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1、低碳錨桿用鋼的研究錨桿是錨固在巖體內(nèi)，維持圍巖巖體穩(wěn)定的桿狀結(jié)構(gòu)物。與其他支護(hù)相比，其屬于一種主動形式[1],具有工藝簡單、支護(hù)效果好、材料消耗和支護(hù)成本低、運輸和施工方便等優(yōu)點。煤巷錨桿的性能要求是桿體材料要有高的強(qiáng)度和高的承載能力，以控制巷道圍巖巖體的變形，同時還要求有一定的塑性，以允許巷道圍巖有一個卸壓和應(yīng)力重新分布的過程，即適應(yīng)圍巖的變形。控制圍巖變形與適應(yīng)圍巖變形是相輔相成缺一不可的。特別是在松軟、破碎、膨脹性圍巖和采動影響條件下，巷道圍巖的強(qiáng)度低，變形量大，此時錨桿桿體的塑性顯得尤為重要。隨著煤炭資源的不斷開采，礦井的開采深度不斷
2、增加?？梢灶A(yù)計，高強(qiáng)度高塑性錨桿的需求將越來越大。因此，我們希望能夠在保持bSOOMpa的前提下，使煤巷錨桿具有更高的塑性(525%)。通常，高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)度和塑性往往是矛盾的。提高強(qiáng)度時，塑性下降；塑性好的鋼，強(qiáng)度則不髙。從目前的研究和發(fā)展來看，相變誘發(fā)塑性(TransformationInducedPlasticity),簡稱TRIP[2-5],是一種能夠同時提高鋼的強(qiáng)度和塑性的有效強(qiáng)韌化方法。1試驗方法為獲得價格低廉的錨桿用鋼，進(jìn)過分析，我們以工業(yè)廢鋼為原料，再添加適量的Si、Mn合金元素，從而獲得我們所需的TRIP鋼成分。試驗用鋼的化學(xué)
3、成分見。試驗用鋼釆用100kg中頻爐熔煉，澆鑄成50mm300mm的鋼錠，鑄錠后解鍛成18mm棒料，最終經(jīng)退火后加工成1050mm標(biāo)準(zhǔn)短試樣。試驗中使用CSS-44300型電子萬能試驗機(jī)進(jìn)行拉伸試驗；用0LYMPUS金相顯微鏡觀察分析試驗用鋼的組織;用D/Max-3B型X射線衍射儀對殘余奧氏體的含量進(jìn)行測量。熱處理工藝試驗在4kW箱式爐和自制堿浴爐中進(jìn)行。熱處理工藝為：試樣在810°C加熱保溫50min,340°C、380°C.420°C、460°C等溫一定的時間。2試驗結(jié)果及討論2.1不同等溫溫度對Si-Mn系TRIP鋼拉伸性能的影響試驗在
4、810°C加熱，340°C、380°C、420°C、460°C等溫lh,其力學(xué)性能試驗結(jié)果見。從可以看出，不同溫度等溫lh,各試樣的延伸率均達(dá)到20%以上，其中在340°C等溫時，延伸率最高，達(dá)到26%,但它的抗拉強(qiáng)度最低，低于800MPa；而在380°C等溫時，它的延伸率達(dá)到了25%,抗拉強(qiáng)度達(dá)到了最髙的850Mpa,同時綜合性能b5在該條件下也達(dá)到了最高，為21250MPa%；在4609等溫時，抗拉強(qiáng)度、延伸率及其綜合性能都是最低的。在380°C等溫的微觀組織圖。由可以看出，在810°C加熱保溫50min,380°C等溫lh后，得到的最終
5、的鐵素體+貝氏體+殘余奧氏體的三相組織。試樣在拉伸時，發(fā)生TRIP效應(yīng)，使得試樣能夠在保證強(qiáng)度的同時提髙了塑性，使得該試樣的強(qiáng)度和延伸率達(dá)到了良好的匹配。2.2不同等溫時間對Si-Mn系TRIP鋼拉伸性能的影響從2.1可以看出，在380°C等溫時，所設(shè)計的TRIP鋼具有最佳的b5綜合性能，故研究了此溫度等溫時，等溫時間對其強(qiáng)塑性配合的影響。試驗在810°C加熱,380°C等溫10min、20niin、40inin、60min、90min>120min,其力學(xué)性能試驗結(jié)果。從可以看出，隨著等溫時間的增加，抗拉強(qiáng)度逐漸提高，在等溫40min和60
6、min時，基本不變，隨后繼續(xù)升高；延伸率在等溫20min時達(dá)到峰值，然后又隨等溫時間的增加而逐漸降低。在等溫20min~60min時，抗拉強(qiáng)度保持在840MPa~850MPa之間，在保溫120min時，抗拉強(qiáng)度達(dá)到最髙的900MPa,而延伸率變?yōu)樽畹偷?0%；在等溫20min時，抗拉強(qiáng)度為844MPa,但延伸率最好，達(dá)到最高的31%。從綜合性能來看，保溫20min時達(dá)到頂峰，為26164MPa%,在60min和90min時，基本保持不變?？傮w看來，b5隨等溫時間增加先提高然后逐漸降低。等溫20min的微觀組織圖。采用該熱處理工藝，810°C正
7、好處于奧氏體和鐵素體兩相區(qū)之間，由于Si是鐵素體形成元素，穩(wěn)定鐵素體，凈化奧氏體，加快了多邊形鐵素體的轉(zhuǎn)變，使奧氏體中的碳含量得到提高。當(dāng)試樣在38(rc等溫時，隨著等溫時間的延長，碳向未轉(zhuǎn)變的奧氏體中擴(kuò)散，奧氏體中的碳濃度得到提高，奧氏體也就越穩(wěn)定，但等溫時間延長的同時，貝氏體轉(zhuǎn)變量也就越多，殘余奧氏體量減少，TRIP效應(yīng)逐漸降低[8]oMn元素除了對鋼起到固溶強(qiáng)化的作用還能降低Ms點，提髙殘余奧氏體的穩(wěn)定性[9]。試樣通過亞溫加熱和380°C等溫兩段熱處理,確保了殘余奧氏體大量穩(wěn)定的存在，最后得到了貝氏體、鐵素體、殘余奧氏體的三相組織。當(dāng)
8、其在Ms溫度以上塑性變形時，該組織必然會產(chǎn)生TRIP效應(yīng)而對塑性有所貢獻(xiàn)，使伸長率大幅度提高。3本試驗材料力學(xué)性能與其他材料力學(xué)性能對比本試驗中，810°C加熱保溫
