一种耐磨型盘形滚刀刀圈及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种耐磨型盘形滚刀刀圈及其制备方法，制备所述滚刀刀圈的材料包括如下重量百分比的各成分：C 0.48‑0.55％，Si 0.3‑0.58％，Mn 0.2‑0.5％，Cr 6.1‑7％，Mo 1.2‑1.7％，V 0.6‑0.75％，Nb 0.01‑0.05％，P

【技术实现步骤摘要】
一种耐磨型盘形滚刀刀圈及其制备方法
本专利技术属于刀圈及加工处理领域，特别涉及一种耐磨型盘形滚刀刀圈及其制备方法。
技术介绍
隧道掘进机(盾构机或TBM)为先进的隧道掘进设备，是隧道工程中重要的施工设备，主要用于地铁隧道、水利工程、跨海隧道、国防工程以及城市地下管网等领域。施工过程中利用安装于刀盘上的刀具的碾压作用进行破岩，而盘形滚刀圈是目前使用最多的盾构刀具，盘形滚刀经常在强挤压、大扭矩、强冲击、高磨损的恶劣环境下运行，是隧道施工中失效概率最大的零部件，盘形刀圈主要失效方式为：磨损、非正常磨损、开裂、卷边等。刀圈的失效直接影响施工周期和施工成本。因此，对盘形刀圈的质量尤其是硬度和耐磨性提出较高要求，同时保证足够韧性，避免施工过程中盘形刀圈开裂现象的发生。国内盘形滚刀刀圈材料主要包括9Cr2Mo、6Cr4W2Mo2V、40CrNiMo、4Cr5MoSiV1钢等，此外X50CrVMo5-1(DIN标准)钢作为国外刀圈材料使用较广泛的钢种也在国内广泛使用。这些材料或者耐磨性优良，或者韧性高，但难以满足对复杂工况的要求，如在石英含量高的地段岩石强度高刀圈容易磨损，而在软硬不均的地段容易导致刀圈开裂，因此高硬度、高耐磨、高韧性合金对于提高盘形滚刀圈的应用范围和使用寿命具有重要意义。中国专利技术专利CN106566983B，公开了高性能盘型滚刀刀圈材料及其生产工艺，制造该滚刀刀圈材料的主要成份为C0.35-0.42％、Mn0.2-0.5％、Si0.8-1.2％、Cr5.0-5.5％、Mo1.8-2.5％、V0.8-1.2％、Co2.0-2.5％，Ni＜0.30％，P≤0.01％、S≤0.005％及配量的Fe。用此刀圈材料加工出的刀圈的硬度达到58～60HRC，冲击功ak14～16J/cm2，较H13钢硬度更高且韧性也提高，提高了刀圈使用寿命。但是该专利所述的刀圈材料，在锻造时易出现大尺寸的一次碳化物且易开裂，由于添加了昂贵的Co元素，其生产工成本高。中国专利技术专利CN1670235A，公开了盾构机盘形滚刀刀圈及其制造方法，制造该滚刀刀圈材料的主要成份为C0.38-0.45％、Mn0.4-0.8％、Si0.2-1.2％、Cr4.0-6.0％、Mo1.0-2.0％、V0.8-2.0％、0.005％≤P≤0.03％、0.005％≤S≤0.03％及配量的Fe。该刀圈的硬度为55～57HRC，冲击值ak为18-20J/cm2，根据该专利所述的刀圈成分，在锻造时易出现大尺寸的一次碳化物，公开硬度仅为55～57HRC，硫含量较高，最终将影响盘形滚刀刀圈的纯净度、耐磨性能和韧性。为了满足盾构刀具在恶劣地质条件下的应用，要求盾构刀圈不但硬度高耐磨而且韧性好，目前报道的刀圈材料均不能满足上述要求。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种耐磨型盘形滚刀刀圈及其制备方法，该滚刀刀圈具有高耐磨性、高硬度和高韧性。本专利技术具体技术方案如下：本专利技术提供一种耐磨型盘形滚刀刀圈，制备所述滚刀刀圈的材料包括如下重量百分比的各成分：C0.48-0.55％，Si0.3-0.58％，Mn0.2-0.5％，Cr6.1-7％，Mo1.2-1.7％，V0.6-0.75％，Nb0.01-0.05％，P<0.02％，S<0.001％，余量为Fe。进一步的改进，制备所述滚刀刀圈的材料包括如下重量百分比的各成分：C0.51-0.53％，Si0.32-0.37％，Mn0.25-0.32％，Cr6.2-6.5％，Mo1.45-1.52％，V0.68-0.71％，Nb0.02-0.03％，P<0.02％，S<0.001％，余量为Fe。进一步的改进，制备所述滚刀刀圈的材料包括如下重量百分比的各成分：C0.52％，Si0.35％，Mn0.27％，Cr6.4％，Mo1.5％，V0.7％，Nb0.02％，P<0.02％，S<0.001％，余量为Fe。本专利技术另一方面提供一种耐磨型盘形滚刀刀圈的制备方法，该方法包括如下步骤：1)精炼：将废铁或铁块投入电弧炉内，经熔炼获得高温钢液，将高温钢液倒入LF炉内，按照制备所述滚刀刀圈的材料及如下重量百分比C0.48-0.55％，Si0.3-0.58％，Mn0.2-0.5％，Cr6.1-7％，Mo1.2-1.7％，V0.6-0.75％，Nb0.01-0.05％，P<0.02％，S<0.001％，余量为Fe，配料，加入硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、钒铁和铌铁，进行精炼；2)脱气：通过VD炉进行脱气；3)浇注：在氩气保护下进行浇注，形成钢锭；在氩气保护下，防止钢中溶入大气中的氧；4)电渣重熔：将钢锭在氩气保护下电渣重熔；通过控制熔炼制度改善钢的凝固条件，从而降低元素偏析、减少疏松缩孔等缺陷、提高铸锭致密性；5)锻造：将经过电渣重熔的钢锭进行锻造，获得锻造坯料；6)刀圈成型：通过冲孔、模锻或捻环工艺将锻造坯料加工成刀圈毛坯；7)热处理：将刀圈毛坯装炉，进行热处理；冷却方式采用水冷/雾冷/风冷，起到细化晶粒、均匀组织的作用；8)球化退火：对经过热处理后的刀圈毛坯进行球化退化处理。通过以上工艺，可使刀圈中二次碳化物球化、均匀分布、硬度高、韧性高。进一步的改进，步骤1)熔炼温度为1750-1880℃。进一步的改进，锻造的具体工艺为：锻造时加热温度为1220-1255℃，开锻温度为1180-1230℃，终锻温度830-880℃，优选地，锻造时加热温度为1230-1250℃，开锻温度为1200-1215℃，终锻温度850-870℃。进一步的改进，刀圈成型的具体工艺为：将锻造坯料在1220-1280℃下进行保温，优选为1240-1260℃下进行保温，保温时间为3-6h后，进行冲孔及预成型，开始成型的温度为1200-1250℃，优选为1210-1230℃，然后在捻环机或模锻机上加工成刀圈毛坯，成型后的刀圈毛坯温度为850-880℃，优选为860-870℃。进一步的改进，热处理的具体工艺为：将刀圈毛坯装入高温加热炉中，于620-700℃待温1-2h，优选为于665-680℃待温1-2h，升温至1020-1050℃保温1-2h，然后快速冷至420-470℃，优选为440-450℃。进一步的改进，球化退火的具体工艺为：将经过热处理的刀圈毛坯于420-470℃装炉，升温至870-880℃保温5-10h，以小于25℃速度缓冷至670-750℃，优选为690-700，保温4-8h，再以小于25℃的速度缓冷至420-500℃，优选为440-460℃，出炉空冷。进一步的改进，本专利技术提供的耐磨型盘形滚刀刀圈的制备方法包括如下步骤：1)精炼：将废铁或铁块投入电弧炉内，经熔炼获得高温钢液，熔炼温度为1820℃；将高温钢液倒入LF炉内，按照制备所述滚刀刀圈的材料及如下重量百分比C0.48-0.55％，Si0.3-0.58％，Mn0.2-0.5％，Cr6.1-7％，Mo1.2-1.7％，V0.6-0.75％，Nb0.01-0.05％，P<0.02％，S<0.001％，余量为Fe，配料，加入硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、钒铁和铌铁，进行精炼；2)脱气：通过VD炉进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐磨型盘形滚刀刀圈，其特征在于，制备所述滚刀刀圈的材料包括如下重量百分比的各成分：C 0.48‑0.55％，Si 0.3‑0.58％，Mn 0.2‑0.5％，Cr 6.1‑7％，Mo1.2‑1.7％，V 0.6‑0.75％，Nb 0.01‑0.05％，P

【技术特征摘要】
1.一种耐磨型盘形滚刀刀圈，其特征在于，制备所述滚刀刀圈的材料包括如下重量百分比的各成分：C0.48-0.55％，Si0.3-0.58％，Mn0.2-0.5％，Cr6.1-7％，Mo1.2-1.7％，V0.6-0.75％，Nb0.01-0.05％，P<0.02％，S<0.001％，余量为Fe。2.根据权利要求1所述的耐磨型盘形滚刀刀圈，其特征在于，制备所述滚刀刀圈的材料包括如下重量百分比的各成分：C0.51-0.53％，Si0.32-0.37％，Mn0.25-0.32％，Cr6.2-6.5％，Mo1.45-1.52％，V0.68-0.71％，Nb0.02-0.03％，P<0.02％，S<0.001％，余量为Fe。3.根据权利要求2所述的耐磨型盘形滚刀刀圈，其特征在于，制备所述滚刀刀圈的材料包括如下重量百分比的各成分：C0.52％，Si0.35％，Mn0.27％，Cr6.4％，Mo1.5％，V0.7％，Nb0.02％，P<0.02％，S<0.001％，余量为Fe。4.一种权利要求1-3任一项所述的耐磨型盘形滚刀刀圈的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：1)精炼：将废铁或铁块投入电弧炉内，经熔炼获得高温钢液，将高温钢液倒入LF炉内，按照制备所述滚刀刀圈的材料及如下重量百分比C0.48-0.55％，Si0.3-0.58％，Mn0.2-0.5％，Cr6.1-7％，Mo1.2-1.7％，V0.6-0.75％，Nb0.01-0.05％，P<0.02％，S<0.001％，余量为Fe，配料，加入硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、钒铁和铌铁，进行精炼；2)脱气：通过VD炉进行脱气；3)浇注：在氩气保护下进行浇注，形成钢锭；4)电渣重熔：将钢锭在氩气保护下电渣重熔；5)锻造：将经过电渣重熔的钢锭进行锻造，获得锻造坯料；6)刀圈成型：通过冲孔、模锻或捻环工艺将锻造坯料加工成刀圈毛坯；7)热处理：将刀圈毛坯装炉，进行热处理；8)球化退火：对经过热处理后的刀圈毛坯进行球化退化处理。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1)熔炼温度为1750-1880℃。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，锻造的具体工艺为：锻造时加热温度为1220-1255℃，开锻温度为1180-1230℃，终锻温度830-880℃，优选地，锻造时加热温度为1230-1250℃，开锻温度为1200-1215℃，终锻...

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞，孙晓林，
申请(专利权)人：天津钢研海德科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12