一种盾构机刀具用钢及其制造方法技术

一种盾构机刀具用钢，所述盾构机刀具用钢的成分及质量百分比为：C：0.70％～0.75％，Si：0.15％～0.25％，Mn：0.45％～0.55％，Cr：5.00％～5.20％，Mo：2.30％～2.40％，V：0.50％～0.60％，P

A kind of steel for shield machine tool and its manufacturing method

A kind of steel for shield machine tools is described. The composition and mass percentage of the steel for shield machine tools are C:0.70%-0.75%, Si:0.15%-0.25%, Mn:0.45%-0.55%, Cr:5.00%-5.20%, Mo:2.30%-2.40%, V:0.50%-0.60%, P

【技术实现步骤摘要】
一种盾构机刀具用钢及其制造方法
本专利技术涉及一种盾构机刀具用钢，尤其涉及一种盾构机刀具用钢及其制造方法，具体适用于提高盾构机用钢的韧性、刚度及耐磨性。
技术介绍
盾构机(盾构隧道掘进机)广泛应用于地铁、公路与铁路交通、能源输送、地下通道等重大工程，具有挖掘速度快、安全、环保、经济等优点。盾构机刀具是盾构机的牙齿，是盾构机实现掘进功能的主要部件。由于刀具在掘进时既要耐磨，又要在遭受巨大冲击时避免崩裂或塑性变形，所以刀具材料应具有高硬度、高强度及良好的冲击韧性。市场上的盾构机刀具材料主要有国外的美国Robbins、德国Wirth合金钢，国内常用H13和研发的HH201、HH301、SDH55等。这些合金钢的含C量在0.3-0.6wt.％，合金元素种类不一、含量各异，通过不同的压力加工、热处理方法，达到硬度和韧性的优化匹配。中国专利公开号为CN104831171A，公开日为2015年8月12日的专利技术专利公开了一种盾构机刀具用合金钢SDH55及其制备方法，各组成质量百分比为：C：0.4～0.55％，Si：0.10～0.40％，Mn：0.10～0.30％，Cr：5.10～6.50％，Mo：2.20～3.00％，V：0.45～0.85％，其余为Fe和不可避免杂质元素，杂质中S≤0.005％，P≤0.010％。本专利技术经配料、冶炼、浇涛、电渣重熔；脱模后热送进行高温匀质化处理；接着多向锻造、软性退火及超细化处理，最终制备出兼具高耐磨和高韧性的盾构机刀具用合金钢SDH55。虽然该专利技术能使的盾构机刀具用合金钢具有较高刚度，但是面对盾构机市场的越来越多高硬度且高冲击韧性的刀具需求，则需要制备综合性能更好的盾构机用刀具。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的刀具用钢综合性能差的问题，提供了一种综合性能更优的盾构机刀具用钢及其制造方法。为实现以上目的，本专利技术的技术解决方案是：一种盾构机刀具用钢，其特征在于：所述盾构机刀具用钢的成分及质量百分比为：C：0.70％～0.75％，Si：0.15％～0.25％，Mn：0.45％～0.55％，Cr：5.00％～5.20％，Mo：2.30％～2.40％，V：0.50％～0.60％，P<0.020％，S<0.005％，余量为Fe和不可避免杂质。一种盾构机刀具用钢的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：第一步：感应炉熔炼，将盾构机刀具用钢的各合金原料组分元素的质量百分含量进行配料，合金化学成分由下列元素组成：C：0.70％～0.75％，Si：0.15％～0.25％，Mn：0.45％～0.55％，Cr：5.00％～5.20％，Mo：2.30％～2.40％，V：0.50％～0.60％，余量为Fe和不可避免杂质元素，其中杂质元素P<0.020％，S<0.005％；配料后，将合金组分原料放入感应炉中进行熔炼，然后浇注成Φ(400～280)mm×(2100～2500)mm电极棒；第二步：电渣炉重熔，将第一步中制备的得到的电极棒，在电渣炉中进行重熔，制成Φ(520～360)mm×(1200～1350)mm的钢锭，并对上述钢锭进行退火处理；第三步：三向细化均匀及FM法锻造，将第二步中退火处理后得到的钢锭进行三向细化均匀及FM法锻造，其锻造步骤如下：a.将第二步中退火处理后得到的Φ(520～360)mm×(1200～1350)mm钢锭加热至1240℃并保温10小时后，将加热后的钢锭锻造成：宽×高×长≈(422～344)mm×(550～443)mm×(1100～900)mm矩形坯，然后将上述矩形坯放入1200℃的均热炉保温4小时；b.长度方向镦粗：将步骤a中得到的矩形坯进行长度方向镦粗成：宽×高×长≈(620～506)mm×(748～602)mm×(550～450)mm，长度方向镦粗比＝2.0，然后将上述矩形坯放入1200℃的均热炉保温4小时；c.高度方向镦粗：将步骤b中得到的矩形坯进行高度方向镦粗成：宽×高×长≈(620～506)mm×(374～301)mm×(1100～900)mm，高度方向镦粗比＝2.0，然后将上述矩形坯放入1200℃的均热炉保温4小时；d.宽度方向镦粗：将步骤c中得到的矩形坯进行宽度方向镦粗成：宽×高×长≈(310～253)mm×(748～602)mm×(1100～900)mm，宽度方向镦粗比＝2.0，然后将上述矩形坯放入1200℃的均热炉保温4小时；e.长度方向镦粗：将步骤d中得到的矩形坯进行长度方向镦粗成：宽×高×长≈(620～506)mm×(748～602)mm×(550～450)mm，长度方向镦粗比＝2.0，然后将上述矩形坯放入1200℃的均热炉保温4小时；f.拔长：将步骤e中得到的矩形坯采用上下平板沿高度方向拔长成：宽×高×长≈(220～180)mm×(5260～4241)mm×(220～180)mm，然后将上述矩形坯放入1200℃的均热炉保温4小时；g.方坯拔圆：将步骤f中得到的矩形坯沿高度方向拔长成圆形定尺：Φ(220～180)mm×(6697～5400)mm的钢锭，则此时三向细化均匀及FM法锻造完成；第四步：锻后热处理，将第三步中得到的Φ(220～180)mm×(6697～5400)mm的钢锭依次进行锻后冷却、退火和超细化处理后得到盾构机刀具用圆钢，此时盾构机刀具用钢制造完成。所述第二步：电渣炉重熔，将第一步中制备的得到的电极棒，在电渣炉中进行重熔，制成Φ(520～360)mm×(1200～1350)mm的钢锭，在电渣重熔工艺中，熔速为12～15mm/min，并对上述钢锭进行退火处理，其加热温度为1200～1250℃，并保温12～15小时。所述第四步：锻后热处理，将第三步中得到的Φ(220～180)mm×(6697～5400)mm的圆钢在820-840℃下退火10-12小时后随炉冷却，得到锻后冷却圆钢；再将锻后冷却圆钢加热到1050～1100℃并保温5～8小时后，然后将圆钢放入水池快冷，再对圆钢进行球化退火，退火工艺为：首先再820～840℃下保温10～12小时，然后炉冷至720～740℃下再保温15～20小时，再缓冷至室温，最终得到盾构机刀具用圆钢，此时盾构机刀具用钢制造完成。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术一种盾构机刀具用钢中C质量百分比为：0.70％～0.75％，故本设计的盾构机刀具用钢属于高碳钢，本设计通过提高碳含量来提高钢的硬度和耐磨性能，通过控制Si的含量在保证钢的硬度的同时不降低钢的韧性；同时通过控制Mn、Cr的含量在在保证钢的硬度的同时不使晶粒粗化，减小偏析，减少Cr23C6析出；最后通过控制Mo、V的含量，来保证二次硬化确保钢的组织硬化和热稳定性，同时有效降低原料成本。因此，本设计的盾构机刀具用钢属于高碳钢在提高钢的硬度和耐磨性能的同时不降低钢的韧性，有效提高了盾构机刀具用钢的综合性能。2、本专利技术一种盾构机刀具用钢在制造时采用三向细化均匀及FM法锻造，使钢锭中的大尺寸碳化物彻底碎化，使高碳钢的显微组织大幅度细化和均匀化，在避免锻件内部拉应力存在的同时大大提纲了成品钢的韧性、强度和疲劳寿命。因此，本设计采用FM法锻造，避免锻件内部拉应力存在的同时大大提纲了成品钢的韧性、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种盾构机刀具用钢，其特征在于：所述盾构机刀具用钢的成分及质量百分比为：C：0.70％～0.75％，Si：0.15％～0.25％，Mn：0.45％～0.55％，Cr：5.00％～5.20％，Mo：2.30％～2.40％，V：0.50％～0.60％，P

【技术特征摘要】
1.一种盾构机刀具用钢，其特征在于：所述盾构机刀具用钢的成分及质量百分比为：C：0.70％～0.75％，Si：0.15％～0.25％，Mn：0.45％～0.55％，Cr：5.00％～5.20％，Mo：2.30％～2.40％，V：0.50％～0.60％，P<0.020％，S<0.005％，余量为Fe和不可避免杂质。2.一种权利要求1所述的盾构机刀具用钢的制造方法，其特征在于：所述制造方法包括以下步骤：第一步：感应炉熔炼，将盾构机刀具用钢的各合金原料组分元素的质量百分含量进行配料，合金化学成分由下列元素组成：C：0.70％～0.75％，Si：0.15％～0.25％，Mn：0.45％～0.55％，Cr：5.00％～5.20％，Mo：2.30％～2.40％，V：0.50％～0.60％，余量为Fe和不可避免杂质元素，其中杂质元素P<0.020％，S<0.005％；配料后，将合金组分原料放入感应炉中进行熔炼，然后浇注成Φ(400～280)mm×(2100～2500)mm电极棒；第二步：电渣炉重熔，将第一步中制备的得到的电极棒，在电渣炉中进行重熔，制成Φ(520～360)mm×(1200～1350)mm的钢锭，并对上述钢锭进行退火处理；第三步：三向细化均匀及FM法锻造，将第二步中退火处理后得到的钢锭进行三向细化均匀及FM法锻造，其锻造步骤如下：a.将第二步中退火处理后得到的Φ(520～360)mm×(1200～1350)mm钢锭加热至1240℃并保温10小时后，将加热后的钢锭锻造成：宽×高×长≈(422～344)mm×(550～443)mm×(1100～900)mm矩形坯，然后将上述矩形坯放入1200℃的均热炉保温4小时；b.长度方向镦粗：将步骤a中得到的矩形坯进行长度方向镦粗成：宽×高×长≈(620～506)mm×(748～602)mm×(550～450)mm，长度方向镦粗比＝2.0，然后将上述矩形坯放入1200℃的均热炉保温4小时；c.高度方向镦粗：将步骤b中得到的矩形坯进行高度方向镦粗成：宽×高×长≈(620～506)mm×(374～301)mm×(1100～900)mm，高度方向镦粗比＝2.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：李民华，
申请(专利权)人：湖北上大模具材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42