酒鋼高強錨桿鋼產品生產技術研究與應用

王洪鋒，姜 軍，王 嘉，穆 峰，史 斌，劉 鵬，何新江

（酒鋼集團宏興鋼鐵股份有限責任公司煉軋廠，甘肅 嘉峪關 735100）

錨桿鋼是當代煤礦當中巷道支護的最基本的組成部分，將巷道的圍巖加固在一起，使圍巖自身支護自身。現錨桿鋼主要用于陜西、山西、河南、湖北、安徽地域內的的煤礦和礦山中，主要因上述地區土質相對較為疏松、西北地區用量則較少，主要原因是地質較硬，不容易打進礦體中。從前期市場的需求上來看，錨桿鋼產品的牌號較為單一，全部是MG335，冶標上雖然提出的明確了高牌號MG400、MG500的錨桿鋼生產牌號，但煤礦使用用戶只需求低牌號的MG335。主要原因一方面是設計圖紙上為MG335，另一方面用戶也不愿意增加采購成本采購高牌號產品進行替代，進而增加成本。所以酒鋼近兩年生產的錨桿鋼牌號全部為MG335牌號。

進入2019年以來，國家對煤礦企業、冶金企業等單位進行了深入的調研，結合近年來煤礦行業出現的礦井坍塌等安全生產事故和提高資源利用等方面進行分析。強制要求煤礦企業提升巷道支護的強度，經過市場調研和個方面了解，西北地區的陜西煤業、寧夏煤礦、窯街煤礦、靖遠煤礦等西北地區煤礦企業，均提出用MG500牌號產品替代MG335牌號產品，并進行巷道相關支護的試驗。本次以陜西煤業、寧夏煤礦、窯街煤礦、靖遠煤礦等代表的煤礦企業進行錨桿鋼升級換代，采用高牌號、高強度錨桿鋼進行巷道支護試驗，酒鋼借此機會進一步深化與煤礦企業的合作深度，增進與煤礦企業的溝通合作，全面擴大合作產品覆蓋面和供貨量，進一步增加酒鋼高品質、高強度錨桿鋼產品的開發量和生產量，加快酒鋼產品轉型升級步伐。

1 大棒線工藝簡介

大棒線于2010年底開工建設，2011年7月建成并正式投產，年設計產能100萬t。主要工藝布置為采用三段蓄熱步進式加熱爐，主軋線軋機由18架短應力軋機組成，其中粗軋Φ450 mm機組6架、中軋Φ450 mm機組6架，采用無孔型軋制工藝；精軋機Φ350 mm機組6架，采用無孔型和切分軋制工藝。其中Φ12 mm～Φ22 mm規格采用切分軋制工藝，Φ25 mm～Φ40 mm規格采用單線軋制工藝。根據軋制工藝產品斷面設計分為熱軋光圓鋼筋和熱軋帶肋鋼筋，可生產Φ12 mm～Φ32 mm規格圓鋼和Φ12 mm～Φ40 mm規格帶肋鋼筋。具體工藝流程圖如圖1所示。

圖1 大棒線工藝流程圖

2 高強錨桿鋼化學成分與生產工藝

2.1 化學成分

根據酒鋼鑄坯化學成分實際控制特點和狀況，考慮到高強錨桿鋼產品對延伸率指標要求較高，根據化學元素對塑性和韌性的貢獻差異，兼顧強度滿足要求的情況下，最大限度提高延伸率指標，利用線性回歸方程，設計MG500的鋼坯化學成分如表1所示。

表1 設計MG500的鋼坯化學成分 %

2.2 加熱工藝制度

通過分析，高強錨桿鋼產品的變形抗力與HRB500E螺紋鋼筋產品變形抗力差異不大，軋制負荷與HRB500E相當，且軋制速度和軋制節奏也小于HRB500E螺紋鋼筋產品，在加熱溫度一致的情況下，軋制負荷不存在問題，考慮軋制速度和軋制節奏，加熱溫度不能過高導致晶粒長大后力學降低，開軋溫度應小于HRB500E螺紋鋼開軋溫度（見表2）。

表2 MG500不同規格的加熱溫度 ℃

2.3 軋制工藝制度

根據鋼坯尺寸（150 mm×150 mm）和軋件延伸系數等參數計算軋制道次，設計軋線軋機布置方式。

Φ20 mm規格錨桿鋼軋制采用6（粗軋）+6（中軋）+6（精軋）布局，共18道次，1號-12號架采用無孔型軋制，斷面形狀為正方形、13號-18號架采用孔型軋制。

Φ22 mm規格錨桿鋼軋制采用6（粗軋）+4（中軋）+6（精軋）布局，共16道次。中軋軋制后來料為不規則圓形。

2.4 精軋機軋輥孔型

高強錨桿鋼產品外形尺寸與現有的螺紋鋼筋產品外形尺寸類似，斷面尺寸均是圓形為主的產品，差異主要是橫肋的尺寸及大小、縱肋的尺寸及大小不一致，橢圓-圓孔型系統廣泛應用于這用以圓形成品尺寸為主的型鋼生產中，螺紋鋼生產也使用橢圓-圓孔型系統，故錨桿鋼的生產也選用橢圓-圓孔型系統。

精軋機6機架從13架至18架軋機的孔型分別為橢圓-圓-橢圓-圓-橢圓-圓。設計圓型孔型時要充分考慮來料大小、延伸系數等，確保圓形孔型軋制過程中不能出耳子，設計橢圓形孔型時需要結合導衛孔型設計結合，橢圓形軋件軋制時較不穩定，容易產生倒鋼、導衛參與軋制等問題。軋件在橢圓形孔型中延伸系數為1.2~1.6，軋件在圓形孔型系統中延伸系數為1.2~1.4為宜，圖2為Φ22 mm規格高強錨桿鋼精軋孔型示意圖。

2.5 成品軋槽刻槽方案

高強錨桿鋼產品內徑橫肋高度、橫肋底寬、橫肋頂寬、橫肋間距等尺寸與螺紋鋼差異較大，需要考慮成品各尺寸范圍和結合軋機特性等綜合因素影響。因高強錨桿鋼橫肋要求為左旋，相比于螺紋鋼筋相對肋成品脫槽穩定性難度增加，故設計成品軋槽參數時，重點對橫肋夾角β、橫肋斜角a進行反復計算確定，圖3為成品刻槽方案示意圖。

圖2 Φ22 mm規格高強錨桿鋼精軋孔型示意圖（mm）

圖3 成品刻槽方案示意圖

3 高強錨桿鋼軋后尺寸和性能

3.1 產品尺寸控制狀況（見表3）

表3 產品尺寸控制狀況

Φ20 mm規格內徑尺寸平均控制水平為20.3 mm，不圓度平均控制水平為0.21 mm，橫肋高度平均控制水平為1.2 mm，橫肋間距平均控制水平為13.5 mm，產品尺寸控制較為穩定，均滿足客戶要求控制范圍。Φ22 mm規格內徑尺寸平均控制水平為22.3 mm，不圓度平均控制水平為0.23 mm，橫肋高度平均控制水平為0.7 mm，橫肋間距平均控制水平為12.2 mm，產品尺寸控制較為穩定，均滿足客戶要求控制范圍。

3.2 產品力學性能（見下頁表4）

對MG500高強錨桿鋼產品的力學性能進行檢驗，Rel平均控制在604.667 MPa，Rm平均控制在778.333 MPa，A平均控制在23.667%，產品各項力學性能指標均有一定的富余量，滿足用戶使用要求。表4 MG50產品力學性能

Rel/MPa Rm/MPa A/%最大值 620 795 27最小值 590 765 22平均值 604.667 778.333 23.667

3.3 產品彎曲性能（見圖4）

圖4 產品彎曲性能

高強錨桿鋼產品經冷彎和反彎后的彎曲試驗后，產品表面無裂紋，彎曲性能達到用戶使用需達到預期控制要求。

3.4 產品組織、金相

產品第一次試驗后金相組織如圖5-1；第二次試驗后金相組織如圖5-2。

產品經過兩次試驗軋后，內部金相組織均勻，無有害組織，金相組織控制良好，滿足用戶使用要求。

3.5 存在的主要問題

1）高強錨桿鋼軋制期間第一根倍尺頭部失張段兩旁尺寸波動大，造成不圓度指標超差，不滿足交貨交貨要求，導致成材率不高。

圖5 產品金相組織圖

2）產品力學性能較高，平均屈服強度601 MPa，平均抗拉強度774 MPa，力學性能富余量較大。

3）20 mm規格高強錨桿鋼橫肋高度尺寸保證能力不足，全部靠近下線。

4）產品橫肋尺寸波動大，脫槽困難。

4 結論

1）酒鋼通過對高強錨桿鋼化學成分優化設計、成品孔型加工調整、軋制工藝參數優化等，能夠生產出符合用戶使用要求的高強錨桿產品。

2）高強錨桿鋼產品強度指標較高，塑性指標較低，需要再次對部分元素化學成分和軋制工藝進行優化調整。

3）成品尺寸波動大且成品機架生產故障風險大，需要進一步對成品孔型及刻槽尺寸進行優化。