一种大尺寸盾构机轴承套圈用钢及其热处理方法
【技术领域】
[0002] 本发明涉及一种合金结构钢，属合金类（C22C)，适用于综合力学性能要求较高的 大尺寸盾构机轴承套圈用钢及其热处理方法。
【背景技术】
[0003] 随着城市建设的高速发展，大量的交通隧洞、城市地下铁道、供排水隧道和电缆隧 道等工程已建、在修或正在规划之中。盾构机作为盾构施工的主要施工机械，目前呈现大直 径化的发展趋势，上海的崇明隧道已经开始使用直径为15m的盾构机。而盾构机轴承套圈 作为盾构机轴承的主要部件，其尺寸也需要达到6m及以上。因此，大尺寸轴承套圈用钢在 具备高的疲劳强度、硬度、抗压强度、弹性极限、耐磨性以及耐腐蚀性能等性能基础上，还需 要具备高的淬透性、淬硬性以及一定的冲击韧性。根据国内外对于大型低速重载轴承套圈 用钢的使用情况，一般选用中碳合金轴承钢。中碳合金钢一般采用42CrMo,可以满足小尺寸 盾构机轴承套圈用钢的使用，而对于大尺寸盾构机轴承套圈用钢则需要进行合金化设计。
[0004] 由于盾构机特殊的工作环境，对于盾构机轴承套圈有着较高的要求。对于大尺 寸轴承套圈，其基体整体调质硬度需要在260HB~310HB，调质后的-20°c低温韧性平均值 Akv> 42J，接触滚道表面淬火硬度为59HRC~62HRC，同时具有一定的淬硬层。此外，实际生 产过程中，冷却介质的控制也是重要方面。目前对于满足大尺寸盾构机轴承套圈性能的用 钢未见报道。
[0005] 本发明就是一种盾构机轴承套圈用钢。采用成分设计后，轴承套圈用钢具有良好 的淬透性，经热处理后表面具有较高的硬度，实际生产冷却介质的控制工艺窗口宽(冷速在 10°C/s以上)，心部具有良好的韧性和适宜的硬度。从而能够满足盾构机轴承套圈用钢对 于外强内韧的力学性能要求。
【发明内容】
[0006] 本发明针对目前国内用于盾构机轴承套圈用钢的不足，提供一种大尺寸盾构机轴 承套圈用钢，在现有小尺寸盾构机轴承套圈用钢42CrMo的基础上，通过增加适量的Ni元素 以及C元素，得到了满足大尺寸轴承套圈用钢的对于淬透性，表面淬火硬度、心部韧性和硬 度的要求。
[0007] 为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：一种大尺寸盾构机轴承套圈 用钢，它是由如下的元素和含量组成(按重量百分比计）： C:0? 41-0. 45、Si:0? 17-0. 37、Mn:0? 60-0. 80、Cr:0? 90-1. 20、Mo:0? 15-0. 25、Ni: 0? 50-0. 70、P:彡 0? 015、S:彡 0? 003、H:彡 0? 00018、0 :彡 0? 0015 其余部分为Fe和正常的 杂质。
[0008] 本发明的另一目的是提供上述钢的热处理方法：具体包括以下步骤： 步骤1 :将材料加热直至充分奥氏体化，奥氏体化加热温度为925 °C，保温时间为 2.Omin/mm，而后将材料放入油中冷却至室温。
[0009] 步骤2 :步骤1处理后的材料再进行高温回火处理，加热温度为650°C，保温时间 3h，而后将材料放入空气中冷却至室温。测试处理后的材料的冲击韧性以及硬度（HB)，结果 如表1所示。
[0010] 步骤3 :将经过步骤2处理后材料进行表面感应加热淬火，加热速度为80-100°C/ s，加热温度到950°C，保温3s，再以10-100°C/s的冷却速度淬火至室温，得到大尺寸盾构机 轴承套圈用钢。
[0011] 进一步，所述大尺寸盾构机轴承套圈用钢具有良好的淬透性，端淬实验的淬硬层 深度达到40mm以上，比42CrMo高30mm;盾构机轴承套圈整体经调质热处理，表面经感应淬 火后，表面淬硬层组织为隐晶马氏体，基体组织为回火索氏体；表面具有较高的硬度，均值 为58. 5-60. 3HRC;心部具有良好的韧性，-20°C冲击韧性AKV均值为106J以上；硬度均值为 272-283HB。
[0012] 本发明的有益效果是：能够满足大尺寸盾构机轴承套圈用钢综合力学性能的要 求。
[0013] 1、将42CrM〇中的C含量偏上限控制，使材料在感应加热淬火后的硬度（HRC)大大 提高并达到要求。
[0014] 2、由于比42CrM〇中的Ni含量高，大大提高了材料的淬透性，能够满足材料对于淬 硬层的要求；此外，淬透性的提高，使轴承套圈表面在感应淬火时，冷却介质的容许冷速范 围增大，为实际生产提供较宽的工艺窗口。
[0015] 3、由于比42CrM〇中的Ni含量高，轴承套圈基体的低温冲击韧性并没有因为C元 素的加入而大幅度降低，保证能够满足对于高韧性的要求。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
[0017] 实施例1 : 一种大尺寸盾构机轴承套圈用钢，它是由如下的元素和含量组成(按重量百分比计）： C:0? 41、Si:0? 17、Mn:0? 60、Cr:0? 90、M〇 :0? 15、Ni:0? 50、P:彡 0? 015、S:彡 0? 003、H: 彡0. 00018、0 :彡0. 0015,其余部分为Fe和正常的杂质。利用端淬实验，测试材料的淬硬层 深度，结果如表1所示。
[0018] 步骤1 :将材料加热直至充分奥氏体化，奥氏体化加热温度为925°C，保温时间为 2.Omin/mm，而后将材料放入油中冷却至室温。
[0019] 步骤2 :步骤1处理后的材料再进行高温回火处理，加热温度为650°C，保温时间 3h，而后将材料放入空气中冷却至室温。测试处理后的材料的冲击韧性以及硬度（HB)，结果 如表1所示。
[0020] 步骤3 :将经过步骤2处理后材料进行表面感应加热淬火，加热速度为100°C/s， 加热温度到950°C，保温3s，再以10°C/s的冷却速度淬火至室温。测试处理后的材料的硬 度（HRC)，结果如表1所示。
[0021] 实施例2: 一种大尺寸盾构机轴承套圈用钢，它是由如下的元素和含量组成(按重量百分比计）： C:0? 43、Si:0? 25、Mn:0? 75、Cr:0? 95、Mo:0? 18、Ni:0? 59、P:彡 0? 015、S:彡 0? 003、H: 彡0. 00018、0 :彡0. 0015,其余部分为Fe和正常的杂质。利用端淬实验，测试材料的淬硬层 深度，结果如表1所示。
[0022] 步骤1 :将材料加热直至充分奥氏体化，奥氏体化加热温度为925°C，保温时间为 2.Omin/mm，而后将材料放入油中冷却至室温。
[0023] 步骤2 :步骤1处理后的材料再进行高温回火处理，加热温度为650°C，保温时间 3h，而后将材料放入空气中冷却至室温。测试处理后的材料的冲击韧性以及硬度（HB)，结果 如表1所示。
[0024] 步骤3 :将经过步骤2处理后材料进行表面感应加热淬火，加热速度为100°C/s， 加热温度到950°C，保温3s，再以50°C/s的冷却速度淬火至室温。测试处理后的材料的硬 度（HRC)，结果如表1所示。
[0025] 实施例3 : 一种大尺寸盾构机轴承套圈用钢，它是由如下的元素和含量组成(按重量百分比计）： C:0? 42、Si:0? 20、Mn:0? 65、Cr:L00、M〇 :0? 205、Ni:0? 55、P:彡 0? 015、S:彡 0? 003、H:彡0. 00018、0 :彡0. 0015,其余部分为Fe和正常的杂质。利用端淬实验，测试材料的淬 硬层深度，结果如表1所示。
[0026] 步骤1 :将