CN1187466C - 耐磨合金钢切割圈制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种耐磨合金钢切割圈制造工艺，该工艺流程为：配料试制段、电渣重熔、开坯、模锻、退火、切割圈退火、粗加工、热处理、精加工、探伤、入库。该耐磨合金钢切割圈制造工艺有利于钢的耐磨性提高、提高钢的塑性，使切割圈能适应坚硬岩层复杂多变的地质备件而且切割圈使用后表面光滑。
Description
技术领域
本发明涉及一种切割圈制造工艺，尤其是一种耐磨合金钢切割圈制造工艺。
背景技术
全断面隧道掘进机是长大隧道施工最有效的大型综合施工机械，具有快速、优质、安全等特点。因此，市场前景非常看好，特别是国内市场。例如：秦岭隧道是使用这种机械施工的。目前国内铁路隧道50％都是使用这种机械，此外还有地铁，水利、石油等工程也正在不断采用这种机械。该机切割圈是主要易损件，其费用占整个隧道施工费用的三分之一强(据了解，隧道掘进1000米，现在的工程造价1.4亿元)。我国从二世纪70年代末期以来进行了二十多年的切割圈的研究和试制，但均末获得成功，究其原因有二：1、有的耐磨性不好；2、耐磨但容易崩刀、断裂而失效，这里面既有选材问题，又有工艺问题，而且二者有着密切的关系。切割圈是在坚硬岩层和复杂多变的地质条件下工作，受到严重的磨损和很大的冲击及挤压。因此要使切割圈耐磨而不崩刀，必须具有高强度、高韧性、断裂性好的特性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐磨合金钢切割圈制造工艺，该耐磨合金钢切割圈制造工艺有利于钢的耐磨性提高、提高钢的塑性，使切割圈能适应坚硬岩层复杂多变的地质条件。
本发明的技术方案为：一种耐磨合金钢切割圈制造工艺，其工艺流程为：1、配料试制段，采用0.5吨的碱性中频感应电炉熔炼，对炉料要求无锈或少锈的中低炭钢，而且钢中的磷、硫要求较低，批量生产可以采用电弧炉进行冶炼，对钢的要求就不必那么严格，出钢前对钢中的Mn、Si和V等对氧亲合力较大的元素控制在中、上限较好，因为下一步是电渣重熔，这几种元素略有降低。2、电渣重熔：采用电渣重熔，采用双电极重熔，使得钢的化学成分(以重量百分比计)如下：
C 0.35-0.55 Si 0.50-1.20 Mn 0.50-1.20 Cr 3.00-6.00
Mo 0.50-1.50 W 0.50-1.50 V 0.50-1.50 P≤0.030
S≤0.010 Re 加入0.20
3、开坯：钢锭在连续加热炉中进行，开锻温度1150℃，停锻不低于800℃，锻锤为5吨，双机操作，锻件在砂箱中缓冷48小时后出箱，锻件经酸洗打磨清理后出厂，由于条件不具备，锻件未经退火。4、模锻：首先将φ180锻件在105KW的抽底式箱式电炉中进行退火，加热随炉进行，在500℃保温一小时后，再加热到850℃-870℃保温三小时，随炉冷却到300℃以下出炉空冷，模锻前将φ180锻件下料，坯重49.1kg，模锻模在大型箱式中进行48小时保温，保温温度400℃。5、锻坯在油炉中加热，加热时在500℃和800℃各保温一小时。模锻在10吨的模锻锤上进行，开锻温度1150℃，停锻800℃锻后立即送往热处理车间退火，我们要求一火锻成。6、退火：切割圈毛坯的退火在75KW的箱式电炉中进行，加热随炉进行，在500℃保温一小时，再加热到850℃-870℃，保温2小时，随炉冷却到300℃以下出炉空冷。7、切割圈退火后进行酸洗，毛坯表面的氧化层的毛刺全部清洗掉，表面的微小裂纹已全部显露经打磨清理，进行检测。8、粗加工：由于该切割圈弧形表面要求很严，因此精加工在数控车床上进行。9、热处理：热处理在盐浴炉中进行，工件先在箱式电炉中400℃保温2小时，然后移至中温盐浴炉中预热，温度为750℃保温40分钟，再移至1050℃高温盐浴炉进行加热，保温20分钟，出炉在油中淬，冷却4分钟后出炉立即进行回火，回火同样在盐浴炉中进行，500℃保温2小时出炉空冷，回火进行二次，以提高钢的二次硬化效应。10、精加工：内孔和端面要进行磨削，以达到精度要求。
本发明的优点在于：该耐磨合金钢切割圈制造工艺有利于钢的耐磨性提高、提高钢的塑性，使切割圈能适应坚硬岩层复杂多变的地质备件而且切割圈使用后表面光滑。
附图说明
图1为本发明耐磨合金钢切割圈结构示意图；
图2为本发明耐磨合金钢切割圈金相图；
图3为本发明耐磨合金钢切割圈刀圈硬度(HRc)分布图；
图4为德国切割圈刀圈硬度(HRc)分布图。
具体实施方式
一种耐磨合金钢切割圈制造工艺，其工艺流程为：1、配料试制段，采用0.5吨的碱性中频感应电炉熔炼，对炉料要求无锈或少锈的中低炭钢，而且钢中的磷、硫要求较低，批量生产可以采用电弧炉进行冶炼，对钢的要求就不必那么严格，出钢前对钢中的Mn、Si和V等对氧亲合力较大的元素控制在中、上限较好，因为下一步是电渣重熔，这几种元素略有降低。2、电渣重熔：采用电渣重熔，采用双电极重熔，使得钢的化学成分(以重量百分比计)如下：
C 0.35-0.55 Si 0.50-1.20 Mn 0.50-1.20 Cr 3.00-6.00
Mo 0.50-1.50 W 0.50-1.50 V 0.50-1.50 P≤0.030 S≤
0.010 Re加入0.20
3、开坯：钢锭长1005，大头350×285，小头205×302，重720kg，开坯后，锻件中φ180，长度不限。钢锭在连续加热炉中进行，开锻温度1150℃，停锻不低于800℃，锻锤为5吨，双机操作，锻件在砂箱中缓冷48小时后出箱，锻件经酸洗打磨清理后出厂，由于条件不具备，锻件未经退火。4、模锻：首先将φ180锻件在105KW的抽底式箱式电炉中进行退火，加热随炉进行，在500℃保温一小时后，再加热到850℃-870℃保温三小时，随炉冷却到300℃以下出炉空冷，模锻前将φ180锻件下料，坯重49.1kg，模锻模在大型箱式中进行48小时保温，保温温度400℃。5、锻坯在油炉中加热，加热时在500℃和800℃各保温一小时。模锻在10吨的模锻锤上进行，开锻温度1150℃，停锻800℃锻后立即送往热处理车间退火，我们要求一火锻成。6、退火：切割圈毛坯的退火在75KW的箱式电炉中进行，加热随炉进行，在500℃保温一小时，再加热到850℃-870℃，保温2小时，随炉冷却到300℃以下出炉空冷。7、切割圈退火后进行酸洗，毛坯表面的氧毛层全部清洗掉，表面的微小裂纹已全部显露经打磨清理，进行检测。8、粗加工：由于该切割圈弧形表面要求很严，因此精加工在数控车床上进行。9、热处理：热处理在盐浴炉中进行，工件先在箱式电炉中400℃保温2小时，然后移至中温盐浴炉中预热，温度为750℃保温40分钟，再移至1050℃高温盐浴炉进行加热，保温20分钟，出炉在油中淬，冷却4分钟后出炉立即进行回火，回火同样在盐浴炉中进行，500℃保温2小时出炉空冷，回火进行二次，以提高钢的二次硬化效应。10、精加工：内孔和端面要进行磨削，以达到精度要求。11、探伤：钢坯在出厂前要进行表面清理，并进行超声波探伤，确保钢坯内外部无缺限，产品精加工后要进行磁力探伤，确保产品内、外部都无缺限，因为工件在进行热处理、锻造后都有可能造成产品内、外部产生裂纹的可能性。12、入库：产品入库前用电笔书写钢号和批次，以便用户查询，并开具产品合格证。
机械性能对比
| 钢种 | σbMpa | αkJ/cm2 | HRc | 备注 |
| 德 国5GMOV5-1 | 56-60 | |||
| 本发明切割圈钢 | 1892-1911 | 92-102 | 57-60 | 冲击试抗无缺口 |
1、金相组织
本发明切割圈钢最终回火组织为均匀的回火马氏体，见图2，
2、本发明切割圈钢正刀和德国正刀解剖硬度分布对比见图3、4。
3、现场试验结果
现场试验在陕西省丹凤影桃花铺1号隧道进行，试验时间为2001.5.18-6.13日。NK55为本发明新钢种切割圈，WT为德国的切割圈平均寿命基本相同。根据规定刀圈半径磨损38mm为准，预计刀圈还可能进尺100米。
从结果看，当进尺由347.4米到380.942米时，我们的切割圈平均寿命比德国切割圈的寿命高7％，这里要特别说明的，我们的切割圈使用后表面光滑，德国切割圈时有单边现象。
Claims (1)
1、一种耐磨合金钢切割圈制造工艺，其工艺流程为：
(1)配料试制段，采用0.5吨的碱性中频感应电炉冶电炉熔炼，对炉料要求无锈或少锈的中低炭钢，而且钢中的磷、硫要求较低，批量生产采用电弧炉进行冶炼，出钢前对钢中的Mn、Si和V对氧亲合力较大的元素控制在中、上限；
(2)电渣重熔：采用电渣重熔，采用双电极重熔，使得钢的化学成分(以重量百分比计)如下：
C 0.35-0.55 Si 0.50-1.20 Mn 0.50-1.20 Cr 3.00-6.00
Mo 0.50-1.50 W 0.50-1.50 V 0.50-1.50 P≤0.030
S≤0.010 Re加入0.20
(3)开坯：钢锭在连续加热炉中进行，开锻温度1150℃，停锻不低于800℃，锻锤为5吨，双机操作，锻件在砂箱中缓冷48小时后出箱，锻件经酸洗打磨渣理后出厂；
(4)模锻：模锻在10吨的模锻锤上进行，首先将φ180锻件在105KW的抽底式箱式电炉中进行退火，加热随炉进行，在500℃保温一小时后，再加热到850℃-870℃保温三小时，随炉冷却到300℃以下出炉空冷，模锻前将φ180锻件下料，坯重49.1kg，模锻模在大型箱式中进行48小时保温，保温温度400℃；
(5)锻坯在油炉中加热，加热时在500℃和800℃各保温一小时，开锻温度1150℃，停锻800℃锻后立即送往热处理车间退火，一火锻成；
(6)退火：切割圈毛坯的退火在75KW的箱式电炉中进行，加热随炉进行，在500℃保温一小时，再加热到850℃-870℃，保温2小时，随炉冷却到300℃以下出炉空冷；
(7)切割圈退火后进行酸洗，毛坯表面的氧化层的毛刺全部清洗掉，表面的微小裂纹经打磨清理，进行检测；
(8)粗加工：精加工在数控车床上进行；
(9)热处理：热处理在盐浴炉中进行，工件先在箱式电炉中400℃保温2小时，然后移至中温盐浴炉中预热，温度为750℃保温40分钟，再移至1050℃高温盐浴炉进行加热，保温20分钟，出炉在油中淬，冷却4分钟后出炉立即进行回火，回火同样在盐浴炉中进行，500℃保温2小时出炉空冷，回火进行二次；
(10)精加工：内孔和端面要进行磨削。
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