本發(fā)明屬于熱處理領(lǐng)域，具體地說是一種高性能tbm用盤形滾刀熱處理工藝，它適用于高性能tbm用盤形滾刀的生產(chǎn)制造過程。

背景技術(shù)：

tbm(tunnelboringmachine)為全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)，一般用于硬質(zhì)巖層的掘進(jìn)。盤形滾刀為tbm的關(guān)鍵零部件，固定在tbm刀盤上，在工作過程中直接與巖層相接觸，通過對(duì)巖層的擠壓作用來進(jìn)行破巖動(dòng)作，通過刀盤的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)刀盤上刀具刮蹭巖石使破碎的巖石脫落。tbm工作過程中承受高達(dá)260～330kn的載荷，tbm常以磨損、斷裂形式失效，同時(shí)亦存在高載荷下導(dǎo)致的壓潰、崩刃等其他的失效形式。刀圈的失效會(huì)迫使盾構(gòu)機(jī)停止作業(yè)，而頻繁的換刀不僅會(huì)延誤施工工期，同時(shí)也會(huì)增加盾構(gòu)機(jī)施工成本。

隨著隧道掘進(jìn)技術(shù)在“海綿城市”、“地下管廊(網(wǎng))”及“跨海隧道”建設(shè)中的應(yīng)用，復(fù)雜的地下巖層對(duì)盤形滾刀的性能提出了更高的要求，盤形滾刀工作中要具有較好的耐磨性能，同時(shí)也必須具有較高的抵抗沖擊的性能。傳統(tǒng)的刀圈熱處理工藝為淬火加高溫回火，多在回火溫度上調(diào)控以控制硬度和韌性的匹配關(guān)系，對(duì)于鋼中碳化物、晶粒尺寸的控制要求較少，而滾刀刀圈的耐磨性、抗沖擊性能與碳化物和晶粒尺寸的大小有著直接的關(guān)系。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種高性能tbm用盤形滾刀熱處理工藝，解決現(xiàn)有技術(shù)中碳化物形貌、尺寸及分布的不合理，晶粒尺寸粗大、不均勻等嚴(yán)重降低盤形滾刀使用壽命的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種高性能tbm用盤形滾刀熱處理工藝，該tbm用盤形滾刀成分與質(zhì)量百分比為：碳0.46～0.58％；硅0.80～1.20％；錳0.20～0.60％；鉻4.50～5.80％；鎳0.15～0.40％；鉬1.15～1.55％；釩0.85～1.40％；磷小于0.02％；硫小于0.01％； 余量為鐵；

tbm用盤形滾刀的熱處理工藝包括以下步驟：

1)鍛后熱處理工藝

將盤形滾刀以最大220℃/h加熱至850～870℃，保溫2～3h后，以最大40℃/h緩冷至最高溫度580～600℃，隨爐冷卻至室溫；

2)調(diào)質(zhì)前雙細(xì)化熱處理工藝

首先，將盤形滾刀以最大220℃/h加熱至1030～1060℃，保溫2～3h，以100～150℃/h快冷至溫度300～320℃；其次，將盤形滾刀以最大220℃/h加熱至1030～1060℃，保溫2～3h，以100～150℃/h快冷至溫度300～320℃；然后，將盤形滾刀以最大220℃/h加熱至850～870℃，保溫2～3h，以50～100℃降溫至730～740℃，保溫4～5h，隨爐冷至室溫；

3)調(diào)質(zhì)熱處理工藝

淬火工藝：將盤形滾刀以最大220℃/h加熱至1030～1060℃，保溫2～3h，盤形滾刀出爐進(jìn)行油淬至室溫；

回火工藝：首先，將盤形滾刀放入爐中以最大300℃/h加熱至540～560℃，保溫1.5～2.5h，空冷至室溫；然后，將盤形滾刀以最大300℃/h加熱至540～560℃，保溫1.5～2.5h，空冷至室溫。

所述的高性能tbm用盤形滾刀熱處理工藝，熱處理工藝均在真空感應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是：

采用本發(fā)明工藝熱處理后的盤形滾刀碳化物細(xì)小彌散分布于基體上，晶粒尺寸均勻細(xì)小，碳化物和晶粒尺寸得到了雙細(xì)化。同時(shí)，盤形滾刀具有高的硬度，良好的耐磨性和抵抗沖擊的性能，提高了盤形滾刀的使用壽命，縮短隧道掘進(jìn)施工周期，節(jié)約了盤形滾刀的使用成本。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1中盤形滾刀顯微組織圖。

圖2為實(shí)施例2中盤形滾刀顯微組織圖。

圖3為實(shí)施例3中盤形滾刀顯微組織圖。

具體實(shí)施方式

在具體實(shí)施過程中，本發(fā)明高性能tbm用盤形滾刀熱處理工藝，該tbm用 盤形滾刀成分與質(zhì)量百分比為：碳0.46～0.58％；硅0.80～1.20％；錳0.20～0.60％；鉻4.50～5.80％；鎳0.15～0.40％；鉬1.15～1.55％；釩0.85～1.40％；磷小于0.02％；硫小于0.01％；余量為鐵；

tbm用盤形滾刀的熱處理工藝包括以下步驟：

1)鍛后熱處理工藝

所述高性能tbm用盤形滾刀鍛造后，為了便于粗加工的進(jìn)行，需進(jìn)行退火處理。

退火工藝：將盤形滾刀以100～200℃/h加熱至850～870℃，保溫2～3h后，以10～30℃/h緩冷至500～600℃，隨爐冷卻至室溫。

2)調(diào)質(zhì)前雙細(xì)化熱處理工藝

首先，將盤形滾刀以100～200℃/h加熱至1030～1060℃，保溫2～3h，以100～150℃/h快冷至溫度300～320℃；其次，將盤形滾刀以100～200℃/h加熱至1030～1060℃，保溫2～3h，以100～150℃/h快冷至溫度300～320℃；然后，將盤形滾刀以100～200℃/h加熱至850～870℃，保溫2～3h，以50～100℃降溫至730～740℃，保溫4～5h，隨爐冷至室溫。

雙細(xì)化熱處理工藝的設(shè)計(jì)思想和作用是：對(duì)于枝晶相對(duì)發(fā)達(dá)，組織相對(duì)粗大的鋼，鍛造過程在一定程度上可以細(xì)化晶粒，但后續(xù)的細(xì)化處理是必不可少的。退火前將鋼加熱到足夠高的溫度，使碳化物充分溶入到奧氏體中，控制其析出過程，使碳化物彌散細(xì)小析出，不但可以使碳化物細(xì)小均勻，同時(shí)可以細(xì)化晶粒、組織，起到雙細(xì)化的作用，顯著提升鋼的力學(xué)性能。

3)調(diào)質(zhì)熱處理工藝

淬火工藝：將盤形滾刀以100～200℃/h加熱至1030～1060℃，保溫2～3h，盤形滾刀出爐進(jìn)行油淬至室溫。

回火工藝：首先，將盤形滾刀放入爐中以180～280℃/h加熱至540～560℃，保溫1.5～2.5h，空冷至室溫；然后，將盤形滾刀以180～280℃/h加熱至540～560℃，保溫1.5～2.5h，空冷至室溫。

淬火工藝+回火工藝的設(shè)計(jì)思想和作用是：淬火時(shí)將鋼加熱到臨界溫度以上，保溫以后以大于臨界冷卻速度的速度冷卻得到馬氏體組織，以提高其硬度、強(qiáng)度、耐磨性能等；回火時(shí)將淬火鋼在a1以下溫度加熱，使淬火組織轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的回火組織，消除淬火應(yīng)力，提高鋼的韌性和塑性，獲得硬度、強(qiáng)度、塑性和韌性的最 佳匹配關(guān)系，滿足實(shí)際工況使用性能要求。

為了使本發(fā)明的技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合具體實(shí)施例和附圖進(jìn)行詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

本實(shí)施例中，該tbm用盤形滾刀成分與質(zhì)量百分比為：碳0.50％；硅1.00％；錳0.40％；鉻5.20％；鎳0.25％；鉬1.35％；釩1.27％；磷0.012％；硫0.006％；余量為鐵。

本實(shí)施例中，熱處理工藝包括以下步驟：1)將盤形滾刀以150℃/h加熱至860℃，保溫2.5h后，以20℃/h緩冷至溫度590℃，隨爐冷卻至室溫；2)首先，將盤形滾刀以150℃/h加熱至1050℃，保溫2.5h，以120℃/h快冷至溫度310℃；其次，將盤形滾刀以150℃/h加熱至1050℃，保溫2.5h，以120℃/h快冷至溫度310℃；然后，將盤形滾刀以150℃/h加熱至860℃，保溫2.5h，以80℃降溫至735℃，保溫4.5h，隨爐冷至室溫；3)淬火工藝：將盤形滾刀以150℃/h加熱至1050℃，保溫2.5h，盤形滾刀出爐進(jìn)行油淬至室溫；回火工藝：首先，將盤形滾刀放入爐中以220℃/h加熱至550℃，保溫2h，空冷至室溫；然后，將盤形滾刀以220℃/h加熱至550℃，保溫2h，空冷至室溫。

如圖1所示，通過本發(fā)明的工藝得到的tbm用盤形滾刀顯微組織中碳化物細(xì)小彌散分布在晶粒內(nèi)和晶界上，根據(jù)nadca北美壓鑄協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定經(jīng)雙細(xì)化后的退火組織為as3級(jí)，根據(jù)gb/t6394-2002標(biāo)準(zhǔn)，退火態(tài)晶粒尺寸達(dá)9.5級(jí)以上，退火態(tài)組織達(dá)到了較理想的水平，實(shí)現(xiàn)了退火態(tài)的晶粒尺寸和碳化物尺寸雙細(xì)化。盤形滾刀硬度值在56～59hrc，具有較好的抵抗沖擊的性能和耐磨性，提高了tbm用盤形滾刀的使用壽命。

實(shí)施例2

本實(shí)施例中，該tbm用盤形滾刀成分與質(zhì)量百分比為：碳0.48％；硅1.15％；錳0.26％；鉻5.70％；鎳0.18％；鉬1.43％；釩0.88％；磷0.008％；硫0.005％；余量為鐵。

本實(shí)施例中，熱處理工藝包括以下步驟：1)將盤形滾刀以120℃/h加熱至850℃，保溫2h后，以10℃/h緩冷至溫度580℃，隨爐冷卻至室溫；2)首先，將盤形滾刀以120℃/h加熱至1040℃，保溫2h，以100℃/h快冷至溫度300℃；其次，將盤形滾刀以120℃/h加熱至1040℃，保溫2h，以100℃/h快冷至溫度300 ℃；然后，將盤形滾刀以120℃/h加熱至850℃，保溫2h，以60℃降溫至730℃，保溫4h，隨爐冷至室溫；3)淬火工藝：將盤形滾刀以120℃/h加熱至1040℃，保溫2h，盤形滾刀出爐進(jìn)行油淬至室溫；回火工藝：首先，將盤形滾刀放入爐中以180℃/h加熱至540℃，保溫1.5h，空冷至室溫；然后，將盤形滾刀以180℃/h加熱至540℃，保溫1.5h，空冷至室溫。

如圖2所示，通過本發(fā)明的工藝得到的tbm用盤形滾刀顯微組織中碳化物細(xì)小彌散分布在晶粒內(nèi)和晶界上，根據(jù)nadca北美壓鑄協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定經(jīng)雙細(xì)化后的退火組織為as3級(jí)，根據(jù)gb/t6394-2002標(biāo)準(zhǔn)，退火態(tài)晶粒尺寸達(dá)9.5級(jí)以上，退火態(tài)組織達(dá)到了較理想的水平，實(shí)現(xiàn)了退火態(tài)的晶粒尺寸和碳化物尺寸雙細(xì)化。盤形滾刀硬度值在56～59hrc，具有較好的抵抗沖擊的性能和耐磨性，提高了tbm用盤形滾刀的使用壽命。

實(shí)施例3

本實(shí)施例中，該tbm用盤形滾刀成分與質(zhì)量百分比為：碳0.55％；硅0.82％；錳0.57％；鉻4.51％；鎳0.38％；鉬1.19％；釩1.36％；磷0.015％；硫0.007％；余量為鐵。

本實(shí)施例中，熱處理工藝包括以下步驟：1)將盤形滾刀以180℃/h加熱至870℃，保溫3h后，以30℃/h緩冷至溫度600℃，隨爐冷卻至室溫；2)首先，將盤形滾刀以180℃/h加熱至1060℃，保溫3h，以130℃/h快冷至溫度320℃；其次，將盤形滾刀以180℃/h加熱至1060℃，保溫3h，以130℃/h快冷至溫度320℃；然后，將盤形滾刀以180℃/h加熱至870℃，保溫3h，以100℃降溫至740℃，保溫5h，隨爐冷至室溫；3)淬火工藝：將盤形滾刀以180℃/h加熱至1060℃，保溫3h，盤形滾刀出爐進(jìn)行油淬至室溫；回火工藝：首先，將盤形滾刀放入爐中以280℃/h加熱至560℃，保溫2.5h，空冷至室溫；然后，將盤形滾刀以280℃/h加熱至560℃，保溫2.5h，空冷至室溫。

如圖3所示，通過本發(fā)明的工藝得到的tbm用盤形滾刀顯微組織中碳化物細(xì)小彌散分布在晶粒內(nèi)和晶界上，根據(jù)nadca北美壓鑄協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定經(jīng)雙細(xì)化后的退火組織為as3級(jí)，根據(jù)gb/t6394-2002標(biāo)準(zhǔn)，退火態(tài)晶粒尺寸達(dá)9.5級(jí)以上，退火態(tài)組織達(dá)到了較理想的水平，實(shí)現(xiàn)了退火態(tài)的晶粒尺寸和碳化物尺寸雙細(xì)化。盤形滾刀硬度值在56～59hrc，具有較好的抵抗沖擊的性能和耐磨性，提高了tbm用盤形滾刀的使用壽命。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。