低碳锚杆用钢的研究
引言
锚杆是锚固在岩体内，维持围岩岩体稳定的杆状结构物。与其他支护相比，其属于一种主动形式[1]，具有工艺简单、支护效果好、材料消耗和支护成本低、运输和施工方便等优点。煤巷锚杆的性能要求是杆体材料要有高的强度和高的承载能力，以控制巷道围岩岩体的变形，同时还要求有一定的塑性，以允许巷道围岩有一个卸压和应力重新分布的过程，即适应围岩的变形。控制围岩变形与适应围岩变形是相辅相成缺一不可的。特别是在松软、破碎、膨胀性围岩和采动影响条件下，巷道围岩的强度低，变形量大，此时锚杆杆体的塑性显得尤为重要。随着煤炭资源的不断开采，矿井的开采深度不断增加。可以预计，高强度高塑性锚杆的需求将越来越大。
因此，我们希望能够在保持σb≥800Mpa 的前提下，使煤巷锚杆具有更高的塑性（δ5≥25%）。通常，高强度钢的强度和塑性往往是矛盾的。提高强度时，塑性下降；塑性好的钢，强度则不高。从目前的研究和发展来看，相变诱发塑性（Transformation InducedPlasticity），简称TRIP[2-5]，是一种能够同时提高钢的强度和塑性的有效强韧化方法。
1 试验方法
为获得价格低廉的锚杆用钢，进过分析，我们以工业废钢为原料，再添加适量的Si、Mn 合金元素，从而获得我们所需的TRIP 钢成分。试验用钢的化学成分见。试验用钢采用100kg 中频炉熔炼，浇铸成φ50mm×300mm 的钢锭，铸锭后解锻成φ18mm棒料，最终经退火后加工成φ10×50mm 标准短试样。试验中使用CSS-44300 型电子万能试验机进行拉伸试验；用OLYMPUS 金相显微镜观察分析试验用钢的组织；用D/Max-3B 型X 射线衍射仪对残余奥氏体的含量进行测量。热处理工艺试验在4kW 箱式炉和自制碱浴炉中进行。热处理工艺为：试样在810℃加热保温50min，340℃、380℃、420℃、460℃等温一定的时间。
2 试验结果及讨论
2.1 不同等温温度对 Si-Mn 系TRIP 钢拉伸性能的影响
试验在 810℃加热，340℃、380℃、420℃、460℃等温1h，其力学性能试验结果见。
从可以看出，不同温度等温1h，各试样的延伸率均达到20%以上，其中在340℃等温时，延伸率最高，达到26%，但它的抗拉强度最低，低于800MPa；而在380℃等温时，它的延伸率达到了25%，抗拉强度达到了最高的850Mpa，同时综合性能σb×δ5 在该条件下也达到了最高，为21250MPa%；在460℃等温时，抗拉强度、延伸率及其综合性能都是最低的。在380℃等温的微观组织图。
由可以看出，在810℃加热保温50min， 380℃等温1h 后，得到的最终的铁素体+贝氏体+残余奥氏体的三相组织。试样在拉伸时，发生TRIP 效应，使得试样能够在保证强度的同时提高了塑性，使得该试样的强度和延伸率达到了良好的匹配。
2.2 不同等温时间对 Si-Mn 系TRIP 钢拉伸性能的影响
从 2.1 可以看出，在380℃等温时，所设计的TRIP 钢具有最佳的σb×δ5 综合性能，故研究了此温度等温时，等温时间对其强塑性配合的影响。试验在810℃加热，380℃等温10min、20min、40min、60min、90min、120min，其力学性能试验结果。
从可以看出，随着等温时间的增加，抗拉强度逐渐提高，在等温40min 和60min时，基本不变，随后继续升高；延伸率在等温20min 时达到峰值，然后又随等温时间的增加而逐渐降低。在等温20min～60min 时，抗拉强度保持在840MPa～850MPa 之间，在保温120min 时，抗拉强度达到最高的`900MPa，而延伸率变为最低的20%；在等温20min 时，抗拉强度为844MPa，但延伸率最好，达到最高的31%。从综合性能来看，保温20min 时达到顶峰，为26164MPa%，在60min 和90min 时，基本保持不变。总体看来，σb×δ5 随等温时间增加先提高然后逐渐降低。等温20min 的微观组织图。