[发明专利]煤矿支护用高强度、高塑性锚杆用钢及制造方法

说明书

技术领域

本发明属于合金钢技术领域，特别涉及一种煤矿支护用高强度、高塑性锚杆用钢及其制造方法及制造方法。

背景技术

随着煤矿开采深度的不断增加，巷道支护越来越困难，矿井机械化开采程度提高引起巷道断面不断扩大，迫切需要能同时具有高强度和高塑性的新型锚杆用钢。我国目前普遍采用的是直径为18～22mm的热轧低合金高强度螺纹钢锚杆，屈服强度普遍低于600MPa，超过700MPa的多采用淬火+回火的热处理工艺，能源消耗大，生产成本高，综合力学性能较差且难以获得高强度和高塑性，严重制约我国锚杆材料的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矿支护用高强度、高塑性锚杆用钢及制造方法，解决了现有热轧态锚杆用钢强度偏低及热处理态锚杆用钢成本、能耗高的缺点，该钢种生产效率高，生产成本低，生产工艺简单，且综合力学性能好。

该锚杆用钢的化学组成按重量百分含量(wt.％)为：C：0.15-0.35；Si：0.60-1.20；Mn：2.00-2.50；Cr：0.30-0.80；Ni：0.40-0.80；Mo：0.30-0.60；B:0.0008-0.002；S≤0.010；P≤0.020；余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明锚杆用钢的制造工艺依次为：转炉或电炉冶炼、炉外精炼、方坯连铸、加热、棒线材轧机轧制、冷却；在工艺中控制的技术参数为：加热温度1000-1300℃，开轧温度950-1250℃，终轧温度700-900℃，轧后空冷。该锚杆用钢的轧材可得到贝氏体-马氏体-残余奥氏体复相组织，材料的屈服强度大于1000MPa，抗拉强度大于1300MPa，延伸率大于15％。

本发明各元素的作用及配比依据如下：

碳：对于该锚杆用钢，碳元素首先是提高钢的强度，其次是富集在残余奥氏体中，增加残余奥氏体数量，提高其稳定性。碳元素含量高时，残留奥氏体中的含碳量也高，降低了Ms点，提高了稳定性。但碳元素含量太高使钢的塑性及韧性显著降低，而碳元素含量太低则使残留奥氏体的稳定性大大降低，以致没有相变诱发塑性现象。本发明控制含碳量为0.15-0.35wt.％。

硅:主要以固溶方式存在于该锚杆用钢中，在贝氏体形成过程中促使碳扩散到奥氏体中，抑制碳化物的形成，不仅起固溶强化的作用，还促使碳在奥氏体中富集，提高残余奥氏体的稳定性。本发明控制含硅量为0.60-1.20％。

锰:在钢中起提高淬透性和固溶强化作用，提高未转变奥氏体稳定性，有助于获得较多残余奥氏体，但锰含量过高时，其在铸坯中的偏析倾向增加，钢材综合性能降低。本发明控制含锰量为2.00-2.50％。

铬：显著提高钢的淬透性(兼具降低A3温度和提高过冷奥氏体稳定性的作用)，使Ms点下降可提高残余奥氏体稳定性。铬容易形成致密氧化膜显著提高耐蚀性。本发明控制含铬量为0.30-0.80％。

镍：提高钢的强度而不显著降低其韧性，通过提高奥氏体的热力学稳定性明显提高钢的淬透性并获得较多残余奥氏体。镍可降低钢的脆性转变温度，即可提高钢的低温韧性，改善钢的加工性和可焊性。镍还可以提高钢的抗腐蚀能力。本发明控制镍含量为0.40-0.80％。

钼：强烈提高钢的淬透性，强烈推迟珠光体相变，对贝氏体相变推迟较少，同时提高珠光体最大相变速度的温度，降低贝氏体最大相变速度的温度，明显地出现珠光体转变和贝氏体转变的两条C曲线，因而可在连续冷却时获得贝氏体组织。本发明控制含钼量为0.30-0.60％。

硼：显著提高钢的淬透性，微量的B可使贝氏体转变C曲线右移，使钢在更宽的冷速范围内可以得到贝氏体组织。本发明硼含量为为0.0005-0.002％。

磷、硫作为杂质元素进入该低碳硅锰系锚杆用钢中，含量分别控制在S≤0.010％，P≤0.020％。

根据所述钢化学成分确定钢种的连续冷却曲线，结合锚杆用钢生产的常用规格确定轧材的空冷冷速，使轧材在空冷过程中得到贝氏体-马氏体-残余奥氏体复相组织。经试验证实，该锚杆用钢热轧态实物性能：屈服强度大于1000MPa，抗拉强度大于1300MPa，延伸率大于15％。且轧后采用空冷，不需要热处理就具有良好的综合力学性能。

本发明的优点在于：通过该发明获得的锚杆用钢，屈服强度及抗拉强度较现有热轧态锚杆用钢显著提高，塑性及韧性保持较高水平，可满足现场使用；而相对于热处理态锚杆用钢，工艺简单，生产成本低，能耗低。

具体实施方式