MG500 級錨桿用熱軋帶肋鋼筋的研發

王小東， 李 博

（陜鋼集團產業創新研究院有限公司， 陜西 漢中 723000）

隨著煤層掘進深度的增加，對井下支護的要求越來越高，錨桿（噴）支護作為井下最常用的支護方法之一，其所用材料廣泛受到關注，高強度錨桿用熱軋帶肋鋼筋近幾年的用量也在不斷加大，有效促進了礦井向綠色安全方向發展。為此，結合漢鋼公司近年來MG335 的軋制經驗及高強度建筑用螺紋鋼筋的生產情況，確定了成分設計和工藝過程，成功研發生產出了MG500 級Φ22 mm 高強度高韌性錨桿用熱軋帶肋鋼筋。

1 MG500 級錨桿用熱軋帶肋鋼筋的技術要求

1.1 化學成分要求（見表1）

表1 化學成分要求（不大于） %

1.2 表面質量要求

1）鋼筋尺寸及允許偏差見表2。

表2 月牙肋錨桿鋼筋尺寸及允許偏差 mm

2）鋼筋表面不得有影響使用的表面缺陷，鋼筋要求無縱肋，單向左旋，不圓度小于0.4 mm。

1.3 性能要求

1）性能要求MG500 要求屈服強度不小于500 MPa，抗拉強度不小于630 MPa，斷后伸長率不小于20%。

2）鋼材具有良好的工藝性能，采用6 倍于鋼材直徑的彎芯彎曲180°后，鋼筋受彎曲部位表面不得產生裂紋；鋼筋在20 ℃下的夏比（V 型缺口）沖擊試驗中，沖擊吸收能量（kV2）應不小于40 J。

3）鋼筋的金相組織主要是鐵素體加珠光體，不得有影響使用性能的其他組織。

2 過程設計及工藝控制

2.1 成分設計

通常塑性降低會導致缺口敏感性增加，沖擊韌性隨著拉伸強度的提高而降低[1]，合理設計化學成分和選擇工藝過程是研發生產的關鍵所在。按照YB/T 4364—2014《錨桿用熱軋帶肋鋼筋》標準要求，結合公司高強度螺紋鋼成分控制及性能現狀，設計MG500 用鋼化學成分如表3。

表3 化學成分設計 %

2.2 工藝過程設計

陜鋼漢鋼煉、軋廠現有主要設備包括兩座120 t轉爐、1 臺雙工位LF 精煉爐、2 臺八機八流連鑄機、兩條年產80 萬t 棒材生產線，棒線設計終軋速度為18 m/s,具備年產80 萬t 棒材的能力。

生產工藝流程：高爐鐵水—混鐵爐—120 t 轉爐冶煉—方坯澆鑄—鋼坯檢驗—鋼坯加熱—高壓水除鱗—棒材機組軋制—倍尺剪切—冷床冷卻—紅樣檢驗—定尺剪切—定尺檢驗—打捆包裝—稱重掛牌—入庫。

2.3 煉鋼控制

MG500 級錨桿用熱軋帶肋鋼筋對沖擊韌性有較高的要求，為此，鋼中S、P 含量應盡可能的低一些，要求鐵水w（P）≤0.15%，w（S）≤0.045%，優先采用軋鋼切頭尾的內部廢鋼。出鋼全程鋼包吹氬，均勻鋼水成分和溫度。鋼水在吹氬站采用強吹加軟吹工藝，強吹攪拌5 min，充分均勻鋼水成分和溫度，促進大顆粒夾雜物去除，軟吹攪拌8 min 以上，進一步去除鋼水中小顆粒夾雜物，提高鋼水純凈度，減少因不變形夾雜物存在對鋼材沖擊韌性的影響。

2.4 連鑄控制

連鑄機為8 機8 流R10m 全弧型165mm×165mm方坯連鑄機，采用全保護澆注，使用自動加渣裝置，使用結晶器電磁攪拌、液面自動控制系統[2]，液面波動控制在±1 mm，實現了恒拉速控制。中間包鋼水過熱度15～30 ℃，連鑄坯拉速控制在（3.0±0.05）m/min。通過以上措施，連鑄坯偏析、縮孔和中心疏松低于0.5級，裂紋及非金屬夾雜低于0.5 級，鑄坯質量控制良好。

2.5 軋鋼控制

1）溫度控制。為確保鋼材質量，加熱爐溫度按照預熱段（950±50）℃，加熱段、均熱段按照（1160±40）℃控制，爐內保證微正壓，鋼坯在爐內加熱時間控制在100～150 min，確保鋼坯加熱均勻。合理控制爐溫，確保鋼坯尾部比頭部溫度高20～30 ℃，以平衡軋制溫降，避免頭尾溫差大，影響鋼材尺寸精度。開軋溫度控制在1040～1080 ℃，精軋后采用控制冷卻工藝，控制鋼材上冷床回溫溫度在960～980 ℃[3]。

2）張力控制。軋鋼生產采用16 道次變形，其中，精軋采用4 道次，投用3個活套，主控工要關注各架次力矩曲線，調整堆拉關系，確保力矩曲線穩定，精軋無張力軋制。2 架采用滾動導衛，K1 進口采用雙排輪導衛，減少尾部倒鋼現象，保證鋼材頭尾尺寸[4]。

3 產品質量情況

3.1 尺寸情況

經對MG500 牌號Φ22 mm 錨桿鋼外形尺寸進行測量，外觀質量進行檢驗，各項尺寸及外觀質量控制符合技術標準要求。

3.2 性能情況

通過對鋼材取樣檢驗分析，鋼材力學性能良好，波動小，抗拉強度高，各項指標如表4，經過6 倍于鋼材直徑的彎芯彎曲，鋼筋受彎部位無裂紋，達到標準要求。

表4 性能統計

3.3 金相組織及夾雜物

經過對大量樣品進行金相組織及夾雜物分析，鋼筋的邊部和芯部金相組織主要是鐵素體加珠光體，無影響使用性能的其它組織存在，晶粒度為9.0～10.5 級。經對分金屬夾雜物含量進行分析，硅酸鹽類夾雜物為0.5～1.0 級。

3.4 使用情況

產品經下游支護加工企業、煤礦使用，鋼材滿足加工、使用要求，力學性能穩定可靠，使用良好。

4 結語

經過對產品的全流程跟蹤，本次MG500 牌號Φ22 mm 錨桿用熱軋帶肋鋼筋成分設計合理，煉鋼、軋鋼工藝路線可行，產品外觀尺寸、力學性能、工藝性能符合使用要求，鋼材具有高強度、高塑性，沖擊韌性良好的特點，符合礦井綠色安全發展要求。