt%。采用钡系脱氧，钡系加入量为I. 0-1. 5kg/tiH，并且在放钢过程对准钢流均匀加入钡系脱氧剂。
根据本发明，在所述吹氩工序中，在钢水的成分温度合适后，进行软吹操作，软吹时间> 8min。根据本发明，在所述连铸工序中，控制中间包温度为1515°C 1530°C，拉速为2. 4m/min 3. 0m/mino根据本发明，在所述轧制工序中，工艺参数控制为加热温度为1160 1220°C，开轧温度为1080 1150°C，终轧温度为950 1040°C，而后空冷至室温。根据本发明，所述高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋的屈服强度σ s ^ 500MPa、抗拉强度彡640MPa、延伸率δ5彡18%。根据本发明，所述钡系为硅钙钡和硅铝钡钙中的至少一种。根据本发明，在所述转炉冶炼工序中，将钢水的成分控制为C0. 19 O. 25wt% ；Si O. 35 O. 60wt % ；Mn I. 35 I. 55wt % ；V O. 06 O. 08wt % ；P ^ O. 035wt % ；S (0. 035wt% ;其余为Fe和不可避免的杂质。为了实现本发明的另一目的，提供了一种高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋，所述锚杆钢筋的化学成分为c 0. 18 O. 27wt% ；Si 0. 30 O. 75wt% ；Mn :L 35 L 60wt% ；
V0. 06 0. 09wt% ；P ( 0. 035wt% ；S ( 0. 035wt% ;其余为 Fe 和不可避免的杂质。根据本发明，高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋的各项性能满足屈服强度σ s彡500MPa、抗拉强度σ b彡640MPa、延伸率δ 5彡18%。根据本发明，高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋的化学成分可以为C0. 19
O.25wt%；Si O. 35 O. 60wt%；Mn I. 35 I. 55wt%；V O. 06 O. 08wt%；P ( O. 035wt%；S ^ O. 035wt% ;其余为Fe和不可避免的杂质。因此，本发明提供的高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋，在冶炼过程，采用钒氮合金微合金化，以钒固氮，以氮优化钒的析出，充分发挥二者结合所产生的强化效果，来提高钢筋的强度和韧性。根据本发明的锚杆钢筋的高强度可以节省钢材，降低支护成本，增加结构强度，加大安全储备量。
具体实施例方式本发明旨在提供一种高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋及其生产方法，以适应当前煤矿支护安全、节能、环保的要求。具体地讲，根据本发明的高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋包括杆体和位于所述杆体的外圆周上的上下两部分等高螺旋横肋，其中，由所述上下两部分等高螺旋横肋在同一条螺旋线上组成螺纹，可直接与相应规格的铸钢螺母配合使用，不需要二次轧头滚丝加工紧固螺纹，并且所述高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋的两面不包括纵肋。因此，根据本发明的高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋的杆体强度高，能够大大降低煤矿巷道锚杆支护密度和提高安全性，能够减少金属的消耗，是一种节料、省工、等强度的新型锚杆，能够适应我国当前煤矿支护安全、节能、环保的要求。根据本发明，高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋的化学成分为C0. 18 O. 27wt% ；Si O. 30 O. 75wt % ；Mn I. 35 I. 60wt % ；V O. 06 O. 09wt % ；P ^ O. 035wt % ；S ( 0. 035wt%，余量为Fe和不可避免的杂质。优选地，根据本发明的高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋的化学成分为C O. 19 O. 25wt%；SiO. 35 O. 60wt%；Mn I. 35 I. 55wt%；VO. 06 O. 08wt% ；P ( 0. 035wt% ；S ( 0. 035wt% ;余量为 Fe 和不可避免的杂质。在本发明中，除炼钢常见元素C、Si、Mn夕卜，采用钒氮合金微合金化。钒(V)与钢中的C、N极易形成V(CN)化合物，起到沉淀析出强化的作用，能有效地提高钢的强度、韧性、延展性及抗热疲劳性等综合机械性能，在达到相同强度下，添加氮化钒可以节约钒加入量30-40%，进而降低了成本。根据本发明的高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋的各项性能满足屈服强度σ s彡500MPa、抗拉强度σ b彡640MPa、延伸率δ 5彡18 %。下面将详细描述根据本发明的高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋的生产方法。根据本发明的高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋的生产方法包括转炉冶炼工序、钢包吹氩工序、连铸工序和轧制工序。具体地讲，根据本发明，在转炉冶炼工序中，在硅锰合金、硅铁合金加入后期将钒氮合金随钢流加入钢包钢流冲击区，依靠钢流的冲击作用充分混合，使合金均匀化。优选地，在转炉冶炼工序中，冶炼过程采用高拉补吹，控制终点[c] ^ O. 10wt%，尽量减少钢水过氧化。采用钡系脱氧，钡系加入量为I. O I. 5kg/tiH，并且在放钢过程对准钢流均匀加入钡系脱氧剂。钡系可为硅钙钡和/或硅铝钡钙。在本发明中，采取钒氮合金微合金化，以钒固氮，以氮优化钒的析出，充分发挥二者结合所产生的强化效果，从而提高钢筋的强度和韧性。根据本发明，在钢包吹氩工序中，在钢水的成分温度合适后，进行软吹操作，控制软吹时间8 lOmin，以使钢中幼小的夹杂物充分地上浮而去除，提高钢液洁净度。根据本发明，在连铸工序中，控制中间包温度为1515°C 1530°C，拉速为2. 4m/min 3. Om/min。根据本发明，在轧制工序中，将工艺参数控制为加热温度为1160°C 1220°C，开轧温度为1080°C 1150°C，终轧温度为950°C 1040°C，而后空冷至室温，从而得到本发明的锚杆钢筋。根据本发明的一个实施例，可以通过转炉冶炼、钢包吹氩、连铸成150mmX 150mm或160_X 160mm的方还,通过连续式棒材轧机轧制成材,成材规格为Φ16_ Φ22_,并且成型后的钢筋具有以下化学成分C 0. 18 O. 27wt%；Si 0. 30 O. 75wt%；Mn :1. 35
I.60wt% ；V 0. 06 O. 09wt% ；P ( O. 035wt% ；S ( 0. 035wt% ;其余为 Fe 和不可避免的杂质。上述高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋的各项性能满足屈服强度os> 500MPa、抗拉强度Ob彡640MPa、延伸率δ5彡18%。下面将结合具体的实施例来进一步说明本发明。以下实施例仅用于阐述本发明，但本发明的保护范围并不局限于以下实施例。实施例I控制钢水的化学成分为0.21wt% 的 C、0. 40wt% 的 Si、I. 44wt% 的 Mn、0. 068wt%的ν、0· 025 七％的Ρ、0· 02^^%的S，其余为Fe和不可避免的杂质。生产工艺流程为转炉冶炼、钢包吹氩、连铸、轧制工序，其中，所述转炉冶炼工序中采用钒氮合金进行微合金化，冶炼过程采用高拉补吹，控制终点[C]为O. 14wt%，采用硅钙钡脱氧，其中，硅钙钡的加入量为I. 05kg/t ，在放钢过程对准钢流均匀加入，钒氮合金在硅锰合金、硅铁合金加入后期随钢流加入钢包钢流冲击区；在钢包吹氩过程中，在钢水的成分温度合适后，进行软吹操作，吹氩时间为9. 5min ;在连铸过程中，控制中间包温度平均值为1518°C，平均拉速为2. 5m/min ;在轧制过程中，控制加热温度为1200°C，开轧温度为1120°C，终轧温度为980°C，而后空冷至室温。所得钢筋的具体性能参数见下面的表I。实施例2控制钢水的化学成分为(λ 19￥七％的(、0.37￥七％的3丨、1.4(^七％的]\111、0.07(^七％的V、0. 021 丨％的P、0. 014 丨％的S，其余为Fe和不可避免的杂质。生产工艺流程为转炉冶炼、钢包吹氩、连铸、轧制工序，其中，所述转炉冶炼工序中采用钒氮合金进行微合金化，冶炼过程采用高拉补吹，控制终点[C]为O. 12wt%，采用硅铝钡钙脱氧，硅铝钡钙的加入量为I. 40kg/t ，在放钢过程对准钢流均匀加入，钒氮合金在硅锰合金、硅铁合金加入后期随钢流加入钢包钢流冲击区；在钢包吹氩过程中，在钢水的成分温度合适后，进行“软吹”操作，吹氩时间为8. 5min ;在连铸过程控制中间包温度平均值为1523°C，平均拉速为2. 7m/min ;所述轧制工序的工艺参数如下，加热温度为1180°C，开轧温度为1100°C，终轧温度为975°C，而后空冷至室温。所得钢筋的具体性能参数见下面的表
Io实施例3控制钢水的化学成分为0.23wt % 的 C、0. 52wt % 的 Si、I. 45wt % 的 Μη、0· 066wt %的ν、0· 017被％的Ρ、0· 023被％的S，其余为Fe和不可避免的杂质。生产工艺流程为转炉冶炼、钢包吹氩、连铸、轧制工序，其中，所述转炉冶炼工序中采用钒氮合金进行微合金化，冶炼过程采用高拉补吹，控制终点[C]为O. 14wt%，采用硅钙钡和硅铝钡钙的混合物脱氧，其中，所述混合物的加入量为I. 20kg/t ，在放钢过程对准钢流均匀加入，钒氮合金在硅锰合金、硅铁合金加入后期随钢流加入钢包钢流冲击区；在钢包吹氩过程中，在钢水的成分温度合适后，进行软吹操作，吹氩时间为Smin ;在连铸过程控制中间包温度平均值为1526°C，平均拉速为2. 9m/min ;所述轧制工序的工艺参数如下，力口热温度为1210°C，开轧温度为1130°C，终轧温度为1000°C，而后空冷至室温。所得钢筋的具体性能参数见下面的表I。实施例4控制钢水的化学成分为0· 25￥七％的C、0. 45￥七％的Si、L 5(^七％的]^、0· 075wt%的V、0. 025被％的P、0. 02被％的S，其余为Fe和不可避免的杂质。
生产工艺流程为转炉冶炼、钢包吹氩、连铸、轧制工序，其中，在所述转炉冶炼工序中采用钒氮合金进行微合金化，冶炼过程采用高拉补吹，控制终点[C]为O. 13wt%，采用硅钙钡脱氧，其中，硅钙钡的加入量为I. 15kg/tiH，在放钢过程对准钢流均匀加入，钒氮合金在硅锰合金、硅铁合金加入后期随钢流加入钢包钢流冲击区；在钢包吹氩过程中，在钢水的成分温度合适后，进行“软吹”操作，吹氩时间为9min ;在连铸过程控制中间包温度平均值为1520°C，平均拉速为2. 6m/min ;所述轧制工序的工艺参数如下，加热温度为1175°C，开轧温度为1090°C，终轧温度为970°C，而后空冷至室温。所得钢筋的具体性能参数见下面的表I。表I各实施例所得钢筋的性能参数
实施例~ 规格 ~σ s/MPa ~σ b/MPa ~δ 5/%~~ ~Φ20~550~695~24
2φΤθ545685 2^5
3Φ δ570725 26 ~Φ22565715 23根据本发明的采用钒氮合金微合金化工艺生产的全螺纹等强树脂锚杆钢筋包括杆体和位于所述杆体的外圆周上的上下两部分等高螺旋横肋，由上下两部分等高螺旋横肋在同一条螺旋线上组成螺纹。因此，与传统的螺纹钢式树脂锚杆钢筋相比，根据本发明的全螺纹等强树脂锚杆钢筋，可直接与相应规格的铸钢螺母配合使用。热轧成品不需要二次轧头后滚丝加工紧固螺纹，直接与相应规格的铸钢螺母配合使用，降低了用户使用费用；杆体全长等强度，锚固力大，无薄弱截面，比同规格普通锚杆的承载能力提高40% ;根据需要可非常方便地任意截取不同长度杆体，并可满足端锚、加长锚及全长锚固形式需要，材料利用率高，降低金属材料的消耗。 根据本发明的高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋的强度高，精度高、承载能力高，从而能够大大降低煤矿巷道锚杆支护密度、提高安全性、降低工人劳动强度、提高作业率。因此，根据本发明的高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋是一种节料、省工、等强度的新型锚杆，适应我国当前煤矿支护安全、节能、环保的要求。本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的实施例进行各种变型和修改。
权利要求
1.一种高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋的生产方法，所述方法包括转炉冶炼工序、钢包吹氩工序、连铸工序和轧制工序，其特征在于，在所述转炉冶炼工序中，采用钒氮合金对钢包中的钢水进行脱氧微合金化，并且将钢水的成分控制为c O. 18 O. 27wt% ；Si·O.30 O. 75wt%；Mn I. 35 I. 60wt%；V0. 06 0. 09wt%；Ρ ^ O. 035wt%；S ^ 0. 035wt%；其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求I所述的生产方法，其特征在于，在所述转炉冶炼工序中，在硅锰合金、硅铁合金加入后期将钒氮合金随钢流加入钢包钢流冲击区。
3.根据权利要求I或2所述的生产方法，其特征在于，在所述转炉冶炼工序中，冶炼过程采用高拉补吹，控制终点[c] ^ O. IOwt^，采用钡系脱氧，钡系加入量为I. 0-1. 5kg/t钢，并且在放钢过程对准钢流均匀加入钡系脱氧剂。
4.根据权利要求I所述的生产方法，其特征在于，在所述吹氩工序中，在钢水的成分温度合适后，进行软吹操作，软吹时间> 8min。
5.根据权利要求I所述的生产方法，其特征在于，在所述连铸工序中，控制中间包温度为 1515°C 1530°C，拉速为 2. 4m/min 3. Om/min。
6.根据权利要求I所述的生产方法，其特征在于，在所述轧制工序中，工艺参数控制为加热温度为1160 1220°C，开轧温度为1080 1150°C，终轧温度为950 1040°C，而后空冷至室温。
7.根据权利要求I所述的生产方法，其特征在于，所述高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋的屈服强度σ s≤500MPa、抗拉强度σ b≤640MPa、延伸率δ 5≤18%。
8.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述钡系为硅钙钡和硅铝钡钙中的至少一种。
9.一种高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋，其特征在于，所述高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋的化学成分为C O. 18 O. 27wt% ；Si O. 30 O. 75wt% ；Mnl. 35 I. 60wt% ；V·0.06 0. 09wt% ；Ρ ( O. 035wt% ；S ( 0. 035wt% ;其余为 Fe 和不可避免的杂质。
10.根据权利要求9所述的高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋，其特征在于，所述高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋的屈服强度os > 500MPa、抗拉强度Qb > 640MPa、延伸率δ 5 ≤18%。
11.根据权利要求9所述的高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋，其特征在于，所述高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋的化学成分为C O. 19 O. 25wt% ；Si O. 35 O. 60wt% ；Mn·1.35 I. 55wt% ；V 0. 06 0. 08wt% ；Ρ ( O. 035wt% ；S ( 0. 035wt% ;其余为 Fe 和不可避免的杂质。
全文摘要
本发明提供了一种高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋及其生产方法。所述全螺纹等强树脂锚杆钢筋的化学成分为C0.18～0.27wt％；Si0.30～0.75wt％；Mn1.35～1.60wt％；V0.06～0.09wt％；P≤0.035wt％；S≤0.035wt％；其余为Fe和不可避免的杂质。在冶炼过程中，采取钒氮合金微合金化，以提高钢筋的强度和韧性。根据本发明的高强度全螺纹等强树脂锚杆钢筋由于其高强度而可以节省钢材，降低支护成本，增加结构强度，加大安全储备量。
文档编号C22C33/06GK102864376SQ20121033737
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月13日 优先权日2012年9月13日
发明者李雪峰, 杜传治, 梁辉 申请人:莱芜钢铁集团有限公司