摘要：通过分析合金元素对锚杆钢筋组织性能的影响及YB/T4364-2014《锚杆用热轧带肋钢筋》标准，结合我公司钒资源优势，在HRB500E成分体系基础上，成功开发了MG500高强度锚杆钢筋，在保证产品强度指标的同时，具有更高的冲击韧性，可提高支护强度，尤其提高承受巨大切应力的能力，降低井巷支护密度，可进一步保障安全，减少钢材消耗。
关键字：MG500锚杆钢筋；冲击韧性；控轧控冷
1 技术要求
1.1 性能要求
弯曲试验：弯芯直径6d，弯曲角度180°，钢筋受弯曲部位表面不得产生裂纹。
冲击试验：钢筋的夏比（V型缺口）冲击试验的试验温度和冲击吸收能量。
力学性能及冲击性能要求如表1所示。
1.2 外观质量要求
表1 力学性能及冲击性能
锚杆钢筋采用左旋、无纵肋外形，横肋侧面与钢筋表面夹角α≮45°，横肋与钢筋轴向夹角β≮45°，具体外形尺寸及允许偏差如表2所示，外形示意图如图1所示。
表2 锚杆钢筋外形尺寸及允许偏差 mm
图1 锚杆钢筋外形示意图
2 技术难点及控制
2.1 技术难点
因为通常随着强度的提高，伸长率降低，因而，强度水平的提高受到塑性需求的制约，塑性降低还导致缺口敏感性增加，冲击韧性随拉伸强度提高而降低。因此，设计合理的化学成分和生产工艺才能生产出符合技术要求的钢筋。
2.2 化学成分设计
根据YB/T4364-2014《锚杆用热轧带肋钢筋》标准要求，通过以上对钢中各合金元素对锚杆钢组织性能的分析和我公司HRB500E实际生产情况，确定锚杆用钢筋MG500化学成分如表3所示。
表3 锚杆用钢筋MG500化学成分
2.3 生产工艺控制
2.3.1 生产工艺流程
生产工艺流程为：高炉铁水→转炉冶炼→LF精炼→方坯浇铸→钢坯检验→钢坯加热→高压水除磷→棒材机组轧制→分段剪切→冷床自然冷却→定尺剪切→检验→打捆包装→检斤→入库
2.3.2 化学成分控制
为保证产品力学性能稳定性，应在保证MG500锚杆钢筋化学成分要求情况下，严格控制C、Si、Mn、V元素含量，减小元素波动，同时降低P、S杂质元素含量。为此，应做到以下几点要求：
（1）转炉终点P≤0.020%，且严格挡渣操作，减少转炉出钢下渣量，防止钢水回磷；（2）出钢过程进行VN微合金化，细化晶粒，提高钢材强度及韧性；（3）出钢过程进行合金化，使其精炼进站主要合金成分达到下限左右控制要求，减少精炼处理时间，提高精炼效果；（4）精炼过程进行白渣或黄白渣操作，降低钢水S含量。
2.3.3 气体及非金属夹杂物控制
在实际生产过程中，为了对钢中气体及夹杂物进行严格控制，钢中气体含量应控制在[O]≤50ppm，[N]≤110ppm，各类非金属夹杂物≤2.0级，应做到以下几点：
（1）冶炼过程应进行高拉碳操作，终点C≥0.06%，降低转炉终点钢水氧化性，出钢过程加入脱氧剂进行充分脱氧，同时进行钢包吹氩搅拌，在保证成分均匀性的同时促进钢水脱氧及夹杂物的充分上浮；（2）精炼过程减少精炼加热时间，进行白渣或黄白渣操作，降低钢中氧含量，精炼终点进行钙处理并保证软吹氩时间在8min以上，对钢中Al2O3进行变性处理，并促进钢中夹杂物的充分上浮；（3）连铸过程进行全程保护浇注，防止钢液二次氧化，拉速在1.85±0.05m/min，中包钢水过热度≤30℃，保证铸坯质量；（4）虽然钢中含有V元素，能够与氮结合形成VN，提高钢筋强度，但钢中氮含量仍然不能过高，以防止钢中存在固溶态氮危害钢材质量。
2.3.4 控轧控冷工艺控制
本项目为了在保证MG500锚杆钢筋强度基础上提高钢筋的冲击韧性，在轧制过程中采用控轧控冷工艺，结合我公司棒材设备情况，MG500钢筋开轧温度控制在1000～1050℃，终轧温度控制在850±30℃，成品速度为15m/s。
3 试制结果
对MG500锚杆钢筋尺寸、成分、性能及组织进行检验，并进行统计分析。
3.1 外形尺寸及质量
对MG500产品的外形尺寸、表面质量等外观质量进行检验，钢筋外形尺寸符合技术要求，钢筋表面无缺陷。
3.2 化学成分
实际MG500锚杆钢筋化学成分如表4所示。[O]实际控制在28～44ppm之间，[N]实际控制在84～102ppm之间。
3.3 力学性能
表4 MG500化学成分
实际力学性能控制情况如表5所示，由表5可知，实际生产过程中力学性能情况较技术要求显著偏高，综合性能良好。通过弯芯直径6d，弯曲角度180°的弯曲试验，钢筋受弯曲部位无裂纹，钢筋冷弯性能及表面质量良好。
表5 MG500力学性能
3.4 非金属夹杂物及金相组织
MG500锚杆钢筋实际非金属夹杂物主要为A类和D类夹杂物，实际控制均在0.5～1.5级，符合实际控制要求。内部金相组织均为铁素体+少量珠光体，晶粒度在9.0～9.5级，如图2所示。
图2 MG500内部显微组织
通过以上检验分析，MG500锚杆钢筋达到了高强度高韧性锚杆钢筋设计要求。
3.5 用户使用情况
通过对我公司产品使用情况的跟踪，产品检验全部合格，用户使用过程产品延展性好，力学性能稳定，可靠，全部满足用户矿井巷道支护使用要求，用户反应良好。
4 结语
结合我公司钒资源优势，成功开发了MG500锚杆用热轧带肋钢筋，该钢筋化学成分设计合理，工艺流程可行，产品性能及质量稳定，满足用户使用要求。同时，与现有技术相比较，不仅可达到较高的强度和塑性指标，同时具有很好的冲击韧性，从而降低了在严酷的变形负荷下锚杆钢因塑性变形而断裂的可能性。
参考文献
[1]王晓燕，孙汝林，王璐. MG500锚杆用热轧带肋钢筋研制与开发[J]. 金属制品，2014(4):48-51.
[2]肖立军，王长生，徐玉强等. 高强度高精度锚杆钢筋生产工艺优化[J]. 山东冶金.
作者简介
尹凌峰（1973-），男，工程师，工程硕士，1996年毕业于辽宁工程技术大学金属材料及热处理专业，现在河钢股份有限公司承德分公司工作。
论文作者:尹凌峰,靳刚强
论文发表刊物:《基层建设》2018年第31期
论文发表时间:2018/12/17
标签：钢筋论文; 锚杆论文; 精炼论文; 化学成分论文; 所示论文; 钢水论文; 强度论文; 《基层建设》2018年第31期论文;