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锚杆用合金热处理工艺

阅读:1025发布:2020-09-09

专利汇可以提供锚杆用合金热处理工艺专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种低 碳 锚杆用 合金 钢 ,所述钢材包含的成分及其重量百分含量为:碳:0.21~0.27%, 硅 :0.95~1.25%,锰:1.15~1.35%,磷≤0.015%,硫≤0.015%, 钛 :0.025%~0.030%, 钒 :0.015%~0.022%,镍:0.02%~0.12%,铌:0.02%~0.05%,钴:0.0035%~0.0055%, 硼 :0.0055%~0.0065%,其余为 铁 和不可避免的杂质。本发明通过控制生产工艺条件,生成的大量细小弥散分布的含钛 氧 化物、氮化物的复合夹杂物;可使本发明钢材中含有大量弥散均匀分布的细小的含钛氧化物、氮化物等的复合夹杂物,这些夹杂物在钢材回火后冷却过程中增加了铁素体及珠光体 相变 的形核 位置 ,使钢材从表面到中心的组织均匀,解决了传统钢材 能源 消耗大,生产成本高的难题。,下面是锚杆用合金热处理工艺专利的具体信息内容。

1.一种低锚杆用合金,其特征在于合金钢包含的成分及其重量百分含量为:碳:
0.21~0.27%,:0.95~1.25%,锰:1.15~1.35%,磷≤0.015%,硫≤0.015%,:0.025%~
0.030%,:0.015%~0.022%,镍:0.02%~0.12%,铌:0.02%~0.05%,钴:0.0035%~0.0055%,:0.0055%~0.0065%,其余为和不可避免的杂质;
钢材中尺寸为0.2-3.5μm的含钛化物的复合夹杂物数量为1200-1400个/mm²;尺寸大于60μm的MnS复合夹杂物数量为6-8个/cm²,尺寸大于5μm的复合夹杂物数量小于2个/mm²;
经50-200KJ/cm大热输入焊接后,焊接粗晶区-40℃冲击功平均值大于50J;钢材组织特征为:奥氏体晶界处为先共析铁素体,平均晶粒尺寸65-67μm,所占面积分数小于40%;奥氏体晶粒内部为微细针状铁素体,所占面积分数大于60%。
2.根据权利要求1所述的低碳锚杆用合金钢,其特征在于:所述杂质按重量百分比控制为:氧:≤0.0015%,氮:≤0.0080%,氢:≤0.0001%,砷:≤0.012%,铅:≤0.010%,:≤
0.010%,锑:≤0.010%。
3.根据权利要求1所述的低碳锚杆用合金钢,其特征在于:合金钢包含的成分及其重量百分含量为:碳:0.21%,硅:0.95%,锰:1.15%,磷:0.012%,硫:0.01:0%,钛:0.025%,钒:
0.015%,镍;0.02%,铌:0.02%,钴:0.0035%,硼:0.0055%,其余为铁和不可避免的杂质;所述杂质按重量百分比控制为:氧:≤0.0015%,氮:≤0.0080%,氢:≤0.0001%,砷:≤0.012%,铅:
≤0.010%,锡:≤0.010%,锑:≤0.010%。
4.根据权利要求1所述的低碳锚杆用合金钢,其特征在于:合金钢包含的成分及其重量百分含量为:碳:0.25%,硅:1.12%,锰:1.18%,磷:0.010%,硫:0.011%,钛:0.025%,钒:
0.019%,镍:0.08%,铌:0.04%,钴:0.0045%,硼:0.0055%,其余为铁和不可避免的杂质;所述杂质按重量百分比控制为:氧:≤0.0015%,氮:≤0.0080%,氢:≤0.0001%,砷:≤0.012%,铅:
≤0.010%,锡:≤0.010%,锑:≤0.010%。
5.根据权利要求1所述的低碳锚杆用合金钢,其特征在于:合金钢包含的成分及其重量百分含量为:碳:0.27%,硅:1.25%,锰:1.35%,磷:0.015%,硫:0.015%,钛:0.030%,钒:
0.022%,镍:0.12%,铌:0.05%,钴:0.0055%,硼:0.0065%,其余为铁和不可避免的杂质;所述杂质按重量百分比控制为:氧:≤0.0015%,氮:≤0.0080%,氢:≤0.0001%,砷:≤0.012%,铅:
≤0.010%,锡:≤0.010%,锑:≤0.010%。
6.一种用于权利要求1所述的低碳锚杆用合金钢的热处理方法,包括热锻退火→回火→调质热处理→冷却→表面强化热处理,其特征在于:
所述退火工序:热锻后,加温至850-890℃保温25-30分钟,然后炉冷至350-380℃后保温15-19分钟,最后冷却至室温;
所述回火工序:回火温度780-790℃,到温后保温16-18min,然后空冷至室温;
所述调质热处理工序:采用两次回火与一次正火结合的工序,先第一次回火:加热温度为850-880℃,到温后保温15-18min;然后空冷至室温后进行第二次回火,加热温度为920-
950℃,到温后保温25-28min,再正火:温度在780-795℃,到温后保温5-7min;然后进入冷却工序;
所述冷却工序:采用冷与空冷结合,先采用水冷以15-18℃/s的冷却速率水冷至480-
500℃,然后空冷至360-390℃,再采用水冷以5-8℃/s的冷却速率水冷至室温;
所述表面强化热处理工序:热处理温度1120-1150℃,到温后保温15-19分钟,然后采用水冷以4-8℃/s的冷却速率水冷至室温。
7.根据权利要求6所述的低碳锚杆用合金钢的热处理方法,其特征在于:所述退火工序:热锻后,加温至850℃保温30分钟,然后炉冷至350℃后保温19分钟,最后冷却至室温;
所述回火工序:回火温度780℃,到温后保温18min,然后空冷至室温;
所述调质热处理工序:采用两次回火与一次正火结合的工序,先第一次回火:加热温度为850℃,到温后保温18min;然后空冷至室温后进行第二次回火,加热温度为920℃,到温后保温28min,再正火:温度在780℃,到温后保温7min;然后进入冷却工序;
所述冷却工序:采用水冷与空冷结合,先采用水冷以15℃/s的冷却速率水冷至500℃,然后空冷至360℃,再采用水冷以8℃/s的冷却速率水冷至室温;
所述表面强化热处理工序:热处理温度1120℃,到温后保温19分钟,然后采用水冷以4℃/s的冷却速率水冷至室温。
8.根据权利要求6所述的低碳锚杆用合金钢的热处理方法,其特征在于:所述退火工序:热锻后,加温至870℃保温28分钟,然后炉冷至360℃后保温18分钟,最后冷却至室温;
所述回火工序:回火温度780℃,到温后保温17min,然后空冷至室温;
所述调质热处理工序:采用两次回火与一次正火结合的工序,先第一次回火:加热温度为870℃,到温后保温16min;然后空冷至室温后进行第二次回火,加热温度为930℃,到温后保温26min,再正火:温度在785℃,到温后保温6min;然后进入冷却工序;
所述冷却工序:采用水冷与空冷结合,先采用水冷以16℃/s的冷却速率水冷至485℃,然后空冷至385℃,再采用水冷以7℃/s的冷却速率水冷至室温;
所述表面强化热处理工序:热处理温度1140℃,到温后保温16分钟,然后采用水冷以7℃/s的冷却速率水冷至室温。
9.根据权利要求6所述的低碳锚杆用合金钢的热处理方法,其特征在于:所述退火工序:热锻后,加温至890℃保温25分钟,然后炉冷至380℃后保温15分钟,最后冷却至室温;
所述回火工序:回火温度790℃,到温后保温16min,然后空冷至室温;
所述调质热处理工序:采用两次回火与一次正火结合的工序,先第一次回火:加热温度为880℃,到温后保温15min;然后空冷至室温后进行第二次回火,加热温度为950℃,到温后保温25min,再正火:温度在795℃,到温后保温5min;然后进入冷却工序;
所述冷却工序:采用水冷与空冷结合,先采用水冷以18℃/s的冷却速率水冷至480℃,然后空冷至390℃,再采用水冷以5℃/s的冷却速率水冷至室温;
所述表面强化热处理工序:热处理温度1150℃,到温后保温15分钟,然后采用水冷以4℃/s的冷却速率水冷至室温。

说明书全文

锚杆用合金热处理工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及一种低碳合金钢及其热处理工艺,具体的说是一种低碳锚杆用合金钢及热处理工艺,属于金属冶炼及其热处理工艺技术领域。

背景技术

[0002] 锚杆是指钻凿岩孔,然后在岩孔中灌入泥沙浆并插入一根钢材,当砂浆凝结硬化后钢材便锚固在围岩中,借助于这种锚固在围岩中钢材能有效地控制围岩或浅部岩体变形,防止其滑动和坍塌,这种插入岩孔,锚固在围岩中从而使围岩或上部岩体起到支护作用的钢材称为锚杆。
[0003] 随着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,加之我国煤炭资源的分布特点,迫切需要能同时具有高强度和高塑性的新型高强韧性结构钢。在我国,大多数煤矿锚杆原来采用直径为16毫米的Q235(A3)钢制造,目前普遍采用的是直径为18~22毫米的低合金高强度螺纹钢锚杆。现在推广使用的是20MnSi和25MnSi螺纹钢,其热处理工艺均是淬火+高温回火,经热处理后的学性能:抗拉强度≤850兆帕,屈服强度≤700兆帕,延伸率≤15%,这种工艺加热温度高,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

[0004] 本发明所要解决的技术问题是,克服现有技术的缺点,提供一种低碳锚杆用合金钢及热处理工艺,改进热处理工艺参数,使得该材料的热处理工艺耗能低,生产成本低,生产工艺简单,且综合力学性能好。
[0005] 为了解决以上技术问题,本发明提供一种低碳锚杆用合金钢,合金钢包含的成分及其重量百分含量为:碳:0.21~0.27%,:0.95~1.25%,锰:1.15~1.35%,磷≤0.015%,硫≤0.015%,0.025%~0.030%,0.015%~0.022%,镍0.02%~0.12%,铌
0.02%~0.05%,钴0.0035%~0.0055%,0.0055%~0.0065%,其余为和不可避免的杂质;
[0006] 所述钢材中尺寸为0.2-3.5μm的含钛化物的复合夹杂物数量为1200-1400个/mm2;尺寸大于60μm的MnS复合夹杂物数量为6-8个/cm2,尺寸大于5μm的复合夹杂物数量小于2个/mm2;经50-200KJ/cm大热输入焊接后,焊接粗晶区-40℃冲击功平均值大于50J;钢材组织特征为:奥氏体晶界处为先共析铁素体,平均晶粒尺寸65-67μm,所占面积分数小于40%;
奥氏体晶粒内部为微细针状铁素体,所占面积分数大于60%。
[0007] 本发明的进一步限定技术方案,前述的低碳锚杆用合金钢,所述杂质按重量百分比控制为:氧:≤0.0015%,氮:≤0.0080%,氢:≤0.0001%,砷:≤0.012%,铅:≤0.010%,:≤0.010%,锑:≤0.010%。
[0008] 前述的低碳锚杆用合金钢,合金钢包含的成分及其重量百分含量为:碳:0.21%,硅:0.95%,锰:1.15%,磷:0.012%,硫:0.01:0%,钛:0.025%,钒:0.015%,镍;0.02%,铌:0.02%,钴:0.0035%,硼:0.0055%,其余为铁和不可避免的杂质;所述杂质按重量百分比控制为:氧:≤0.0015%,氮:≤0.0080%,氢:≤0.0001%,砷:≤0.012%,铅:≤0.010%,锡:≤0.010%,锑:≤0.010%。
[0009] 前述的低碳锚杆用合金钢,合金钢包含的成分及其重量百分含量为:碳:0.25%,硅:1.12%,锰:1.18%,磷:0.010%,硫:0.011%,钛:0.025%,钒:0.019%,镍:0.08%,铌:0.04%,钴:0.0045%,硼:0.0055%,其余为铁和不可避免的杂质;所述杂质按重量百分比控制为:氧:≤0.0015%,氮:≤0.0080%,氢:≤0.0001%,砷:≤0.012%,铅:≤0.010%,锡:≤0.010%,锑:≤0.010%。
[0010] 前述的低碳锚杆用合金钢,合金钢包含的成分及其重量百分含量为:碳:0.27%,硅:1.25%,锰:1.35%,磷:0.015%,硫:0.015%,钛:0.030%,钒:0.022%,镍:0.12%,铌:0.05%,钴:0.0055%,硼:0.0065%,其余为铁和不可避免的杂质;所述杂质按重量百分比控制为:氧:≤0.0015%,氮:≤0.0080%,氢:≤0.0001%,砷:≤0.012%,铅:≤0.010%,锡:≤0.010%,锑:≤0.010%。
[0011] 一种低碳锚杆用合金钢的热处理方法,包括热锻退火→回火→调质热处理→冷却→表面强化热处理,
[0012] 所述退火工序:热锻后,加温至850-890℃保温25-30分钟,然后炉冷至350-380℃后保温15-19分钟,最后冷却至室温;
[0013] 所述回火工序:回火温度780-790℃,到温后保温16-18min,然后空冷至室温;
[0014] 所述调质热处理工序:采用两次回火与一次正火结合的工序,先第一次回火:加热温度为850-880℃,到温后保温15-18min;然后空冷至室温后进行第二次回火,加热温度为920-950℃,到温后保温25-28min,再正火:温度在780-795℃,到温后保温5-7min;然后进入冷却工序;
[0015] 所述冷却工序:采用水冷与空冷结合,先采用水冷以15-18℃/s的冷却速率水冷至480-500℃,然后空冷至360-390℃,再采用水冷以5-8℃/s的冷却速率水冷至室温;
[0016] 所述表面强化热处理工序:热处理温度1120-1150℃,到温后保温15-19分钟,然后采用水冷以4-8℃/s的冷却速率水冷至室温。
[0017] 前述的低碳锚杆用合金钢的热处理方法,所述退火工序:热锻后,加温至850℃保温30分钟,然后炉冷至350℃后保温19分钟,最后冷却至室温;
[0018] 所述回火工序:回火温度780℃,到温后保温18min,然后空冷至室温;
[0019] 所述调质热处理工序:采用两次回火与一次正火结合的工序,先第一次回火:加热温度为850℃,到温后保温18min;然后空冷至室温后进行第二次回火,加热温度为920℃,到温后保温28min,再正火:温度在780℃,到温后保温7min;然后进入冷却工序;
[0020] 所述冷却工序:采用水冷与空冷结合,先采用水冷以15℃/s的冷却速率水冷至500℃,然后空冷至360℃,再采用水冷以8℃/s的冷却速率水冷至室温;
[0021] 所述表面强化热处理工序:热处理温度1120℃,到温后保温19分钟,然后采用水冷以4℃/s的冷却速率水冷至室温。
[0022] 前述的低碳锚杆用合金钢的热处理方法,所述退火工序:热锻后,加温至870℃保温28分钟,然后炉冷至360℃后保温18分钟,最后冷却至室温;
[0023] 所述回火工序:回火温度780℃,到温后保温17min,然后空冷至室温;
[0024] 所述调质热处理工序:采用两次回火与一次正火结合的工序,先第一次回火:加热温度为870℃,到温后保温16min;然后空冷至室温后进行第二次回火,加热温度为930℃,到温后保温26min,再正火:温度在785℃,到温后保温6min;然后进入冷却工序;
[0025] 所述冷却工序:采用水冷与空冷结合,先采用水冷以16℃/s的冷却速率水冷至485℃,然后空冷至385℃,再采用水冷以7℃/s的冷却速率水冷至室温;
[0026] 所述表面强化热处理工序:热处理温度1140℃,到温后保温16分钟,然后采用水冷以7℃/s的冷却速率水冷至室温。
[0027] 前述的低碳锚杆用合金钢的热处理方法,所述退火工序:热锻后,加温至890℃保温25分钟,然后炉冷至380℃后保温15分钟,最后冷却至室温;
[0028] 所述回火工序:回火温度790℃,到温后保温16min,然后空冷至室温;
[0029] 所述调质热处理工序:采用两次回火与一次正火结合的工序,先第一次回火:加热温度为880℃,到温后保温15min;然后空冷至室温后进行第二次回火,加热温度为950℃,到温后保温25min,再正火:温度在795℃,到温后保温5min;然后进入冷却工序;
[0030] 所述冷却工序:采用水冷与空冷结合,先采用水冷以18℃/s的冷却速率水冷至480℃,然后空冷至390℃,再采用水冷以5℃/s的冷却速率水冷至室温;
[0031] 所述表面强化热处理工序:热处理温度1150℃,到温后保温15分钟,然后采用水冷以4℃/s的冷却速率水冷至室温。
[0032] 通过本发明钢材化学成分的限定以及配合生产工艺中的工艺条件的设定,特别是成分中增加了“铌”和“钴”,以及工艺中“回火”、“表面强化处理”及“回火”后的“正火”操作,可在钢材中能够形成大量细小弥散分布的夹杂物,尺寸为0.2-3.5μm的含Ti氧化物的复合夹杂物数量均比传统钢材高出数倍,有利于钉扎奥氏体晶粒并细化晶内组织,提高CGHAZ韧性;可使钢材中大尺寸复合夹杂物数量低于传统钢材中的数量,有益于减少焊后微裂纹源,具有高的常温综合力学性能和良好的低温韧性;通过控制生产工艺条件,生成的大量细小弥散分布的含Ti氧化物、氮化物的复合夹杂物;可使本发明钢材中含有大量弥散均匀分布的细小的含Ti氧化物、氮化物等的复合夹杂物,这些夹杂物在钢材回火后冷却过程中增加了铁素体及珠光体相变的形核位置,使钢材从表面到中心的组织均匀,解决了传统钢材能源消耗大,生产成本高的难题。

具体实施方式

[0033] 实施例1
[0034] 本实施例提供的一种低碳锚杆用合金钢,所述钢材包含的成分及其重量百分含量为:碳:0.21%,硅:0.95%,锰:1.15%,磷:0.012%,硫:0.01:0%,钛:0.025%,钒:0.015%,镍;0.02%,铌:0.02%,钴:0.0035%,硼:0.0055%,其余为铁和不可避免的杂质;
所述杂质按重量百分比控制为:氧:≤0.0015%,氮:≤0.0080%,氢:≤0.0001%,砷:≤
0.012%,铅:≤0.010%,锡:≤0.010%,锑:≤0.010%。
[0035] 本实施例的低碳锚杆用合金钢的热处理方法,包括热锻→退火→回火→调质热处理→冷却→表面强化热处理,所述退火工序:热锻后,加温至850℃保温30分钟,然后炉冷至350℃后保温19分钟,最后冷却至室温;
[0036] 所述回火工序:回火温度780℃,到温后保温18min,然后空冷至室温;
[0037] 所述调质热处理工序:采用两次回火与一次正火结合的工序,先第一次回火:加热温度为850-℃,到温后保温18min;然后空冷至室温后进行第二次回火,加热温度为920℃,到温后保温28min,再正火:温度在780℃,到温后保温7min;然后进入冷却工序;
[0038] 所述冷却工序:采用水冷与空冷结合,先采用水冷以15℃/s的冷却速率水冷至500℃,然后空冷至360℃,再采用水冷以8℃/s的冷却速率水冷至室温;
[0039] 所述表面强化热处理工序:热处理温度1120℃,到温后保温19分钟,然后采用水冷以4℃/s的冷却速率水冷至室温。
[0040] 实施例2
[0041] 本实施例提供的一种低碳锚杆用合金钢,所述钢材包含的成分及其重量百分含量为:碳:0.25%,硅:1.12%,锰:1.18%,磷:0.010%,硫:0.011%,钛:0.025%,钒:0.019%,镍:0.08%,铌:0.04%,钴:0.0045%,硼:0.0055%,其余为铁和不可避免的杂质;所述杂质按重量百分比控制为:氧:≤0.0015%,氮:≤0.0080%,氢:≤0.0001%,砷:≤0.012%,铅:≤0.010%,锡:≤0.010%,锑:≤0.010%。
[0042] 前述的低碳锚杆用合金钢的热处理方法,包括热锻→退火→回火→调质热处理→冷却→表面强化热处理,所述退火工序:热锻后,加温至870℃保温28分钟,然后炉冷至360℃后保温18分钟,最后冷却至室温;
[0043] 所述回火工序:回火温度780℃,到温后保温17min,然后空冷至室温;
[0044] 所述调质热处理工序:采用两次回火与一次正火结合的工序,先第一次回火:加热温度为870℃,到温后保温16min;然后空冷至室温后进行第二次回火,加热温度为930℃,到温后保温26min,再正火:温度在785℃,到温后保温6min;然后进入冷却工序;
[0045] 所述冷却工序:采用水冷与空冷结合,先采用水冷以16℃/s的冷却速率水冷至485℃,然后空冷至385℃,再采用水冷以7℃/s的冷却速率水冷至室温;
[0046] 所述表面强化热处理工序:热处理温度1140℃,到温后保温16分钟,然后采用水冷以7℃/s的冷却速率水冷至室温。
[0047] 实施例3
[0048] 本实施例提供的一种低碳锚杆用合金钢,所述钢材包含的成分及其重量百分含量为:所述钢材包含的成分及其重量百分含量为:碳:0.27%,硅:1.25%,锰:1.35%,磷:0.015%,硫:0.015%,钛:0.030%,钒:0.022%,镍:0.12%,铌:0.05%,钴:0.0055%,硼:
0.0065%,其余为铁和不可避免的杂质;所述杂质按重量百分比控制为:氧:≤0.0015%,氮:≤0.0080%,氢:≤0.0001%,砷:≤0.012%,铅:≤0.010%,锡:≤0.010%,锑:≤
0.010%。
[0049] 前述的低碳锚杆用合金钢的热处理方法,包括热锻→退火→回火→调质热处理→冷却→表面强化热处理,所述退火工序:热锻后,加温至890℃保温25分钟,然后炉冷至380℃后保温15分钟,最后冷却至室温;
[0050] 所述回火工序:回火温度790℃,到温后保温16min,然后空冷至室温;
[0051] 所述调质热处理工序:采用两次回火与一次正火结合的工序,先第一次回火:加热温度为880℃,到温后保温15min;然后空冷至室温后进行第二次回火,加热温度为950℃,到温后保温25min,再正火:温度在795℃,到温后保温5min;然后进入冷却工序;
[0052] 所述冷却工序:采用水冷与空冷结合,先采用水冷以18℃/s的冷却速率水冷至480℃,然后空冷至390℃,再采用水冷以5℃/s的冷却速率水冷至室温;
[0053] 所述表面强化热处理工序:热处理温度1150℃,到温后保温15分钟,然后采用水冷以4℃/s的冷却速率水冷至室温。
[0054] 除上述实施例外,本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案,均落在本发明要求的保护范围。
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