一种盾构机刀圈钢及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种盾构机刀圈钢及其制备方法，所述盾构机刀圈钢的化学成分质量百分比为：C:0.48％～0.80％、Cr:3.2％～5.8％、Ni:0.8％～3.5％、Mo:2.5％～4.5％、B:0.002％～0.01％、Co:0.5％～2.5％、V:0.5％～2.0％、Si:≤1.0％、Mn:≤1.0％、Nb:≤0.5％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明专利技术通过对盾构机刀圈钢原料中各组成成分的选择和调控，以及加工工艺的改善，使制备得到的盾构机刀圈钢硬度(HRC)可达62～66之间，冲击韧性在≥22J/cm2之间，并且耐磨性能优异。耐磨性能优异。

【技术实现步骤摘要】
一种盾构机刀圈钢及其制备方法


[0001]本专利技术涉及工程装备
，具体涉及一种盾构机刀圈钢及其制备方法。

技术介绍

[0002]盾构机刀圈是隧道挖掘专用设备，在工作时直接接触岩石表面，在承受刀盘对它的推力和扭矩的同时，还要接受岩石的强烈冲击和磨损，以及复杂的地下环境对刀圈的腐蚀。因此盾构机刀圈其极易产生磨损、崩刀或断裂的情况，是挖掘过程中最易损坏的零部件，也是制约掘进效率的瓶颈。现有的盾构机刀圈材料在保证韧性的同时不能兼顾高硬度和高耐磨性的要求，导致工作时需频繁更换刀圈，不仅提高了施工成本，也大大降低了盾构机的工作效率。
[0003]中国专利CN108060353A公开了一种盾构机盘形滚刀刀圈合金，其特征在于，构成该合金的化学成分质量百分比为：C:0.6～0.8％、Si:0.9～1.1％、Mn:0.3～0.4％、Cr:6～8％、Mo:2.22～3.00％、V:1.8～2.1％，余量为Fe和不可避免的杂质；制备工艺包括熔炼、浇注、锻造和热处理。但该专利制备的盾构机盘形滚刀刀圈合金的耐磨性能不佳。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供一种盾构机刀圈钢及其制备方法，以解决上述技术问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种盾构机刀圈钢，所述盾构机刀圈钢的化学成分质量百分比为：C:0.48％～0.80％、Cr:3.2％～5.8％、Ni:0.8％～3.5％、Mo:2.5％～4.5％、B:0.002％～0.01％、Co:0.5％～2.5％、V:0.5％～2.0％、Si:≤1.0％、Mn:≤1.0％、Nb:≤0.5％，余量为Fe和不可避免的杂质。其中，碳会提高钢的强度和硬度，但会降低塑性韧性，为了保证盾构机刀圈钢的工作要求，故将碳含量控制在0.48～0.8％之间；Cr是碳化物形成元素，在钢中与Fe形成无限固溶体，较高含量的Cr元素可以显著提高本专利技术钢材的抗高温氧化性能，保持热强性、硬度和耐磨性，延长模具的使用寿命，故将Cr的含量在3.2～5.8％之间；Ni与Cr元素协同，提高钢的抗高温、抗氧化性能，降低开裂问题；较高含量的Mo元素能增强盾构机刀圈钢的强度和耐磨性能力，并促进晶粒细化，改善其抗服役能力，增强其加工性能；Si的含量过高会导致钢的塑性、延展性和韧性下降，本专利技术将硅的含量控制在≤1.0％。
[0006]进一步地，上述盾构机刀圈钢的化学成分质量百分比为：C:0.52％～0.75％、Cr:3.8％～5.0％、Ni:1.1％～3.0％、Mo:3.1％～3.9％、B:0.004％～0.008％、Co:1.1％～1.9％、V:0.9％～1.6％、Si:≤0.5％、Mn:≤0.5％、Nb:≤0.2％，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0007]进一步地，上述盾构机刀圈钢的化学成分质量百分比为：C:0.64％、Cr:4.5％、Ni:2.2％、Mo:2.5～4.5％、B:0.006％、Co:1.5％、V:1.2％、Si:≤1.0％、Mn:≤1.0％、Nb:≤0.5％，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0008]本专利技术的另一专利技术目的在于提供一种盾构机刀圈钢的制备方法，包括以下步骤：
[0009]步骤一，按照上述盾构机刀圈钢的化学成分质量百分比，采用非真空感应和电渣重熔，再经锻造，制成毛坯；
[0010]步骤二，将工件加热至1050℃～1100℃，保温2小时～3小时，再转到淬火液中进行等温淬火，淬火液的温度为320℃～415℃，时间为90分钟～150分钟，然后回火处理，得到盾构机刀圈钢。
[0011]进一步地，步骤二中，上述淬火液的原料包括：硝酸钾6％～12％、硝酸钠15％～22％、亚硝酸钠20％～32％，余量为水。
[0012]进一步地，步骤二中，所述回火处理的次数为2次，回火处理的温度为550℃～600℃，回火后风冷，第一次回火保温时间为180分钟～210分钟，第二次回火保温时间为120分钟～150分钟。
[0013]进一步地，上述盾构机刀圈钢在热处理后在表面涂覆耐磨涂层。
[0014]进一步地，上述耐磨涂层的原料包括：石榴石微粉10份～20份、Co粉3份～8份、TiC2.5份～6份、TiN1.2份～3.5份、氟化钠0.5份～1.5份份、赤胶4份～12份、无水乙醇3份～18份。选用不同粒径范围的TiC、TiN，通过添加适量纳米TiC和TiN，对金属陶瓷材料的宏观力学性能进行改善，提高了其力学性能和耐磨性。
[0015]进一步地，上述TiC为粒径在≤0.1μm的纳米TiC和粒径在1～5μm的TiC以重量比(2.5～14):100混合的混合物；上述TiN为粒径在≤0.1μm的纳米TiN和粒径在1～5μm的TiN以重量比(4～15):100混合的混合物。
[0016]进一步地，上述耐磨涂层的具体涂覆工艺包括：按重量份将耐磨涂层的石榴石微粉、Co粉、TiC和TiN置于真空球磨机中低速球磨6～10小时，加入上述重量份的氟化钠、赤胶和无水乙醇，搅拌混合均匀，得到混合物；将热处理后的盾构机刀圈钢打磨干净，再将混合物涂覆于盾构机刀圈钢表面，干燥后采用激光扫描混合物，激光光斑的直径为6～12mm，扫描速度为160～250mm/min；再放到箱式炉内，160～220℃处理2小时，完成。
[0017]从上述的技术方案可以看出，本专利技术的优点是：
[0018]1.本专利技术通过对盾构机刀圈钢原料中各组成成分的选择和调控，以及加工工艺的改善，使制备得到的盾构机刀圈钢硬度(HRC)可达62～66之间，冲击韧性≥22J/cm2之间，并且耐磨性能优异；
[0019]2.本专利技术制备的盾构机刀圈钢在钢体基础上涂覆有耐磨层，可以提高盾构机刀圈钢的硬度和耐磨性能，大大提高了盾构机刀圈钢的使用寿命，经济效益高，适合大规模推广。
[0020]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将对本专利技术作进一步详细的说明。
具体实施方式
[0021]以下对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0022]实施例1
[0023]一种盾构机刀圈钢及其制备方法
[0024]盾构机刀圈钢的化学成分质量百分比为：C:0.52％、Cr:3.8％、Ni:2.1％、Mo:
3.1％、B:0.004％、Co:1.1％、V:1.4％、Si:≤0.5％、Mn:≤1.0％、Nb:≤0.2％，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0025]盾构机刀圈钢的制备方法，包括以下步骤：
[0026]步骤一，按照上述盾构机刀圈钢的化学成分质量百分比，采用非真空感应和电渣重熔，再经锻造，制成毛坯；
[0027]步骤二，将工件加热至1075℃，保温2.5小时，再转到淬火液中进行等温淬火，淬火液的温度为370℃，时间为120分钟，然后回火处理；上述淬火液的原料包括：硝酸钾9％、硝酸钠18％、亚硝酸钠26％，余量为水；上述回火处理的次数为2次，回火处本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种盾构机刀圈钢，其特征在于，所述盾构机刀圈钢的化学成分质量百分比为：C:0.48％～0.80％、Cr:3.2％～5.8％、Ni:0.8％～3.5％、Mo:2.5％～4.5％、B:0.002％～0.01％、Co:0.5％～2.5％、V:0.5％～2.0％、Si:≤1.0％、Mn:≤1.0％、Nb:≤0.5％，余量为Fe和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的盾构机刀圈钢，其特征在于，所述盾构机刀圈钢的化学成分质量百分比为：C:0.52％～0.58％、Cr:3.8％～4.5％、Ni:2.1％～3.0％、Mo:3.1％～3.9％、B:0.004％～0.008％、Co:1.1％～1.9％、V:1.4％～1.6％、Si:≤0.5％、Mn:≤1.0％、Nb:≤0.2％，余量为Fe和不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述的盾构机刀圈钢，其特征在于，所述盾构机刀圈钢的化学成分质量百分比为：C:0.60％～0.64％、Cr:5.2％～5.6％、Ni:0.80％～1.2％、Mo:1.6％～2.0％、B:0.002％～0.004％、Co:0.50％～0.80％、V:1.0％～1.2％、Si:0.8％～1.0％、Mn:0.4％
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0.6％、Nb:≤0.5％，余量为Fe和不可避免的杂质。4.一种根据权利要求1～3中任一项所述的盾构机刀圈钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，按照所述盾构机刀圈钢的化学成分质量百分比，采用非真空感应和电渣重熔，再经锻造，制成毛坯；步骤二，将工件加热至1050℃～1100℃，保温2小时～3小时，再转到淬火液中进行等温淬火，淬火液的温度为320℃～415℃，时间为90分钟～150分钟，然后回火处理，...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅永平，
申请(专利权)人：傅永平，
类型：发明
国别省市：