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。

表1 化學成分要求(不大于) %
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)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。
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 %
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。
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。
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。
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]。
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。
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
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。
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。
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。