[發明專利]低碳硅錳系錨桿用鋼化學組成及熱處理工藝

無效

• 申請號: 201210455665.2
• 申請日: 2012-11-14
• 公開（公告）號: CN102925792A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 華建鋒;陳瀟;劉亞南;江利
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: C22C38/04
• 分類號: C22C38/04;C21D1/20
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 高桂珍

技術領域

本發明涉及化學組成及金屬材料熱處理工藝，尤其是一種低碳硅錳系錨桿用鋼化學組成及熱處理工藝。

背景技術

隨著煤礦開采深度的不斷增加，巷道支護越來越困難，礦井機械化開采程度提高引起巷道斷面不斷擴大，加之我國煤炭資源的分布特點，迫切需要能同時具有高強度和高塑性的新型高強韌性結構鋼。在我國，大多數煤礦錨桿原來采用直徑為16毫米的Q235(A3)鋼制造，目前普遍采用的是直徑為18~22毫米的低合金高強度螺紋鋼錨桿。現在推廣使用的是20MnSi和25MnSi螺紋鋼，其熱處理工藝均是淬火+高溫回火，經熱處理后的力學性能：抗拉強度≤850兆帕，屈服強度≤700兆帕，延伸率≤15%，強塑積≤12720%，這種工藝加熱溫度高，能源消耗大，生產成本高，綜合力學性能較差且難以獲得高強度和高塑性，嚴重制約我國錨桿材料的發展。

發明內容

為了克服現有錨桿材料熱處理工藝能源消耗大、綜合性能差且難以獲得高強度和高塑性的缺點，本發明提供一種低碳硅錳系錨桿用鋼化學組成及熱處理工藝，該低碳硅錳系錨桿用鋼化學組成及熱處理工藝耗能低，生產效率高，生產成本低，生產工藝簡單，且綜合力學性能好。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種低碳硅錳系錨桿用鋼化學組成及熱處理工藝，包括低碳硅錳系錨桿用鋼的化學組成和低碳硅錳系錨桿用鋼的熱處理工藝。

低碳硅錳系錨桿用鋼的化學組成按重量百分含量為：碳：0.18～0.22%，硅：1.15～1.45%，錳：1.50～1.65%，磷≤0.015%，硫≤0.020%，其余為鐵和不可避免的雜質，各組分百分數之和為100%。

低碳硅錳系錨桿用鋼的熱處理工藝是：將該低碳硅錳系錨桿用鋼，加熱至780～800攝氏度后保溫50分鐘，然后快速淬入溫度為370～390攝氏度、溶液為50%氯化鈉+50%氯化鉀的鹽浴爐中，進行等溫20～25分鐘，最后用32號機械油油淬至室溫。

本發明低碳硅錳系錨桿用鋼的化學組成設計理由為：

碳是鋼中的主要強化元素，碳元素富集在殘余奧氏體中，增加殘余奧氏體數量，提高其穩定性，其次是提高鋼的強度；碳元素含量高時，殘留奧氏體中的含碳量也高，降低了Ms點，提高了穩定性，但碳元素含量太高會惡化鋼板的焊接性能，并且固溶強化增強導致強度增強而塑性降低，碳元素含量太低則使殘留奧氏體的穩定性大大降低，以致沒有相變誘發塑性現象；本發明控制含碳量為0.18～0.22%。

硅是鐵素體形成元素，主要以固溶方式存在于該低碳硅錳系錨桿用鋼中，在貝氏體形成過程中促使碳擴散到奧氏體中，抑制碳化物的形成，不僅起固溶強化的作用，還促使碳在奧氏體中富集，提高殘余奧氏體的穩定；本發明控制含硅量為1.15～1.45%。

錳在該低碳硅錳系錨桿用鋼中起固溶強化和降低Ms點的作用，Ms點下降可提高殘余奧氏體穩定性，與該低碳硅錳系錨桿用鋼中其它固溶強化元素相比，錳對塑性、韌性和焊接性的不利影響較小，但錳元素含量過高，會減緩鐵素體轉變速率，降低從鐵素體擴散到奧氏體中的碳，因而降低殘余奧氏體的穩性，同時使殘余奧氏體數量增多，也使其中富集的碳、錳等元素量減少；本發明控制含錳量為1.50～1.65%。

磷、硫作為雜質元素進入該低碳硅錳系錨桿用鋼中，含量分別控制在磷≤0.015%，硫≤0.020%。

本發明低碳硅錳系錨桿用鋼的熱處理工藝設計理由為：

根據化學成分，利用公式計算得到Ac1和Ac3的溫度，在(Ac1+Ac3)/2時殘余奧氏體體積分數最大，根據被加熱工件有效厚度計算保溫時間；本發明選擇加熱溫度為780～800℃，保溫時間為50min。

根據所述鋼化學成分確定貝氏體“C”曲線的鼻尖溫度，此時貝氏體孕育期最短，偏離此溫度越多，貝氏體轉變量越少，同時碳元素就不能盡量多的向殘余奧氏體中富集，也就不能有效的穩定未轉變的過冷奧氏體，室溫下穩定存在的殘余奧氏體體積分數減少，相變誘發塑性程度降低；本發明選擇等溫溫度為370～390℃。