[發明專利]高Cr鑄造掘進機刀具鋼及其制造工藝

有效

• 申請號: 201711189736.8
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN107881435B
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發明（設計）人: 王金國;房欽平;姜啟川;閆瑞芳;王慧遠
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C22C38/44
• 分類號: C22C38/44;C22C38/46;C22C38/04;C22C38/02;C22C33/06;C21D1/18;C21D1/74;C21D9/22
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王淑秋

本發明涉及一種高Cr鑄造掘進機刀具鋼，該刀具鋼的化學成分按重量百分比為：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；余量為Fe。該刀具鋼制造工藝如下：首先通過精密鑄造得到刀具的近終形毛坯，然后進行熱處理，再經過精加工之后直接得到成品。本發明在硬度、沖擊韌性、延伸率都達到國產鍛造掘進機刀具鋼水平的同時，提高了屈服強度和抗拉強度；提高了抗氧化腐蝕能力、抗熱疲勞性能和耐磨粒磨損性；縮短了生產周期，降低了生產成本。

技術領域

本發明屬于刀具鋼制造技術領域，涉及一種新型高Cr鑄造掘進機刀具鋼及其制造工藝。

背景技術

刀具為掘進機破巖掘進的關鍵部件，也是易耗品。在硬巖情況下，掘進機刀具每月換刀200余把；廣州地鐵7號線由漢溪長隆到鶴莊單線隧道長1739米，大部分區間巖石為硬巖，此區間左右線施工工程中累計更換單刀1097把、雙刀92把，單純刀具的成本就占施工成本的很大一部分，同時還嚴重影響施工進度(每更換一把刀需要1小時左右時間)，所以說刀具的質量直接影響TBM的破巖能力和掘進速度。

目前我國掘進機刀具水平不高，90％的刀具依賴于進口，主要進口刀具廠家有美國的羅賓斯公司，德國的維爾特公司，日本的三菱重工，加拿大的羅浮特公司等，其中羅賓斯公司和維爾特公司的產品占領了50％的市場，表1為羅賓斯公司和維爾特公司所生產刀具的實際測試成分，其Cr含量均在5.5％以下。近年來，國內的掘進機刀具生產公司也紛紛起步(各成分如表2所示)，如中國盾構工程刀具有限公司、洛陽九久科技股份有限公司、中鐵隧道裝備制造有限公司等，但是大部分還處于仿制階段，較難達到進口刀具的標準。

表1國外常用掘進機刀具的化學成分實測

表2國內部分掘進機刀具的化學成分

表3羅賓斯和維爾特掘進機刀具鋼的力學性能

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種具有良好韌性的高強度、高硬度的高Cr鑄造掘進機刀具鋼及其制造工藝，該刀具鋼具有較好的抗熱機疲勞、耐磨損和抗斷裂性能，使用壽命長。

為了解決上述技術問題，本發明的高Cr鑄造掘進機刀具鋼，其化學成分按重量百分比為：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；余量為Fe。

上述高Cr鑄造掘進機刀具鋼的制作工藝如下：首先采用中頻感應電爐不氧化法煉鋼工藝鑄造，然后經過熱處理得到刀具鋼成品。

鑄造工藝如下：

生鐵、廢鋼熔清后，按設定的重量百分比加入Cr-Fe合金、Mo-Fe合金、Ni-Fe合金，出鋼前加入釩氮合金；在1600～1650℃時，加入0.05～0.06質量百分比的純Al進行預脫氧；鋼液出爐后澆入放置0.04～0.06質量百分比Al的鋼包中，當鋼包中的鋼液溫度下降到1500～1600℃時，澆注到SiO₂楔形砂型中，冷卻后得到高Cr鑄造掘進機刀具鋼試樣。

熱處理工藝如下：

(1)均勻化處理工藝：將試樣置于氬氣保護氣氛爐中以每小時不超過250攝氏度的加熱速度加熱到1210～1250攝氏度，保溫[180+試樣厚度(mm)×(1～2)]分鐘，隨后爐冷到室溫；