CN104674119B - 高强度钢的制备方法及高强度钢 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度钢的制备方法，包括以下步骤：将合金钢加热到600～650℃，保温90～180分钟，之后加热到820～870℃，保温120～240分钟得到奥氏体化的合金钢，合金钢以质量百分含量计包括0.25％～0.55％的C，0.17％～0.37％的Si，0.40％～1.50％的Mn，0.60％～1.20％的Cr，0.15％～0.30％的Mo；将奥氏体化的合金钢淬火得到马氏体化的合金钢，淬火后合金钢温度不高于70℃；将马氏体化的合金钢加热到460～600℃，并保温180～300分钟，冷却得到高强度钢。所述高强度钢的制备方法步骤少，工艺简单，得到的合金钢强度高，可广泛用于高强度钢的制造。

Description

高强度钢的制备方法及高强度钢
技术领域
本发明涉及一种高强度钢的制备方法及高强度钢。
背景技术
锚杆的材料为合金钢，主要用于矿山、边坡、隧道坝堤等工程进行主动加固。近十年来，用于加固的锚杆的极限承载力、长度和锚固力的集中度均有稳步增长的趋势，然而目前国内技术上对835MPa级高强度钢的热处理方法存在空缺。随着高层及超高层建筑的崛起，矛头、隧道、坝堤的兴建，锚杆的应用越来越广泛，市场对高强度锚杆的需求增加，为提高工程结构的稳定，保障人民生命财产安全，如何经过热处理获得高强度锚杆成了急需解决的问题。
发明内容
基于此，有必要针对835MPa级高强度钢的热处理方法存在空缺的问题，提供一种高强度钢的制备方法及高强度钢。
一种高强度钢的制备方法，包括以下步骤：
将合金钢加热到600～650℃，并保温90～180分钟，之后加热到820～870℃，并保温120～240分钟得到奥氏体化的合金钢，其中，所述合金钢以质量百分含量计，包括0.25％～0.55％的C，0.17％～0.37％的Si，0.40％～1.50％的Mn，0.60％～1.20％的Cr，0.15％～0.30％的Mo，其余为Fe和不可避免的杂质，各组分百分数之和为100％；
将所述奥氏体化的合金钢淬火得到马氏体化的合金钢，淬火后的所述马氏体化的合金钢的温度不高于70℃；
将所述马氏体化的合金钢加热到460～600℃，并保温180～300分钟，冷却后得到高强度钢。
在其中一个实施例中，所述合金钢还包括0.04％～0.50％的Ti或V。
在其中一个实施例中，所述合金钢为圆柱型，直径为D，0＜D≤160mm。。
在其中一个实施例中，所述淬火采用的淬火液为PAG淬火液。
在其中一个实施例中，所述PAG淬火液的体积浓度为6～8％。
在其中一个实施例中，所述冷却后得到高强度钢的步骤中，先水冷降温至350℃以下，再空气冷却至常温。
在其中一个实施例中，将合金钢加热到600℃，并保温90分钟，之后加热到840℃，并保温120分钟得到奥氏体化的合金钢，其中，所述合金钢以质量百分含量计，包括0.32％～0.40％的C，0.17％～0.37％的Si，0.40％～0.70％的Mn，0.80％～1.10％的Cr，0.80％～1.10％的Mo，所述合金钢的直径为30mm；将所述奥氏体化的合金钢淬火得到马氏体化的合金钢，淬火后的所述马氏体化的合金钢的温度为70℃；将所述马氏体化的合金钢加热到560℃，并保温180分钟，冷却后得到高强度钢。
在其中一个实施例中，将合金钢加热到600℃，并保温120分钟，之后加热到850℃，并保温140分钟得到奥氏体化的合金钢，其中，所述合金钢以质量百分含量计，包括0.38％～0.45％的C，0.17％～0.37％的Si，0.50％～0.80％的Mn，0.90％～1.20％的Cr，0.15％～0.25％的Mo，所述合金钢的直径为70mm；将所述奥氏体化的合金钢淬火得到马氏体化的合金钢，淬火后的所述马氏体化的合金钢的温度为50℃；将所述马氏体化的合金钢加热到560℃，并保温210分钟，冷却后得到高强度钢。
在其中一个实施例中，将合金钢加热到600℃，并保温150分钟，之后加热到850℃，并保温200分钟得到奥氏体化的合金钢，其中，所述合金钢以质量百分含量计，包括0.35％～0.45％的C，0.17％～0.37％的Si，0.90％～1.20％的Mn，0.90％～1.20％的Cr，0.20％～0.30％的Mo，所述合金钢的直径为160mm；将所述奥氏体化的合金钢淬火得到马氏体化的合金钢，淬火后的所述马氏体化的合金钢的温度为60℃；将所述马氏体化的合金钢加热到540℃，并保温270分钟，冷却后得到高强度钢。
一种高强度钢，采用上述的高强度钢的制备方法制备。
上述高强度钢的制备方法步骤少，工艺简单，可广泛用于高强度钢的制造，且得到的合金钢强度高。采用上述热处理方法后，按照GB/T228.1进行力学试验，屈服强度达835MPa以上，抗拉强度达1030MPa以上，断后伸长率达10％以上。所述高强度钢的热处理方法，解决了高强度锚杆的热处理难题，填补目前国内对835MPa级高强度钢的热处理方法的空缺。
上述高强度钢的制备方法制备的高强度钢，经测试屈服强度达835MPa以上，抗拉强度达1030MPa以上，断后伸长率达10％以上。所述高强度钢的制备方法制备得到的高强度钢不仅可提高支护强度，而且承受冲击地压的能力较强，可进一步提高工程结构的稳定，保障人民生命财产安全，减少钢材消耗。
附图说明
图1为一实施方式的高强度钢的制备方法的流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将通过具体实施方式对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
请参阅图1，一实施方式的高强度钢的制备方法，包括以下步骤：
步骤S100：将合金钢加热到600～650℃，并保温90～180分钟，之后加热到820～870℃，并保温120～240分钟得到奥氏体化的合金钢，其中，所述合金钢以质量百分含量计，包括0.25％～0.55％的碳(C)，0.17％～0.37％的硅(Si)，0.40％～1.50％的锰(Mn)，0.60％～1.20％的铬(Cr)，0.15％～0.30％的钼(Mo),其余为铁(Fe)和不可避免的杂质，各组分百分数之和为100％。
优选的，合金钢还包括0.04％～0.50％的钛(Ti)或钒(V)。
特别地，合金钢为圆柱型，直径为D，0＜D≤160mm。具体地，所述合金钢为锚杆，所述高强度钢的制备方法解决了大直径高强度锚杆的热处理难题。
特别地，将合金钢加热到600～650℃时的升温速率均控制在≤100℃/h。
步骤S200：将奥氏体化的合金钢淬火得到马氏体化的合金钢，淬火后的所述马氏体化的合金钢的温度不高于70℃。
淬火采用的淬火液为PAG淬火液，PAG淬火液的体积浓度为6～8％。
淬火液的pH值为9.0～11.0；在温度25℃时相对密度为1.07g/cm3；40℃下的运动粘度280±30cst(厘斯，每秒平方毫米)；凝点10℃；浊点74℃。
步骤S300：将所述马氏体化的合金钢加热到460～600℃，并保温180～300分钟，冷却后得到高强度钢。
特别地，将所述马氏体化的合金钢加热到460～600℃的步骤升温速率控制在≤100℃/h。
此步骤称为回火处理。回火也称为调质过程，目的是消除淬火产生的内应力，以取得预期的力学性能。
优选的，所述冷却后得到高强度钢的步骤中，先水冷降温至350℃以下，再空气冷却至常温。
合金钢经过淬火和回火处理，使其具有良好的综合机械性能。
所述高强度钢的制备方法步骤少，工艺简单，得到的合金钢强度高，可广泛用于高强度钢的制造。所述工件采用上述热处理方法处理后，按照GB/T228.1进行力学试验，屈服强度达835MPa以上，抗拉强度达1030MPa以上，断后伸长率达10％以上。所述高强度钢的制备方法，解决了高强度锚杆的热处理难题，填补目前国内对835MPa级高强度钢的热处理方法的空缺。
上述高强度钢的制备方法制备的高强度钢，经测试屈服强度达835MPa以上，抗拉强度达1030MPa以上，断后伸长率达10％以上。所述高强度钢的制备方法制备得到的高强度钢不仅可提高支护强度，而且承受冲击地压的能力较强，可进一步提高工程结构的稳定，保障人民生命财产安全，减少钢材消耗。
以下为具体实施例。
实施例1
合金钢采用材料为35CrMo的锚杆，以质量百分含量计，包括0.32％～0.40％的C，0.17％～0.37％的Si，0.40％～0.70％的Mn，0.80％～1.10％的Cr，0.80％～1.10％的Mo。合金钢的直径为30mm。
将合金钢加热到600℃，升温速率为100℃/h，并保温90分钟，之后加热到840℃，升温速率为80℃/h，并保温120分钟得到奥氏体化的合金钢；将奥氏体化的合金钢在体积浓度为6％的PAG淬火液淬火，得到马氏体化的合金钢，淬火后的马氏体化的合金钢的温度为70℃；将马氏体化的合金钢加热到560℃，升温速率为60℃/h，并保温180分钟，先水冷降温至350℃，再空气冷却至常温，得到高强度钢。
经过热处理后，按照GB/T228.1进行力学试验，直径30mm的锚杆，屈服强度RP0.2≥835MPa，抗拉强度Rm≥1030MPa，断后伸长率A≥12％。
实施例2
合金钢采用材料为42CrMo的锚杆，以质量百分含量计，包括0.38％～0.45％的C，0.17％～0.37％的Si，0.50％～0.80％的Mn，0.90％～1.20％的Cr，0.15％～0.25％的Mo。合金钢的直径为70mm。
将合金钢加热到600℃，升温速率为70℃/h，并保温120分钟，之后加热到850℃，升温速率为100℃/h，并保温140分钟得到奥氏体化的合金钢；将所述奥氏体化的合金钢在体积浓度为8％的PAG淬火液淬火，得到马氏体化的合金钢，淬火后的马氏体化的合金钢的温度为50℃；将马氏体化的合金钢加热到560℃，升温速率为70℃/h，并保温210分钟，冷却后得到高强度钢。
经过热处理后，按照GB/T228.1进行力学试验，直径70mm的所述锚杆，屈服强度RP0.2≥835MPa，抗拉强度Rm≥1030MPa，断后伸长率A≥12％。
实施例3
合金钢采用材料为40CrMnMo的锚杆，以质量百分含量计，包括0.35％～0.45％的C，0.17％～0.37％的Si，0.90％～1.20％的Mn，0.90％～1.20％的Cr，0.20％～0.30％的Mo。合金钢的直径为160mm。
将合金钢加热到600℃，升温速率为80℃/h，并保温150分钟，之后加热到850℃，升温速率为60℃/h，并保温200分钟得到奥氏体化的合金钢；将所述奥氏体化的合金钢在体积浓度为7％的PAG淬火液淬火，得到马氏体化的合金钢，淬火后的所述马氏体化的合金钢的温度为60℃；将所述马氏体化的合金钢加热到540℃，升温速率为100℃/h，并保温270分钟，先水冷降温至200℃，再空气冷却至常温，得到高强度钢。
经过热处理后，按照GB/T228.1进行力学试验，直径160mm的所述锚杆，屈服强度RP0.2≥835MPa，抗拉强度Rm≥1030MPa，断后伸长率A≥10％。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种高强度钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将合金钢加热到600～650℃，并保温90～180分钟，之后加热到820～870℃，并保温120～240分钟得到奥氏体化的合金钢，其中，所述合金钢以质量百分含量计，包括0.25％～0.55％的C，0.17％～0.37％的Si，0.40％～1.50％的Mn，0.60％～1.20％的Cr，0.15％～0.30％的Mo，其余为Fe和不可避免的杂质，各组分百分数之和为100％，且所述合金钢加热到600～650℃时的升温速率均控制在≤100℃/h，所述合金钢为圆柱型，直径为D，0＜D≤160mm；
将所述奥氏体化的合金钢淬火得到马氏体化的合金钢，淬火后的所述马氏体化的合金钢的温度不高于70℃；及
将所述马氏体化的合金钢加热到460～600℃，并保温180～300分钟，然后先水冷降温至350℃以下，再空气冷却至常温得到高强度钢。
2.根据权利要求1所述的高强度钢的制备方法，其特征在于，所述合金钢还包括0.04％～0.50％的Ti或V。
3.根据权利要求1所述的高强度钢的制备方法，其特征在于，所述淬火采用的淬火液为PAG淬火液。
4.根据权利要求3所述的高强度钢的制备方法，其特征在于，所述PAG淬火液的体积浓度为6～8％。
5.根据权利要求1所述的高强度钢的制备方法，其特征在于，
将合金钢加热到600℃，并保温90分钟，之后加热到840℃，并保温120分钟得到奥氏体化的合金钢，其中，所述合金钢以质量百分含量计，包括0.32％～0.40％的C，0.17％～0.37％的Si，0.40％～0.70％的Mn，0.80％～1.10％的Cr，0.80％～1.10％的Mo，所述合金钢为圆柱形，且直径为30mm；
将所述奥氏体化的合金钢淬火得到马氏体化的合金钢，淬火后的所述马氏体化的合金钢的温度为70℃；
将所述马氏体化的合金钢加热到560℃，并保温180分钟，冷却后得到高强度钢。
6.根据权利要求1所述的高强度钢的制备方法，其特征在于，
将合金钢加热到600℃，并保温120分钟，之后加热到850℃，并保温140分钟得到奥氏体化的合金钢，其中，所述合金钢以质量百分含量计，包括0.38％～0.45％的C，0.17％～0.37％的Si，0.50％～0.80％的Mn，0.90％～1.20％的Cr，0.15％～0.25％的Mo，所述合金钢的直径为70mm；
将所述奥氏体化的合金钢淬火得到马氏体化的合金钢，淬火后的所述马氏体化的合金钢的温度为50℃；
将所述马氏体化的合金钢加热到560℃，并保温210分钟，冷却后得到高强度钢。
7.根据权利要求1所述的高强度钢的制备方法，其特征在于，
将合金钢加热到600℃，并保温150分钟，之后加热到850℃，并保温200分钟得到奥氏体化的合金钢，其中，所述合金钢以质量百分含量计，包括0.35％～0.45％的C，0.17％～0.37％的Si，0.90％～1.20％的Mn，0.90％～1.20％的Cr，0.20％～0.30％的Mo，所述合金钢的直径为160mm；
将所述奥氏体化的合金钢淬火得到马氏体化的合金钢，淬火后的所述马氏体化的合金钢的温度为60℃；
将所述马氏体化的合金钢加热到540℃，并保温270分钟，冷却后得到高强度钢。
8.一种高强度钢，其特征在于，采用权利要求1～7任意一项所述的高强度钢的制备方法制备。
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