一種抗H2S腐蝕的礦山用錨桿鋼及生產(chǎn)方法技術(shù)

一種抗H2S腐蝕的礦山用錨桿鋼，其組分及wt%為：C：0.20～0.25%、Si：0.3～0.75%、Mn：1.3～1.6%、P≦0.015%、S≦0.02%、Ti：0.04～0.07%、V：0.02～0.05%、Cr：0.5～1%、Nb：0.01～0.025%、Als：0.015～0.035%；生產(chǎn)步驟：鐵水脫硫；吹氬；鑄坯；自然堆垛冷卻至室溫；對鑄坯加熱；粗軋；精軋；自然空冷至室溫待用。本發(fā)明專利技術(shù)屈服強(qiáng)度≥600MPa，抗拉強(qiáng)度≥750MPa，延伸率A≥20%，沖擊性能AKV＞50J，在模擬H2S氣氛的溶液中在0.75σs的水平應(yīng)力下720小時(shí)，仍然保持不斷。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種抗h2s腐蝕的礦山用描桿鋼及生產(chǎn)方法
本專利技術(shù)涉及一種高強(qiáng)度錨桿鋼及其生產(chǎn)方法，具體屬于一種抗H2s腐蝕的錨桿鋼 其生產(chǎn)方法。
技術(shù)介紹
錨桿是錨固在煤、巖體內(nèi)維持圍巖穩(wěn)定的桿狀物。錨桿支護(hù)是煤礦巷道首選的、安 全性高的主要支護(hù)方式，與其它支護(hù)相比，它屬于一種主動(dòng)支護(hù)形式，具有支護(hù)工藝簡單、 支護(hù)效果好、材料消耗和支護(hù)成本低、運(yùn)輸和施工方便等優(yōu)點(diǎn)。隨著國家煤炭工業(yè)的迅速發(fā) 展和開采規(guī)模的不斷擴(kuò)大，煤炭安全生產(chǎn)已成為制約我國煤礦發(fā)展的突出問題之一，煤炭 行業(yè)迫切期待更高強(qiáng)度級別的礦用支護(hù)錨桿。 同時(shí)煤礦中常伴生有H2S氣體，由于排風(fēng)不及時(shí)，其含量會(huì)不斷上升。而在濕H 2S環(huán) 境中，鋼材主要的腐蝕形態(tài)有氫鼓泡（HB)、氫致開裂（HIC)、硫化物應(yīng)力腐蝕開裂（SSCC)和 應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂（S0HIC)等，SSCC常發(fā)生在焊接接頭的焊縫區(qū)（WZ)和熱影響區(qū)（HAZ)， 或其他應(yīng)力集中部位。巷道中，濕度大，錨桿鋼在礦井下要承受巖層的錯(cuò)層和位移帶來的巨 大切應(yīng)力下，如果一旦因 H2S腐蝕而使強(qiáng)度減弱，發(fā)生斷裂，會(huì)導(dǎo)致礦井垮塌，造成重大人生 安全事故和經(jīng)濟(jì)損失。因此，開發(fā)出一種抗H 2S腐蝕的礦山用錨桿鋼是非常重要的。 中國專利申請?zhí)枮镃N200910089349. 6的專利文獻(xiàn)，公開了一種轉(zhuǎn)爐連鑄小方坯 超高強(qiáng)韌性巷道支護(hù)錨桿鋼及生產(chǎn)方法。錨桿鋼的成分重量百分比：碳0. 05?0. 70%、硅 0· 15 ?1. 20%、錳 0· 50 ?2. 50%、磷彡 0· 045%、硫彡 0· 045%、鉻 0 ?1. 00 %、鎳 0 ? 1. 00%、鑰 0 ?1. 00%、銅 0 ?0· 30%、釩 0· 03 ?0· 40%、鋁 0· 01 ?0· 2%、鈦 0 ?0· 10%、 硼0?0.010%、鈮0.001?0.20%、氮0.004?0.020 %、鐵余量，屈服強(qiáng)度1^1彡60010^、 延伸率δ 5彡20%、沖擊韌性20°C，Akv彡27J、破斷載荷彡300KN。其缺點(diǎn)是添加的合金 成分范圍廣，乳鋼過程控制難，容易造成性能波動(dòng)大，不利于批量化生產(chǎn)，且該鋼耐H 2S腐蝕 性能應(yīng)力低下。 中國專利申請?zhí)枮镃N01135202. 7的專利文獻(xiàn)，公開了一種高強(qiáng)度高韌性錨桿 鋼筋合金鋼及其生產(chǎn)方法，該鋼種的為中碳低合金鋼，其化學(xué)成分含有（按重量百分 比）：碳 〇· 32?0· 42%，硅 0· 2(Γ〇· 40%，錳為 1. 0?1· 65%，鋁彡 0· 015%，氮< 0· 015%，磷 < 0. 045%，硫< 0. 045%，鉻彡0. 20%，銅彡0. 25%，鎳< 0. 20%，鈮和或鈦和/或釩的總 量小于0. 10%，余量為鐵不可避免的雜質(zhì)。其缺點(diǎn)是C含量超過0. 3%，塑性降低，沖擊性能 嚴(yán)重惡化，同時(shí)其屈服強(qiáng)度小于600MPa，達(dá)不到要求，不具備抗H2S的應(yīng)力腐蝕性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種在保證其力學(xué)性能為屈服強(qiáng)度 彡600MPa，抗拉強(qiáng)度彡750MPa，延伸率A彡20%，沖擊性能AKV > 50J下，在H2S環(huán)境下應(yīng)力 水平大于0. 75 σ s的抗H2S腐蝕的礦山用錨桿鋼及生產(chǎn)方法。 本申請為了實(shí)現(xiàn)上述目的，對實(shí)現(xiàn)本申請的目的起影響或者關(guān)鍵作用的合金 元素及工藝進(jìn)行了深入的研究其結(jié)果，為了即使在保證屈服強(qiáng)度> 600MPa，抗拉強(qiáng)度 彡750MPa，延伸率A彡20%，沖擊性能AKV > 50J性能的前提下，還能實(shí)現(xiàn)在H2S環(huán)境下應(yīng)力 水平大于0.75〇 s。因此提出了在成分方面主要是采用提高V、Nb元素含量，使添加的V、 Nb能與鋼中的碳、氮原子形成細(xì)小的碳化物和碳氮化物。這些碳化物和碳氮化物在奧氏體 轉(zhuǎn)化為鐵素體和珠光體的過程中和轉(zhuǎn)變后逐漸析出，起到細(xì)化鋼的室溫組織的作用，并阻 礙晶格中的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化的作用，最終達(dá)到改進(jìn)鋼的強(qiáng)韌性。V、Nb疊加細(xì)化組 織和沉淀強(qiáng)化的作用使強(qiáng)化效果更顯著；其次還發(fā)揮了鈦、鉻降低鋼在硫化物氣氛下的應(yīng) 力腐蝕傾向，從而達(dá)到抗H 2S應(yīng)力腐蝕的效果及目的；成分的優(yōu)化還需要匹配的工藝才行， 因此，本申請經(jīng)研究，工藝方面主要采用高溫均熱鋼坯，低溫進(jìn)行軋制，高溫均熱段1150? 1250°C是為了使易偏析元素更均勻化，減少H 2S應(yīng)力腐蝕傾向，同時(shí)低溫軋制即粗軋開軋溫 度在：1000?1KKTC，精軋終軋溫度不高于880°C的措施，是為了使晶粒更加細(xì)化，而細(xì)晶 粒能夠減少對應(yīng)力腐蝕開裂的敏感性。 實(shí)現(xiàn)上述目的的措施： 一種抗H2S腐蝕的礦山用錨桿鋼，其組分及重量百分比含量為：C :0. 20?0. 25%、Si : 0· 3 ?0· 75%、Mn :1· 3 ?1. 6%、P 蘭 0· 015%、S 蘭 0· 02%、Ti :0· 04 ?0· 07%、V :0· 02 ?0· 05%、 Cr :0. 5?l%、Nb :0. 01?0. 025%、Als :0. 015?0. 035%，其余為Fe和雜質(zhì)元素；同時(shí)滿足： Ti+ V+ Nb不低于0· 1% ;在H2S環(huán)境下應(yīng)力水平大于0· 75 〇 s。 優(yōu)選地：Si重量百分比含量為：0· 61?0· 73%。 優(yōu)選地：Cr重量百分比含量為：0. 59?0. 70%。 優(yōu)選地：V重量百分比含量為：0. 027?0. 038%。 生產(chǎn)一種抗H2S腐蝕的礦山用錨桿鋼的方法，其步驟： 1)對鐵水進(jìn)行脫硫，并采用噴煤粉脫硫，控制脫硫后出站鐵水中的S g 0.01%，且不 留渣操作；當(dāng)出鋼到1/4時(shí)，先向鋼水中加入硅錳鐵及碳化硅合金原料，其中：娃錳鐵按照 18~23Kg/噸鋼加入，碳化硅按照5~10Kg/噸鋼加入；當(dāng)出鋼到3/4時(shí)，按照0. 2?0. 6kg/ 噸鋼加入釩鐵，按照14?18kg/噸鋼加入鉻鐵，按照0. 1?0. 3kg/噸鋼加入鈮鐵，按照 0. 45?0. 75Kg/噸鋼加入鈦鐵，按照2?3kg/噸鋼加入碳粉一次性加完； 3) 在氦站吹氦,在成分進(jìn)行微調(diào)后開始吹氦，吹氦時(shí)間不低于3 min,并在吹氦的同時(shí) 按照2?4米/噸鋼喂入鋁線； 4) 進(jìn)行鑄坯：采用大罐長水口及結(jié)晶器浸入式水口進(jìn)行保護(hù)澆注，控制水口的插入深 度在10(Tl50mm ;且中間包保護(hù)渣采用堿性的，結(jié)晶器保護(hù)渣采用低碳的，常規(guī)速度拉坯； 5) 自然堆垛冷卻至室溫； 6) 對鑄坯加熱，控制均熱段溫度為：1150?1250°C，加熱時(shí)間在不低于lOOmin ;不得過 熱及過燒； 7) 進(jìn)行粗乳，并控制其開軋溫度在：1000?1KKTC ; 8) 進(jìn)行精軋，控制其終軋溫度80(T880°C，總的壓縮比不低于96 ; 9) 自然空冷至室溫待用。 本專利技術(shù)中各元素及主要工序的作用 C :C是提高鋼材強(qiáng)度最有效的元素，但是當(dāng)其含量低于0. 2%時(shí)，會(huì)導(dǎo)致力學(xué)性能不 足而增加合金添加量從而增加了生產(chǎn)成本，當(dāng)其含量高0. 25%，會(huì)產(chǎn)生塑性和韌性下降， 沖擊性能惡化，同時(shí)會(huì)增加鋼在硫化物中應(yīng)力腐蝕破裂的敏感性，因此，本專利技術(shù)C選擇在 0· 2?0· 25%。 Si :是一種廉價(jià)的置換強(qiáng)化本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種抗H2S腐蝕的礦山用錨桿鋼，其組分及重量百分比含量為：C:0.20～0.25%、Si：0.3～0.75%、Mn：1.3～1.6%、P≦0.015%、S≦0.02%、Ti：0.04～0.07%、V：0.02～0.05%、Cr：0.5～1%、Nb：0.01～0.025%、Als：0.015～0.035%其余為Fe和雜質(zhì)元素；同時(shí)滿足：Ti+?V+?Nb不低于0.1%；在H2S環(huán)境下應(yīng)力水平σs?在0.73～0.78。

【技術(shù)特征摘要】
1. 一種抗H2S腐蝕的礦山用錨桿鋼，其組分及重量百分比含量為：C:0. 20?0. 25%、 Si :0. 3 ?0. 75%、Mn :1. 3 ?1. 6%、P 蘭 0. 015%、S 蘭 0. 02%、Ti :0. 04 ?0. 07%、V :0. 02 ? 0· 05%、Cr :0· 5 ?1%、Nb :0· 01 ?0· 025%、Als :0· 015 ?0· 035% 其余為 Fe 和雜質(zhì)元素；同 時(shí)滿足：Ti+ V+ Nb不低于0· 1% ;在H2S環(huán)境下應(yīng)力水平σ s在〇· 73?0· 78。2. 如權(quán)利要求1所述的一種抗H2S腐蝕的礦山用錨桿鋼，其特征在于：Si重量百分比 含量為：〇· 61?0· 73%。3. 如權(quán)利要求1所述的一種抗H2S腐蝕的礦山用錨桿鋼，其特征在于：Cr重量百分比 含量為：〇· 59?0· 70%。4. 如權(quán)利要求1所述的一種抗H2S腐蝕的礦山用錨桿鋼，其特征在于：V重量百分比含 量為：0· 027 ?0· 038%。5. 生產(chǎn)權(quán)利要求1所述的一種抗H2S腐蝕的礦山用錨桿鋼的方法，其步驟： 1) 對鐵水進(jìn)行脫硫，并采用噴煤粉脫硫，控制脫硫后出站鐵水中的S = 0. 01%，且不留 漁操作； 2) 進(jìn)行轉(zhuǎn)爐冶煉：采用頂?shù)讖?fù)合吹煉，控制非鋼加入量占爐內(nèi)總裝入量的10?15% ; 點(diǎn)出...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：徐志東，徐志，范植金，吳杰，何杰斌，周新龍，
申請(專利權(quán))人：武漢鋼鐵集團(tuán)公司，
類型：發(fā)明
國別省市：湖北;42