CN109338226B - 一种高性能tbm刀盘刮渣板用材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能TBM刀盘刮渣板用材料及其制备方法，该材料的化学成分重量百分含量为：C为0.35%～0.45%，Si为0.80%～1.20%，Mn为1.10%～1.30%，Cr为1.80%～2.45%，Mo为0.70%～1.0%，S与P的总含量≤0.04%，余量为Fe。该材料硬度明显提高，采用该材料通过熔炼—浇铸—退火—淬火—回火步骤制备的TBM刀盘刮渣板韧性好、硬度高，有着良好得耐磨性能，延长了TBM刀盘刮渣板的使用寿命，延长了更换期限。
Description
技术领域
本发明属于TBM部件技术领域，具体涉及一种高性能TBM刀盘刮渣板用材料及其制备方法。
背景技术
因掘进效率高、安全性好、经济环保、劳动强度低等优势，盾构机在隧道、管网、综合管廊等地下工程中的应用日益广泛，施工时，盾构机前端刀盘上的滚刀在推进力作用下，排列在刀盘上的盘形滚刀紧压岩面，随着刀盘旋转，将岩面碾出一系列同心圆，当受力超过岩石强度极限时，同心圆间的岩石裂缝贯通，岩片剥落。破碎的岩片如不能通过刮渣板刮起并及时排出到出渣口，将对刀盘与刀具产生二次冲击与磨损，加速其失效，刮渣板的性能直接影响施工效率与设备的寿命。
当前，刮渣板多采用EN-41钢制备，EN-41钢虽具有耐磨特性但是价格较高；目前，国内还没有可供替代的、高质量的标准牌号钢材，行业多是通过简单的仿制，质量参差不齐，在苛刻的服役工况条件下，常发生刮渣板严重磨损的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种高性能TBM刮渣板用材料及其制备方法，该材料纯净度高、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：
本发明提供一种高性能TBM刀盘刮渣板用材料，以重量百分含量表示，所述高性能TBM刀盘刮渣板用材料的化学成分组成为：C为0.35%～0.45%，Si为0.80%～1.20%，Mn为1.10%～1.30%，Cr为1.80%～2.45%，Mo为0.70%～1.0%，S与P的总含量≤0.04%，余量为Fe。
优选地，以重量百分含量表示，所述高性能TBM刀盘刮渣板用材料的化学成分组成为：C为0.35%，Si为0.85%，Mn为1.15 %，Cr为1.95%，Mo为0.74%，S与P的总含量≤0.04%，余量为Fe。
本发明还提供一种高性能TBM刀盘刮渣板用材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按照上述的TBM刀盘刮渣板用材料的化学成分重量百分含量，计算原料配比并准备生铁、铬铁、锰铁和钼铁。
步骤2：熔炼、浇铸：
将步骤1准备的生铁与合金原料加热熔化，然后对钢液进行脱碳、脱硫和脱氧处理，接着将钢液温度调整在1580℃～1620℃之间，向钢液中加入锰铁、铬铁和钼铁进行熔炼并进行二次脱氧；调整得到的合金钢液的化学成分达到设计要求后进行浇铸形成钢锭，缓慢冷却至室温。
步骤3：电渣重熔：将步骤2获得的钢锭进行电渣重熔，得电渣钢锭。
步骤4：退火处理：将步骤3获得的电渣钢锭置于加热炉内，将加热炉内的温度升高至840℃～860℃，并在该温度下保温4～6小时；保温完成后，将炉内的温度降至500℃以下，钢锭出炉空冷至室温。
步骤5：锻造、退火：
将步骤4获得的钢锭进行拔长，模锻成型，然后将模锻件加热至750℃～780℃，保温3～5小时，保温结束后，钢锭出炉空冷至室温。
步骤6：淬火处理：
将步骤5获得的退火钢锭置于加热炉中，以8℃/min的升温速度将炉温升至900℃～950℃，并在该温度下保温1～1.5小时；保温完成后，进行油淬、冷却至室温。
步骤7：回火处理：
将步骤6获得的淬火钢锭置于加热炉中，以8℃/min的升温速度将炉温升至320℃～370℃，并在该温度下保温2～3小时，保温完成后，空冷至室温，即得到所述的高性能TBM刀盘刮渣板用材料。
优选地，所述步骤2具体操作如下：
2a：在中频炉中加入萤石、硅钙合金熔化造渣，浮在钢液表面保温、脱硫、脱氧，并减少空气中的氧进入钢液，加入生铁与合金原料，加热至炉内的原料全部熔化；所述合金原料为20CrMo、20钢、45钢、40Cr中的一种或几种。
2b：然后将钢液温度调整在1580℃～1620℃之间，向钢液中加入锰铁、铬铁和钼铁进行熔炼；熔炼期间，不定时补充萤石与硅钙合金，并向钢液里加入铝粉脱氧。
2c：取熔炼后的合金钢液倒入模具，检测其化学成分，对比设计要求的化学成分，向合金钢液中加入碳粉、铬铁、钼铁调整合金钢液的化学成分，待合金钢液成分达到设计要求后，准备浇铸。
2d：烘烤中间钢包。
2e：将步骤2c得到的合金钢液调整温度至1620℃，将合金钢液转移至中间钢包后，在合金钢液表面添加硅铁粉，脱氧镇定2分钟，采用底部浇铸的方法将合金钢液浇注到模具中形成钢锭，缓慢冷却至室温。
优选地，所述步骤5具体操作如下：
5a：将步骤4获得的钢锭加热至1100℃～1150℃，取出，拔长钢锭后，置于750℃～780℃的加热炉内，保温3～5小时，保温结束后，待加热炉内温度降至500℃以下，钢锭出炉空冷至室温。
5b：拔长后的钢锭探伤合格后，进行下料。
5c：将所下钢料加热至1100℃～1150℃，取出，模锻成型。
5d：将获得的模锻件放于加热炉中，加热至750℃～780℃，保温3～5小时，保温结束后，待炉内温度降至500℃以下，钢锭出炉空冷至室温。
本发明还提供了上述的高性能TBM刀盘刮渣板用材料制备的TBM刀盘刮渣板。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明所述的TBM刀盘刮渣板用材料采用较高的碳含量比及较高的铬、钼含量比（碳含量控制在0.35%～0.45%，铬含量控制在1.80%～2.45%，钼含量控制在0.70%～1.0%），不但有利于降低回火脆性、提高淬透性，而且铬、钼与碳、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TBM刀盘刮渣板用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；钼能够有效细化组织，回火形成钼的碳化物析出，起到二次硬化作用，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。
本发明中TBM刀盘刮渣板用新材料冶炼采用了经充分清理的20CrMo、20钢、45钢、40Cr回收料，降低了刮渣板用材料的成本。
本发明的TBM刀盘刮渣板用材料通过淬火及回火工艺的有效控制，得到了组织均匀、碳化物弥散分布的刮渣板用材料。经检测，所得刮渣板用材料的硬度达到48～52HRC，夏比U2缺口冲击韧性达到28J/cm2～36J/cm2，硬度高、并且有着良好的冲击韧性，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，采用本发明材料制备的刮渣板磨损率最低为现有刮渣板的84%，即本发明材料制作的TBM刀盘刮渣板的耐磨性及使用寿命明显提高，使用寿命提高了16%。
本发明通过探究制备得到的刮渣板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，明显改善刮渣板在高磨蚀性硬岩地层的使用表现，提高其使用寿命。
具体实施方式
下面通过具体实施例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TBM刀盘刮渣板用材料，以重量百分含量表示，所述的高性能TBM刀盘刮渣板用材料的化学成分组成为：C为0.39%，Si为0.94%，Mn为1.15%，Cr为1.94%，Mo为0.70%，P与S的总含量≤0.04%，余量为Fe。
上述高性能TBM刀盘刮渣板用材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按照上述的TBM刀盘刮渣板用材料的化学成分重量百分含量，计算原料配比；准备生铁、铬铁、锰铁和钼铁。
步骤2：熔炼、浇铸：
2a：在中频炉中加入萤石、硅钙合金以及生铁与合金原料（合金原料为20钢和20CrMo钢），加热，直至中频炉内的原料全部熔化；萤石和硅钙合金熔化后，形成渣浮在钢液表面，保温、脱氧并且减少空气中的氧进入钢液。
2b：调节中频炉，将钢液温度调整在1600℃，并维持在该温度范围，向钢液中加入锰铁、铬铁、钼铁熔炼；熔炼期间，不定时补充萤石与硅钙合金，保证钢液表面有足够的渣保护，同时也不定时敲破渣面，以避免渣面过厚，固结钢液表面，给后续浇铸带来麻烦；并且向钢液里加入铝粉脱氧。
2c：取合金钢液倒入模具，利用光谱仪检测其化学成分，对比设计要求的化学成分，向合金钢液中加入碳粉、铬铁、钼铁，熔炼，调整合金钢液的化学成分；待合金钢液成分达到设计要求后，准备浇铸。
2d：烘烤中间钢包，确保钢包干燥。
2e：将步骤2c得到的合金钢液调整温度至1620℃，将合金钢液转移至中间钢包后，在合金钢液表面添加硅铁粉，脱氧镇定约2分钟，采用底部浇铸的方法将合金钢液浇注到模具中形成钢锭。缓慢冷却至室温。
步骤3：电渣重熔：将步骤2获得的钢锭以2.5Kg/min的速度进行电渣重熔，以降低钢锭中气体与夹杂含量，提高钢锭的致密度与纯净度。
步骤4：退火处理：将步骤3获得的电渣钢锭置于加热炉内，加热炉内的温度由室温升高至840℃，并在该温度下保温4小时；保温完成后，待炉内的温度降至500℃以下，钢锭出炉空冷至室温。
步骤5：锻造与退火处理：
5a：将步骤4获得的钢锭加热至1120℃，取出，拔长钢锭后，置于750℃的炉内，保温4小时，保温结束后，待炉内温度降至500℃以下，钢锭出炉空冷至室温。
5b：拔长后的钢锭探伤合格后，进行下料。
5c：将所下钢料加热至1120℃，取出，模锻成型。
5d：将获得的模锻件放于箱式电阻炉中，加热至750℃，保温4小时，保温结束后，待炉内温度降至500℃以下，钢锭出炉空冷至室温。
步骤6：淬火处理：
将步骤5获得的退火钢锭置于加热炉中，以8℃/min的升温速度将炉温升至900℃，并在该温度下保温1小时；保温完成后，进行油淬、冷却至室温。
步骤7：回火处理：
将步骤6获得的淬火钢锭置于加热炉中，以8℃/min的升温速度将炉温升至320℃，并在该温度下保温2小时，保温完成后，空冷至室温。即得到所述的高性能TBM刀盘刮渣板用材料。
对上述制备的TBM刀盘刮渣板用材料进行性能测试：经过测试得到，所得的TBM刀盘刮渣板用材料硬度约为48.2HRC，相应的夏比U2缺口冲击韧性为31.5J/cm2，综合性能得到明显提高。
采用本实施例制备的TBM刀盘刮渣板用材料来制备刮渣板，所得刮渣板在实际中的应用试验：将现用刮渣板与本发明制备的刮渣板安装在同一刀盘相近半径位置，并在同一区间同时掘进，检测并记录磨损数据；通过检测磨损数据可得：采用本发明制备的TBM刀盘刮渣板的磨损率为现用刮渣板磨损率的94%，即本实施例制备的TBM刀盘刮渣板更具有耐磨性，寿命更长。
实施例2
一种高性能TBM刀盘刮渣板用材料，以重量百分含量表示，所述的高性能TBM刀盘刮渣板用材料的化学成分组成为：C为0.42%，Si为0.92%，Mn为1.10%，Cr为2.10%，Mo为0.86%，P与S的总含量≤0.04%，余量为Fe。
上述高性能TBM刀盘刮渣板用材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按照上述的TBM刀盘刮渣板用材料的化学成分重量百分含量，计算原料配比；准备生铁、铬铁、锰铁和钼铁。
步骤2：熔炼、浇铸：
2a：在中频炉中加入萤石、硅钙合金以及生铁与合金原料（合金原料为20CrMo、20钢和45钢），加热，直至中频炉内的原料全部熔化；萤石和硅钙合金熔化后，形成渣浮在钢液表面，保温、脱氧并且减少空气中的氧进入钢液。
2b：调节中频炉，将钢液温度调整在1610℃，并维持在该温度范围，向钢液中加入锰铁、铬铁、钼铁熔炼；熔炼期间，不定时补充萤石与硅钙合金，保证钢液表面有足够的渣保护，同时也不定时敲破渣面，以避免渣面过厚，固结钢液表面，给后续浇铸带来麻烦；并且向钢液里加入铝粉脱氧。
2c：取合金钢液倒入模具，利用光谱仪检测其化学成分，对比设计要求的化学成分，向合金钢液中加入碳粉、铬铁、钼铁，熔炼，调整合金钢液的化学成分；待合金钢液成分达到设计要求后，准备浇铸。
2d：烘烤中间钢包，确保钢包干燥。
2e：将步骤2c得到的合金钢液调整温度至1620℃，将合金钢液转移至中间钢包后，在合金钢液表面添加硅铁粉，脱氧镇定约2分钟，采用底部浇铸的方法将合金钢液浇注到模具中形成钢锭，缓慢冷却至室温。
步骤3：电渣重熔：将步骤2获得的钢锭以2.5Kg/min的速度进行电渣重熔，以降低钢锭中气体与夹杂含量，提高钢锭的致密度与纯净度。
步骤4：退火处理：将步骤3获得的电渣钢锭置于加热炉内，加热炉内的温度由室温升高至840℃，并在该温度下保温6小时；保温完成后，待炉内的温度降至500℃以下，钢锭出炉空冷至室温。
步骤5：锻造与退火处理：
5a：将步骤4获得的钢锭加热至1120℃，取出，拔长钢锭后，置于750℃的炉内，保温4小时，保温结束后，待炉内温度降至500℃以下，钢锭出炉空冷至室温。
5b：拔长后的钢锭探伤合格后，进行下料。
5c：将所下钢料加热至1100℃，取出，模锻成型。
5d：将获得的模锻件放于箱式电阻炉中，加热至780℃，保温4小时，保温结束后，待炉内温度降至500℃以下，钢锭出炉空冷至室温。
步骤6：淬火处理：
将步骤5获得的退火钢锭置于加热炉中，以8℃/min的升温速度将炉温升至915℃，并在该温度下保温1小时；保温完成后，进行油淬、冷却至室温。
步骤7：回火处理：
将步骤6获得的淬火钢锭置于加热炉中，以8℃/min的升温速度将炉温升至335℃，并在该温度下保温2小时，保温完成后，空冷至室温。即得到所述的高性能TBM刀盘刮渣板用材料。
对上述制备的TBM刀盘刮渣板用材料进行性能测试：经过测试得到，所得的TBM刀盘刮渣板用材料硬度约为51.7 HRC，相应的夏比U2缺口冲击韧性为28.4J/cm2，综合性能得到明显提高。
采用本实施例制备的TBM刀盘刮渣板用材料来制备刮渣板，所得刮渣板在实际中的应用试验：将现用刮渣板与本发明制备的刮渣板安装在同一刀盘相近半径位置，并在同一区间同时掘进，检测并记录磨损数据；通过检测磨损数据可得：采用本实施例制备的TBM刀盘刮渣板的磨损率为现用刮渣板磨损率的84%，即本发明制备的TBM刀盘刮渣板更具有耐磨性，寿命更长。
实施例3
一种高性能TBM刀盘刮渣板用材料，以重量百分含量表示，所述的高性能TBM刀盘刮渣板用材料的化学成分组成为：C为0.45%，Si为1.05%，Mn为1.23%，Cr为2.28%，Mo为0.75%，P与S的总含量≤0.04%，余量为Fe。
上述高性能TBM刀盘刮渣板用材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按照上述的TBM刀盘刮渣板用材料的化学成分重量百分含量，计算原料配比；准备生铁、铬铁、锰铁和钼铁。
步骤2：熔炼、浇铸：
2a：在中频炉中加入萤石、硅钙合金以及生铁与合金原料（合金原料为20钢和20CrMo钢），加热，直至中频炉内的原料全部熔化；萤石和硅钙合金熔化后，形成渣浮在钢液表面，保温、脱氧并且减少空气中的氧进入钢液。
2b：调节中频炉，将钢液温度调整在1610℃，并维持在该温度范围，向钢液中加入锰铁、铬铁、钼铁熔炼；熔炼期间，不定时补充萤石与硅钙合金，保证钢液表面有足够的渣保护，同时也不定时敲破渣面，以避免渣面过厚，固结钢液表面，给后续浇铸带来麻烦；并且向钢液里加入铝粉脱氧。
2c：取合金钢液倒入模具，利用光谱仪检测其化学成分，对比设计要求的化学成分，向合金钢液中加入碳粉、铬铁、钼铁，熔炼，调整合金钢液的化学成分。待合金钢液成分达到设计要求后，准备浇铸。
2d：烘烤中间钢包，确保钢包干燥。
2e：将步骤2c得到的合金钢液调整温度至1620℃，将合金钢液转移至中间钢包后，在合金钢液表面添加硅铁粉，脱氧镇定约2分钟，采用底部浇铸的方法将合金钢液浇注到模具中形成钢锭。缓慢冷却至室温。
步骤3：电渣重熔：将步骤2获得的钢锭以2.5Kg/min的速度进行电渣重熔，以降低钢锭中气体与夹杂含量，提高钢锭的致密度与纯净度。
步骤4：退火处理：将步骤3获得的电渣钢锭置于加热炉内，加热炉内的温度由室温升高至860℃，并在该温度下保温6小时；保温完成后，待炉内的温度降至500℃以下，钢锭出炉空冷至室温。
步骤5：锻造与退火处理：
5a：将步骤4获得的钢锭加热至1150℃，取出，拔长钢锭后，置于770℃的炉内，保温4小时，保温结束后，待炉内温度降至500℃以下，钢锭出炉空冷至室温。
5b：拔长后的钢锭探伤合格后，进行下料。
5c：将所下钢料加热至1150℃，取出，模锻成型。
5d：将获得的模锻件放于箱式电阻炉中，加热至780℃，保温4小时，保温结束后，待炉内温度降至500℃以下，钢锭出炉空冷至室温。
步骤6：淬火处理：
将步骤5获得的退火钢锭置于加热炉中，以8℃/min的升温速度将炉温升至930℃，并在该温度下保温1.5小时；保温完成后，进行油淬、冷却至室温。
步骤7：回火处理：
将步骤6获得的淬火钢锭置于加热炉中，以8℃/min的升温速度将炉温升至370℃，并在该温度下保温3小时，保温完成后，空冷至室温。即得到所述的高性能TBM刀盘刮渣板用材料。
对上述制备的TBM刀盘刮渣板用材料进行性能测试：经过测试得到，所得的TBM刀盘刮渣板用材料硬度约为49.6HRC，相应的夏比U2缺口冲击韧性为33.7J/cm2，综合性能得到明显提高。
采用本实施例制备的TBM刀盘刮渣板用材料来制备刮渣板，所得刮渣板在实际中的应用试验：将现用刮渣板与本发明制备的刮渣板安装在同一刀盘相近半径位置，并在同一区间同时掘进，检测并记录磨损数据；通过检测磨损数据可得：采用本发明制备的TBM刀盘刮渣板的磨损率为现用刮渣板磨损率的91.3%，即实施例制备的TBM刀盘刮渣板更具有耐磨性，寿命更长。
实施例4
一种高性能TBM刀盘刮渣板用材料，以重量百分含量表示，所述的高性能TBM刀盘刮渣板用材料的化学成分组成为：C为0.35%，Si为0.85%，Mn为1.30%，Cr为1.80%，Mo为1.0%，P与S的总含量≤0.04%，余量为Fe。
上述高性能TBM刀盘刮渣板用材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按照上述的TBM刀盘刮渣板用材料的化学成分重量百分含量，计算原料配比；准备生铁、铬铁、锰铁和钼铁。
步骤2：熔炼、浇铸：
2a：在中频炉中加入萤石、硅钙合金以及生铁与合金原料（合金原料为45钢和40Cr），加热，直至中频炉内的原料全部熔化；萤石和硅钙合金熔化后，形成渣浮在钢液表面，保温、脱氧并且减少空气中的氧进入钢液。
2b：调节中频炉，将钢液温度调整在1620℃，并维持在该温度范围，向钢液中加入锰铁、铬铁、钼铁熔炼；熔炼期间，需要不定时补充萤石与硅钙合金，保证钢液表面有足够的渣保护，同时也不定时敲破渣面，以避免渣面过厚，固结钢液表面，给后续浇铸带来麻烦；并且需要向钢液里加入铝粉脱氧。
2c：取合金钢液倒入模具，利用光谱仪检测其化学成分，对比设计要求的化学成分，向合金钢液中加入碳粉、铬铁、钼铁，熔炼，调整合金钢液的化学成分；待合金钢液成分达到设计要求后，准备浇铸。
2d：烘烤中间钢包，确保钢包干燥。
2e：将步骤2c得到的合金钢液调整温度至1620℃，将合金钢液转移至中间钢包后，在合金钢液表面添加硅铁粉，脱氧镇定约2分钟，采用底部浇铸的方法将合金钢液浇注到模具中形成钢锭。缓慢冷却至室温。
步骤3：电渣重熔：将步骤2获得的钢锭以2.5Kg/min的速度进行电渣重熔，以降低钢锭中气体与夹杂含量，提高钢锭的致密度与纯净度。
步骤4：退火处理：将步骤3获得的电渣钢锭置于加热炉内，加热炉内的温度由室温升高至840℃，并在该温度下保温6小时；保温完成后，待炉内的温度降至500℃以下，钢锭出炉空冷至室温。
步骤5：锻造与退火处理：
5a：将步骤4获得的钢锭加热至1150℃，取出，拔长钢锭后，置于780℃的炉内，保温4小时，保温结束后，待炉内温度降至500℃以下，钢锭出炉空冷至室温。
5b：拔长后的钢锭探伤合格后，进行下料。
5c：将所下钢料加热至1150℃，取出，模锻成型。
5d：将获得的模锻件放于箱式电阻炉中，加热至780℃，保温3小时，保温结束后，待炉内温度降至500℃以下，钢锭出炉空冷至室温。
步骤6：淬火处理：
将步骤5获得的退火钢锭置于加热炉中，以8℃/min的升温速度将炉温升至910℃，并在该温度下保温1.5小时；保温完成后，进行油淬、冷却至室温。
步骤7：回火处理：
将步骤6获得的淬火钢锭置于加热炉中，以8℃/min的升温速度将炉温升至360℃，并在该温度下保温3小时，保温完成后，空冷至室温。即得到所述的高性能TBM刀盘刮渣板用材料。
对上述制备的TBM刀盘刮渣板用材料进行性能测试：经过测试得到，所得的TBM刀盘刮渣板用材料硬度约为48.6HRC，相应的夏比U2缺口冲击韧性为35.5J/cm2，综合性能得到明显提高。
采用本实施例制备的TBM刀盘刮渣板用材料来制备刮渣板，所得刮渣板在实际中的应用试验：将现用刮渣板与本发明制备的刮渣板安装在同一刀盘相近半径位置，并在同一区间同时掘进，检测并记录磨损数据；通过检测磨损数据可得：采用本发明制备的TBM刀盘刮渣板的磨损率为现用刮渣板磨损率的95.8%，即本实施例制备的TBM刀盘刮渣板更具有耐磨性，寿命更长。
实施例5
一种高性能TBM刀盘刮渣板用材料，以重量百分含量表示，所述的高性能TBM刀盘刮渣板用材料的化学成分组成为：C为0.35%，Si为0.85%，Mn为1.15%，Cr为1.95%，Mo为0.74%，P与S的总含量≤0.04%，余量为Fe。
上述高性能TBM刀盘刮渣板用材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按照上述的TBM刀盘刮渣板用材料的化学成分重量百分含量，计算原料配比；准备生铁、铬铁、锰铁和钼铁。
步骤2：熔炼、浇铸：
2a：在中频炉中加入萤石、硅钙合金以及生铁与合金原料（合金原料为20CrMo和45钢），加热，直至中频炉内的原料全部熔化；萤石和硅钙合金熔化后，形成渣浮在钢液表面，保温、脱氧并且减少空气中的氧进入钢液。
2b：调节中频炉，将钢液温度调整在1620℃，并维持在该温度范围，向钢液中加入锰铁、铬铁、钼铁熔炼；熔炼期间，需要不定时补充萤石与硅钙合金，保证钢液表面有足够的渣保护，同时也不定时敲破渣面，以避免渣面过厚，固结钢液表面，给后续浇铸带来麻烦；并且需要向钢液里加入铝粉脱氧。
2c：取合金钢液倒入模具，利用光谱仪检测其化学成分，对比设计要求的化学成分，向合金钢液中加入碳粉、铬铁、钼铁，熔炼，调整合金钢液的化学成分；待合金钢液成分达到设计要求后，准备浇铸。
2d：烘烤中间钢包，确保钢包干燥。
2e：将步骤2c得到的合金钢液调整温度至1620℃，将合金钢液转移至中间钢包后，在合金钢液表面添加硅铁粉，脱氧镇定约2分钟，采用底部浇铸的方法将合金钢液浇注到模具中形成钢锭。缓慢冷却至室温。
步骤3：电渣重熔：将步骤2获得的钢锭以2.5Kg/min的速度进行电渣重熔，以降低钢锭中气体与夹杂含量，提高钢锭的致密度与纯净度。
步骤4：退火处理：将步骤3获得的电渣钢锭置于加热炉内，加热炉内的温度由室温升高至840℃，并在该温度下保温6小时；保温完成后，待炉内的温度降至500℃以下，钢锭出炉空冷至室温。
步骤5：锻造与退火处理：
5a：将步骤4获得的钢锭加热至1150℃，取出，拔长钢锭后，置于780℃的炉内，保温3小时，保温结束后，待炉内温度降至500℃以下，钢锭出炉空冷至室温。
5b：拔长后的钢锭探伤合格后，进行下料。
5c：将所下钢料加热至1150℃，取出，模锻成型。
5d：将获得的模锻件放于箱式电阻炉中，加热至780℃，保温5小时，保温结束后，待炉内温度降至500℃以下，钢锭出炉空冷至室温。
步骤6：淬火处理：
将步骤5获得的退火钢锭置于加热炉中，以8℃/min的升温速度将炉温升至915℃，并在该温度下保温1.5小时；保温完成后，进行油淬、冷却至室温。
步骤7：回火处理：
将步骤6获得的淬火钢锭置于加热炉中，以8℃/min的升温速度将炉温升至320℃，并在该温度下保温3小时，保温完成后，空冷至室温。即得到所述的高性能TBM刀盘刮渣板用材料。
对上述制备的TBM刀盘刮渣板用材料进行性能测试：经过测试得到，所得的TBM刀盘刮渣板用材料硬度约为50.6HRC，相应的夏比U2缺口冲击韧性为35.5J/cm2，综合性能得到明显提高。
采用本实施例制备的TBM刀盘刮渣板用材料来制备刮渣板，所得刮渣板在实际中的应用试验：将现用刮渣板与本发明制备的刮渣板安装在同一刀盘相近半径位置，并在同一区间同时掘进，检测并记录磨损数据；通过检测磨损数据可得：采用本发明制备的TBM刀盘刮渣板的磨损率为现用刮渣板磨损率的86.8%，即本实施例制备的TBM刀盘刮渣板更具有耐磨性，寿命更长。
实施例6
一种高性能TBM刀盘刮渣板用材料，以重量百分含量表示，所述的高性能TBM刀盘刮渣板用材料的化学成分组成为：C为0.39%，Si为0.80%，Mn为1.30%，Cr为1.80%，Mo为0.82%，P与S的总含量≤0.04%，余量为Fe。
上述高性能TBM刀盘刮渣板用材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按照上述的TBM刀盘刮渣板用材料的化学成分重量百分含量，计算原料配比；准备生铁、铬铁、锰铁和钼铁。
步骤2：熔炼、浇铸：
2a：在中频炉中加入萤石、硅钙合金以及生铁与合金原料（20钢和20CrMo钢），加热，直至中频炉内的原料全部熔化；萤石和硅钙合金熔化后，形成渣浮在钢液表面，保温、脱硫、脱氧并减少空气中的氧进入钢液。
2b：调节中频炉，将钢液温度调整在1600℃，并维持在该温度范围，向钢液中加入锰铁、铬铁、钼铁熔炼；熔炼期间，不定时补充萤石与硅钙合金，保证钢液表面有足够的渣保护，同时也不定时敲破渣面，以避免渣面过厚，固结钢液表面，给后续浇铸带来麻烦；并且向钢液里加入铝粉脱氧。
2c：取合金钢液倒入模具，利用光谱仪检测其化学成分，对比设计要求的化学成分，向合金钢液中加入碳粉、铬铁、钼铁，熔炼，调整合金钢液的化学成分；待合金钢液成分达到设计要求后，准备浇铸。
2d：烘烤中间钢包，确保钢包干燥。
2e：将步骤2c得到的合金钢液调整温度至1620℃，将合金钢液转移至中间钢包后，在合金钢液表面添加硅铁粉，脱氧镇定约2分钟，采用底部浇铸的方法将合金钢液浇注到模具中形成钢锭。缓慢冷却至室温。
步骤3：电渣重熔：将步骤2获得的钢锭以2.5Kg/min的速度进行电渣重熔，以降低钢锭中气体与夹杂含量，提高钢锭的致密度与纯净度。
步骤4：退火处理：将步骤3获得的电渣钢锭置于加热炉内，加热炉内的温度由室温升高至840℃，并在该温度下保温4小时；保温完成后，待炉内的温度降至500℃以下，钢锭出炉空冷至室温。
步骤5：锻造与退火处理：
5a：将步骤4获得的钢锭加热至1120℃，取出，拔长钢锭后，置于750℃的炉内，保温4小时，保温结束后，待炉内温度降至500℃以下，钢锭出炉空冷至室温。
5b：拔长后的钢锭探伤合格后，进行下料。
5c：将所下钢料加热至1120℃，取出，模锻成型。
5d：将获得的模锻件放于箱式电阻炉中，加热至750℃，保温4小时，保温结束后，待炉内温度降至500℃以下，钢锭出炉空冷至室温。
步骤6：淬火处理：
将步骤5获得的退火钢锭置于加热炉中，以8℃/min的升温速度将炉温升至900℃，并在该温度下保温1小时；保温完成后，进行油淬、冷却至室温。
步骤7：回火处理：
将步骤6获得的淬火钢锭置于加热炉中，以8℃/min的升温速度将炉温升至335℃，并在该温度下保温2小时，保温完成后，空冷至室温。即得到所述的高性能TBM刀盘刮渣板用材料。
对上述制备的TBM刀盘刮渣板用材料进行性能测试：经过测试得到，所得的TBM刀盘刮渣板用材料硬度约为48.2HRC，相应的夏比U2缺口冲击韧性为31.5J/cm2，综合性能得到明显提高。
采用本实施例制备的TBM刀盘刮渣板用材料来制备刮渣板，所得刮渣板在实际中的应用试验：将现用刮渣板与本发明制备的刮渣板安装在同一刀盘相近半径位置，并在同一区间同时掘进，检测并记录磨损数据；通过检测磨损数据可得：采用本发明制备的TBM刀盘刮渣板的磨损率为现用刮渣板磨损率的94%，即本实施例制备的TBM刀盘刮渣板更具有耐磨性，寿命更长。
实施例7
一种高性能TBM刀盘刮渣板用材料，以重量百分含量表示，所述的高性能TBM刀盘刮渣板用材料的化学成分组成为：C为0.42%，Si为1.05%，Mn为1.10%，Cr为2.10%，Mo为0.86%，P与S的总含量≤0.04%，余量为Fe。
上述高性能TBM刀盘刮渣板用材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按照上述的TBM刀盘刮渣板用材料的化学成分重量百分含量，计算原料配比；准备生铁、铬铁、锰铁和钼铁。
步骤2：熔炼、浇铸：
2a：在中频炉中加入萤石、硅钙合金以及生铁与合金原料（合金原料为45钢和20CrMo），加热，直至中频炉内的原料全部熔化；萤石和硅钙合金熔化后，形成渣浮在钢液表面，保温、脱氧并且减少空气中的氧进入钢液。
2b：调节中频炉，将钢液温度调整在1610℃，并维持在该温度范围，向钢液中加入锰铁、铬铁、钼铁熔炼；熔炼期间，不定时补充萤石与硅钙合金，保证钢液表面有足够的渣保护，同时也不定时敲破渣面，以避免渣面过厚，固结钢液表面，给后续浇铸带来麻烦；并且向钢液里加入铝粉脱氧。
2c：取合金钢液倒入模具，利用光谱仪检测其化学成分，对比设计要求的化学成分，向合金钢液中加入碳粉、铬铁、钼铁，熔炼，调整合金钢液的化学成分；待合金钢液成分达到设计要求后，准备浇铸。
2d：烘烤中间钢包，确保钢包干燥。
2e：将步骤2c得到的合金钢液调整温度至1620℃，将合金钢液转移至中间钢包后，在合金钢液表面添加硅铁粉，脱氧镇定约2分钟，采用底部浇铸的方法将合金钢液浇注到模具中形成钢锭，缓慢冷却至室温。
步骤3：电渣重熔：将步骤2获得的钢锭以2.5Kg/min的速度进行电渣重熔，以降低钢锭中气体与夹杂含量，提高钢锭的致密度与纯净度。
步骤4：退火处理：将步骤3获得的电渣钢锭置于加热炉内，加热炉内的温度由室温升高至840℃，并在该温度下保温6小时；保温完成后，待炉内的温度降至500℃以下，钢锭出炉空冷至室温。
步骤5：锻造与退火处理：
5a：将步骤4获得的钢锭加热至1120℃，取出，拔长钢锭后，置于750℃的炉内，保温4小时，保温结束后，待炉内温度降至500℃以下，钢锭出炉空冷至室温。
5b：拔长后的钢锭探伤合格后，进行下料。
5c：将所下钢料加热至1100℃，取出，模锻成型。
5d：将获得的模锻件放于箱式电阻炉中，加热至780℃，保温4小时，保温结束后，待炉内温度降至500℃以下，钢锭出炉空冷至室温。
步骤6：淬火处理：
将步骤5获得的退火钢锭置于加热炉中，以8℃/min的升温速度将炉温升至950℃，并在该温度下保温1小时；保温完成后，进行油淬、冷却至室温。
步骤7：回火处理：
将步骤6获得的淬火钢锭置于加热炉中，以8℃/min的升温速度将炉温升至345℃，并在该温度下保温2小时，保温完成后，空冷至室温。即得到所述的高性能TBM刀盘刮渣板用材料。
对上述制备的TBM刀盘刮渣板用材料进行性能测试：经过测试得到，所得的TBM刀盘刮渣板用材料硬度约为51.1HRC，相应的夏比U2缺口冲击韧性为30.4J/cm2，综合性能得到明显提高。
采用本实施例制备的TBM刀盘刮渣板用材料来制备刮渣板，所得刮渣板在实际中的应用试验：将现用刮渣板与本发明制备的刮渣板安装在同一刀盘相近半径位置，并在同一区间同时掘进，检测并记录磨损数据；通过检测磨损数据可得：采用本实施例制备的TBM刀盘刮渣板的磨损率为现用刮渣板磨损率的88.3%，即本发明制备的TBM刀盘刮渣板更具有耐磨性，寿命更长。
实施例8
一种高性能TBM刀盘刮渣板用材料，以重量百分含量表示，所述的高性能TBM刀盘刮渣板用材料的化学成分组成为：C为0.45%，Si为1.20%，Mn为1.23%，Cr为2.45%，Mo为0.75%，P与S的总含量≤0.04%，余量为Fe。
上述高性能TBM刮渣板用材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按照上述的TBM刀盘刮渣板用材料的化学成分重量百分含量，计算原料配比；准备生铁、铬铁、锰铁和钼铁。
步骤2：熔炼、浇铸：
2a：在中频炉中加入萤石、硅钙合金以及生铁与合金原料（合金原料为20钢和40Cr），加热，直至中频炉内的原料全部熔化；萤石和硅钙合金熔化后，形成渣浮在钢液表面，保温、脱氧并且减少空气中的氧进入钢液。
2b：调节中频炉，将钢液温度调整在1580℃，并维持在该温度范围，向钢液中加入锰铁、铬铁、钼铁熔炼；熔炼期间，不定时补充萤石与硅钙合金，保证钢液表面有足够的渣保护，同时也不定时敲破渣面，以避免渣面过厚，固结钢液表面，给后续浇铸带来麻烦；并且向钢液里加入铝粉脱氧。
2c：取合金钢液倒入模具，利用光谱仪检测其化学成分，对比设计要求的化学成分，向合金钢液中加入碳粉、铬铁、钼铁，熔炼，调整合金钢液的化学成分。待合金钢液成分达到设计要求后，准备浇铸。
2d：烘烤中间钢包，确保钢包干燥。
2e：将步骤2c得到的合金钢液调整温度至1620℃，将合金钢液转移至中间钢包后，在合金钢液表面添加硅铁粉，脱氧镇定约2分钟，采用底部浇铸的方法将合金钢液浇注到模具中形成钢锭。缓慢冷却至室温。
步骤3：电渣重熔：将步骤2获得的钢锭以2.5Kg/min的速度进行电渣重熔，以降低钢锭中气体与夹杂含量，提高钢锭的致密度与纯净度。
步骤4：退火处理：将步骤3获得的电渣钢锭置于加热炉内，加热炉内的温度由室温升高至860℃，并在该温度下保温6小时；保温完成后，待炉内的温度降至500℃以下，钢锭出炉空冷至室温。
步骤5：锻造与退火处理：
5a：将步骤4获得的钢锭加热至1150℃，取出，拔长钢锭后，置于770℃的炉内，保温4小时，保温结束后，待炉内温度降至500℃以下，钢锭出炉空冷至室温。
5b：拔长后的钢锭探伤合格后，进行下料。
5c：将所下钢料加热至1150℃，取出，模锻成型。
5d：将获得的模锻件放于箱式电阻炉中，加热至780℃，保温4小时，保温结束后，待炉内温度降至500℃以下，钢锭出炉空冷至室温。
步骤6：淬火处理：
将步骤5获得的退火钢锭置于加热炉中，以8℃/min的升温速度将炉温升至930℃，并在该温度下保温1.5小时；保温完成后，进行油淬、冷却至室温。
步骤7：回火处理：
将步骤6获得的淬火钢锭置于加热炉中，以8℃/min的升温速度将炉温升至370℃，并在该温度下保温3小时，保温完成后，空冷至室温。即得到所述的高性能TBM刀盘刮渣板用材料。
对上述制备的TBM刀盘刮渣板用材料进行性能测试：经过测试得到，所得的TBM刀盘刮渣板用材料硬度约为49.9HRC，相应的夏比U2缺口冲击韧性为32.7J/cm2，综合性能得到明显提高。
采用本实施例制备的TBM刀盘刮渣板用材料来制备刮渣板，所得刮渣板在实际中的应用试验：将现用刮渣板与本发明制备的刮渣板安装在同一刀盘相近半径位置，并在同一区间同时掘进，检测并记录磨损数据；通过检测磨损数据可得：采用本发明制备的TBM刀盘刮渣板的磨损率为现用刮渣板磨损率的90.7%，即实施例制备的TBM刀盘刮渣板更具有耐磨性，寿命更长。
Claims (7)
1.一种高性能TBM刀盘刮渣板用材料，其特征在于，以重量百分含量表示，所述高性能TBM刀盘刮渣板用材料的化学成分组成为：C为0.35%～0.45%，Si为0.80%～1.20%，Mn为1.10%～1.30%，Cr为1.80%～2.45%，Mo为0.70%～1.0%，S与P的总含量≤0.04%，余量为Fe；
所述的一种高性能TBM刀盘刮渣板用材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：准备生铁、铬铁、锰铁和钼铁；
步骤2：熔炼、浇铸；
步骤3：电渣重熔；
步骤4：退火处理；
步骤5：锻造、退火；
步骤6：淬火处理：将步骤5获得的退火钢锭置于加热炉中，以8℃/min的升温速度将炉温升至900℃～950℃，并在该温度下保温1～1.5小时；保温完成后，进行油淬、冷却至室温；
步骤7：回火处理：将步骤6获得的淬火钢锭置于加热炉中，以8℃/min的升温速度将炉温升至320℃～370℃，并在该温度下保温2～3小时，保温完成后，空冷至室温，即得到所述的高性能TBM刀盘刮渣板用材料。
2.根据权利要求1所述的一种高性能TBM刀盘刮渣板用材料，其特征在于，以重量百分含量表示，所述高性能TBM刀盘刮渣板用材料的化学成分组成为：C为0.35%，Si为0.85%，Mn为1.15 %，Cr为1.95%，Mo为0.74%，S与P的总含量≤0.04%，余量为Fe。
3.权利要求1所述的一种高性能TBM刀盘刮渣板用材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：按照权利要求1的TBM刀盘刮渣板用材料的化学成分重量百分含量，计算原料配比并准备生铁、铬铁、锰铁和钼铁；
步骤2：熔炼、浇铸：
将步骤1准备的生铁与合金原料加热熔化，然后对钢液进行脱碳、脱硫和脱氧处理，接着将钢液温度调整在1580℃～1620℃之间，向钢液中加入锰铁、铬铁和钼铁进行熔炼并进行二次脱氧；调整得到的合金钢液的化学成分达到设计要求后进行浇铸形成钢锭，缓慢冷却至室温；
步骤3：电渣重熔：将步骤2获得的钢锭进行电渣重熔，得电渣钢锭；
步骤4：退火处理：将步骤3获得的电渣钢锭置于加热炉内，将加热炉内的温度升高至840℃～860℃，并在该温度下保温4～6小时；保温完成后，将炉内的温度降至500℃以下，钢锭出炉空冷至室温；
步骤5：锻造、退火：
将步骤4获得的钢锭进行拔长，模锻成型，然后将模锻件加热至750℃～780℃，保温3～5小时，保温结束后，钢锭出炉空冷至室温；
步骤6：淬火处理：
将步骤5获得的退火钢锭置于加热炉中，以8℃/min的升温速度将炉温升至900℃～950℃，并在该温度下保温1～1.5小时；保温完成后，进行油淬、冷却至室温；
步骤7：回火处理：
将步骤6获得的淬火钢锭置于加热炉中，以8℃/min的升温速度将炉温升至320℃～370℃，并在该温度下保温2～3小时，保温完成后，空冷至室温，即得到所述的高性能TBM刀盘刮渣板用材料。
4.根据权利要求3所述的一种高性能TBM刀盘刮渣板用材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2具体操作如下：
2a：在中频炉中加入萤石、硅钙合金熔化造渣，浮在钢液表面保温、脱硫、脱氧，并减少空气中的氧进入钢液，加入生铁与合金原料，加热直至炉内的原料全部熔化；所述合金原料为20CrMo、20钢、45钢、40Cr中的一种或几种；
2b：然后将钢液温度调整在1580℃～1620℃之间，向钢液中加入锰铁、铬铁和钼铁进行熔炼；熔炼期间，不定时补充萤石与硅钙合金，并向钢液里加入铝粉脱氧；
2c：取熔炼后的合金钢液倒入模具，检测其化学成分，对比设计要求的化学成分，向合金钢液中加入碳粉、铬铁、钼铁调整合金钢液的化学成分，待合金钢液成分达到设计要求后，准备浇铸；
2d：烘烤中间钢包；
2e：将步骤2c得到的合金钢液调整温度至1620℃，将合金钢液转移至中间钢包后，在合金钢液表面添加硅铁粉，脱氧镇定2分钟，采用底部浇铸的方法将合金钢液浇注到模具中形成钢锭，缓慢冷却至室温。
5.根据权利要求3所述的一种高性能TBM刀盘刮渣板用材料的制备方法，其特征在于，所述步骤5具体操作如下：
5a：将步骤4获得的钢锭加热至1100℃～1150℃，取出，拔长钢锭后，置于750℃～780℃的加热炉内，保温3～5小时，保温结束后，待加热炉内温度降至500℃以下，钢锭出炉空冷至室温；
5b：拔长后的钢锭探伤合格后，进行下料；
5c：将所下钢料加热至1100℃～1150℃，取出，模锻成型；
5d：将获得的模锻件放于加热炉中，加热至750℃～780℃，保温3～5小时，保温结束后，待炉内温度降至500℃以下，钢锭出炉空冷至室温。
6.采用权利要求1～2任一项所述的高性能TBM刀盘刮渣板用材料制备的TBM刀盘刮渣板。
7.采用权利要求3～5任一项所述方法制备的高性能TBM刀盘刮渣板用材料制备的TBM刀盘刮渣板。
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