矿用树脂锚杆钢筋加工失效研究

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1、矿用树脂锚杆钢筋加工失效研究摘要：为保证锚杆钢筋机械加工性能的稳定，对锚杆钢筋加工失效的机理进行分析，找出了加工过程中产生开裂、脆断的主要原因是钢坯连铸过程屮产生的角部裂纹、热装开裂、钢材中大量的网状铁素体组织及粗大晶粒共同作用引起，通过改进连铸冷却、控制钢坯热送状态、轧钢控轧控冷工艺等措施的应用，锚杆钢筋质量稳定，加工性能良好，满足了客户需求。关键词：树脂锚杆钢筋；加工失效；热装开裂；中心裂纹；网状铁素铁；脆断1、前言锚杆支护是煤矿井巷中的一项重要支护技术，FI前已发展成为煤矿井巷的主要支护形式之一。树脂锚杆用热

2、轧钢筋（简称锚杆钢筋）主要用于支护锚杆的杆体，具有较大的市场容量和较高的附加值。我公司于2002年1月份开始研发,目前已形成335、400、500、600MPa强度级别的系列产品，2011年产达48万吨,成为全国最大的锚杆生产基地。多年来公司产甜质量稳定，用户满意，销量持续攀升，树脂锚杆用热轧钢筋被授予“2007年度山东名牌产品”称号，但近年來偶尔出现了性能指标符合要求而杆体加工端开裂、脆断的现彖。尽管失效原因与杆体加工、施工安装、材料本身等多方而因素有关，但检验发现该类锚杆钢筋冲击韧性较差、钢筋中心横向裂纹较多占

3、主要因素。为实现锚杆钢筋加工质量稳定，适应煤矿井巷深井支护技术的发展，提出矿用树脂锚杆钢筋加工失效研究。2、失效现状分析2.1生产工艺流程树脂锚杆钢筋主要性能指标的衡量通常以普通热轧带肋钢筋的性能指标为依据，没有对其根据自身使用特点做专门研究。在开发过程中，不断完善用户要求，对锚杆钢筋屮心裂纹、冲击韧性、钢筋组织、晶粒度等提出新的要求，锚杆生产必须研究新工艺及其技术参数。锚杆钢筋生产工艺流程如下：60t转炉冶炼一50tLF精炼一软吹氮一R9m连铸一双蓄热式加热炉加热一高压水除磷一粗轧一中轧〜精轧一3#飞剪倍尺分段一

4、冷床冷却->650吨冷剪剪切成定尺f包装。2.2现状分析2.2.1对挤压缩颈->滚丝加工方式对某加工企业500MPa级别锚杆钢筋经挤压缩径一滚丝后，在带螺帽进行拉伸试验过程中，在尚未达到最大力时锚杆杆体在螺纹附近断裂，试样断口平齐，断裂源位于挤压缩颈后的肋部变形处，试样无明显缩颈，属脆性断裂。通过对锚杆钢筋进行拉伸试验，发现未加工的钢筋断口正常，有明显缩径，延仲率可达22%〜23%,符合标准要求，而经挤压缩径后出现脆性断裂。化学成分力学性能见表1。表1化学成分力学性能编号CSiMnPSCrNiCuVRelMPaRe

5、mMPaAs(%)STG-10.280.421.470.0320.0300.030.010.040.0826007152.0STG-20.290.431.480.0340.0320.030.010.040.0826006801.0化学成分、力学性能均符合技术条件要求。对出现问题的钢材经酸洗后观察试样：通过对金相组织的高倍检验，铁素体呈网状沿晶界析出见图1、图2：试样横截面中心部位组织为珠光体+网状、块状铁索体，实际晶粒度为5.0级，试样横截面其他部位组织为珠光体+网状、块状铁素体，实际晶粒度为5.5〜6.0级;高倍

6、下观察试样肋部变形处，肋部组织沿受力方向变形，在肋根部与内径形成斜向里的、与试样轴线大约呈30°夹角的裂纹，在未变形肋部未发现此类裂纹。锚杆横截面低倍试样未发现横截面裂纹；材料冲击韧性较差，经检测常温冲击功仅为8J、HJo图1试样横截面中心组织（中心偏析）（100x）2.2.2对压圆一滚丝加工方式图2试样横截血直径1/4处组织（lOOx）对400MPa级©18锚杆钢筋100支样品进行低倍检验和压圆f滚丝试验，对检验结果统计分析如下，压圆一滚丝实验见表2：表2压圆一滚丝实验裂纹长度裂纹长度比例％距离边缘％距离边缘距离

7、比例％压圆滚丝试验横截面无裂纹的试样数46横截面无裂纹的试样数46未开裂小于3mm的试样数14大于5的试样数6未开裂等于3mm的试样数20等于5的试样数4未开裂等于4mm的试样数8等于4的试样数7未开裂等于5mm的试样数5等于3mm的试样数16未开裂大于5mm的试样数7小于3mm的试样数12开裂4支裂纹长度大于5mm的试样7支，距离边缘小于3mm的试样12支，共开裂4支，说明裂纹长度大于5価，距边缘距离小于3俪的试样容易发生滚丝压圆开裂（断裂）。因此锚杆钢筋标准中增加中心横向裂纹级别的要求。3、失效原因分析从锚杆钢

8、筋加工后出现的断裂、裂纹产生的现象分析，主要表现在钢筋中心大尺寸的横向裂纹、大量的网状铁素体组织、粗大晶粒、偏低的韧性。要消除锚杆加工失效，必须在如何消除中心裂纹及不良组织的产生，细化晶粒、提高锚杆钢筋韧性着手，同时需优化改进二次加工工艺。2.1钢筋中心裂纹钢筋中心裂纹主要来自于钢坏角部裂纹和连铸坏热装开裂。2.1.1在钢坯生产过程中，钢坯脱方产生的对角线裂