CN109487161B - 一种高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈及其制备方法 - Google Patents

一种高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈及其制备方法，制备所述滚刀刀圈的材料包括如下重量百分比的各成分：C 0.48‑0.55％，Si 0.1‑0.4％，Mn 0.3‑0.7％，Cr 4.85‑5.3％，Mo 1.45‑1.7％，V 0.4‑0.7％，Nb 0.01‑0.05％，P<0.02％，S<0.001％，余量为Fe，在同等测试条件下，本发明提供的滚刀刀圈的硬度比高碳刀圈的硬度高出10％，强度、耐磨性和冲击韧性显著提高15％，回火稳定性显著改善。

Description

一种高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈及其制备方法
技术领域
本发明属于刀圈及加工处理领域，特别涉及一种高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈及其制备方法。
背景技术
隧道掘进机(盾构机或TBM)为先进的隧道掘进设备，是隧道工程中重要的施工设备，主要用于地铁隧道、水利工程、跨海隧道、国防工程以及城市地下管网等领域。施工过程中利用安装于刀盘上的刀具的碾压作用进行破岩，而盘形滚刀圈是目前使用最多的盾构刀具，盘形滚刀经常在强挤压、大扭矩、强冲击、高磨损的恶劣环境下运行，是隧道施工中失效概率最大的零部件，盘形刀圈主要失效方式为：磨损、非正常磨损、开裂、卷边等。刀圈的失效直接影响施工周期和施工成本。因此，对盘形刀圈的质量尤其是硬度和耐磨性提出较高要求，同时保证足够韧性，避免施工过程中盘形刀圈开裂现象的发生。
国内盘形滚刀刀圈材料主要包括9Cr2Mo、6Cr4W2Mo2V、40CrNiMo、4Cr5MoSiV1钢等，此外X50CrVMo5-1(DIN标准)钢作为国外刀圈材料使用较广泛的钢种也在国内广泛使用。这些材料或者耐磨性优良，或者韧性高，但难以满足对复杂工况的要求，如在石英含量高的地段岩石强度高刀圈容易磨损，而在软硬不均的地段容易导致刀圈开裂，因此高硬度、高耐磨、高韧性合金对于提高盘形滚刀圈的应用范围和使用寿命具有重要意义。
中国发明专利CN106566983B，公开了高性能盘型滚刀刀圈材料及其生产工艺，制造该滚刀刀圈材料的主要成份为C 0.35-0.42％、Mn 0.2-0.5％、Si 0.8-1.2％、Cr 5.0-5.5％、Mo 1.8-2.5％、V 0.8-1.2％、Co 2.0-2.5％，Ni＜0.30％，P≤0.01％、S≤0.005％及配量的Fe。用此刀圈材料加工出的刀圈的硬度达到58～60HRC，冲击功ak14～16J/cm2，较H13钢硬度更高且韧性也提高，提高了刀圈使用寿命。但是该专利所述的刀圈材料，在锻造时易出现大尺寸的一次碳化物且易开裂，由于添加了昂贵的Co元素，其生产工成本高。
中国发明专利CN1670235A，公开了盾构机盘形滚刀刀圈及其制造方法，制造该滚刀刀圈材料的主要成份为C 0.38-0.45％、Mn 0.4-0.8％、Si 0.2-1.2％、Cr 4.0-6.0％、Mo1.0-2.0％、V 0.8-2.0％、0.005％≤P≤0.03％、0.005％≤S≤0.03％及配量的Fe。该刀圈的硬度为55～57HRC，冲击值ak为18-20J/cm2，根据该专利所述的刀圈成分，在锻造时易出现大尺寸的一次碳化物，公开硬度仅为55～57HRC，硫含量较高，最终将影响盘形滚刀刀圈的纯净度、耐磨性能和韧性。
为了满足盾构刀具在恶劣地质条件下的应用，要求盾构刀圈不但硬度高耐磨而且韧性好，目前报道的刀圈材料均不能满足上述要求。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈及其制备方法，该滚刀刀圈具有高耐磨性、高硬度和高韧性。
本发明具体技术方案如下：
本发明提供一种高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈，制备所述滚刀刀圈的材料包括如下重量百分比的各成分：C 0.48-0.55％，Si 0.1-0.4％，Mn 0.3-0.7％，Cr 4.85-5.3％，Mo 1.45-1.7％，V 0.4-0.7％，Nb 0.01-0.05％，P<0.02％，S<0.001％，余量为Fe。
进一步的改进，制备所述滚刀刀圈的材料包括如下重量百分比的各成分：：C 0.5-0.53％，Si 0.15-0.19％，Mn 0.35-0.38％，Cr 5.0-5.2％，Mo 1.5-1.6％，V 0.5-0.6％，Nb0.02-0.03％，P<0.02％，S<0.001％，余量为Fe。
进一步的改进，制备所述滚刀刀圈的材料包括如下重量百分比的各成分：C0.51％，Si 0.16％，Mn 0.37％，Cr 5.1％，Mo 1.55％，V 0.55％，Nb 0.03％，P<0.02％，S<0.001％，余量为Fe。
本发明另一方面提供一种高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
1)精炼：将废铁或铁块投入电弧炉内，经熔炼获得高温钢液，将高温钢液倒入LF炉内，按照制备所述滚刀刀圈的材料及如下重量百分比C 0.48-0.55％，Si 0.1-0.4％，Mn0.3-0.7％，Cr 4.85-5.3％，Mo 1.45-1.7％，V 0.4-0.7％，Nb 0.01-0.05％，P<0.02％，S<0.001％，余量为Fe，配料，加入硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、钒铁和铌铁，进行精炼；
2)脱气：通过VD炉进行脱气；
3)浇注：在氩气保护下进行浇注，形成钢锭；在氩气保护下，防止钢中溶入大气中的氧；
4)电渣重熔：将钢锭在氩气保护下电渣重熔；通过控制熔炼制度改善钢的凝固条件，从而降低元素偏析、减少疏松缩孔等缺陷、提高铸锭致密性；
5)锻造：将经过电渣重熔的钢锭进行锻造，获得锻造坯料；
6)刀圈成型：通过冲孔、模锻或捻环工艺将锻造坯料加工成刀圈毛坯；
7)热处理：将刀圈毛坯装炉，进行热处理；冷却方式采用水冷/雾冷/风冷，起到细化晶粒、均匀组织的作用；
8)球化退火：对经过热处理后的刀圈毛坯进行球化退化处理。
通过以上工艺，可使刀圈中二次碳化物球化、均匀分布、硬度高、韧性高。
进一步的改进，步骤1)电炉熔炼的具体工艺为：熔炼温度为1700-1880℃。
进一步的改进，锻造的具体工艺为：锻造时加热温度为1230-1255℃，开锻温度为1185-1230℃，终锻温度840-890℃，优选地，锻造时加热温度为1240-1250℃，开锻温度为1200-1215℃，终锻温度860-880℃。
进一步的改进，刀圈成型的具体工艺为：将锻造坯料在1230-1290℃下进行保温，优选为1260-1280℃下进行保温，保温时间为3-6h后，进行冲孔及预成型，开始成型的温度为1190-1230℃，优选为1200-1220℃，然后在捻环机或模锻机上加工成刀圈毛坯，成型后的刀圈毛坯温度为830-870℃，优选为840-860℃。
进一步的改进，热处理的具体工艺为：将刀圈毛坯装入高温加热炉中，于620-720℃待温1-2h，优选为于690-710℃待温1-2h，升温至1010-1050℃保温1-2h，然后快速冷至450-510℃，优选为470-490℃。
进一步的改进，球化退火的具体工艺为：将经过热处理的刀圈毛坯于420-460℃装炉，升温至870-880℃保温5-10h，以小于25℃速度缓冷至660-720℃，优选为680-700，保温4-8h，再以小于25℃的速度缓冷至440-480℃，优选为450-470℃，出炉空冷。
进一步的改进，本发明提高的高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈的制备方法包括如下步骤：
1)精炼：将废铁或铁块投入电弧炉内，经熔炼获得高温钢液，熔炼温度为1775℃；将高温钢液倒入LF炉内，按照制备所述滚刀刀圈的材料及如下重量百分比C 0.48-0.55％，Si 0.1-0.4％，Mn 0.3-0.7％，Cr 4.85-5.3％，Mo 1.45-1.7％，V 0.4-0.7％，Nb 0.01-0.05％，P<0.02％，S<0.001％，余量为Fe，配料，加入硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、钒铁和铌铁，进行精炼；
2)脱气：通过VD炉进行脱气；
3)浇注：在氩气保护下进行浇注，形成钢锭；
4)电渣重熔：将钢锭在氩气保护下电渣重熔；
5)锻造：将经过电渣重熔的钢锭进行锻造，锻造时加热温度为1250℃，开锻温度为1210℃，终锻温度860℃获得锻造坯料；
6)刀圈成型：将锻造坯料在1270℃下进行保温，保温时间为4h后，进行冲孔及预成型，开始成型的温度为1205℃，然后在捻环机或模锻机上加工成刀圈毛坯，成型后的刀圈毛坯温度为850℃；
7)热处理：将刀圈毛坯装入高温加热炉中，于700℃待温1.5h，升温至1020℃保温1.5h，然后快速冷至480℃；
8)球化退火：将经过热处理的刀圈毛坯于440℃装炉，升温至875℃保温7h，以15℃速度缓冷至690℃保温5.5h，再以10℃的速度缓冷至460℃，出炉空冷。
本发明所提供的高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈及其制备方法，其具有以下优点：利用本发明技术方案可使基体纯净、二次碳化物弥散分布，无大块一次碳化物刀圈合金。在同等测试条件下，本发明提供的滚刀刀圈的硬度比高碳刀圈的硬度高出10％，强度、耐磨性和冲击韧性显著提高15％，回火稳定性显著改善。
附图说明
图1为本发明高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈的高倍组织图；
图2为本发明高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈的耐磨性试验；
图3为本发明高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈的回火稳定性试验；
图4为本发明高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈的V型缺口冲击韧性试验；
图5为本发明高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈的U型缺口冲击韧性试验。
具体实施方式
实施例1至实施例8
本发明各实施例提供的制备高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈材料的成分及各成分的重量百分比见表1。
表1各实施例制备滚刀刀圈材料的成分及重量百分比(％)
实施例 1 2 3 4 5 6 7 8
C 0.48 0.49 0.5 0.51 0.53 0.52 0.55 0.55
Si 0.1 0.2 0.15 0.16 0.19 0.3 0.35 0.4
Mn 0.3 0.4 0.35 0.37 0.38 0.5 0.6 0.7
Cr 4.8 4.9 5.0 5.1 5.2 5.2 5.3 5.3
Mo 1.45 1.5 1.5 1.55 1.6 1.65 1.68 1.7
V 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.6 0.65 0.7
Nb 0.01 0.01 0.02 0.03 0.02 0.03 0.04 0.05
P 0.01 0.009 0.008 0.007 0.008 0.01 0.012 0.014
S 0.0007 0.0005 0.0002 0.0001 0.0003 0.0008 0.0005 0.0008
Fe 余量 余量 余量 余量 余量 余量 余量 余量
以上实施例提供的滚刀刀圈的制备方法为：
1)精炼：将废铁或铁块投入电弧炉内，经熔炼获得高温钢液，熔炼温度为1775℃；将高温钢液倒入LF炉内，按照各实施例制备所述滚刀刀圈的材料及如下重量百分比C0.48-0.55％，Si 0.1-0.4％，Mn 0.3-0.7％，Cr 4.85-5.3％，Mo 1.45-1.7％，V 0.4-0.7％，Nb 0.01-0.05％，P<0.02％，S<0.001％，余量为Fe，配料，加入硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、钒铁和铌铁，进行精炼；
2)脱气：通过VD炉进行脱气；
3)浇注：在氩气保护下进行浇注，形成钢锭；
4)电渣重熔：将钢锭在氩气保护下电渣重熔；
5)锻造：将经过电渣重熔的钢锭进行锻造，锻造时加热温度为1250℃，开锻温度为1210℃，终锻温度860℃获得锻造坯料；
6)刀圈成型：将锻造坯料在1270℃下进行保温，保温时间为4h后，进行冲孔及预成型，开始成型的温度为1205℃，然后在捻环机或模锻机上加工成刀圈毛坯，成型后的刀圈毛坯温度为850℃；
7)热处理：将刀圈毛坯装入高温加热炉中，于700℃待温1.5h，升温至1020℃保温1.5h，然后快速冷至480℃；
8)球化退火：将经过热处理的刀圈毛坯于440℃装炉，升温至875℃保温7h，以15℃速度缓冷至690℃保温5.5h，再以10℃的速度缓冷至460℃，出炉空冷。
实施例9
本发明实施例9提供的制备所述高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈材料的成分及各成分的重量百分如下：
C 0.55％，Si 0.4％，Mn 0.7％，Cr 5％，Mo 1.7％，V 0.4％，Nb 0.03％，P0.01％，S 0.0006％，余量为Fe。
高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈的制备方法为：
1)精炼：将废铁或铁块投入电弧炉内，经熔炼获得高温钢液，熔炼温度为1700℃；将高温钢液倒入LF炉内，按照各实施例制备所述滚刀刀圈的材料及如下重量百分比C0.55％，Si 0.4％，Mn 0.7％，Cr 5％，Mo 1.7％，V 0.4％，Nb 0.03％，P 0.01％，S0.0006％，余量为Fe，配料，加入硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、钒铁和铌铁，进行精炼；
2)脱气：通过VD炉进行脱气；
3)浇注：在氩气保护下进行浇注，形成钢锭；
4)电渣重熔：将钢锭在氩气保护下电渣重熔；
5)锻造：将经过电渣重熔的钢锭进行锻造，锻造时加热温度为1230℃，开锻温度为1180℃，终锻温度840℃获得锻造坯料；
6)刀圈成型：将锻造坯料在1230℃下进行保温，保温时间为6h后，进行冲孔及预成型，开始成型的温度为1190℃，然后在捻环机或模锻机上加工成刀圈毛坯，成型后的刀圈毛坯温度为830℃；
7)热处理：将刀圈毛坯装入高温加热炉中，于620℃待温2h，升温至1010℃保温1h，然后采用快速冷至450℃；
8)球化退火：将经过热处理的刀圈毛坯于420℃装炉，升温至870℃保温10h，以10℃速度缓冷至660℃保温4h，再以20℃的速度缓冷至440℃，出炉空冷。
实施例10
本发明实施例10提供的制备所述高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈材料的成分及各成分的重量百分如下：
C 0.51％，Si 0.16％，Mn 0.37％，Cr 5.1％，Mo 1.55％，V 0.55％，Nb 0.03％，P0.007％，S 0.0001％，余量为Fe。
高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈的制备方法为：
1)精炼：将废铁或铁块投入电弧炉内，经熔炼获得高温钢液，熔炼温度为1880℃；将高温钢液倒入LF炉内，按照各实施例制备所述滚刀刀圈的材料及如下重量百分比C0.51％，Si 0.16％，Mn 0.37％，Cr 5.1％，Mo 1.55％，V 0.55％，Nb 0.03％，P 0.007％，S0.0001％，余量为Fe，配料，加入硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、钒铁和铌铁，进行精炼；
2)脱气：通过VD炉进行脱气；
3)浇注：在氩气保护下进行浇注，形成钢锭；
4)电渣重熔：将钢锭在氩气保护下电渣重熔；
5)锻造：将经过电渣重熔的钢锭进行锻造，锻造时加热温度为1255℃，开锻温度为1230℃，终锻温度890℃获得锻造坯料；
6)刀圈成型：将锻造坯料在1290℃下进行保温，保温时间为3h后，进行冲孔及预成型，开始成型的温度为1230℃，然后在捻环机或模锻机上加工成刀圈毛坯，成型后的刀圈毛坯温度为870℃；
7)热处理：将刀圈毛坯装入高温加热炉中，于720℃待温1h，升温至1050℃保温1h，然后采用快速冷至510℃；
8)球化退火：将经过热处理的刀圈毛坯于460℃装炉，然后升温至880℃保温5h，以20℃速度缓冷至720℃保温4h，再以15℃的速度缓冷至480℃，出炉空冷。
实施例11
本发明实施例11提供的制备所述高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈材料的成分及各成分的重量百分如下：
C 0.51％，Si 0.16％，Mn 0.37％，Cr 5.1％，Mo 1.55％，V 0.55％，Nb 0.03％，P0.007％，S 0.0001％，余量为Fe。
高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈的制备方法为：
1)精炼：将废铁或铁块投入电弧炉内，经熔炼获得高温钢液，熔炼温度为1750℃；将高温钢液倒入LF炉内，按照各实施例制备所述滚刀刀圈的材料及如下重量百分比C0.51％，Si 0.16％，Mn 0.37％，Cr 5.1％，Mo 1.55％，V 0.55％，Nb 0.03％，P 0.007％，S0.0001％，余量为Fe，配料，加入硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、钒铁和铌铁，进行精炼；
2)脱气：通过VD炉进行脱气；
3)浇注：在氩气保护下进行浇注，形成钢锭；
4)电渣重熔：将钢锭在氩气保护下电渣重熔；
5)锻造：将经过电渣重熔的钢锭进行锻造，锻造时加热温度为1240℃，开锻温度为1200℃，终锻温度860℃获得锻造坯料；
6)刀圈成型：将锻造坯料在1260℃下进行保温，保温时间为4h后，进行冲孔及预成型，开始成型的温度为1200℃，然后在捻环机或模锻机上加工成刀圈毛坯，成型后的刀圈毛坯温度为840℃；
7)热处理：将刀圈毛坯装入高温加热炉中，于690℃待温1.2h，升温至1030℃保温1.2h，然后快速冷至470℃；
8)球化退火：将经过热处理的刀圈毛坯毛坯于430℃装炉，升温至873℃保温6h，以5℃速度缓冷至680℃保温5h，再以5℃的速度缓冷至450℃，出炉空冷。
实施例12
本发明实施例12提供的制备所述高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈材料的成分及各成分的重量百分如下：
C 0.51％，Si 0.16％，Mn 0.37％，Cr 5.1％，Mo 1.55％，V 0.55％，Nb 0.03％，P0.007％，S 0.0001％，余量为Fe。
高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈的制备方法为：
1)精炼：将废铁或铁块投入电弧炉内，经熔炼获得高温钢液，熔炼温度为1800℃；将高温钢液倒入LF炉内，按照各实施例制备所述滚刀刀圈的材料及如下重量百分比C0.51％，Si 0.16％，Mn 0.37％，Cr 5.1％，Mo 1.55％，V 0.55％，Nb 0.03％，P 0.007％，S0.0001％，余量为Fe，配料，加入硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、钒铁和铌铁，进行精炼；
2)脱气：通过VD炉进行脱气；
3)浇注：在氩气保护下进行浇注，形成钢锭；
4)电渣重熔：将钢锭在氩气保护下电渣重熔；
5)锻造：将经过电渣重熔的钢锭进行锻造，锻造时加热温度为1250℃，开锻温度为1215℃，终锻温度880℃获得锻造坯料；
6)刀圈成型：将锻造坯料在1280℃下进行保温，保温时间为5h后，进行冲孔及预成型，开始成型的温度为1220℃，然后在捻环机或模锻机上加工成刀圈毛坯，成型后的刀圈毛坯温度为860℃；
7)热处理：将刀圈毛坯装入高温加热炉中，于710℃待温1h，升温至1040℃保温1h，然后采用快速冷至490℃；
8)球化退火：将经过热处理的刀圈毛坯于450℃装炉，然后升温至875℃保温8h，以5℃速度缓冷至700℃保温6h，再以15℃的速度缓冷至470℃，出炉空冷。
实施例13
本发明实施例13提供的制备所述高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈材料的成分及各成分的重量百分如下：
C 0.51％，Si 0.16％，Mn 0.37％，Cr 5.1％，Mo 1.55％，V 0.55％，Nb 0.03％，P0.007％，S 0.0001％，余量为Fe。
高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈的制备方法为：
1)精炼：将废铁或铁块投入电弧炉内，经熔炼获得高温钢液，熔炼温度为1775℃；将高温钢液倒入LF炉内，按照各实施例制备所述滚刀刀圈的材料及如下重量百分比C0.51％，Si 0.16％，Mn 0.37％，Cr 5.1％，Mo 1.55％，V 0.55％，Nb 0.03％，P 0.007％，S0.0001％，余量为Fe，配料，加入硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、钒铁和铌铁，进行精炼；
2)脱气：通过VD炉进行脱气；
3)浇注：在氩气保护下进行浇注，形成钢锭；
4)电渣重熔：将钢锭在氩气保护下电渣重熔；
5)锻造：将经过电渣重熔的钢锭进行锻造，锻造时加热温度为1250℃，开锻温度为1210℃，终锻温度860℃获得锻造坯料；
6)刀圈成型：将锻造坯料在1270℃下进行保温，保温时间为4h后，进行冲孔及预成型，开始成型的温度为1205℃，然后在捻环机或模锻机上加工成刀圈毛坯，成型后的刀圈毛坯温度为850℃；
7)热处理：将刀圈毛坯装入高温加热炉中，于700℃待温1.5h，升温至1020℃保温1.5h，然后快速冷至480℃；
8)球化退火：将经过热处理的刀圈毛坯于440℃装炉，升温至875℃保温7h，以15℃速度缓冷至690℃保温5.5h，再以10℃的速度缓冷至460℃，出炉空冷。
对照例1-8
本发明各对照例提供的制备高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈材料的成分及各成分的重量百分比见表2。
表2各对照例制备滚刀刀圈材料的成分及重量百分比(％)
Figure BDA0001904062650000131
Figure BDA0001904062650000141
以上对照例提供的滚刀刀圈的制备方法为：
1)精炼：将废铁或铁块投入电弧炉内，经熔炼获得高温钢液，熔炼温度为1775℃；将高温钢液倒入LF炉内，按照各对照例制备所述滚刀刀圈的材料及如下重量百分比C0.48-0.55％，Si 0.1-0.4％，Mn 0.3-0.7％，Cr 4.85-5.3％，Mo 1.45-1.7％，V 0.4-0.7％，Nb 0.01-0.05％，P<0.02％，S<0.001％，余量为Fe，配料，加入硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、钒铁和铌铁，进行精炼；
2)脱气：通过VD炉进行脱气；
3)浇注：在氩气保护下进行浇注，形成钢锭；
4)电渣重熔：将钢锭在氩气保护下电渣重熔；
5)锻造：将经过电渣重熔的钢锭进行锻造，锻造时加热温度为1250℃，开锻温度为1210℃，终锻温度860℃获得锻造坯料；
6)刀圈成型：将锻造坯料在1270℃下进行保温，保温时间为4h后，进行冲孔及预成型，开始成型的温度为1205℃，然后在捻环机或模锻机上加工成刀圈毛坯，成型后的刀圈毛坯温度为850℃；
7)热处理：将刀圈毛坯装入高温加热炉中，于700℃待温1.5h，升温至1020℃保温1.5h，然后快速冷至480℃；
8)球化退火：将经过热处理的刀圈毛坯于440℃装炉，升温至875℃保温7h，以15℃速度缓冷至690℃保温5.5h，再以10℃的速度缓冷至460℃，出炉空冷。
对照例9
本发明对照例9提供的制备所述高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈材料的成分及各成分的重量百分如下：
C 0.51％，Si 0.16％，Mn 0.37％，Cr 5.1％，Mo 1.55％，V 0.55％，Nb 0.03％，P0.007％，S 0.0001％，余量为Fe。
高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈的制备方法为：
1)精炼：将废铁或铁块投入电弧炉内，经熔炼获得高温钢液，熔炼温度为1680℃；将高温钢液倒入LF炉内，按照各实施例制备所述滚刀刀圈的材料及如下重量百分比C0.51％，Si 0.16％，Mn 0.37％，Cr 5.1％，Mo 1.55％，V 0.55％，Nb 0.03％，P 0.007％，S0.0001％，余量为Fe，配料，加入硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、钒铁和铌铁，进行精炼；
2)脱气：通过VD炉进行脱气；
3)浇注：在氩气保护下进行浇注，形成钢锭；
4)电渣重熔：将钢锭在氩气保护下电渣重熔；
5)锻造：将经过电渣重熔的钢锭进行锻造，锻造时加热温度为1220℃，开锻温度为1170℃，终锻温度900℃获得锻造坯料；
6)刀圈成型：将锻造坯料在1220℃下进行保温，保温时间为5h后，进行冲孔及预成型，开始成型的温度为1180℃，然后在捻环机或模锻机上加工成刀圈毛坯，成型后的刀圈毛坯温度为880℃；
7)球化退火：将刀圈毛坯于400℃装炉，升温至890℃保温7.5h，以50℃速度缓冷至650℃保温6h，再以30℃的速度缓冷至430℃，出炉空冷。
对照例10
本发明对照例10提供的制备所述高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈材料的成分及各成分的重量百分如下：
C 0.51％，Si 0.16％，Mn 0.37％，Cr 5.1％，Mo 1.55％，V 0.55％，Nb 0.03％，P0.007％，S 0.0001％，余量为Fe。
高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈的制备方法为：
1)精炼：将废铁或铁块投入电弧炉内，经熔炼获得高温钢液，熔炼温度为1900℃；将高温钢液倒入LF炉内，按照各实施例制备所述滚刀刀圈的材料及如下重量百分比C0.51％，Si 0.16％，Mn 0.37％，Cr 5.1％，Mo 1.55％，V 0.55％，Nb 0.03％，P 0.007％，S0.0001％，余量为Fe，配料，加入硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、钒铁和铌铁，进行精炼；
2)脱气：通过VD炉进行脱气；
3)浇注：在氩气保护下进行浇注，形成钢锭；
4)锻造：将经过电渣重熔的钢锭进行锻造，锻造时加热温度为1260℃，开锻温度为1240℃，终锻温度830℃获得锻造坯料；
5)刀圈成型：将锻造坯料在1300℃下进行保温，保温时间为5h后，进行冲孔及预成型，开始成型的温度为1240℃，然后在捻环机或模锻机上加工成刀圈毛坯，成型后的刀圈毛坯温度为820℃；
6)热处理：将刀圈毛坯装入高温加热炉中，于730℃待温1.5h，升温至1060℃保温2h，然后快速冷至520℃；
7)球化退火：将经过热处理的刀圈毛坯于470℃装炉，升温至860℃保温7.5h，以30℃速度缓冷至730℃保温6h，再以40℃的速度缓冷至490℃，出炉空冷。
高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈力学性能考察
试验例1高倍组织
从图1中可以看出，本发明提供的高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈偏析基本消除，组织细小均匀，基体上弥散分布着小颗粒的碳化物。
试验例2耐磨性的考察
采用橡胶轮磨损试验机进行磨损试验，比较实施例1-13、对照例1-10的滚刀刀圈、H13型钢和X50CrVMo5-1的耐磨性。试验结果见图2。
从图2中可以看出，本发明提供的滚刀刀圈具有非常好的耐磨性。
试验例3回火稳定性的考察
取实施例1-13、对照例1-10的滚刀刀圈、H13型钢和X50CrVMo5-1置于620℃，测各样品的硬度值(HRC)，检测结果见图3。
从图3中可以看出，本发明提供的滚刀刀圈的硬度显著提高，硬度值(HRC)达到58.4-64.9。
试验例4冲击韧性的考察
取实施例1-13、对照例1-10的滚刀刀圈、H13型钢和X50CrVMo5-1，进行“V型”缺口冲击试验，试验结果见图4。
从图4中可以看出，本发明提供的滚刀刀圈的韧性显著提高，冲击韧性Akv达到8-13J/cm2。
取实施例1-13、对照例1-10的滚刀刀圈、H13型钢和X50CrVMo5-1，进行“U型”缺口冲击试验，试验结果见图5。
从图5中可以看出，本发明提供的滚刀刀圈的韧性显著提高，冲击韧性Aku达到23.1-30.6J/cm2。
以上所述实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈，其特征在于，制备所述滚刀刀圈的材料包括如下重量百分比的各成分：
C 0.5-0.53%，Si 0.15-0.19%，Mn 0.35-0.38%，Cr 5.0-5.2%，Mo 1. 5-1.6%，V 0.5-0.55%，Nb 0.02-0.03%，P<0.02%，S<0.001%，余量为Fe；
所述滚刀刀圈是通过如下方法制备得到的：
1）精炼：将废铁或铁块投入电弧炉内，经熔炼获得高温钢液，熔炼温度为1700-1880℃；将高温钢液倒入 LF炉内，按照制备所述滚刀刀圈的材料及如下重量百分比C 0.5-0.53%，Si 0.15-0.19%，Mn 0.35-0.38%，Cr 5.0-5.2%，Mo 1. 5-1.6%，V 0.5-0.55%，Nb 0.02-0.03%，P<0.02%，S<0.001%，余量为Fe配料，加入硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、钒铁和铌铁，进行精炼；
2）脱气：通过VD炉进行脱气；
3）浇注：在氩气保护下进行浇注，形成钢锭；
4）电渣重熔：将钢锭在氩气保护下电渣重熔；
5）锻造：将经过电渣重熔的钢锭进行锻造，锻造时加热温度为1230-1255℃，开锻温度为1185-1230℃，终锻温度840-890℃获得锻造坯料；
6）刀圈成型：将锻造坯料在1230-1290℃下进行保温，保温时间为3-6h后，进行冲孔及预成型，开始成型的温度为1190-1230℃，然后在捻环机或模锻机上加工成刀圈毛坯，成型后的刀圈毛坯温度为830-870℃；
7）热处理：将刀圈毛坯装入高温加热炉中，于620-720℃待温1-2h，升温至1010-1050℃保温1-2h，然后快速冷至450-510℃；
8）球化退火：将经过热处理的刀圈毛坯于420-460℃装炉，升温至870-880℃保温5-10h，以小于25℃速度缓冷至660-720℃，保温4-8h，再以小于25℃的速度缓冷至440-480℃，出炉空冷。
2.根据权利要求1所述的高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈，其特征在于，制备所述滚刀刀圈的材料包括如下重量百分比的各成分：C 0.51%，Si 0.16%，Mn 0.37%，Cr 5.1%，Mo1.55%，V 0.55%，Nb 0.03%，P<0.02%，S<0.001%，余量为Fe。
3.一种权利要求1所述的高强度高硬度兼具韧性盘形滚刀刀圈的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
1）精炼：将废铁或铁块投入电弧炉内，经熔炼获得高温钢液，熔炼温度为1700-1880℃；将高温钢液倒入 LF炉内，按照制备所述滚刀刀圈的材料及如下重量百分比C 0.5-0.53%，Si 0.15-0.19%，Mn 0.35-0.38%，Cr 5.0-5.2%，Mo 1. 5-1.6%，V 0.5-0.55%，Nb 0.02-0.03%，P<0.02%，S<0.001%，余量为Fe配料，加入硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、钒铁和铌铁，进行精炼；
2）脱气：通过VD炉进行脱气；
3）浇注：在氩气保护下进行浇注，形成钢锭；
4）电渣重熔：将钢锭在氩气保护下电渣重熔；
5）锻造：将经过电渣重熔的钢锭进行锻造，锻造时加热温度为1230-1255℃，开锻温度为1185-1230℃，终锻温度840-890℃获得锻造坯料；
6）刀圈成型：将锻造坯料在1230-1290℃下进行保温，保温时间为3-6h后，进行冲孔及预成型，开始成型的温度为1190-1230℃，然后在捻环机或模锻机上加工成刀圈毛坯，成型后的刀圈毛坯温度为830-870℃；
7）热处理：将刀圈毛坯装入高温加热炉中，于620-720℃待温1-2h，升温至1010-1050℃保温1-2h，然后快速冷至450-510℃；
8）球化退火：将经过热处理的刀圈毛坯于420-460℃装炉，升温至870-880℃保温5-10h，以小于25℃速度缓冷至660-720℃，保温4-8h，再以小于25℃的速度缓冷至440-480℃，出炉空冷。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
1）精炼：将废铁或铁块投入电弧炉内，经熔炼获得高温钢液，熔炼温度为1775℃；将高温钢液倒入 LF炉内，按照制备所述滚刀刀圈的材料及如下重量百分比C 0.5-0.53%，Si0.15-0.19%，Mn 0.35-0.38%，Cr 5.0-5.2%，Mo 1. 5-1.6%，V 0.5-0.55%，Nb 0.02-0.03%，P<0.02%，S<0.001%，余量为Fe配料，加入硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、钒铁和铌铁，进行精炼；
2）脱气：通过VD炉进行脱气；
3）浇注：在氩气保护下进行浇注，形成钢锭；
4）电渣重熔：将钢锭在氩气保护下电渣重熔；
5）锻造：将经过电渣重熔的钢锭进行锻造，锻造时加热温度为1250℃，开锻温度为1210℃，终锻温度860℃获得锻造坯料；
6）刀圈成型：将锻造坯料在1270℃下进行保温，保温时间为4h后，进行冲孔及预成型，开始成型的温度为1205℃，然后在捻环机或模锻机上加工成刀圈毛坯，成型后的刀圈毛坯温度为850℃；
7）热处理：将刀圈毛坯装入高温加热炉中，于700℃待温1.5h，升温至1020℃保温1.5h，然后快速冷至480℃；
8）球化退火：将经过热处理的刀圈毛坯于440℃装炉，升温至875℃保温7h，以15℃速度缓冷至690℃保温5.5h，再以10℃的速度缓冷至460℃，出炉空冷。
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