CN104532140A - 一种大尺寸盾构机轴承套圈用钢及其热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种大尺寸盾构机轴承套圈用钢及其热处理方法，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：≤0.015、S：≤0.003、H：≤0.00018、O：≤0.0015；其余部分为Fe和正常的杂质。经合金化设计后的实验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℃冲击韧性AKv均值为106J以上；以及适宜的硬度，均值为272-283HB。同时，实际生产冷却介质的控制工艺窗口也更宽（冷速在10℃/s以上）。从而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。

Description

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
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
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。
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℃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。
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℃/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
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。
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：≤0.015、S：≤0.003、H：≤0.00018、O：≤0.0015其余部分为Fe和正常的杂质。
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℃，保温时间为2.0min/mm，而后将材料放入油中冷却至室温。
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℃，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。
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℃/s，加热温度到950℃，保温3s，再以10-100℃/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。
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℃冲击韧性AKv均值为106J以上；硬度均值为272-283HB。
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。
1、将42CrMo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。
2、由于比42CrMo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。
3、由于比42CrMo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
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
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、Mo：0.15、Ni：0.50、P：≤0.015、S：≤0.003、H：≤0.00018、O：≤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。
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℃，保温时间为2.0min/mm，而后将材料放入油中冷却至室温。
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℃，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。
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℃/s，加热温度到950℃，保温3s，再以10℃/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。
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：≤0.015、S：≤0.003、H：≤0.00018、O：≤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。
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℃，保温时间为2.0min/mm，而后将材料放入油中冷却至室温。
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℃，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。
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℃/s，加热温度到950℃，保温3s，再以50℃/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。
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：1.00、Mo：0.205、Ni：0.55、P：≤0.015、S：≤0.003、H：≤0.00018、O：≤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。
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℃，保温时间为2.0min/mm，而后将材料放入油中冷却至室温。
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℃，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。
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℃/s，加热温度到950℃，保温3s，再以100℃/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。
实施例4：
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：0.30、Mn：0.70、Cr：1.10、Mo：0.20、Ni：0.68、P：≤0.015、S：≤0.003、H：≤0.00018、O：≤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。
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℃，保温时间为2.0min/mm，而后将材料放入油中冷却至室温。
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℃，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。
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℃/s，加热温度到950℃，保温3s，再以100℃/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。
实施例5：
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：0.45、Si：0.37、Mn：0.80、Cr：1.20、Mo：0.25、Ni：0.70、P：≤0.015、S：≤0.003、H：≤0.00018、O：≤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。
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℃，保温时间为2.0min/mm，而后将材料放入油中冷却至室温。
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℃，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。
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℃/s，加热温度到950℃，保温3s，再以100℃/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。
对比例：
一种普通42CrMo钢，它是由如下的元素和含量组成（按重量百分比计）：
C：0.39、Si：0.37、Mn：0.80、Cr：1.20、Mo：0.25、Ni：0.02、P：≤0.015、S：≤0.003、H：≤0.00018、O：≤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。
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800℃，保温时间为2.0min/mm，而后将材料放入油中冷却至室温。
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℃，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。
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℃/s，加热温度到950℃，保温3s，再以100℃/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。
上面的实施例均能达到要求的力学性能，且冷却介质涵盖冷速范围广，最低冷速可以达到10℃/s，因此也为实际生产冷却介质的控制提供较宽的工艺窗口。
表1  实施例热处理后的力学性能
实施例 淬硬层深度，mm 基体-20℃冲击韧性Akv，J 基体硬度，HB 表面淬火硬度，HRC
1 40 106 272 58.5
2 40 106 272 59.8
3 40 106 272 60.0
4 50 108 280 60.1
5 55 107 283 60.3
对比例 12 126 269 55.8

Claims (3)

1.一种大尺寸盾构机轴承套圈用钢，其特征在于：该钢各个元素和含量组成，按重量百分比计：C：0.41至0.45、Si：0.17至0.37、Mn：0.60至0.80、Cr：0.90至1.20、Mo：0.15至0.25、Ni：0.50至0.70、P：≤0.015、S：≤0.003、H：≤0.00018、O：≤0.0015；其余部分为Fe和正常的杂质。
2.一种制备如权利要求1所述的大尺寸盾构机轴承套圈用钢的热处理方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1：按照设计成分分别称取各个原料，冶炼，浇铸成铸锭，经锻造加工为锻坯，将锻材加工为轴承套圈后，加热直至充分奥氏体化，奥氏体化加热温度为925℃，保温时间为2.0min/mm，而后将材料放入油中冷却至室温；
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℃，保温时间3h，而后将材料放入空气中冷却至室温；
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℃/s，加热温度到950℃，保温3s，再以10-100℃/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。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，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℃冲击韧性AKv均值为106J以上；硬度均值为272-283HB。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106077384A (zh) * 2016-06-20 2016-11-09 安徽省瑞杰锻造有限责任公司 一种刀圈锻造的防裂纹处理工艺
CN107774853A (zh) * 2017-12-08 2018-03-09 首钢集团有限公司 一种连铸板坯锻造生产高品质塑料模具钢锻件的方法
CN110527927A (zh) * 2019-08-30 2019-12-03 山东理工大学 一种疏浚船用锁圈及其制造方法
CN112048661A (zh) * 2020-07-16 2020-12-08 张家港市弘扬金属制品制造有限公司 一种风电偏航轴承套圈用钢及热处理方法
CN114166605A (zh) * 2021-12-07 2022-03-11 安徽林洪重工科技有限公司 一种模拟与预测大尺寸CrMo钢构件心部组织性能的方法
CN115074511A (zh) * 2022-05-30 2022-09-20 株洲中车天力锻业有限公司 一种环形盾构刀具的表面热处理方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101994062A (zh) * 2010-11-18 2011-03-30 成都天马铁路轴承有限公司 风电轴承钢
CN102154591A (zh) * 2011-02-25 2011-08-17 王新义 刮板输送机链轮组件
CN102230131A (zh) * 2011-06-29 2011-11-02 江苏环立板带轧辊有限公司 一种38CrMoAl钢及其制备方法
JP2013095939A (ja) * 2011-10-28 2013-05-20 Ntn Corp リング状部材の熱処理方法およびリング状部材の製造方法
CN104141039A (zh) * 2014-06-27 2014-11-12 河北工程大学 一种控制42CrMo钢大方坯热轧盘条脱碳的轧制工艺

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101994062A (zh) * 2010-11-18 2011-03-30 成都天马铁路轴承有限公司 风电轴承钢
CN102154591A (zh) * 2011-02-25 2011-08-17 王新义 刮板输送机链轮组件
CN102230131A (zh) * 2011-06-29 2011-11-02 江苏环立板带轧辊有限公司 一种38CrMoAl钢及其制备方法
JP2013095939A (ja) * 2011-10-28 2013-05-20 Ntn Corp リング状部材の熱処理方法およびリング状部材の製造方法
CN104141039A (zh) * 2014-06-27 2014-11-12 河北工程大学 一种控制42CrMo钢大方坯热轧盘条脱碳的轧制工艺

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106077384A (zh) * 2016-06-20 2016-11-09 安徽省瑞杰锻造有限责任公司 一种刀圈锻造的防裂纹处理工艺
CN107774853A (zh) * 2017-12-08 2018-03-09 首钢集团有限公司 一种连铸板坯锻造生产高品质塑料模具钢锻件的方法
CN110527927A (zh) * 2019-08-30 2019-12-03 山东理工大学 一种疏浚船用锁圈及其制造方法
CN112048661A (zh) * 2020-07-16 2020-12-08 张家港市弘扬金属制品制造有限公司 一种风电偏航轴承套圈用钢及热处理方法
CN114166605A (zh) * 2021-12-07 2022-03-11 安徽林洪重工科技有限公司 一种模拟与预测大尺寸CrMo钢构件心部组织性能的方法
CN114166605B (zh) * 2021-12-07 2024-03-29 安徽林洪重工科技有限公司 一种模拟与预测大尺寸CrMo钢构件心部组织性能的方法
CN115074511A (zh) * 2022-05-30 2022-09-20 株洲中车天力锻业有限公司 一种环形盾构刀具的表面热处理方法

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