一种用于极硬岩的隧道挖掘机滚刀刀圈用钢及其制备方法技术

一种用于极硬岩的隧道挖掘机(TBM)滚刀刀圈用钢及其制备方法，(1)冶炼：采用电弧炉+LF+VD工艺冶炼钢水，浇注自耗电极；制成电渣钢锭；(2)锻造：将电渣钢锭缓慢加热到850℃保温，然后继续加热，经过高温扩散后，进行锻造拔长，温度低于温度900℃时，停止锻造；重新加热到1200

【技术实现步骤摘要】
一种用于极硬岩的隧道挖掘机滚刀刀圈用钢及其制备方法


[0001]本专利技术属于特殊钢
，特别涉及一种用于极硬岩的隧道挖掘机(TBM)滚刀刀圈用钢及其制备方法。

技术介绍

[0002]TBM主要用于岩石地质条件下隧道的挖掘，在刀圈进行工作时，不但要求较高的硬度，还需要优良的韧性，以减少异常断裂的现象。一般在岩石的抗拉强度高于100MPa时，称之为极硬岩。在该地质条件下，国内外常用的刀圈材料为5Cr5MoSiV1与Cr12MoV两类材料。5Cr5MoSiV1是一类中碳、中合金特殊钢，其硬度一般在56～59HRC，冲击韧性K
U2
一般在15～18J/cm2。Cr12MoV是一类高碳、高合金莱氏体钢，其硬度一般在59～61HRC，冲击韧性K
U2
不超过5J/cm2。对于以上两类材料，虽然Cr12MoV硬度较高，但韧性较低，工作时容易断裂，目前应用越来越少；目前应用量较大的还是5Cr5MoSiV1材料，但该类材料在应用时，由于硬度相对不高，其耐磨性不好，从而影响刀圈的使用寿命。本专利技术，针对以上两类材料的问题，提出一类硬度相当甚至高于Cr12MoV，冲击韧性提高一倍以上，综合性能优良的刀圈材料，解决极硬岩地质条件下刀圈的寿命问题。
[0003]专利CN1330787C介绍了一类刀圈材料，其也是一类中碳、中合金特殊钢，但其硬度偏低(55～57HRC)在性能上与5Cr5MoSiV1没有本质区别，在极硬岩条件下，依然存在不耐磨的问题。

技术实现思路

[0004]为了克服以上技术问题，本专利技术的目的在于提供一种用于极硬岩的隧道挖掘机(TBM)滚刀刀圈用钢及其制备方法，该材料在成分上具有高碳、中合金的成分特点，具有良好的综合性能，能够实现大规模生产。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种用于极硬岩的隧道挖掘机滚刀刀圈用钢，以重量百分比计，其成分为：C 0.60
‑
0.80％，Si 0.70
‑
1.30％，Mn 0.20
‑
0.60％，Cr5.00
‑
6.00％，Mo 1.30
‑
2.30％，V 0.50
‑
1.10％，Nb 0.005
‑
0.060％，P≤0.020％，S≤0.003％，Ni≤0.25％，余量为Fe。
[0007]所述的刀圈用钢与现在的用钢相比具有更好的强韧性匹配，可在较高的硬度(59
‑
63HRC)中获得比Cr12MoV更高的韧性，减少刀圈的开裂倾向，相较5Cr5MoSiV1获得更高的硬度，而不大幅降低韧性，进一步提高刀圈的耐磨性和使用寿命。
[0008]一种用于极硬岩的隧道挖掘机滚刀刀圈用钢的制备方法，包括以下步骤；
[0009](1)冶炼：采用电弧炉+LF+VD工艺冶炼钢水，浇注自耗电极，出钢温度控制在1550
±
10℃；然后采用氩气气氛保护电渣重熔炉，制成电渣钢锭；
[0010](2)锻造：将电渣钢锭缓慢加热到850℃保温，然后继续加热到1220
±
10℃，经过高温扩散后，进行锻造拔长，温度低于温度900℃时，停止锻造；重新加热到1200
±
10℃再进行模锻，锻后快冷到500℃以下，得到刀圈毛坯；
[0011](3)球化退火：将锻坯在250～350℃装炉，并升温至800～900℃，保温8～20h，再控温冷却至650～750℃，保温8～15h，再次控温冷却至500℃后，随炉缓冷至350～450℃出炉空冷至室温；
[0012](4)真空热处理：采用真空热处理的方式进行性能热处理，工艺过程包括真空淬火+两次保护气氛回火。
[0013]所述步骤(4)中，真空淬火温度为1010～1070℃，保温时间为40～120min，淬火冷却压力不低于4bar或采用油淬；回火温度510～560℃，保温时间为100～200min，回火后快速风冷到室温。
[0014]在步骤1中使用氩气气氛保护电渣炉进行电渣重熔，利于有害气体O、N、H的控制，从而保证刀圈的韧性得到有效提高。在步骤2中的高温扩散、模锻成型均较原有的材料制备工艺有所区别，均有利于刀圈的硬度的均匀性和韧性的提高。
[0015]本专利技术的有益效果是：
[0016]通过刀圈材料的成分设计和制备工艺控制相结合，通过C、Si、Mn、Cr、Mo、V等元素的合理配比，产生强烈的固溶强化和析出强化作用，有效提高刀圈的硬度的同时不显著降低韧性。
[0017]采用电弧炉+LF+VD、气保电渣重熔、快锻开坯、模锻成型、等温球化退火和真空热处理工艺，获得成分均匀、性能优异的刀圈产品，有效解决5Cr5MoSiV1不耐磨和Cr12MoV易崩刀的问题，大幅提高刀圈的使用寿命，减少换刀次数，提高掘进效率，保证工程按期完工。
[0018]滚刀刀圈是TBM工作时消耗最大的部件，本专利技术旨在开发一种能应用于极硬岩条件下的刀圈材料，从而提高刀圈使用寿命。极硬岩工况条件，不但要求较高的硬度，还需要良好的韧性，需要优良的综合性能。
具体实施方式
[0019]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0020]实施案例一
[0021]采用成分：C 0.61％，Si 0.95％，Mn 0.37％，Cr 5.63％，Mo 1.52％，V 0.97％，Nb 0.015％，P 0.014％，S 0.002％，Ni 0.21％，Fe(余量)。采用上述(1)的方式进行冶炼；锻造前进行1220℃高温扩散处理，保温时间20小时；然后按照上述方式(2)进行锻造、模锻，制成刀圈；刀圈冷却到500
°
以下后进行球化退火，球化退火温度850℃，等温温度670℃，控温冷却速度均小于30℃/h；对刀圈进行真空热处理，真空淬火温度为1050℃，保温时间为130min，淬火采用油淬；两次回火温度均为540℃，保温时间为200min，回火后快速风冷到室温。两次回火后硬度61
‑
63HRC，K
U2
冲击韧度10～12J/cm2(10*10*55U2型缺口试样)。
[0022]实施案例二
[0023]采用成分：C 0.62％，Si 0.99％，Mn 0.29％，Cr 5.50％，Mo 1.41％，V 1.05％，Nb 0.015％，P 0.013％，S 0.002％，Ni 0.11％，Fe(余量)。采用上述(1)的方式进行冶炼；锻造前进行1220℃高温扩散处理，保温时间20h；然后按照上述方式(2)进行锻造、模锻，制成刀
圈；刀圈冷却到500
°
以下后进行球化退火本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于极硬岩的隧道挖掘机滚刀刀圈用钢，其特征在于，以重量百分比计，其成分为：C 0.60
‑
0.80％，Si 0.70
‑
1.30％，Mn0.20
‑
0.60％，Cr 5.00
‑
6.00％，Mo 1.30
‑
2.30％，V 0.50
‑
1.10％，Nb0.005
‑
0.060％，P≤0.020％，S≤0.003％，Ni≤0.25％，余量为Fe。2.根据权利要求1所述的一种用于极硬岩的隧道挖掘机滚刀刀圈用钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；(1)冶炼：采用电弧炉+LF+VD工艺冶炼钢水，浇注自耗电极，出钢温度控制在1550
±
10℃；然后采用氩气气氛保护电渣重熔炉，制成电渣钢锭；(2)锻造：将电渣钢锭缓慢加热到8...

【专利技术属性】
技术研发人员：武明，刘仲礼，汪欣，
申请(专利权)人：威海天润新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：