CN108728756A - 一种高性能滚刀刀圈材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能滚刀刀圈材料及其制备方法，该方法通过熔炼、浇铸—电渣重熔—均匀化退火—锻造—球化退火—淬火—回火等步骤制备了化学元素百分含量为：C为0.55％～0.70％，Si≤0.40％，Mn≤0.50％，Cr为5.30％～6.75％，Mo为2.0％～3.0％，V为0.60％～0.95％，S与P的总含量≤0.025％，余量为铁的高性能滚刀刀圈用材料，采用该材料制备的高性能滚刀刀圈韧性好、硬度高等特点，相比原来材料制备的刀圈，明显提高了滚刀刀圈的耐磨性能和施工效率，延长了滚刀刀圈的使用寿命，大大缩短了工期。

Description

一种高性能滚刀刀圈材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及盾构机滚刀刀圈，属于盾构机部件技术领域。具体涉及一种高性能滚刀刀圈材料及其制备方法。
技术背景
盾构机广泛应用于隧道工程的建设中。盾构机在掘进过程中，刀盘上的滚刀刀圈与岩石直接接触，刀圈在纵向推力的作用下，通过碾压作用对岩石进行破碎。滚刀刀圈是盾构机施工的关键部件和易损部件，在施工过程中工作环境恶劣，消耗量极大，且因刀具失效而造成频繁停机换刀，增加了施工成本、减慢了施工进度。因此，在隧道工程快速发展的条件下，滚刀刀圈的磨损机理及抗磨损性能的提高一直是该领域中研究的热点。
刀圈磨损形式多样，且刀圈材料的摩擦磨损性能是复杂的系统性能，导致刀圈材料磨损问题一直是盾构领域的技术难题。目前常用的滚刀刀圈材料为H13以及以H13钢为基开发的系列钢等材料，H13系列钢刀圈硬度偏低并且组织中缺乏弥散分布的硬质析出相，以致在高磨蚀性的硬岩底层掘进时，因此，H13系列钢滚刀刀圈在使用时出现磨损迅速，寿命偏低，且经常出现异常崩裂等破坏。因此，在采用H13系列钢制备滚刀刀圈时延长刀圈寿命是需要解决的关键问题，但是目前为了延长滚刀刀圈的使用寿命，多采取单一提高H13钢刀圈的硬度以获得更高的耐磨性，但同时却加剧了刀圈韧性的降低，使得刀圈更容易发生崩刃、断裂等异常损坏，增加了刀圈消耗、施工的成本与工期。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种高性能滚刀刀圈材料及其制备方法，该滚刀刀圈纯净度高、碳化物弥散分布，组织均匀，具有优秀的综合力学性能指标。
本发明是通过以下技术方案实现的
一种高性能滚刀刀圈材料，以质量百分含量表示，所述高性能滚刀刀圈材料的化学元素组成为：C为0.55％～0.70％，Si≤0.40％，Mn≤0.50％，Cr为5.30％～6.75％，Mo为2.0％～3.0％，V为0.60％～0.95％，S与P的总含量≤0.025％，余量为铁。
所述的高性能滚刀刀圈材料，以质量百分含量表示，所述高性能滚刀刀圈材料的化学元素组成为：C为0.62％，Si为0.35％，Mn为0.43％，Cr为6.75％，Mo为2.67％，V为0.90％，S与P的总含量≤0.025％，余量为铁。
一种上述高性能滚刀刀圈材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按照上述的合金化学元素质量百分比，计算配比原料；准备生铁，以及铬铁、锰铁、钼铁、钒铁；
(2)熔炼、浇铸：
a：将步骤(1)准备的生铁加入到感应电炉中，调节电炉中熔池的温度为1550±10℃，然后向电炉的熔池中加入脱碳剂、脱硫剂及脱氧剂对熔化的原料铁进行脱碳、脱硫及脱氧处理；
b：待脱碳、脱硫、脱氧工序完成后，将熔池的温度升至1600℃～1620℃，在该温度条件下保温5～10min；保温完成后，向电炉的熔池中加入铬铁及锰铁，待加入的铬铁、锰铁完全熔化后，向电炉的熔池中加入脱氧剂进行二次脱氧；然后，再向电炉的熔池中加入钼铁和钒铁，加入的钼铁与钒铁完全熔化，即得到合金钢溶液；
在该过程中，通过铬铁、锰铁、钼铁、钒铁、脱碳剂、脱硫剂、脱氧剂的加入调节合金钢溶液使其符合材料的化学元素组成要求：C为0.55％～0.70％，Si≤0.40％，Mn≤0.50％，Cr为5.30％～6.75％，Mo为2.0％～3.0％，V为0.60％～0.95％，S与P的总含量≤0.025％，余量为铁；
c：将步骤b得到的合金钢溶液输送至模具中浇铸成为钢锭(即将得到的合金钢溶液输送至准备好的砂型模具中，然后浇铸成为一定形状的钢锭)，浇铸完成后，取出钢锭，割除冒口，清理打磨表面；
(3)电渣重熔：将步骤(2)所述切割、打磨清理后的钢锭放置在电渣炉中进行电渣重熔(电渣重熔是指在水冷结晶器中利用电流通过熔渣产生的电阻热将步骤(2)获得的钢锭重新熔化，并顺序凝固，以获得更高纯净度的钢锭)；
所述电渣重熔过程中采用的电流、电压参数根据步骤(2)获得的具体钢锭进行确定；
(4)均匀化退火：将步骤(3)所述经过电渣重熔之后的钢锭放置在加热炉中，然后炉内温度由于室温升至1200℃(该过程中的升温速率为220℃/h～280℃/h)；并在该温度下保温10小时；保温完成后，炉内温度由1200℃降至500℃，降温完成，钢锭出炉空冷至室温；
(5)将步骤(4)所述均匀化退火处理之后的钢锭置于加热炉中，炉内温度由室温升至890℃～920℃(该过程中的升温速率为180℃/h～240℃/h)；然后在该温度下保温3～5小时；保温完成后，炉内温度由890℃～920℃缓慢降至500℃(降温的速率≤50℃/h)；降温之后，钢锭出炉空冷至室温；
(6)锻造：将步骤(5)所述空冷至室温的钢锭置于加热炉中，将钢锭加热至1100℃～1150℃，加热完成后，对加热至1100℃～1150℃的钢锭进行锻造处理，锻造(即镦粗处理)的终锻温度大于950℃(即加热至1100℃～1150℃的钢锭在锻造过程中温度不能降低在950℃以下)；锻造完成，将锻造之后的钢锭埋入砂中缓慢冷却至室温；
其中，所述锻造过程中的镦粗比＞3；
(7)球化退火处理：将步骤(6)所述锻造后的钢锭置于加热炉中，炉内温度由室温加热至850℃～880℃(该过程中的升温速率为220℃/h～280℃/h)；并在该温度下保温2～4小时；保温完成后，将温度降低至740℃～760℃、并在740℃～760℃条件下保温3～6小时；保温完成后，将炉内温度降至500℃，降温之后、钢锭出炉空冷至室温；
(8)淬火处理：将步骤(7)所述球化退火处理之后的钢锭置于加热炉中，炉内温度由室温升至650℃(该过程中的升温速率为180℃/h～240℃/h)，并在该温度下保温1～1.5小时；保温完成后，炉内温度升至850℃～880℃，并在该温度下保温1～1.5小时后；保温完成后，炉内温度升温为1050℃～1100℃，并在该温度下进行保温(此处的保温过程中，保温时间计算方法为：镦粗之后钢锭的有效厚度乘以2min/mm，钢锭的长度及横截面半径两者中较小的数值作为钢锭的有效厚度)，保温完成后，进行油淬、冷却至室温；
(9)回火处理：将步骤(8)所述淬火处理之后的钢锭置于加热炉中，加热至520℃～560℃，并在该温度下保温3～5小时，保温完成后进行空冷、冷却至室温；然后再加热至510℃～555℃、并在该温度下保温3～5小时，保温完成后进行空冷、冷却至室温；然后再加热至510℃～555℃、并在该温度下保温3～5小时，保温完成后进行空冷、冷却至温室即得到所述的滚刀刀圈用材料。
与现有技术相比，本发明具有以下积极有益效果
本发明所述的滚刀刀圈材料采用较高的碳含量及较高的铬、钼含量比，较低的钒含量，其中合金元素的存在及分布不但有利于降低回火脆性、提高淬透性，而且合金元素与碳、铁等反应析出并弥散分布的硬质碳化物相，能够进一步提高材料的强度和硬度；
较高的碳含量能够保证材料经过工艺处理后有着足够的强度和硬度；铬元素与钢中的碳、铁形成合金碳化物起到析出强化的作用，但提高铬元素含量会使材料的热敏感性和回火脆性增大，因此本发明中的铬含量控制在5.3％～5.6％；钼能够有效细化组织，回火形成钼的碳化物析出，起到明显的二次硬化作用，并且钼与铬的配合能够显著提高淬透性，降低钢的回火脆性；钒是一种强碳化物形成元素，极易形成钒的碳化物，具有高硬度耐磨性能，但是过高的钒含量易形成偏聚分布、尺寸较大的共晶碳化物，恶化材料的冲击韧性，因此，本发明将钒的含量控制在0.60％～0.95％；
本发明在制备过程中，采用电渣重熔处理获得高纯净度的钢锭材料；然后经过锻造变形，使得大块的共晶碳化物破碎，并通过最优的退火处理使材料重新结晶、有效的细化了晶粒尺寸；然后通过淬火及回火工艺的有效控制，得到了组织均匀、碳化物弥散分布的刀圈材料。经检测，所得滚刀刀圈用材料的硬度达到59HRC～63HRC，夏比U2缺口冲击韧性达到9J/cm2～11J/cm2，与H13系列钢刀圈相比，硬度提高了约4HRC；采用该材料制备的滚刀刀圈成品与H13系列钢材料制备的滚刀刀圈，在同一地层区间，安装在同一刀盘的相近半径位置，同时进行掘进试验，结果表明，采用本发明制备的材料制备的滚刀刀圈磨损率为H13系列钢滚刀刀圈的70％，即本发明制备的材料制作的滚刀刀圈的耐磨性及使用寿命明显提高，使用寿命提高了30％；
即本发明通过探究制备得到的滚刀刀圈在保证其冲击韧性的条件下，提高了组织中弥散分布的、耐磨碳化物相的含量，并明显提高了其硬度，明显改善滚刀刀圈在高磨蚀性硬岩地层的使用表现，提高刀圈的寿命，降低换刀频率，有利于缩短施工工期并降低因频繁换刀造成的人力与物力的消耗。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明进行更加详细的说明，但是并不用于限制本发明的保护范围。
实施例1
一种高性能滚刀刀圈材料，以质量百分含量表示，所述的滚刀刀圈材料的化学元素组成为：C为0.59％，Si为0.37％，Mn为0.46％，Cr为5.78％，Mo为2.75％，V为0.68％，P与S的总含量≤0.025％，余量为铁。
上述高性能滚刀刀圈材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照上述的合金元素百分比，计算配比原料；准备生铁(牌号为：炼04)，以及铬铁、锰铁、钼铁、钒铁；
(2)熔炼、浇铸：
a：将步骤(1)准备的生铁加入到感应电炉中，调节电炉中熔池的温度为1550±10℃，然后向电炉的熔池中加入脱碳剂、脱硫剂及脱氧剂对熔化的原料铁进行脱碳、脱硫及脱氧处理；
b：脱碳、脱硫、脱氧工序完成后；将熔池的温度升至1610±10℃，在该温度条件下保温10min；保温完成后，向电炉的熔池中加入铬铁及锰铁，待加入的铬铁及锰铁完全熔化后，向电炉的熔池中加入脱氧剂进行二次脱氧；然后，再向电炉的熔池中加入钼铁和钒铁，加入的钼铁与钒铁完全熔化，即得到合金钢溶液；
在该过程中，通过铬铁、锰铁、钼铁、钒铁、脱碳剂、脱硫剂、脱氧剂的加入调节合金溶液使其符合元素组成为：C为0.59％，Si为0.37％，Mn为0.46％，Cr为5.78％，Mo为2.75％，V为0.68％，S与P的总含量≤0.025％，余量为铁；
c：将步骤b得到的合金钢溶液输送至准备好的砂型模具中浇铸成为Φ100mm×240mm的圆柱体钢锭，待成型完成后，取出钢锭，割除冒口，清理打磨表面；
(3)电渣重熔：将步骤(2)所述制备得到的圆柱体钢锭放置在电渣炉中进行电渣重熔，电渣重熔时的电压为50V，电流为3000A；
(4)均匀化退火：将步骤(3)所述经过电渣重熔之后的钢锭放置在加热炉中，加热炉内温度以240℃/h的升温速率由室温升至1200℃，并在该温度下保温10小时；保温完成后，炉内温度由1200℃降至500℃，降温完成，钢锭出炉空冷至室温；
(5)对步骤(4)所述均匀化退火处理之后的钢锭置于加热炉中，炉内温度以200℃/h的升温速率由室温升至910±10℃，在该温度下保温4小时；保温完成后，炉内温度以40℃/h的降温速率降至500℃；降温完成后，钢锭出炉空冷至室温；
(6)锻造(镦粗)：将步骤(5)所述出炉空冷至室温的钢锭置于加热炉中，将钢锭加热至1120±10℃，加热完成后，对钢锭进行锻造，镦粗成为长度为75mm的圆钢锭，其中终锻的温度大于950℃；锻造完成后，将锻造之后的钢锭埋入砂中冷却至室温；
(7)球化退火处理：将步骤(6)所述锻造后的钢锭置于加热炉中，炉内温度以220℃/h的升温速率由室温升至860℃，并在该温度下保温4小时；保温完成后，将温度降低至740℃～760℃、并在740℃～760℃条件下保温4小时；保温完成后，将炉内温度降至500℃，降温之后、出炉空冷；
(8)淬火处理：将步骤(7)所述球化退火处理之后的钢锭置于加热炉中，炉内温度以200℃/h的升温速率升至650℃，并在该温度下保温1.5小时；保温完成后，升至880℃，并在该温度下保温1.5小时；保温完成后，将炉内温度升温为1080℃，并在该温度下保温2.5小时，保温完成后，进行油淬、冷却至室温；
(9)回火处理：将步骤(8)所述淬火处理之后的钢锭置于加热炉中，加热至550±10℃，并在该温度下保温4小时，保温完成后进行空冷、冷却至室温；然后再加热至540±5℃、并在该温度下保温4小时，保温完成后进行空冷、冷却至室温；然后再加热至540±5℃、并在该温度下保温4小时，保温完成后进行空冷、冷却至温室即得到所述的滚刀刀圈用材料。
对上述制备的滚刀刀圈用材料进行性能测试：经过测试得到，上述制备的滚刀刀圈用材料硬度约为60.8HRC，相应的夏比U2缺口冲击韧性为11J/cm2，综合性能得到明显提高；
采用本发明制备的滚刀刀圈用材料，通过常用的方法制备成为滚刀刀圈，并对其进行性能测试：
采用本发明制备的滚刀刀圈用材料制备的滚刀刀圈在实际中的应用试验：将现用刀圈与本发明制备的滚刀刀圈安装在同一刀盘相近半径位置，并在同一区间同时掘进，检测并记录刀圈磨损数据；通过检测磨损数据可得：采用本发明滚刀刀圈毛坯制备的滚刀刀圈的磨损率仅为现有刀圈磨损率的80％，即本发明制备的滚刀刀圈毛坯制备的滚刀刀圈更具有耐磨性，寿命更长，减少了滚刀的维护与更换、加快了施工效率。
实施例2
一种高性能滚刀刀圈材料，以质量百分含量表示，所述的滚刀刀圈材料的化学元素组成为：C为0.65％，Si为0.32％，Mn为0.40％，Cr为6.29％，Mo为2.32％，V为0.85％，P与S的总含量≤0.025％，余量为铁。
上述高性能滚刀刀圈材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照上述的合金元素百分比，计算配比原料；准备生铁(牌号为：炼04)，以及铬铁、锰铁、钼铁、钒铁；
(2)熔炼、浇铸：
a：将步骤(1)准备的生铁加入到感应电炉中，调节电炉中熔池的温度为1550±10℃，然后向电炉的熔池中加入脱碳剂、脱硫剂及脱氧剂对熔化的原料铁进行脱碳、脱硫及脱氧处理；b：脱碳、脱硫、脱氧工序完成后，然后将熔池的温度升至1610±10℃，在该温度条件下保温6min；保温完成后，向电炉的熔池中加入铬铁及锰铁，待加入的铬铁及锰铁完全熔化后，向电炉的熔池中加入脱氧剂进行二次脱氧；然后，再向电炉的熔池中加入钼铁和钒铁，加入的钼铁与钒铁完全熔化，即得到合金钢溶液；
在该过程中，通过铬铁、锰铁、钼铁、钒铁、脱碳剂、脱硫剂、脱氧剂的加入调节铁合金溶液使其符合元素组成为：C为0.65％，Si为0.32％，Mn为0.40％，Cr为6.29％，Mo为2.32％，V为0.85％，P与S的总含量≤0.025％，余量为铁；
c：将步骤b得到的合金钢溶液输送至砂型模具中浇铸成为Φ100mm×240mm的圆柱体钢锭，待成型完成后，取出钢锭，割除冒口，清理打磨表面；
(3)电渣重熔：将步骤(2)所述割除、打磨、清理后的钢锭放置在电渣炉中进行电渣重熔；所述电渣重熔时的电压为50V，电流为3000A；
(4)均匀化退火：将步骤(3)所述重熔之后的钢锭放置在加热炉中，然后加热炉以230℃/h，的升温速率由室温升至1200℃，并在该温度下保温10小时；保温完成后，将炉内温度由1200℃降至500℃，降温之后，钢锭出炉空冷至室温；
(5)将步骤(4)所述均匀化退火之后的钢锭置于加热炉中，加热炉以190℃/h的升温速率由室温升至910±10℃，并在该温度下保温5小时；保温完成后，炉内温度以50℃/h的降温速率由910±10℃降至500℃，降温完成后，钢锭出炉空冷至室温；
(6)锻造(镦粗)：将步骤(5)所述出炉空冷至室温的钢锭置于加热炉中，将钢锭加热至1130±10℃，加热完成后，将加热至1130±10℃的钢锭进行锻造(镦粗)，镦粗成为长度为75mm的钢锭；其中终锻温度大于950℃(即钢锭在锻造过程中，其温度不能降低到950℃以下)；锻造完成后，将锻造之后的钢锭埋入砂中冷却至室温；
(7)球化退火处理：将步骤(6)所述锻造之后的钢锭置于加热炉中，炉内温度以260℃/h，的升温速率由室温加热至880℃，并在该温度下保温2小时；保温完成后，将温度降低至740℃～760℃、并在740℃～760℃条件下保温6小时；保温完成后，将炉内温度降至500℃，降温完成后，钢锭出炉空冷至室温；
(8)淬火处理：将步骤(7)所述球化退火处理之后的钢锭置于加热炉中，炉内温度以220℃/h的升温速率升至650℃，并在该温度下保温1.5小时；保温完成后，炉内温度升至860℃，并在该温度下保温1.5小时；保温完成后，炉内温度升温为1100℃，并在该温度下保温约2小时，保温完成后，进行油淬、冷却至室温；
(9)回火处理：将步骤(8)所述淬火处理之后的钢锭置于加热炉中，加热至530±10℃，并在该温度下保温5小时，保温完成后进行空冷、冷却至室温；然后再加热至525±5℃、并在该温度下保温5小时，保温完成后进行空冷、冷却至室温；然后再加热至525±5℃、并在该温度下保温5小时，保温完成后进行空冷、冷却至温室即得到所述的滚刀刀圈毛坯。
对上述制备的滚刀刀圈用材料进行性能测试：经过测试得到，上述制备的滚刀刀圈用材料硬度约为61.5HRC，相应的夏比U2缺口冲击韧性为9.4J/cm2，硬度得到明显提高；即在冲击韧性变化不大的前提下，其硬度得到明显提高。
采用本发明制备的滚刀刀圈用材料，通过常用的方法制备成为滚刀刀圈，并对其进行性能测试：
采用本发明制备滚刀刀圈材料制备的滚刀刀圈在实际中的应用试验：将现用刀圈与本发明材料制备的滚刀刀圈安装在同一刀盘相近半径位置，并在同一区间同时掘进，检测并记录刀圈磨损数据；通过检测磨损数据可得：采用本发明滚刀刀圈毛坯制备的滚刀刀圈的磨损率仅为现有刀圈磨损率的74％，即本发明制备的滚刀刀圈材料制备的滚刀刀圈更具有耐磨性，寿命更长，减少了滚刀的更换、加快了施工效率。
实施例3
一种高性能滚刀刀圈材料，以质量百分含量表示，所述的滚刀刀圈材料的化学元素组成为：C为0.62％，Si为0.35％，Mn为0.43％，Cr为6.75％，Mo为2.67％，V为0.90％，P与S的总含量≤0.025％，余量为铁。
上述高性能滚刀刀圈材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照上述的合金元素百分比，计算配比原料；准备生铁(牌号为：炼04)，以及铬铁、锰铁、钼铁、钒铁；
(2)熔炼、浇铸：
a：将步骤(1)准备的生铁加入到感应电炉中，调节电炉中熔池的温度为1550±10℃，然后向电炉的熔池中加入脱碳剂、脱硫剂及脱氧剂对熔化的原料铁进行脱碳、脱硫及脱氧处理；
b：脱碳、脱硫、脱氧工序完成后(即熔池内液体不再有气泡冒出，即不再有气体产生)；然后将熔池的温度升至1610±10℃，在该温度条件下保温8min；保温完成后，向电炉的熔池中加入铬铁及锰铁，待加入的铬铁及锰铁完全熔化后，向电炉的熔池中加入脱氧剂进行二次脱氧；然后，再向电炉的熔池中加入钼铁和钒铁，加入的钼铁与钒铁完全熔化，即得到合金钢溶液；
在该过程中，通过铬铁、锰铁、钼铁、钒铁、脱碳剂、脱硫剂、脱氧剂的加入调节铁合金溶液使其符合元素组成为：C为0.62％，Si为0.35％，Mn为0.43％，Cr为6.75％，Mo为2.67％，V为0.90％，P与S的总含量≤0.025％，余量为铁；
c：将步骤b得到的合金钢溶液输送至砂型模具中浇铸成为Φ100mm×240mm的圆柱体钢锭，待成型完成后，取出钢锭，割除冒口，清理打磨表面；
(3)电渣重熔：将步骤(2)所述割除、打磨、清理后的钢锭放置在电渣炉中进行电渣重熔；所述电渣重熔时的电压为50V，电流为3000A；
(4)均匀化退火：将步骤(3)所述重熔之后的钢锭放置在加热炉中，然后加热炉以260℃/h的升温速率由室温升至1200℃，并在该温度下保温10小时；保温完成后，将炉内温度由1200℃降至500℃，降温之后，钢锭出炉空冷至室温；
(5)将步骤(4)所述均匀化退火之后的钢锭置于加热炉中，加热炉以230℃/h的升温速率由室温升至920℃，并在该温度下保温3小时；保温完成后，炉内温度以50℃/h的降温速率由920℃降至500℃，降温完成后，钢锭出炉空冷至室温；
(6)锻造(镦粗)：将步骤(5)所述出炉空冷至室温的钢锭置于加热炉中，将钢锭加热至1150℃，加热完成后，对加热至1150℃的钢锭进行锻造(镦粗)，镦粗成长度为75mm的钢锭，其中终锻温度大于950℃(即钢锭在锻造过程中，其温度不能降低到950℃以下)；锻造完成后，将锻造之后的钢锭埋入砂中冷却至室温；
(7)球化退火处理：将步骤(6)所述锻造之后的钢锭置于加热炉中，炉内温度以220℃/h的升温速率由室温加热至850℃，并在该温度下保温4小时；保温完成后，将温度降低至740℃～760℃、并在740℃～760℃条件下保温5小时；保温完成后，将炉内温度降至500℃，降温完成后，钢锭出炉空冷至室温；
(8)淬火处理：将步骤(7)所述球化退火处理之后的钢锭置于加热炉中，炉内温度以230℃/h的升温速率升至650℃，并在该温度下保温1.5小时；保温完成后，炉内温度升至850℃，并在该温度下保温1.5小时；保温完成后，炉内温度升至1100℃，并在该温度下保温2小时，保温完成后，进行油淬、冷却至室温；
(9)回火处理：将步骤(8)所述淬火处理之后的钢锭置于加热炉中，加热至540℃，并在该温度下保温4小时，保温完成后进行空冷、冷却至室温；然后再加热至525℃、并在该温度下保温5小时，保温完成后进行空冷、冷却至室温；然后再加热至525℃、并在该温度下保温5小时，保温完成后进行空冷、冷却至温室即得到所述的滚刀刀圈毛坯。
对上述制备的滚刀刀圈用材料进行性能测试：经过测试得到，上述制备的滚刀刀圈用材料硬度约为61.3HRC，相应的夏比U2缺口冲击韧性为10.3J/cm2，硬度得到明显提高；即在冲击韧性变化不大的前提下，其硬度得到明显提高。
采用本发明制备的滚刀刀圈用材料，通过常用的方法制备成为滚刀刀圈，并对其进行性能测试：
采用本发明制备滚刀刀圈材料制备的滚刀刀圈在实际中的应用试验：将现用刀圈与本发明材料制备的滚刀刀圈安装在同一刀盘相近半径位置，并在同一区间同时掘进，检测并记录刀圈磨损数据；通过检测磨损数据可得：采用本发明滚刀刀圈毛坯制备的滚刀刀圈的磨损率仅为现有刀圈磨损率的78％，即本发明制备的滚刀刀圈材料制备的滚刀刀圈更具有耐磨性，寿命更长，减少了滚刀的维护与更换、加快了施工效率。

Claims (8)

1.一种高性能滚刀刀圈材料，其特征在于，以质量百分含量表示，所述高性能滚刀刀圈材料的化学元素组成为：C为0.55％～0.70％，Si≤0.40％，Mn≤0.50％，Cr为5.30％～6.75％，Mo为2.0％～3.0％，V为0.60％～0.95％，S与P的总含量≤0.025％，余量为铁。
2.根据权利要求1所述的高性能滚刀刀圈材料，其特征在于，以质量百分含量表示，所述高性能滚刀刀圈的化学元素组成为：C为0.62％，Si为0.35％，Mn为0.43％，Cr为6.75％，Mo为2.67％，V为0.90％，S与P的总含量≤0.025％，余量为铁。
3.一种权利要求1所述高性能滚刀刀圈材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)按照权利要求1要求材料的化学元素质量百分比，计算原料配比；准备生铁，以及铬铁、锰铁、钼铁、钒铁；
(2)熔炼、浇铸：
a：将步骤(1)准备的生铁加入到感应电炉中加热熔化，待原料铁完全熔化后，调节电炉中熔池的温度为1550±10℃，然后向电炉的熔池中加入脱碳剂、脱硫剂及脱氧剂对熔化的原料铁进行脱碳、脱硫和脱氧处理；
b：待脱碳、脱硫、脱氧工序完成后；将电炉内熔池的温度升至1600℃～1620℃，并在该温度下保温5～10min；保温完成后，向电炉的熔池中加入铬铁及锰铁，待加入的铬铁与锰铁完全熔化后，向电炉的熔池中加入脱氧剂进行二次脱氧；然后，再向电炉的熔池中加入钼铁和钒铁，加入的钼铁与钒铁完全熔化，即得到合金钢溶液；
在该过程中，通过铬铁、锰铁、钼铁、钒铁、脱碳剂、脱硫剂、脱氧剂的加入调节合金钢溶液使其符合材料的化学元素组成要求：C为0.55％～0.70％，Si≤0.40％，Mn≤0.50％，Cr为5.30％～6.75％，Mo为2.0％～3.0％，V为0.60％～0.95％，S与P的总含量≤0.025％，余量为铁；
c：将步骤b得到的铁合金溶液置于模具中浇铸成为钢锭，浇铸完成后，取出钢锭，割除冒口，清理打磨表面；
(3)电渣重熔：
将步骤(2)得到的钢锭放置在电渣炉中进行电渣重熔；
(4)均匀化退火：
将步骤(3)所述重熔之后的钢锭置于加热炉中，将加热炉内的温度由室温升至1200℃，并在该温度下保温10小时；保温完成后，炉内温度由1200℃降至500℃，降温完成，钢锭出炉空冷至室温；
(5)将步骤(4)所述均匀化退火处理之后的钢锭置于加热炉中，炉内温度由室温升至890℃～920℃，然后在该温度下保温3～5小时；保温完成后，炉内温度由890℃～920℃降至500℃，降温之后，钢锭出炉空冷至室温
(6)锻造：
将步骤(5)所述空冷至室温的钢锭置于加热炉中，将钢锭加热至1100℃～1150℃；加热完成后，对加热至1100℃～1150℃的铁合金铸锭进行锻造处理；锻造完成，将锻造之后的钢锭埋入砂中冷却至室温；
(7)球化退火处理：
将步骤(6)所述锻造后的钢锭置于加热炉中，炉内温度由室温加热至850℃～880℃，并在该温度下保温2～4小时；保温完成后，将温度降低至740℃～760℃、并在740℃～760℃条件下保温3～6小时；保温完成后，将炉内的温度降至500℃；降温之后、钢锭出炉空冷至室温；
(8)淬火处理：
将步骤(7)所述球化退火处理后的钢锭置于加热炉中，炉内温度由室温升至650℃，并在该温度下保温1～1.5小时；保温完成后，炉内温度升至850℃～880℃，并在该温度下保温1～1.5小时；保温完成后，炉内温度升至1050℃～1100℃，并在该温度下进行保温，保温完成后，进行油淬、冷却至室温；
(9)回火处理：
将步骤(8)所述淬火处理之后的铁合金铸锭置于加热炉中，进行回火处理，回火完成，即得到滚刀刀圈用材料。
4.根据权利要求3所述高性能滚刀刀圈材料的制备方法，其特征在于，步骤(6)所述锻造即对钢锭进行镦粗处理，镦粗处理的终锻温度为950℃～1150℃；镦粗过程中的镦粗比＞3。
5.根据权利要求3所述高性能滚刀刀圈材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述加热炉内温度由室温升至1200℃的升温速率为220℃/h～280℃/h；步骤(5)所述加热炉内温度由室温升至890℃～920℃的升温速率为180℃/h～240℃/h，然后由890℃～920℃降至500℃时的降温速率≤50℃/h；步骤(7)所述加热炉内温度由室温加热至850℃～880℃的升温速率为220℃/h～280℃/h。
6.根据权利要求3所述高性能滚刀刀圈材料的制备方法，其特征在于，步骤(8)所述加热炉内温度由室温升至650℃的升温速率为180℃/h～240℃/h；
步骤(8)所述钢锭在1050℃～1100℃温度下进行保温时的时间具体为：经步骤(7)球化退火处理之后所得钢锭的有效厚度*2min/mm；其中，经过球化退火处理之后所得钢锭的长度及截面半径两者中较小的数值为钢锭的有效厚度。
7.根据权利要求3所述高性能滚刀刀圈材料的制备方法，其特征在于，步骤(9)所述回火处理具体为，将所述淬火处理之后的钢锭置于加热炉中，加热至520℃～560℃，并在该温度下保温3～5小时，保温完成后进行空冷、冷却至室温；然后再加热至510℃～555℃、并在该温度下保温3～5小时，保温完成后进行空冷、冷却至室温；然后再加热至510℃～555℃、并在该温度下保温3～5小时，保温完成后进行空冷、冷却至温室即得到所述的滚刀刀圈用材料。
8.采用权利要求1～7任一项所述的高性能滚刀刀圈材料制备的高性能滚刀刀圈。
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