[发明专利]一种高强高冲击韧性的锚杆钢筋及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于矿井支护用钢技术领域，特别是提供了一种高强高冲击韧性的锚杆钢筋及其制备方法，适用于用于煤矿等支护工程的高强高冲击韧性的锚杆钢筋。

背景技术

我国是世界上最大的井工矿煤炭生产国，且煤炭资源总量的半数以上埋深大于1000m，随着开采深度不断加深，深层开采带来了高的地应力、高的冲击地压和大的围岩流变，给煤巷的锚杆支护造成了严重的困难，需要更高强度的锚杆以保证安全生产。同时，锚杆支护过程是妨碍煤炭开采进度的“瓶颈”，在一个工作面采煤循环中所占的时间最长，而提高锚杆强度有利于降低锚杆支护密度，不仅减少钢材消耗，还能显著提高综合施工效率。锚杆除用于煤矿巷道支护以外，在公路边坡治理、隧道支护、深基坑预应力锚杆支护、坝体边坡防护等领域也得到广泛应用。

多年来，我国的锚杆钢筋基本全部为热轧产品，普遍采用335MPa级钢，少数达到了500MPa级。最近采用热轧方法已经试生产出了屈服强度级别达600MPa的锚杆钢筋，但其室温冲击韧性指标A_KV值只能达到30-40J，无法承受冲击地压和煤矿中的强烈采动，影响支护安全，具有更高综合力学性能的锚杆钢筋的开发亟待进行。

离线热处理方法能够改变材料显微组织使其力学性能显著提升，通过对组织构成的控制得到合理的各项性能配置。本发明公开的高强高冲击韧性锚杆钢筋是采用热处理方法生产的一种新型锚杆产品，不仅可达到较高的强度和塑性指标，同时具有较高的冲击韧性性能，可进一步保障工程安全，并减少钢材消耗，对低碳经济和节能减排产生重要意义。

发明内容

本发明目的是提供一种高强高冲击韧性的锚杆钢筋及其制备方法，用于煤矿等支护工程，其屈服强度600-785MPa以上，冲击韧性A_KV值不小于80J，且塑性较高。

本发明原料为热轧盘条，其化学组分重量百分数为：化学组分重量百分数为：碳：0.10-0.40％，硅：0.10-1.0％，锰：0.25-2.00％，余量为铁和不可避免的杂质；成品组织为回火索氏体和少量铁素体；热轧钢筋通过淬火、回火的热处理后，其屈服强度等级达到600-785MPa，室温冲击韧性A_KV值不小于80J，断后伸长率A不小于15.0％，最大力下伸长率A_gt不小于4.0％，产品公称直径为16-32mm；外形为带肋或螺纹。

如果需要，也可以含有0.01-0.20重量％的V或Ti等合金元素。

本发明的制备方法是对原料热轧盘条进行淬火回火的热处理，在热处理中控制的技术参数为：淬火和回火加热均采用电磁感应方式，感应炉平均加热速度为7-100℃/s，淬火加热温度为850-1000℃，使组织奥氏体化，经5-20秒的保温后进行快速水冷，在5s之内温度降至300℃以下，将奥氏体淬成马氏体；回火加热温度为350-700℃，经不超过1分钟的保温时间后冷却至室温；成品组织为马氏体的回火组织和少量铁素体。

全部热处理过程连续进行不间断，原料钢筋一根接一根的连续通过生产线进行热处理。

成品公称直径为16-32mm，外形为带肋或螺纹，屈服强度等级为600-785MPa，室温冲击韧性不小于80J，断后伸长率A不小于15.0％，最大力下伸长率A_gt不小于4.0％。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

将钢筋的室温冲击吸收功A_KV值提高至80J以上，同时强度在600-785MPa以上，而热轧钢筋最高强度可到600MPa级，冲击性能仅为30J至40J甚至更低。

减少了Si、Mn、V、Ti的合金含量，仅通过热处理过程提升材料力学性能，可显著降低原料成本。

具体实施方式

下面结合实例介绍本发明的具体实施方式。

实施例1

一种热轧钢筋，公称直径为20mm，该钢筋包含0.18wt％的C，0.51wt％的Si，1.38wt％的Mn，其余为铁和不可避免的杂质。该钢筋被感应加热炉在3秒内由室温加热至950℃，经过2s的保温后进行水冷却，再经感应加热至650℃，保温5s后水冷，得到成品锚杆钢筋。

该钢筋的平均室温冲击吸收功A_KV值为144J，屈服强度为655MPa，抗拉强度为750MPa，断后伸长率A为22.0％，最大力下伸长率A_gt为7.0％。

实施例2