[发明专利]一种高性能滚刀刀圈材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高性能滚刀刀圈材料及其制备方法，该方法通过熔炼、浇铸—电渣重熔—均匀化退火—锻造—球化退火—淬火—回火等步骤制备了化学元素百分含量为：C为0.55％～0.70％，Si≤0.40％，Mn≤0.50％，Cr为5.30％～6.75％，Mo为2.0％～3.0％，V为0.60％～0.95％，S与P的总含量≤0.025％，余量为铁的高性能滚刀刀圈用材料，采用该材料制备的高性能滚刀刀圈韧性好、硬度高等特点，相比原来材料制备的刀圈，明显提高了滚刀刀圈的耐磨性能和施工效率，延长了滚刀刀圈的使用寿命，大大缩短了工期。

技术领域

本发明涉及盾构机滚刀刀圈，属于盾构机部件技术领域。具体涉及一种高性能滚刀刀圈材料及其制备方法。

技术背景

盾构机广泛应用于隧道工程的建设中。盾构机在掘进过程中，刀盘上的滚刀刀圈与岩石直接接触，刀圈在纵向推力的作用下，通过碾压作用对岩石进行破碎。滚刀刀圈是盾构机施工的关键部件和易损部件，在施工过程中工作环境恶劣，消耗量极大，且因刀具失效而造成频繁停机换刀，增加了施工成本、减慢了施工进度。因此，在隧道工程快速发展的条件下，滚刀刀圈的磨损机理及抗磨损性能的提高一直是该领域中研究的热点。

刀圈磨损形式多样，且刀圈材料的摩擦磨损性能是复杂的系统性能，导致刀圈材料磨损问题一直是盾构领域的技术难题。目前常用的滚刀刀圈材料为H13以及以H13钢为基开发的系列钢等材料，H13系列钢刀圈硬度偏低并且组织中缺乏弥散分布的硬质析出相，以致在高磨蚀性的硬岩底层掘进时，因此，H13系列钢滚刀刀圈在使用时出现磨损迅速，寿命偏低，且经常出现异常崩裂等破坏。因此，在采用H13系列钢制备滚刀刀圈时延长刀圈寿命是需要解决的关键问题，但是目前为了延长滚刀刀圈的使用寿命，多采取单一提高H13钢刀圈的硬度以获得更高的耐磨性，但同时却加剧了刀圈韧性的降低，使得刀圈更容易发生崩刃、断裂等异常损坏，增加了刀圈消耗、施工的成本与工期。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种高性能滚刀刀圈材料及其制备方法，该滚刀刀圈纯净度高、碳化物弥散分布，组织均匀，具有优秀的综合力学性能指标。

本发明是通过以下技术方案实现的

一种高性能滚刀刀圈材料，以质量百分含量表示，所述高性能滚刀刀圈材料的化学元素组成为：C为0.55％～0.70％，Si≤0.40％，Mn≤0.50％，Cr为5.30％～6.75％，Mo为2.0％～3.0％，V为0.60％～0.95％，S与P的总含量≤0.025％，余量为铁。

所述的高性能滚刀刀圈材料，以质量百分含量表示，所述高性能滚刀刀圈材料的化学元素组成为：C为0.62％，Si为0.35％，Mn为0.43％，Cr为6.75％，Mo为2.67％，V为0.90％，S与P的总含量≤0.025％，余量为铁。

一种上述高性能滚刀刀圈材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)按照上述的合金化学元素质量百分比，计算配比原料；准备生铁，以及铬铁、锰铁、钼铁、钒铁；

(2)熔炼、浇铸：

a：将步骤(1)准备的生铁加入到感应电炉中，调节电炉中熔池的温度为1550±10℃，然后向电炉的熔池中加入脱碳剂、脱硫剂及脱氧剂对熔化的原料铁进行脱碳、脱硫及脱氧处理；

b：待脱碳、脱硫、脱氧工序完成后，将熔池的温度升至1600℃～1620℃，在该温度条件下保温5～10min；保温完成后，向电炉的熔池中加入铬铁及锰铁，待加入的铬铁、锰铁完全熔化后，向电炉的熔池中加入脱氧剂进行二次脱氧；然后，再向电炉的熔池中加入钼铁和钒铁，加入的钼铁与钒铁完全熔化，即得到合金钢溶液；