右旋精軋螺紋肋錨桿鋼筋試制摘要：介紹了試制Φ20mmMG400右旋精軋螺紋肋錨桿鋼筋的過程,包括化學(xué)成分設(shè)計、孔型設(shè)計與加工、軋制與冷卻工藝控制。試制結(jié)果表明:鋼筋力學(xué)性能、外形尺寸均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。關(guān)鍵詞：右旋精軋螺紋肋鋼筋成分設(shè)計孔型設(shè)計力學(xué)性能1、前言隨著煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的改革，錨桿支護(hù)已成為礦山巷道支護(hù)的主要支護(hù)手段。為了克服普通錨桿鋼筋尾部需擠壓圓滾絲等造成錨尾強(qiáng)度偏低，使錨尾極限承載力不低于錨桿桿體部分的承載力，20世紀(jì)80年代美國出現(xiàn)了精軋右旋螺紋鋼錨桿，我國也很重視此類錨桿的研究。這種錨桿是由精軋右旋螺紋鋼鋼筋配合特制螺母制成的，它不需要像普通螺紋鋼錨桿那樣專門加工錨尾，保證了錨桿整個長度上強(qiáng)度的一致性，解決了普通錨桿錨尾承載能力低于錨桿桿體的矛盾，同時節(jié)約能源和材料。根據(jù)市場需求，開發(fā)精軋右旋螺紋肋錨桿鋼筋，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高企業(yè)的市場競爭力2、技術(shù)難點(diǎn)。精軋右旋螺紋肋錨桿鋼筋不僅沒有縱肋，而且橫肋必須以螺旋線方向按一定的螺距變化，導(dǎo)程角的范圍也很小。由上下輥軋出的橫肋要求嚴(yán)格呈螺紋狀對齊，否則螺母不能旋進(jìn)錨桿。根據(jù)熱軋右旋錨桿鋼筋的特點(diǎn)，在工藝設(shè)計時需進(jìn)行合理的孔型設(shè)計，且上下軋輥必須設(shè)有位向調(diào)整，以保證上下橫肋對正。精軋右旋螺紋肋錨桿鋼筋屬于高精度軋材，因此采用成品軋機(jī)為短應(yīng)力線高剛度軋機(jī)的。成品孔設(shè)計中，橫肋寬度采用負(fù)差，高度采用正偏差，基圓按螺紋設(shè)計。螺距L確定：需考慮前滑值影響，如前滑值過大，易造成橫肋刮切，影響橫肋形狀及尺寸，從而與螺母連接受影響。軋輥直徑：螺距L確定后，軋輥的周長又必須是螺距的整數(shù)倍。成品前孔設(shè)計：由于熱軋右旋錨桿鋼筋沒有縱肋，因此成品前孔的設(shè)計不同于一般螺紋，不僅要控制成品兩側(cè)不能出耳子，而且要求橫肋充填良好，故成品前孔應(yīng)設(shè)計平橢，寬度要足夠。軋輥的位向調(diào)整：軋機(jī)傳動軸與萬向接軸為花鍵連接，為了保證上下軋輥的準(zhǔn)確定位，采用壓樣法，即用一快鋁棒在成品軋機(jī)中軋一道，然后分析軋出的螺旋鋼筋橫肋錯位的距離，就可采用對花鍵齒的辦法解決，為提高調(diào)整精度使軋出的錨桿鋼筋在同一條螺旋線上，需在上輥連接軸上增設(shè)內(nèi)外齒連軸器，同時調(diào)整。3、技術(shù)要求化學(xué)成分要求錨桿鋼筋未頒布國家標(biāo)準(zhǔn)，目前主要借用20MnSi螺紋鋼化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)，考慮錨桿無需焊接等特點(diǎn)同時兼顧錨桿沖擊韌性的要求，碳元素可適當(dāng)提高，保證錨桿質(zhì)量和降低資源浪費(fèi)的同時生產(chǎn)成本得以降低，由生產(chǎn)單位自行設(shè)計，成分介于20MnSi與30MnSi之間。力學(xué)性能要求MG335精軋右旋錨桿鋼筋的力學(xué)性能應(yīng)符合表1的規(guī)定。表1MG400精軋右旋錨桿鋼筋的力學(xué)性能要求屈服強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度，斷后伸長沖擊功，AkVRel/MPaRm/MPa率，A/%/%J 外形尺寸右旋精軋錨桿鋼筋外形獨(dú)特，要求在整條鋼筋上軋制出由上下等高橫肋、跨空間連接而成右旋螺紋。與國標(biāo)鋼筋相比差異較大，無縱肋且鋼筋兩側(cè)螺紋在同一螺旋線上。檢查外形時除測量尺寸外，還需要用連接器檢驗(yàn)，要保證在任意截面處均可旋入帶有匹配形狀的內(nèi)螺紋的連接器。這就需要生產(chǎn)時對精軋螺紋鋼筋外形尺寸進(jìn)行精確控制。外形如圖1所示，①20mm尺寸要求如表2所示。dh-基圓直徑；dv-膨脹面基圓直徑；h-螺紋高；b-螺紋底寬；L-螺距;r-螺紋根?。沪?導(dǎo)角圖1精軋右旋錨桿鋼筋外形表2Φ20mm精軋右旋錨桿鋼筋尺寸要求基圓直徑/mm 螺紋高，h/mm螺紋底寬，b/mm螺距，L/mm導(dǎo)角，。dhdv公稱尺寸允許偏差公稱尺寸允許偏差公稱尺寸允許偏差公稱尺寸允許偏差公稱尺寸允許偏差19.2±0.418.5+0.4-0.41.4±0.35.0±0.510.0±0.381°4、化學(xué)成分設(shè)計右旋精軋錨桿鋼筋的成分設(shè)計，遵循著微合金化提高強(qiáng)度，在優(yōu)質(zhì)低合金結(jié)構(gòu)鋼20MnSi基礎(chǔ)上，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整或添加微量元素，以達(dá)到提高強(qiáng)度和細(xì)化晶粒的目的。此成分設(shè)計，主要基于以下幾個原因:(1)Mn是高強(qiáng)低合金鋼中常用的起固溶強(qiáng)化作用的元素。一般認(rèn)為，低碳高錳可以提高鋼的強(qiáng)韌性，在這方面，Mn應(yīng)盡可能高一些，但Mn是強(qiáng)烈推遲珠光體轉(zhuǎn)變的元素。在相關(guān)實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)W(Mn)大于1.30%時，易出現(xiàn)馬氏體組織和其它非正常組織，所以Mn的含量不能太高［3］。W(Mn)控制在0.80%?0.95%。Si也是常用的起固溶強(qiáng)化作用的元素。鋼中Si不溶于滲碳體中，而是全部固溶于鐵素體中，其對過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變影響小，對屈服強(qiáng)度的貢獻(xiàn)則較大，所以W(Si)較高，為1.30%?1.70%。V可在鋼中形成穩(wěn)定的碳化物或氮化物彌散質(zhì)點(diǎn)，起到細(xì)化奧氏體晶?；蛟诶鋮s過程中第二相沉淀強(qiáng)化作用。V在奧氏體中的固溶度很高，但在鐵素體中的固溶度很低，是一種理想的鐵素體析出強(qiáng)化元素，因此將V作為主要強(qiáng)化元素之一。通過V的沉淀強(qiáng)化，以達(dá)到提高鋼材強(qiáng)韌性的目的。W(V)控制在0.030%?0.050%。5、孔型設(shè)計與加工生產(chǎn)線軋機(jī)采用平立交替布置，按照“孔型盡量共用，提高作業(yè)率”的原則，1號?14號延伸孔型沿用Φ20mm國標(biāo)圓鋼孔型系統(tǒng)，成品前孔和成品孔需另行設(shè)計。成品前孔和成品孔采用精軋專用孔型，各架導(dǎo)衛(wèi)裝置使用原有系統(tǒng)配置。為解決聯(lián)結(jié)鋼筋的螺母旋入困難，將成品孔基圓由雙弧形結(jié)構(gòu)(H×B=19.2×19.6mm)改為單弧形結(jié)構(gòu)(H×B=19.2×19.2mm),使孔型寬度減少0.40mm。針對右旋熱軋礦用樹脂錨桿鋼筋的外型尺寸特點(diǎn)和個性化要求，設(shè)計成品孔型和成品前孔型，保證成品的內(nèi)徑高和相應(yīng)寬度要求、同時在寬度較小的情況下，保證橫肋的充滿度；準(zhǔn)確測定一定條件下K1的前滑值，并通過理論計算和相應(yīng)的實(shí)際補(bǔ)償，保證生產(chǎn)出的產(chǎn)品，冷卻后橫肋間距嚴(yán)格控制在0.3mm以內(nèi)；根據(jù)前滑值、軋件出口速度、橫肋間距、連接軸上內(nèi)外齒的齒數(shù),確定好不同規(guī)格的K1軋輥直徑和橫肋加工數(shù)量，在滿足以上因素要求的前提下；調(diào)整機(jī)床加工參數(shù)θ值和橫肋軸線夾角，確保在橫肋對齊的情況下與同規(guī)格的螺母配合良好。在銑削橫肋之前，機(jī)床“Y”軸、“Z”軸座標(biāo)必須設(shè)置在機(jī)床“零點(diǎn)”位置，這樣在每加工完一道槽后，機(jī)床“Y”軸、“2”軸自動回到機(jī)床“零點(diǎn)”位置，因而保證了每支起始橫肋角度一致。在軋制時，調(diào)整軋輥上下肋起始點(diǎn)時，成對軋輥只調(diào)整一次即可，避免軋輥因橫肋角度不一致需多次停機(jī)調(diào)整現(xiàn)象的發(fā)生。6、生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工藝流程轉(zhuǎn)爐冶煉→軟吹氬→連鑄一雙蓄熱式加熱爐加熱→高壓水除磷→粗軋→中軋→精軋→穿水箱穿水冷卻→飛剪倍尺分段→冷床冷卻→冷剪剪切成定尺→包裝。冶煉工藝控制冶煉工藝主要控制要點(diǎn)：（1）轉(zhuǎn)爐冶煉。60t轉(zhuǎn)爐底吹采用優(yōu)鋼曲線，轉(zhuǎn)爐出鋼使用擋渣錐擋渣。轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制：[P]≤0.010%?T≤1650°C°（2）連鑄。鋼水在澆注過程中隨著溫降及凝固過程的實(shí)現(xiàn)，容易產(chǎn)生二次硅酸鹽夾雜物，為此，連鑄采用低拉速澆注措施，連鑄拉速控制較普鋼低1m/s；結(jié)晶器保護(hù)渣采用專用保護(hù)渣，促進(jìn)夾雜物的上浮與排除。由于硅鐵合金化產(chǎn)生大量Al2O3類夾雜，為減少該類夾雜物對澆注產(chǎn)生的不良影響，中間包采用“擋渣墻+擋渣壩”對中間包流場進(jìn)行優(yōu)化。6.3軋制工藝控制軋制工藝控制難點(diǎn)主要集中在軋后控冷工藝及成品對肋。軋制工藝主要控制要點(diǎn)：（1）鋼坯加熱。要求加熱爐加熱溫度均勻，通條溫差不大于30℃，出鋼溫度控制在1000?1050℃之間，嚴(yán)格控制出鋼節(jié)奏。（2）軋制。右旋精軋錨桿鋼筋要求在任意截面處均可旋入帶有匹配形狀的內(nèi)螺紋的連接器，這是軋制過程中的難點(diǎn)也是關(guān)鍵點(diǎn)。原有萬向聯(lián)軸器與軋輥采用穿銷連接，間隙配合，無法保證精軋螺紋上下對肋的精度。為了保證鋼筋表面橫肋呈連續(xù)螺紋狀在桿體表面分布，通過改進(jìn)現(xiàn)有接軸器，成品軋機(jī)上傳動軸改為內(nèi)外齒圈方式，提高兩軸間摩擦力；整時在立式狀態(tài)對肋，盡量消除傳動間隙；對肋調(diào)整完畢后，在一端焊鍵，另一側(cè)用頂絲頂緊，防止錯位。調(diào)通過以上方式有效地保證了精軋螺紋鋼筋外形尺寸的精度。（3）軋后控冷。右旋精軋錨桿鋼筋對沖擊韌性要求高，適當(dāng)?shù)目刂平K軋溫度，終軋溫度控制在950℃以下，細(xì)化晶粒大小，可有效提高沖擊韌性，晶粒度大于8級以上。7開發(fā)效果公司自2015年開發(fā)Φ18?Φ20精軋右旋錨桿鋼筋至2016年5月生產(chǎn)精軋右旋錨桿鋼筋超過1萬噸，鋼材合格率99.80%以上，屈服強(qiáng)度平均在430MPa以上，抗拉強(qiáng)度平均在580MPa以上，延伸率平均在20%以上，沖擊功在60J以上，完全符合開發(fā)要求和內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，滿足了用戶的使用要求。右旋熱軋螺紋肋礦用樹脂錨桿鋼筋是使用于煤礦巷道