[發明專利]一種高性能TBM用盤形滾刀熱處理工藝

有效

• 申請號: 201610293217.5
• 申請日: 2016-05-05
• 公開（公告）號: CN107345267B
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 孫明月;趙正陽;徐斌;高金柱;夏立軍;李殿中
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C21D9/22
• 分類號: C21D9/22;C21D1/18;C22C38/18;C22C38/08;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/12
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明屬于熱處理領域，具體地說是一種高性能TBM用盤形滾刀熱處理工藝。熱處理工藝包括以下步驟：1)鋼材鍛后退火處理；2)調質前雙細化熱處理工藝：將鍛件加熱至1030～1060℃，保溫2～3h，重復前述工藝后加熱至850～870℃，保溫2～3h，降溫至730～740℃，保溫4～5h，爐冷；3)淬火處理：將工件加熱至1030～1060℃，保溫2～3h后油淬；回火處理：將工件加熱至540～560℃，保溫1.5～2.5h后空冷至室溫，重復回火一次。通過本發明工藝得到的TBM用盤形滾刀，碳化物細小彌散分布于基體上，晶粒尺寸均勻細小，碳化物和晶粒尺寸得到了雙細化。同時，盤形滾刀具有高的硬度，良好的耐磨性和抵抗沖擊的性能，有效地提高了盤形滾刀的使用壽命。

技術領域

本發明屬于熱處理領域，具體地說是一種高性能TBM用盤形滾刀熱處理工藝，它適用于高性能TBM用盤形滾刀的生產制造過程。

背景技術

TBM(Tunnel boring machine)為全斷面隧道掘進機，一般用于硬質巖層的掘進。盤形滾刀為TBM的關鍵零部件，固定在TBM刀盤上，在工作過程中直接與巖層相接觸，通過對巖層的擠壓作用來進行破巖動作，通過刀盤的旋轉帶動刀盤上刀具刮蹭巖石使破碎的巖石脫落。TBM工作過程中承受高達260～330KN的載荷，TBM常以磨損、斷裂形式失效，同時亦存在高載荷下導致的壓潰、崩刃等其他的失效形式。刀圈的失效會迫使盾構機停止作業，而頻繁的換刀不僅會延誤施工工期，同時也會增加盾構機施工成本。

隨著隧道掘進技術在“海綿城市”、“地下管廊(網)”及“跨海隧道”建設中的應用，復雜的地下巖層對盤形滾刀的性能提出了更高的要求，盤形滾刀工作中要具有較好的耐磨性能，同時也必須具有較高的抵抗沖擊的性能。傳統的刀圈熱處理工藝為淬火加高溫回火，多在回火溫度上調控以控制硬度和韌性的匹配關系，對于鋼中碳化物、晶粒尺寸的控制要求較少，而滾刀刀圈的耐磨性、抗沖擊性能與碳化物和晶粒尺寸的大小有著直接的關系。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種高性能TBM用盤形滾刀熱處理工藝，解決現有技術中碳化物形貌、尺寸及分布的不合理，晶粒尺寸粗大、不均勻等嚴重降低盤形滾刀使用壽命的問題。

本發明的技術方案是：

一種高性能TBM用盤形滾刀熱處理工藝，該TBM用盤形滾刀成分與質量百分比為：碳0.46～0.58％；硅0.80～1.20％；錳0.20～0.60％；鉻4.50～5.80％；鎳0.15～0.40％；鉬1.15～1.55％；釩0.85～1.40％；磷小于0.02％；硫小于0.01％；余量為鐵；

TBM用盤形滾刀的熱處理工藝包括以下步驟：

1)鍛后熱處理工藝

將盤形滾刀以最大220℃/h加熱至850～870℃，保溫2～3h后，以最大40℃/h緩冷至最高溫度580～600℃，隨爐冷卻至室溫；

2)調質前雙細化熱處理工藝

首先，將盤形滾刀以最大220℃/h加熱至1030～1060℃，保溫2～3h，以100～150℃/h快冷至溫度300～320℃；其次，將盤形滾刀以最大220℃/h加熱至1030～1060℃，保溫2～3h，以100～150℃/h快冷至溫度300～320℃；然后，將盤形滾刀以最大220℃/h加熱至850～870℃，保溫2～3h，以50～100℃降溫至730～740℃，保溫4～5h，隨爐冷至室溫；

3)調質熱處理工藝

淬火工藝：將盤形滾刀以最大220℃/h加熱至1030～1060℃，保溫2～3h，盤形滾刀出爐進行油淬至室溫；

回火工藝：首先，將盤形滾刀放入爐中以最大300℃/h加熱至540～560℃，保溫1.5～2.5h，空冷至室溫；然后，將盤形滾刀以最大300℃/h加熱至540～560℃，保溫1.5～2.5h，空冷至室溫。