[发明专利]一种高强韧性盾构机刀片材料及其处理工艺

说明书

本发明公开了一种高强韧性盾构机刀片材料，由碳、硅、锰、硫、铬、钒、铜、镍、钼、铌、铁元素构成。同时还公开了盾构机刀片的处理工艺，分别按照电炉熔炼、初步锻造、一次退火、成型锻造、机加工、二次退火、淬火、一次回火、精加工、二次回火、表面处理的工序进行。采用本发明的下显著效果是，通过调整元素成分和用量、优化制造工艺，制得的盾构机刀片具有优异的屈服强度、抗拉强度、断面收缩率、冲击韧性、硬度等力学性能，已达到甚至超过国外进口刀片的性能指标，实现了盾构机高质量刀片的国产化，进一步突破了国外的技术封锁。

技术领域

本发明盾构机的配件制造，具体涉及盾构机头刀具及制造工艺。

背景技术

盾构机是城市隧道掘进的重要设备，其机械化程度复杂、制造难度大，相关技术早年间一直被西方发达国家牢牢垄断。直到最近这些年，我国在盾构机的各个细分领域逐步取得突破，打破了国外一项又一项的技术垄断。盾构机刀片(其结构如图1和图2所示)作为盾构机上的消耗件，更换频繁、用量大，即使是单个刀片的价格依然不菲，因而使用成本很高。

盾构机刀片的国产化研究已初步取得一定的成果，目前国产盾构机刀片的性能已接近于进口刀片的性能，能适用于我国大部分地质情况。但施工单位在我国西南地区采用盾构机掘进隧道作业时发现，受当地喀斯特地质环境的影响，盾构机头安装国产刀片后，一般掘进40-45米即需要更换一盘刀片(一盘共三十多个刀片，国产刀片单价大约为3万元/个)；而在遇到花岗岩地质环境时，国产刀片已不能胜任，必须安装瑞士进口刀片(瑞士刀片单价为4-5万元/个)，且一般掘进10多米后即需更换一盘，这无疑大大拉高了隧道掘进作业的成本。

为了继续克服以上不利局面，研究人员急需进一步提高国产刀片的屈服强度、抗拉强度、冲击韧性、耐磨性等关键技术指标，使国产刀片的性能能达到或者超过进口刀片的性能，完全突破国外在盾构机刀片领域对我们的技术封锁。

发明内容

本发明首先提供一种高强韧性盾构机刀片材料，其关键在于由以下重量百分比的元素构成：C：0.45％-0.7％；Si：0.9％-1.2％；Mn：0.3％-0.6％；S：≤0.01％；Cr：4.0％-6.0％；V：0.4％-0.8％；Cu：0.08％-0.15％；Ni：0.4％-0.8％；Mo：1.0％-1.6％；Nb：0.2％-0.4％；Fe：Bal.。

其次，本发明还提供一种高强韧性盾构机刀片的处理工艺，其要点是包括以下步骤：

步骤一、电炉熔炼，浇铸成10寸以上的钢锭；

步骤二、加热至1150℃进行锻造，终锻温度大于950℃，得到圆坯或方坯；

步骤三、钢材锻后进行退火，退火温度850-900℃，保温3-4h，再以每小时30℃的速度进行炉冷退火，冷至500℃以下后进行空冷；

步骤四、下料，加热至1160-1180℃，进行刀片成型的锻造，控制锻造时每次的变形量小于20％，终锻温度为900℃，锻后进行炉冷；

步骤五、锻坯机加工，得到刀片坯件；

步骤六、将刀片坯件随炉升温至750℃，保温3-4h，再随炉冷却，进行去应力退火；

步骤七、将退火后的所述刀片坯件加热至1020-1080℃，保温时间为t1min，之后进行油冷，淬火油温度为50-60℃；

所述刀片坯件的有效厚度为Lmm，t1＝10min/mm*L；

步骤八、将淬火后的所述刀片坯件置于盐浴炉中加热至560-580℃，保温t2 s，取出后再次放入淬火油冷却；

t2＝(18-21)s/mm*L；

步骤九、对所述刀片坯件进行精加工；

步骤十、精加工后进行去应力回火；