[發明專利]高硬度、高韌性掘進機刀圈用鋼ZW552的制備方法

在審

• 申請號: 201910167368.X
• 申請日: 2019-02-26
• 公開（公告）號: CN109957702A
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發明（設計）人: 曹立軍;劉道獻;趙偉東;董占坤;張長春;蔣大鵬;陳海桐;邵智勇;劉海坤;潘成明;關海龍
• 申請（專利權）人: 唐山志威科技有限公司
• 主分類號: C22C33/06
• 分類號: C22C33/06;C21C7/06;C21C7/10;C22B9/18;C21D8/00;C21D1/32;C21D1/18;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/22;C22C38/24;C22C38/26;C22C38/20;C
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本發明涉及一種高硬度、高韌性掘進機刀圈用鋼ZW552的制備方法，包括電爐冶煉、LF爐精煉、VD精煉、澆鑄電極坯、電極坯退火、電渣重熔、高溫均質化處理、鍛造、超細化處理、球化退火處理等步驟。通過對制備方法的改進結合組分含量的改變，使得大幅提高刀圈使用硬度的同時，不降低韌性，以滿足高硬度、高韌性、高耐磨性、使用條件苛刻等性能要求。

技術領域

本發明屬于鋼合金領域，具體涉及一種高硬度、高韌性掘進機刀圈用鋼ZW552的制備方法。

背景技術

掘進機刀圈作為盾構機工作部分的易損件，其成本約占隧道施工費的三分之一。目前，主流掘進機刀圈材料主要為H13(4Cr5MoSiV1)基礎上增加百分之十碳含量的衍生鋼種，且生產流程主要為直接拔長或鐓拔方式，成分與生產流程差異導致強度與韌性不能滿足硬質巖層的工作，使用壽命達不到高端刀具要求，造成成本和效率的浪費。通過提高C、Mo等元素含量，降低Si、V含量，并添加微量元素Nb，同時控制殘余元素Ti。并進行電渣重熔、高溫均質化處理、三維鍛造、超細化處理、球化退火等，提高材料強度、硬度、韌性的同時，改善等向性，解決以上技術問題，可應用于高端掘進機刀圈。

發明內容

本發明通過提出一種高硬度、高韌性掘進機刀圈用鋼ZW552的制備方法。

其中ZW552為本發明鋼的牌號名稱。

采用成分優化設計、合理設計微觀結構及所述的制備方法，高溫擴散技術、特殊的鍛造技術、超細化處理技術、球化退火技術的應用，有效改善大塊狀液析碳化物、帶狀組織及球化組織均勻性、二次碳化物形態及分布均勻性及C、合金含量，為淬火提供良好的預備組織，從而提高鋼硬度的同時，韌性無明顯變化，解決背景技術存在的上述問題。

具體通過如下技術手段實現：

(1)電爐冶煉，按照掘進機刀圈用鋼ZW552組分含量進行廢鋼和合金料的配料，在電爐中熔化冶煉，溫度為1635～1655℃時氧化扒渣，扒渣后加入硅鐵合金、石灰和螢石，出鋼溫度為1645～1675℃，出鋼過程中加鋁進行脫氧；出鋼后在線喂鋁線，喂鋁量1m/t，喂線速度≥120m/min。

其中所述高硬度、高韌性掘進機刀圈用鋼ZW552的化學成分按質量百分比含量計為：C 0.45-0.55％，Si≤0.30％，Mn 0.30-0.50％，Cr 4.80-5.50％，Mo 2.00-2.40％，V0.50-0.70％，Nb 0.005-0.080％，P≤0.015％，S≤0.003％，Ni≤0.020％，Cu≤0.010％，Ti≤0.005％，余量為Fe和不可避免的雜質。

(2)LF爐精煉，入LF爐后接通氬氣，氬氣壓力0.6-0.9Mpa，隨后送電升溫，加入石灰和螢石調整爐渣流動性，采用碳粉和鋁粒擴散脫氧，加熱保溫時間為10～20min，渣白后取樣分析，白渣保持時間為30～50min，取樣分析完畢后根據分析結果進行成分微調，LF爐出鋼溫度為1675～1685℃；

(3)VD精煉，鋼包到位后喂硅鈣線，喂線量1.2m/t，隨后抽真空，極限真空度＜67Pa，保持該極限真空度16～35min，破真空后取樣分析，成分合格后軟吹入氬氣至吊包，軟吹氬氣的時間為15～30min，吊包溫度為1545～1565℃；

(4)澆鑄電極坯，預熱錠模為150～250℃，然后對錠模充入氬氣，每個錠盤充氬氣時間為3～5min，然后撤出氬氣管，用蓋子將錠模蓋好后進行澆鑄，澆鑄全過程采用加掛石棉布的氬氣保護澆鑄件進行保護，氬氣保護流量為18～28m³/h，澆鑄時間為4～8min，電極坯直徑為450～530mm，3～5h后脫模；

(5)電極坯退火，退火溫度710～760℃，保溫時間1～1.5min/mm，爐冷至300～350℃后出爐；