專利名稱：低碳硅錳系錨桿用鋼化學組成及熱處理工藝的制作方法
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If 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。低碳娃猛系錨桿用鋼的化學組成按重量百分含量為碳0. 18 O. 22%,娃
I.15 I. 45%，錳1. 50 I. 65%，磷彡O. 015%，硫彡O. 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O. 18 O. 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I. 15 I. 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、猛等元素量減少；本發明控制含猛量為I. 50 I. 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< O. 015%，硫彡 O. 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Acl和Ac3的溫度，在(Acl+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°C，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°C。貝氏體區等溫時間較短，碳元素在奧氏體中的富集程度變小，奧氏體的穩定性降低，殘余奧氏體的體積分數減小；但是等溫時間過長，奧氏體向貝氏體的轉變也是在不斷進行，時間越長，轉變量越多，導致殘余奧氏體的體積分數下降，相變誘發塑性程度降低；本發明選擇等溫時間為20 25min。經試驗證實，該低碳硅錳系錨桿用鋼熱處理后，抗拉強度> 850兆帕、延伸率^ 30%、強塑積> 25500%，有良好的綜合力學性能。本發明的有益效果是，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。下面結合實施例對本發明進一步說明。實施例I
本發明的低碳硅錳系錨桿用鋼的化學組成按重量百分含量為碳0. 19%，硅1. 20%,錳1. 52%，磷0. 012%，硫0. 015%，其余為鐵和不可避免的雜質，各組分百分數之和為100% ;熱處理工藝是將該低碳硅錳系錨桿用鋼，加熱至790攝氏度后保溫50分鐘，然后快速淬入溫度為380攝氏度、溶液為50%氯化鈉+50%氯化鉀的鹽浴爐中，進行等溫22分鐘，最后用32號機械油油淬至室溫。實施例2
本發明的低碳硅錳系錨桿用鋼的化學組成按重量百分含量為碳0. 21%，硅1. 32%，錳1. 55%，磷0. 014%，硫0. 016%，其余為鐵和不可避免的雜質，各組分百分數之和為100% ;熱處理工藝是將該低碳硅錳系錨桿用鋼，加熱至785攝氏度后保溫50分鐘，然后快速淬入溫度為375攝氏度、溶液為50%氯化鈉+50%氯化鉀的鹽浴爐中，進行等溫20分鐘，最后用32號機械油油淬至室溫。實施例3
本發明的低碳硅錳系錨桿用鋼的化學組成按重量百分含量為碳0. 20%，硅1.40%，錳1. 58%，磷0. 014%，硫0. 018%，其余為鐵和不可避免的雜質，各組分百分數之和為100% ;熱處理工藝是將該低碳硅錳系錨桿用鋼，加熱至800攝氏度后保溫50分鐘，然后快速淬入溫度為385攝氏度、溶液為50%氯化鈉+50%氯化鉀的鹽浴爐中，進行等溫24分鐘，最后用32號機械油油淬至室溫。 本發明各實施例熱處理后的錨桿用鋼，力學性能檢測和金相檢驗結果如下
權利要求
1.一種低碳硅錳系錨桿用鋼，其特征是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 O. 22%，硅1. 15 I. 45%，錳1. 50 I. 65%，磷彡 O. 015%，硫彡 O. 020%,其余為鐵和不可避免的雜質，各組分百分數之和為100%。
2.根據權利要求I所述的低碳硅錳系錨桿用鋼的熱處理工藝，其特征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攝氏度的鹽浴爐中，進行等溫20 25分鐘，最后油淬至室溫。
3.根據權利要求2所述的低碳硅錳系錨桿用鋼的熱處理工藝，其特征是等溫介質為50%氯化鈉+50%氯化鉀。
4.根據權利要求2所述的低碳硅錳系錨桿用鋼的熱處理工藝，其特征是淬火油為32號機械油。
全文摘要
本發明涉及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。其特征是該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%；該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。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。
文檔編號C22C38/04GK102925792SQ20121045566
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月14日 優先權日2012年11月14日
發明者華建鋒, 陳瀟, 劉亞南, 江利 申請人:中國礦業大學