[发明专利]一种高强高韧盾构机主驱动螺柱材料及制备方法

说明书

本发明提供了一种高强高韧盾构机主驱动螺柱材料及制备方法，包括以下重量百分比的组分：C：0.11‑0.17%，Si：0.2‑0.4%，Mn：0.38‑0.58%，Cr：1.45‑1.75%，Ni：4.5‑5.2%，W：0.9‑1.3%，V：0.07‑0.12%，稀土元素RE：0.03‑0.04%，Ti：0.04‑0.08%，Nb：0.01‑0.02%，S：≤0.02%，P：≤0.02%，余量为铁。本发明采用酸洗、淬火、回火、滚丝碾牙、去应力处理和表面处理等工艺，对螺柱进行处理，采用碾牙处理，冷加工塑性变形不会对热处理后的组织产生影响，提高了材料的强度和韧性。

技术领域

本发明涉及盾构机领域，具体涉及一种高强高韧盾构机主驱动螺柱材料及制备方法。

背景技术

双头螺柱是盾构机主驱动重要连接部件，配有螺母、垫片的圆柱形双头螺纹紧固件，由两头螺纹与螺杆组成。目前所用的技术为对中碳合金结构钢进行退火、酸洗、抽线、成型、碾牙、热处理等过程。目前在主驱动上使用中螺柱存在强度不够、韧性不足等缺陷，工程应用过程中易出现螺柱疲劳断裂和螺纹变形等强度欠缺问题，因此开发设计一种兼具强度和韧性的螺柱材料及制备方法迫在眉睫。

发明内容

本发明提出了一种高强高韧盾构机主驱动螺柱材料及制备方法，使得主驱动螺柱兼具高强高韧耐腐蚀的特点，解决高载荷冲击、强剪切力作用下螺柱损坏量大的问题。

实现本发明的技术方案是：

一种高强高韧盾构机主驱动螺柱材料，包括以下重量百分比的组分：C：0.11-0.17%，Si：0.2-0.4%，Mn：0.38-0.58%，Cr：1.45-1.75%，Ni：4.5-5.2%，W：0.9-1.3%，V：0.07-0.12%，稀土元素RE（Sc）：0.03-0.04%，Ti：0.04-0.08%，Nb：0.01-0.02%，S：≤0.02%，P：≤0.02%，余量为铁。

本发明选用一种低碳合金钢，较低的碳含量与碳当量保证了热处理后螺柱材料具有较好的韧性抗疲劳性，满足主驱动拉拔螺柱的工况与实际使用情况。

微量元素Nb、V等强碳化物形成元素的加入，可保证钢在碳当量较低时，通过其碳化物、氮化物及碳氮化物质点（尺寸小于5nm）的弥散析出及Nb、V等元素的固溶，细化晶粒，极大提升钢的强度、韧性，特别是低温韧性（对于极端装备高寒地区主驱动螺柱的使用），碳化物、氮化物的形成也巩固了微量元素加入带来沉淀强化的效果。

稀土元素RE(钪Sc）的加入，使得组织晶粒得到明显细化，改善合金的微观组织，使微观组织由粗大树枝晶转变为细小等轴晶，达到细化晶粒的效果，Sc元素和合金元素凝固时，热处理过程中析出次生细小、弥散的合金相，钉扎位错和晶界，阻碍位错的运动和晶界的迁移，显著提高材料的耐腐蚀性，进一步提升材料的抗拉强度和屈服强度，少许降低材料的塑性指标。

所述的高强高韧盾构机主驱动螺柱材料的制备方法，步骤如下：

（1）螺柱毛坯锻造成型，之后粗加工形成棒状粗坯；锻造采用近净成形闭式模锻工艺，高温高压快速成型，保留金属纤维连续性，可获得细小、均匀的晶粒组织，减少组织偏析，提高锻件机械性能，且材料利用率高，节约成本；

具体步骤：预热模具300℃-2h；设置锻压参数（包括锻压速率，坯料参数）；锻压开始，基本成形阶段，凸模向下移动△H1；充满型槽阶段，凸模向下移动△H2；形成纵向毛刺阶段，凸模向下移动△H3；

（2）对步骤（1）得到的棒状粗坯进行酸洗处理；

（3）将步骤（2）酸洗处理后的棒状粗坯依次进行淬火处理和回火处理；

（4）将步骤（3）回火处理后的螺柱粗坯进行精车加工，精车加工后进行滚丝碾牙、去应力处理和表面处理。