总第１４７期 山西冶金 ＳＨＡＮＸＩ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ Ｔｏｔａｌ １４７ Ｎｏ．１，２０１４ ２０１４年第１期 生产实践・应用技术 低成本超高强度热轧锚杆钢筋的开发 吴明安， 詹卫金 （首钢长治钢铁有限公司， 山西摘长治０４６０３１） 要：利用新建１００万ｃ棒材车间具备完善的控制空冷的条件优势，通过制定合理的工艺方案和可控轧控冷 参数，采用微合金化＋控轧控冷工艺路线，成功开发出低成本、超高强度的热轧锚杆钢筋。经检测。该产品屈服 强度达到６９０ ＭＰａ，抗拉强度达到８６０ ＭＰａ，冲击功达到３６Ｊ，具有良好的综合性能。 关键词：低成本微合金化控轧控冷超高强度热轧锚杆钢筋 文章编号：１６７２—１１５２（２０１４）ｏ１—００４２—０３ 中图分类号：１Ｇ３３５．６＊４ 文献标识码：Ａ 锚杆支护是煤矿井巷中应用广泛的一项重要支 护技术，这种支护方式具有支护效果好、成本低等诸 多特点，它的广泛应用给煤矿企业带来巨大的经济 效益。伴随着煤矿生产企业对煤炭开采效率及生产 的安全性要求的进一步提高，６００ ＭＰａ级热轧锚杆 钢筋的应用已越来越广泛。 当前，随着国内钢铁企业同质化竞争的加剧，如 表２ ６００ ＭＰａ级热轧锚杆尺寸和允许偏差 规格 内径，ｄ／ｍｍ 横肋高，ｈ／ｍｍ 横肋 ／ｍｍ 公称 允许 公称 允许 顶宽， 不圆度 ｂｌｍｍ 公称 允许 Ｉｍｍ 尺寸 偏差 尺寸 偏差 ２２ ２２．尺寸 偏差 １．１ １２ ±０．５ ≤Ｏ－３ ＋０．６ １ ＋Ｏ１ ．Ｏ．８ ＋Ｏ－３ 一Ｏ．２ ｔ ０．１８％～０２５％，ｔ‘Ｊｌ ０．４０％～０．６０％，ｗ（１ＶＩｎ）＝１３０％一 何在确保钢筋性能的基础上，降低微合金元素的使 用量，增加企业效益，成为摆在当前所有钢铁企业面 １．６０％。力学性能：屈服强度不小于５００ ＭＰａ，抗拉强 度不小于６７０ ＭＰａ，伸长率不小于２０％。 正确设计６００ ＭＰａ级锚杆钢筋的化学成分是获 前的一道难题。控轧控冷工艺作为提高低碳微合金 钢力学性能的有效途径，主要利用细晶强化和析出 强化等强化机制，采用不同变形及冷却工艺，以提高 钢材的综合力学性能 。 １产品技术条件 得合格性能的前提，ｃ含量的提高可以提高钢筋强 度，同时也恶化钢的韧性和焊接性能；Ｓｉ是炼钢过程 中脱氧元素，适量加入可以提高钢的强韧性；Ｍｎ具 有固溶强化的效果；Ｐ、Ｓ是钢中有害元素；Ｖ具有很 强的沉淀析出强化作用，可使钢在热加工过程中细 化相转变组织，改进钢的强韧性２］，因此，加入Ｖ微 合金元素是本钢种成分设计的关键。 在参考５００ ＭＰａ级锚杆钢筋的主要化学成分的 基础上，对６００ ＭＰａ级锚杆化学成分控制要求为： ｗ（Ｃ）＝０２６％～０．３０％，ｔ ０．２４％。 １．１钢筋力学性能要求 依据用户使用要求，同时保证力学性能，６００ ＭＰａ 级热轧锚杆钢筋力学性能见表１。 表１ ６００ ＭＰａ级热轧锚杆钢筋力学性能 规格／ ２２ 屈服强度， 抗拉强度， 断后伸长率， 室温冲击功， Ｒａ／ＭＰａ ≥６ｏｏ 见 Ｐａ ≥８０ｏ Ａ，％ ≥ｌ７ Ａ ≥３４ ０．６０％～０￣８０％，乱Ｏ ｎ）＝１．６０％一 １．２钢筋外形、尺寸及允许偏差 ６００ ＭＰａ级热轧锚杆钢筋表面无纵肋，横肋为 单项左旋，肋形为月牙肋，具体要求与普通强度锚杆 １．８０％， （Ｐ）≤Ｏ．０２５％， （ｓ）≤０．０１０％，Ｗ（、，）＝０．１９％～ ２．２生产工艺流程及装备 ６００ ＭＰａ级锚杆钢筋生产工艺流程为：１５０ １７１Ｉｎ ｘ １５０—砌方坯＿＋加热＿＋粗轧机组＿＋中轧机组 ｌ号 钢筋相同，具体尺寸见表２。 ２生产工艺方案 ２．１钢坯成分设计 目前，５００ ＭＰａ级锚杆钢筋的主要化学成分为： 收稿日期：２ｏ１３—１１—２０ 冷却器 精轧机组叶２号冷却器－＋倍尺飞剪＿＋冷 床 定尺剪切一＋检验＿＋包装－＋计量－一＋入库。 该产品在新建的１００万ｔ棒材生产线上轧制。 该线有步进梁式加热炉１座，采用自动燃烧技术，可 第一作者简介：吴明安（１９７３一），男，首钢长治钢铁公司轧钢 厂总工程师。Ｅ—ｍａｉｌ：６１６３９７９３５＠ｑｑ．ｃｏｍ 灵活控制开轧温度及断面温差；全线设有１８架高刚 ２０１４年第１期 吴明安，等：低成本超高强度热轧锚杆钢筋的开发 度短应力轧机，平立交替布置，以保证轧制的稳定 性；在精轧机组前、精轧机组各机架之间、精轧机组 后以及倍尺飞剪后均设有穿水冷却控制系统，此系 统能够灵活、精确地控制轧制温度及冷却速度；倍尺 飞剪采用进口设备，双电机串联传动，既保证了足够 的剪切速度，又可实现在低温下剪切；冷床和精整设 备采用常规选项及布置。 ２虽符合产品性能控制要求，但其冲击功仅高出产 品设计２ Ｊ以上，方案１与方案３冲击功还略有不 足，甚至部分低于产品设计要求。要提高产品冲击 功，可通过调整化学成分，适当降低屈服强度和抗拉 强度，以达到提高冲击功的目的。 ３．２金相组织 对方案１～３锚杆钢筋的金相组织进行分析，分 ２－３控轧控冷操作要点 为降低微合金元素钒的添加量，达到降低生产 成本的目的，轧钢工序采用了控轧控冷工艺。为确保 此次６００ ＭＰａ级锚杆钢筋的开发成功，在参考 ２２ ｍｍ螺ＨＲＢ４００Ｅ热轧带肋钢筋控轧控冷工艺 的基础上，长钢轧钢厂相关工艺技术人员制定了三种 控轧控冷工艺操作方案（见表３），以选定最优方案。 表３三种控轧控冷工艺操作方案 方案 开轧温度／￣Ｃ 进精轧温度，℃ 终轧温度／＊Ｃ 水压，ＭＰａ 水温，℃ ｌ ９７０一ｌ ０００ ９ｏ０—９５０ ８１０ ８５０ １．６＿２．Ｏ ≤３５ ２ ９７０一ｌ ０ｏＯ ８８０—９３０ ８１０—８５０ １．６—２．Ｏ ≤３５ ３ ９７０—１ ｏ０Ｏ ８８０—９３０ ８３０—８７０ １．６～２．０ ≤３５ ３试制结果分析 ３．１力学性能 首钢长钢公司于２０１２年７月份开始试制６００ ＭＰａ级锚杆钢筋，累计轧制１９０ ｔ有余，共分３个批 次进行轧制，期间对每批次抽检３支锚杆钢筋进行 性能检验，具体力学性能见表４示。 表４力学性能指标 方案 屈服强度，ＲＪＭＰａ 抗拉强度，ＲＪＭＰａ 伸长率，ＡＩ％ 冲击功，Ａ ｌ ６９５—７０５ ８７５—８８０ １９．５一－２Ｏ．５ ３２～３６ ２ ６９２—７０８ ８６８—８７２ ｌ９．Ｏ一２０．０ ３６—４０ ３ ６８９—６９４ ８６３—８６８ ｌ８．Ｏ ｌ９．５ ３３～３８ 由表４可见，方案２钢筋屈服强度在６９２—７０８ＭＰａ 区间内，抗拉强度在８６８—８７２ ＭＰａ区间内，伸长率 在１９．Ｏ％～２０．０％区间内，符合产品性能要求；方案 ｌ和方案３虽屈服强度、抗拉强度和伸长率均符合 产品性能要求，但其冲击功低于产品性能要求，由此 可看出，方案２符合产品性能控制要求。 由表４看出，抽检产品屈服强度皆达到６８９ ＭＰａ 以上，抗拉强度皆达到８６３ ＭＰａ以上，远高于产品设 计要求，屈服强度和抗拉强度富余量皆很充足；方案 析结果如表５所示，钢材芯部全部为铁素体与珠光 体组织，边部和肋部为珠光体、铁素体与少量的贝氏 体组织；边部组织比芯部晶粒度细小，芯部晶粒度为 ８～８．５级，边部晶粒度为９ ９．５级，见图１、图２和 图３。 表５金相组织 晶粒度级别／级 组织 方案 芯部 边部 边部 心部 １ ８ ９ Ｆ＋Ｐ＋少Ｂ Ｆ＋Ｐ ２ ８．５ ９．５ Ｆ＋Ｐ＋少Ｂ Ｆ＋Ｐ ３ ８ ９ Ｆ＋Ｐ＋少Ｂ Ｆ＋Ｐ 图１锚杆钢筋芯部金相组织５００× 图２锚杆钢筋边部金相组织１００ ｘ 图３锚杆钢筋肋部金相组织５００× 由表４力学性能和表５金相组织统计数据可 知，方案２力学性能与金相组织晶粒度均优于方案 １与方案３。由此可知，适当降低精轧机前人口温度 和终轧温度，可有效控制奥氏体再结晶及晶粒长大过 程，细化晶粒组织，从而达到产品性能的设计要求。 ４生产工艺改进 为进一步提高产品冲击功，降低生产成本，进行 工艺优化。 ・４４・ 山西冶金 Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｘｙｊｂｊｂ＠１２６．ｃｏｍ 第３７卷 １）根据对试制过程中产品金相组织与性能进行 分析，决定进一步将开轧温度降低２０℃，精轧入口 温度降低３０ ｃＣ，在未结晶区轧制，以达到进一步细 化晶粒的目的。 微合金元素和控轧控冷工艺相结合的工艺路线，成 功开发出的６００ ＭＰａ级热轧锚杆钢筋的力学性能和 金相组织均已达到产品设计要求，生产成本得到了 显著降低；与普通强度锚杆钢筋相比，使用６００ ＭＰａ 级热轧锚杆钢筋，煤矿开采效率能够提高１０％以上， 由此可见，此钢筋具有安全、高效、经济的优点。 参考文献 ２）根据产品力学性能检测结果可知，原产品抗 拉强度富余量大，冲击功较低，因此决定适当降低Ｖ 含量，并将添加方式变为“钒氮合金和钒铁组合加 入”的添加方式，改进后可降低Ｃ、Ｓｉ、Ｎ对冲击功的 不利影响。 ５结语 ［１］王有铭．钢材的控制轧制和控制冷却［Ｍ］北京：冶金工业出版 社，１９９５：５８． ［２］解万里，盂宪珩．钒对低合金钢的强化机理分析［Ｊ］．河北冶金， ２００６。１５３（３）：４ｌ— ． 由此次试制过程的一系列实践证明：采用添加 （编辑：胡玉香） Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｌｏｗ Ｃｏｓｔ ａｎｄ Ｈｉｇｈ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｈｏｔ Ｒｏｌｌｅｄ Ａｎｃｈｏｒ Ｓｔｅｅｌ Ｂａｒｓ Ｗｕ Ｍｉｎｇ－ａｎ，Ｚｈａｎ Ｗｅｉｊｉｎ （Ｓｈｏｕｇａｎｇ Ｃｈａｎｇｚｈｉ Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈａｎｇｚｈｉ Ｓｈａｎｘｉ ０４６０００） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ ｔａｋｉｎｇ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ｐｅｒｆｅｃｔ ｃｏｏｌｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｏｎ，ａｎｄ ａ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｃｏｎｔｏｌｒｌｅｄ ｒｏｉｌｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏＨｅｄ ｃｏｏｌｉｎｇ，ａｎｄ ａ ｍｉｃｒｏａｌｌｏｙｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｒｏｌｌｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｏｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａ ｌｏｗ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｈｉｇｈｔ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｈｏｔ ｒｏｌｌｅｄ ａｎｃｈｏｒ ｓｔｅｅｌ ｂａｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｎｅｗ ｓｔｅｅｌ ｒｏｌｌｉｎｇ ｐｌａｎｔ ｉｓ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｉｓ ６９０ ＭＰａ，ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｓ ８６０ ＭＰａ，ｉｍｐａｃｔ ｅｎｅｒｇｙ ｉｓ ３６ Ｊ ａｎｄ ｉｔ ｈａｓ ａ ｇｏｏｄ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｏｗ ｃｏｓｔ，ｍｉｅｒｏａｌｌｏｙｅｄ，ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｒｏｌｌｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｏｌｉｎｇ，ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｈｏｔ ｏｉｌｒｅｄ ａｎｃｈｏｒ ｓｔｅｅｌ ｂａｒｓ （上接第２５页） Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｏｗ－Ｃａｒｂｏｎ Ｌｉｍｅ Ｕｓｅｄ ｉｎ ＲＨ Ｒｅｆｉｎｉｎｇ Ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｈｅｎｇ Ｌｉ，Ｋａｎｇ Ｙａｎｐｉｎｇ （Ｄｏｎｇｓｈａｎ Ｍｉｎｅ ｏｆ ＴＩＳＣＯ Ｍｉｎｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ。Ｔａｉｙｕａｎ Ｓｈａｎｘｉ ０３０００３） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｈｉＴｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｌｏｗ－ｃａｒｂｏｎ ｌｉｍｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ＲＨ ｖａｃｕｕｍ ｄｅｅｐ ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ＴＩＳＣＯ Ｎｏ．２ ｓｔｅｅｌ ｐｌａｎｔ ｔｈｒｏｕ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｌｉｍｅ ｒｏａｓｔｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｉｎｄｅｘ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｔＯ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ＲＨ ｒｅｆｉｎｉｎｇ ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｕｎｄｒｅｓｓｅｄ ｏｒｅ ｏｆ ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ．Ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｐｐｌｉｅｓ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｒｏｔａｒｙ ｋｉｌｎ ｔｏ ｃａｌｃｉｎｅ ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ｌｏｗ ｃｏｓｔ，ｌａｒｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｙ ｏｆ ｔｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ．Ｌｏｗ－ｃａｒｂｏｎ ｌｉｍｅ ｃａｌｃｉｎｅｄ ｂｙ ｔｈｉｓ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ Ｎｏ．２ ｓｔｅｅｌ ｐｌａｎｔ ｗｉｔｈ ｆａｖｏｒａｂｌｅ ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｆｉｎａｌ ｓｕｌｆｕｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｓ ３０ Ｘ １ ０－６， ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｒｅａｃｈｅｓ ３７．７３％ａｎｄ ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ ａｍｏｕｎｔ ｉｓ ２０ｐｐｍ ｗｉｔｈ ｒｉｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｉｎ ｃａｒｂｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ．Ｔｈｉｓ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｈａｖｅ ａ ｗｉｄｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ＲＨ ｒｅｆｉｎｉｎｇ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｉｎ ｏｔｈｅｒ ｒｅｆｉｎｉｎｇ ｆｕｒｎａｃｅ，ｓｕｃｈ ａｓ ｕｓｉｎｇ ａｓ ａ ｓｌａｇ ｆｏｒｍｉｎｇ ｆｌｕｘ ｏｎ ｔｈｅ ＡＯＤ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＲＨ，ｒｅｆｉｎｅ ｏｘｉｄｉｚｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓ，ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ，ｌｏｗ－ｃａｒｂｏｎ ｌｉｍｅ，ｐｒｏｃｅｓｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
