[发明专利]高Cr铸造掘进机刀具钢及其制造工艺

说明书

本发明涉及一种高Cr铸造掘进机刀具钢，该刀具钢的化学成分按重量百分比为：C:0.30～0.55；Cr:8.0～12.0；Mo:1.2～3.0；Ni:0.5～1.8；V:0.6～1.0；Mn:0.1～0.4；Si:0.6～0.8；N:0.04～0.30；S≤0.005；P≤0.03；余量为Fe。该刀具钢制造工艺如下：首先通过精密铸造得到刀具的近终形毛坯，然后进行热处理，再经过精加工之后直接得到成品。本发明在硬度、冲击韧性、延伸率都达到国产锻造掘进机刀具钢水平的同时，提高了屈服强度和抗拉强度；提高了抗氧化腐蚀能力、抗热疲劳性能和耐磨粒磨损性；缩短了生产周期，降低了生产成本。

技术领域

本发明属于刀具钢制造技术领域，涉及一种新型高Cr铸造掘进机刀具钢及其制造工艺。

背景技术

刀具为掘进机破岩掘进的关键部件，也是易耗品。在硬岩情况下，掘进机刀具每月换刀200余把；广州地铁7号线由汉溪长隆到鹤庄单线隧道长1739米，大部分区间岩石为硬岩，此区间左右线施工工程中累计更换单刀1097把、双刀92把，单纯刀具的成本就占施工成本的很大一部分，同时还严重影响施工进度(每更换一把刀需要1小时左右时间)，所以说刀具的质量直接影响TBM的破岩能力和掘进速度。

目前我国掘进机刀具水平不高，90％的刀具依赖于进口，主要进口刀具厂家有美国的罗宾斯公司，德国的维尔特公司，日本的三菱重工，加拿大的罗浮特公司等，其中罗宾斯公司和维尔特公司的产品占领了50％的市场，表1为罗宾斯公司和维尔特公司所生产刀具的实际测试成分，其Cr含量均在5.5％以下。近年来，国内的掘进机刀具生产公司也纷纷起步(各成分如表2所示)，如中国盾构工程刀具有限公司、洛阳九久科技股份有限公司、中铁隧道装备制造有限公司等，但是大部分还处于仿制阶段，较难达到进口刀具的标准。

表1国外常用掘进机刀具的化学成分实测

表2国内部分掘进机刀具的化学成分

表3罗宾斯和维尔特掘进机刀具钢的力学性能

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有良好韧性的高强度、高硬度的高Cr铸造掘进机刀具钢及其制造工艺，该刀具钢具有较好的抗热机疲劳、耐磨损和抗断裂性能，使用寿命长。

为了解决上述技术问题，本发明的高Cr铸造掘进机刀具钢，其化学成分按重量百分比为：C:0.30～0.55；Cr:8.0～12.0；Mo:1.2～3.0；Ni:0.5～1.8；V:0.6～1.0；Mn:0.1～0.4；Si:0.6～0.8；N:0.04～0.30；S≤0.005；P≤0.03；余量为Fe。

上述高Cr铸造掘进机刀具钢的制作工艺如下：首先采用中频感应电炉不氧化法炼钢工艺铸造，然后经过热处理得到刀具钢成品。

铸造工艺如下：

生铁、废钢熔清后，按设定的重量百分比加入Cr-Fe合金、Mo-Fe合金、Ni-Fe合金，出钢前加入钒氮合金；在1600～1650℃时，加入0.05～0.06质量百分比的纯Al进行预脱氧；钢液出炉后浇入放置0.04～0.06质量百分比Al的钢包中，当钢包中的钢液温度下降到1500～1600℃时，浇注到SiO₂楔形砂型中，冷却后得到高Cr铸造掘进机刀具钢试样。

热处理工艺如下：

(1)均匀化处理工艺：将试样置于氩气保护气氛炉中以每小时不超过250摄氏度的加热速度加热到1210～1250摄氏度，保温[180+试样厚度(mm)×(1～2)]分钟，随后炉冷到室温；