[0001]
本发明涉及隧道挖掘设备技术领域，具体为一种硬岩掘进机滚刀圈材料。
背景技术：
[0002]
硬岩掘进机tbm是一种挖掘隧道的重型装备，其重要部件是与岩石直接接触的前置滚刀圈（易损件）。它在一定推力下与岩石碾压至岩石破碎，再由运输机运出，从而达到掘进的目的。
[0003]
岩层（石）一般分为四类ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ，ⅰ、ⅱ类属硬岩层，要求滚刀圈在耐磨的情况必须要有高硬hrc>58。ⅲ、ⅳ类属于较软岩层，要求硬度在hrc55左右可用，随着我过经济建设的快速发展，交通的便利与否直接制约经济的发展，交通的快捷便利直接驱动经济的快速发展。
[0004]
我国现有的隧道挖掘装备常使用tbm掘进机有两种，其核心部件是与岩石直接接触的前置滚道圈（易损件），它在一定压力下与岩石碾压至岩石破碎，再由输运机运出，从而达到掘进的目的，要求其滚刀圈要有足够的硬度，高的耐磨性，同时还要具备有高的强韧性，我国常使用的这两种掘进机热处理后的刀圈硬度较低hrc52-55，当遇到二类或二类以上的岩石如玄武岩、石斑岩、花岗岩时，由于硬度不足（hrc﹤58）造成刀圈严重堆边并快速磨损报废，工程进度无法保证，设备磨损消耗费用较大。
技术实现要素：
[0005]
本发明的目的在于提供一种硬岩掘进机滚刀圈材料，以解决上述背景技术中提出的问题。
[0006]
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种硬岩掘进机滚刀圈材料，所述盾构机刀圈的硬度可达到hrc：60～62之间，制造所述盾构机刀圈材料的组成元素成分含有：0.6～0.68wt%的c，0.7～1.10wt%的si，0.20～0.50wt%的mn，≤0.03wt%的p，≤0.02wt%的s，6.00～7.00wt%的cr，2.00～2.80wt%的mo，0.90～1.20wt%的v，0.15～0.25wt%的nb，≤0.25wt%的cu，计算得出的适量re，余量为fe。
[0007]
优选的，所述盾构机刀圈材料的组成元素成分包括：0.62～0.66wt%的c，0.8～1.00wt%的si，0.30～0.45wt%的mn，≤0.02wt%的p，≤0.01wt%的s，6.20～6.80wt%的cr，2.20～2.60wt%的mo，0.95～1.10wt%的v，0.15～0.25wt%的nb，≤0.25wt%的cu，0.02～0.05wt%的re，余量为fe。
[0008]
优选的，所述盾构机刀圈材料的组成元素成分包括：0.66wt%的c，0.98wt%的si，0.38wt%的mn，0.016wt%的p，0.001wt%的s，6.31wt%的cr，2.2wt%的mo，1wt%的v，0.15wt%的nb，0.06wt%的cu，0.05wt%的re，余量为fe。
[0009]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该硬岩掘进机滚刀圈材料，通过材料元素上的改进，热处理后钢的硬度可达到hrc60～62,此钢为中性用钢，介于冷作模具钢和热作模具钢中间，既有冷作模具钢的高硬度，良好的耐磨性能，同时又具备了热作模具钢的强韧
性，此钢的冷热加工性能优良，热处理变形小，适用于制造高负荷重载的冷碾压，挤压工具，对工程进度起到了良好的保障，减少了设备的损耗。
具体实施方式
[0010]
下列实施例是对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0011]
关于现有技术中牌号h13的滚刀圈得到广泛使用，滚刀圈材料的典型成分如下见表1，钢其热处理淬火十回火后的硬度hrc52—55，在使用过程中当遇到ⅰ、ⅱ类硬岩，由于其硬度较低hrc≈55,对硬岩的碾碎能力较弱，造成快速磨损，堆边报废。
[0012]
表1现有技术的滚刀圈材料为牌号h13典型成分如下（%）元素csimncrmovpsh130.401.000.405.001.401.00≤0.030≤0.030另一种是h13改良钢号，是在h13钢中略提高含碳量，使其在热处理后硬度能达到hr56～58，元素成分见表2，在使用过程中当遇到ⅲ、ⅳ类软岩时效果优于h13，但在ⅰ、ⅱ类岩时其使用效果与h13一致。
[0013]
表2 h13 改良钢典型成份如下（%）元素csimncrmovh13+c0.501.000.405.001.401.00为了解决当遇到ⅱ类及以上岩层，刀圈硬度软的问题，市场上还采用了冷作模具钢 cr8mo2vsi 材料试验，元素成分见表3，热处理后硬度能达到hrc61～63，在使用过程发现其耐磨性，对硬岩层的碾碎效果较好，但强韧性明细不足，由40～30%的滚刀圈蹦刃，个别的断裂。
[0014]
表3 cr8mo2vsi材料典型成分如下：（%）元素csimncrmovcr8mo2vsi1.001.000.408.002.400.30本发明新材料的成份组成理论依据：一种硬岩掘进机滚刀圈材料，其特征在于，所述盾构机刀圈的硬度可达到hrc：60～62之间，制造所述盾构机刀圈材料的组成元素成分含有：0.6～0.68wt%的c，0.7～1.10wt%的si，0.20～0.50wt%的mn，≤0.03wt%的p，≤0.02wt%的s，6.00～7.00wt%的cr，2.00～2.80wt%的mo，0.90～1.20wt%的v，0.15～0.25wt%的nb，≤0.25wt%的cu，计算得出的适量re，余量为fe；碳（c）是保证材料硬度的基体元素，低碳钢硬度达不到要求，而高碳钢硬度能达到要求。其强韧性却随着含碳量的增加而降低，经参考有关资料和实践碳c含量定为0.60～0.68%为宜；铬（cr）是碳化物形成元素，在钢中以cr23c6型碳化物存在，钢加热到1100℃以上，cr的碳化物大量溶入奥氏体中，提高了钢的淬透性，与h13比较适当提高cr，可提高热加工过程的抗氧化性，耐磨性和抗腐蚀性，cr含量设定为6.00%～7.00%；钼（mo）是碳化物形成元素，主要碳化物为（fe、mo）6c存在，即可提高钢的淬透性，又能
明显提高强化回火时的二次硬化效果，同时mo还能降低共晶碳化物的不均匀度，从而提高了钢的强韧性，mo定位2.00%～2.80%；钒(v)也是碳化物形成元素，少量的加入可以细化晶粒，加入1.00%左右以上的v可形成高硬度的vc，回火时可强烈引起二次硬化，提高钢的耐回火性，增加耐磨性，v含量定为0.90%～1.20%；加入1%左右的硅（si）是为了强化基体，提高钢的回火稳定性，si含量定为0.70%～1.10%；加入适量的铌（nb）主要是为了细化晶粒，并能提高韧性和改善工艺性能nb含量定为0.15%～0.25%；加入适量的稀土（re）元素，可明显改善其热加工性能；余量铁（fe）。
[0015]
材料在非真空感应炉、电渣重熔、高温回火、锻造、球化退火、机加工、真空热处理后制成成品。
[0016]
实施例1本实施例涉及掘进机滚刀圈的制备，该掘进机滚刀圈的制备包括以下步骤：1、冶炼工艺，非真空感应炉加电渣重熔，化学成分符合表4；2、锻造工艺，装炉温度≤750℃，780～800℃预热1h在升温；加热温度1120～1150℃，始锻温度1100～1140℃，终锻温度≥900℃，锻后缓冷（沙冷或坑冷）及时球化退火；3、退火工艺，球化退火840～860℃持续2～4h炉冷却至730～750℃持续5～6h，在冷却到500℃出炉空冷，退火后的硬度hb≤241，晶体度≥6级；4、按图纸半精加工，内经留有余量；5、真空热处理，600℃预热2h，850℃预热1.5h，1100
±
20℃预热1h淬火，回火540℃*4h空冷，回火两次第二次降温10℃；按以上技术方案试制刀圈，所得产品检测数据见表4。
[0017]
表4本发明材料的制品检测数据csimnpsnicrmowvcu0.660.980.380.0160.0010.206.312.100.520.990.06材料在非真空感应炉、电渣重熔、高温回火、锻造、球化退火、机加工、真空热处理后成品硬度稳定在hrc60～62之间。
[0018]
2019年在新疆中水三局abh输水隧洞ⅲ标工程现场测试报告数据。
[0019]
实施例2本实施例涉及掘进机滚刀圈的制备，该掘进机滚刀圈的制备包括以下步骤：1、冶炼工艺，非真空感应炉加电渣重熔，化学成分符合表5；2、锻造工艺，装炉温度≤750℃，780～800℃预热1h在升温；加热温度1120～1150℃，始锻温度1100～1140℃，终锻温度≥900℃，锻后缓冷（沙冷或坑冷）及时球化退火；3、退火工艺，球化退火840～860℃持续2～4h炉冷却至730～750℃持续5～6h，在冷却到500℃出炉空冷，退火后的硬度hb≤241，晶体度≥6级；4、按图纸半精加工，内经留有余量；5、真空热处理，600℃预热2h，850℃预热1.5h，1100
±
20℃预热1h淬火，回火540℃*4h
空冷，回火两次第二次降温10℃；按以上技术方案试制刀圈，所得产品检测数据见表5。
[0020]
表5本发明材料的制品检测数据csimnpsnicrmowvcu0.621.020.360.020.0090.206.522.000.481.030.04材料在非真空感应炉加电渣重熔以及高温回火、锻造、球化退火、机加工、真空热处理后成品硬度稳定在hrc60～62之间。
[0021]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。