[发明专利]一种高韧性铁合金及其制备方法和应用

说明书

本发明属于合金技术领域，具体涉及一种高韧性铁合金及其制备方法和应用。本发明提供的高韧性铁合金，包括如下质量百分含量的元素组分：0.5～0.65％C，1.80～2.4％Cr，0.6～1.2％Ni，0.4～0.7％Si，0.5～1.1％Mo，0.15～0.4％V，0～0.03％P，0～0.03％S和余量的Fe。本发明提供的高韧性铁合金中较低含量的Si避免了合金材料发生脱碳，提高耐磨性的同时保持了一定的韧性；较高含量的Ni提高了合金的韧性；V与C形成的VC使合金具有较高的硬度和韧性；Mo能够使合金的晶粒细化，提高合金淬透性和热强性，保证合金在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力，提高合金的硬度和韧性。

技术领域

本发明属于合金技术领域，具体涉及一种高韧性铁合金及其制备方法和应用。

背景技术

盾构机是专用于硬质岩层掘进的超大型机械设备，盾构机利用刀盘上固定的可更换式盘形滚刀对岩石进行贯入、碾压，进而逐步贯通隧洞。刀圈作为盾构机最关键的用量最大的耗材，其使用成本可以占到隧道施工总成本的三分之一。在硬岩地质条件下进行施工，盾构机的刀圈需要承受剧烈的冲击与摩擦，使得刀圈极易发生磨损及崩刃失效。

目前，主流掘进机刀圈材料为H13(4Cr5MoSiV1)的衍生钢种，其具备一定的强度与韧性。但是，随着我国隧道掘进工程项目的发展，对盾构机刀圈的韧性和使用寿命提出了更高的要求。现阶段主要推荐选用CG-2钢(6Cr4Ni2Mo3WV)和ASTM-S5钢(6CrMnSi2Mo1V)为盾构机刀圈用钢。然而CG-2钢作为一种冷、热作兼具的模具钢，其强度和断裂韧度虽然较高，但退火工艺较复杂；同时在锻造CG-2钢过程中，CG-2钢具有开裂倾向，影响CG-2钢的使用寿命。ASTM-S5钢作为一种低合金冷作模具钢，在适当的热处理工艺下，强韧性匹配良好，但是ASTM-S5钢中Si含量较高，在加工过程中容易造成材料表面脱碳，降低了刀圈的硬度与耐磨性，致使刀圈在服役过程中更易发生磨损失效。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种高韧性铁合金，本发明提供的高韧性铁合金在保证合金具有一定硬度的基础上提高了合金的韧性，具有较高的耐磨性，将所述高韧性铁合金用于制备盾构机刀圈可以提高盾构机刀圈的使用寿命，降低了成本。

本发明提供了一种高韧性铁合金，包括如下质量百分含量的元素组分：

优选的，本发明提供的高韧性铁合金，包括如下质量百分含量的元素组分：

本发明还提供了上述技术方案所述高韧性铁合金的制备方法，包括以下步骤：

按照元素质量配比，将合金原料依次进行配料、熔炼和锻造，得到毛坯材料；

将所述毛坯材料进行淬火，得到初级高韧性铁合金；

将所述初级高韧性铁合金进行两段回火，得到高韧性铁合金。

优选的，所述淬火的温度为1020～1040℃，时间为20～40min，所述淬火用冷却介质为油。

优选的，升温至所述淬火的温度的升温速率为5～15℃/min。

优选的，所述油包括机械油，所述机械油的型号为L-AN20号或L-AN30号。

优选的，所述两段回火包括依次进行的第一回火和第二回火，所述第一回火的温度为510～530℃，所述第二回火的温度为490～510℃；所述第一回火和第二回火的时间独立的为90～120min。

优选的，所述第一回火和第二回火的升温速率独立的为5～15℃/min。

优选的，两段回火中每段回火后还包括将每段回火后的产物空冷至室温。