本發(fā)明屬于刀圈加工制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高性能盤型滾刀刀圈材料及其生產(chǎn)工藝。

背景技術(shù)：
目前隧道掘進(jìn)機(jī)盤型滾刀刀圈的材料大部分采用美國H13(相當(dāng)于國內(nèi)的4Cr5MoSiV1)，其成分含量為：C:0.32--0.45％,Si:0.8--1.2％,Mn:0.20--0.50％,P＜0.03％，S＜0.03％，Cr:4.75--5.50％,Mo:1.10--1.75％,V:0.80--1.20％,Ni＜0.30％；用上述材料生產(chǎn)出的刀圈硬度基本在HRC54--56。具有良好的綜合機(jī)械性能，利用電爐冶煉+LF精煉+真空脫氣+電渣重熔的電渣錠加工出的滾刀刀圈，經(jīng)過熱處理后其硬度可以達(dá)到HRC54--56。此硬度值可以滿足對(duì)軟巖石的掘進(jìn)，但遇到硬巖其硬度值達(dá)不到要求，刀圈的耐磨性差，刀圈易出現(xiàn)卷邊失效缺陷。盤型滾刀刀圈要求高硬度，高耐磨性和良好的沖擊韌性，所以目前很多企業(yè)為了提高刀圈硬度、提高耐磨性，都在上述成分含量基礎(chǔ)上，對(duì)部分元素含量進(jìn)行調(diào)整，通過把碳含量的百分比調(diào)整為0.45％-0.51％，刀圈加工熱處理后硬度可以提高到HRC56--58，刀圈的耐磨性相應(yīng)的也有所提高，但其韌性下降，在硬巖中使用時(shí)刀圈的刃部會(huì)出現(xiàn)崩齒、崩裂，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)刀圈斷裂現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供高性能盤型滾刀刀圈材料及其生產(chǎn)工藝，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的韌性下降，在硬巖中使用時(shí)刀圈的刃部會(huì)出現(xiàn)崩齒、崩裂，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)刀圈斷裂現(xiàn)象的技術(shù)問題。本發(fā)明高性能盤型滾刀刀圈材料的成分及重量百分比為：C:0.35--0.42％,Si:0.8--1.2％,Mn:0.20--0.50％,P＜0.010％，S＜0.005％，Cr:5.00--5.50％,Mo:1.80--2.50％,V:0.80--1.20％,Co:2.00--2.50％,Ni＜0.30％，F(xiàn)e余量。優(yōu)選的，本發(fā)明高性能盤型滾刀刀圈材料的成分及重量百分比為：C:0.39％,Si:0.98％,Mn:0.42％,P:0.009，S:0.004％，Cr:5.32％,Mo:2.14％,V:1.04％,Co:2.38％,Ni:0.23％，F(xiàn)e余量。優(yōu)選的，本發(fā)明高性能盤型滾刀刀圈材料的成分及重量百分比為：C:0.36％,Si:0.86％,Mn:0.31％,P：0.007％，S：0.005％，Cr:5.02％,Mo:1.84％,V:0.87％,Co:2.13％,Ni：0.27％，F(xiàn)e余量。優(yōu)選的，本發(fā)明高性能盤型滾刀刀圈材料的成分及重量百分比為：C:0.41％,Si:1.17％,Mn:0.45％,P：0.001％，S：0.004％，Cr:5.43％,Mo:2.46％,V:1.16％,Co:2.47％,Ni：0.18％，F(xiàn)e余量。用高性能盤型滾刀刀圈材料生產(chǎn)盤型滾刀刀圈的生產(chǎn)方法包括以下步驟：步驟一：真空感應(yīng)爐熔煉高性能盤型滾刀刀圈材料其化學(xué)成分及百分含量按C:0.35--0.42％,Si:0.8--1.2％,Mn:0.20--0.50％,P＜0.010％，S＜0.005％，Cr:5.0--5.50％,Mo:1.80--2.50％,V:0.80--1.20％,Co:2.00--2.50％,Fe余量進(jìn)行配料；并熔煉出自耗電極棒；步驟二：對(duì)自耗電極棒表面進(jìn)行精整；步驟三：通過真空電渣爐進(jìn)行電渣重熔；步驟四：真空電渣爐中生產(chǎn)出的電渣錠，脫模后立即進(jìn)行高溫均質(zhì)化處理，把電渣錠加熱到1260℃，保溫24小時(shí)，保溫結(jié)束后隨爐冷卻到500℃以下出爐空冷；經(jīng)過高溫均質(zhì)化處理減少了晶內(nèi)的成分偏析及組織偏析、細(xì)化了晶粒，改善和提高了材料的熱縮性。步驟五：將在步驟四中得到的電渣錠經(jīng)初鍛、精鍛、加工熱處理后得到高硬度、高耐磨及具有良好沖擊韌性的滾刀刀圈。在所述步驟一中，在真空感應(yīng)爐熔煉出自耗電極棒具體為：對(duì)入爐前的H13廢鋼料全部進(jìn)行噴砂處理及烘烤；在熔煉后期的精煉過程中進(jìn)行多次扒渣、造渣；在出鋼過程中進(jìn)行脫氧；澆注前確保鋼水在鋼包內(nèi)有充分的鎮(zhèn)靜時(shí)間，使鋼水中的夾雜物得到充分上浮。本發(fā)明的有益技術(shù)效果：本發(fā)明的高性能盤型滾刀刀圈材料在保證原有H13鋼中碳、硅、錳的含量保持不變，鉻的百分含量為5.0--5.50％，鉬的百分含量在原有1.10--1.75％的基礎(chǔ)上調(diào)整到1.80--2.50％，提高鉬的含量可以進(jìn)一步提高材料的淬透性、降低鋼材的回火脆性、改善鋼的延展性、韌性并提高耐磨性；加入新的元素鈷，其百分含量為2.00--2.50％，改善和提高鋼材的熱強(qiáng)性及高溫硬度，并與鋼中較高含量的鉬等相互作用得到良好的綜合力學(xué)性能，使其具有超強(qiáng)韌性；用此材料加工出的滾刀刀圈的硬度由HRC54-HRC56，提高到了HRC58-HRC60；滾刀刀圈的沖擊功由8J--10J提高到14J-16J；高性能盤型滾刀刀圈材料嚴(yán)格控制了P、S等雜質(zhì)含量(P＜0.01％、S＜0.005％),提高了材料的純凈度，從而有利于改善和提高刀圈的沖擊韌性；鈷的加入顯著提高耐氧化性和紅硬性，大大提高材料的耐磨性；改善和提高了刀圈的綜合力學(xué)性能，延長了刀圈的使用壽命；本發(fā)發(fā)明的高性能盤型滾刀刀圈材料生產(chǎn)出的盤型滾刀刀圈具有高硬度、高耐磨性及良好沖擊韌性的滾刀刀圈材料；本生產(chǎn)方法中廢鋼料全部使用H13廢模具料，并對(duì)入爐前的廢鋼料全部進(jìn)行噴砂處理及烘烤，使入爐廢鋼料保證干燥、表面無銹及其他泥沙等雜物，從而保證熔煉鋼液的純凈度及低的雜質(zhì)含量；感應(yīng)爐出鋼前化學(xué)成分的百分含量控制在步驟1中的規(guī)定范圍，嚴(yán)格控制P、S含量；在熔煉后期的精煉過程中要做到多次扒渣、造渣提高鋼水的純凈度；在出鋼過程中要做好終脫氧；澆注前鋼水在鋼包內(nèi)確保充分的鎮(zhèn)靜時(shí)間，使鋼水中的夾雜物得到充分上??；經(jīng)過真空感應(yīng)爐熔煉和真空電渣重熔后得到的電渣錠，其有害元素P的含量小于0.01％、S的含量小于0.005％；真空電渣爐中生產(chǎn)出的電渣錠，在脫模后立即進(jìn)行高溫均質(zhì)化處理，把電渣錠加熱到1260℃，保溫24小時(shí)，保溫結(jié)束后隨爐冷卻到500℃以下出爐空冷。經(jīng)過高溫均質(zhì)化處理減少了晶內(nèi)的成分偏析及組織偏析、細(xì)化了晶粒，改善和提高了材料的熱縮性；電渣錠經(jīng)初鍛、精鍛、加工熱處理后得到高硬度、高耐磨及具有良好沖擊韌性的滾刀刀圈。附圖說明圖1為本發(fā)明高性能盤型滾刀刀圈生產(chǎn)工藝的流程圖；圖2為本發(fā)明在具體實(shí)施例中代號(hào)為1的盤型滾刀刀圈材料的金相組織圖；圖3為本發(fā)明在具體實(shí)施例中代號(hào)為2的盤型滾刀刀圈材料的金相組織圖；圖4為本發(fā)明在具體實(shí)施例中代號(hào)為3的盤型滾刀刀圈材料的金相組織圖；圖5為本發(fā)明在具體實(shí)施例中H13鋼的盤型滾刀刀圈材料的金相組織圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。參見附圖1，本發(fā)明的目的是提供高性能盤型滾刀刀圈材料及其生產(chǎn)工藝，解決現(xiàn)有技術(shù)中增加碳含量，提高硬度造成的韌性下降，在硬巖中使用時(shí)刀圈的刃部會(huì)出現(xiàn)崩齒、崩裂，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)刀圈斷裂現(xiàn)象的技術(shù)問題。本發(fā)明高性能盤型滾刀刀圈材料的成分及重量百分比為：C:0.35--0.42％,Si:0.8--1.2％,Mn:0.20--0.50％,P＜0.010％，S＜0.005％，Cr:5.00--5.50％,Mo:1.80--2.50％,V:0.80--1.20％,Co:2.00--2.50％,Ni＜0.30％，F(xiàn)e余量。優(yōu)選的，本發(fā)明高性能盤型滾刀刀圈材料的成分及重量百分比為：C:0.39％,Si:0.98％,Mn:0.42％,P:0.009，S:0.004％，Cr:5.32％,Mo:2.14％,V:1.04％,Co:2.38％,Ni:0.23％，F(xiàn)e余量。優(yōu)選的，本發(fā)明高性能盤型滾刀刀圈材料的成分及重量百分比為：C:0.36％,Si:0.86％,Mn:0.31％,P：0.007％，S：0.005％，Cr:5.02％,Mo:1.84％,V:0.87％,Co:2.13％,Ni：0.27％，F(xiàn)e余量。優(yōu)選的，本發(fā)明高性能盤型滾刀刀圈材料的成分及重量百分比為：C:0.41％,Si:1.17％,Mn:0.45％,P：0.001％，S：0.004％，Cr:5.43％,Mo:2.46％,V:1.16％,Co:2.47％,Ni：0.18％，F(xiàn)e余量。用高性能盤型滾刀刀圈材料加工盤型滾刀刀圈的生產(chǎn)方法包括以下步驟：步驟一：真空感應(yīng)爐熔煉高性能盤型滾刀刀圈材料其化學(xué)成分及百分含量按C:0.35--0.42％,Si:0.8--1.2％,Mn:0.20--0.50％,P＜0.010％，S＜0.005％，Cr:5.0--5.50％,Mo:1.80--2.50％,V:0.80--1.20％,Co:2.00--2.50％,Fe余量進(jìn)行配料；并熔煉出自耗電極棒；步驟二：對(duì)自耗電極棒表面進(jìn)行精整；步驟三：通過真空電渣爐進(jìn)行電渣重熔；步驟四：真空電渣爐中生產(chǎn)出的電渣錠，脫模后立即進(jìn)行高溫均質(zhì)化處理，把電渣錠加熱到1260℃，保溫24小時(shí)，保溫結(jié)束后隨爐冷卻到500℃以下出爐空冷；經(jīng)過高溫均質(zhì)化處理減少了晶內(nèi)的成分偏析及組織偏析、細(xì)化了晶粒，改善和提高了材料的熱縮性。步驟五：將在步驟四中得到的電渣錠經(jīng)初鍛、精鍛、加工熱處理后得到高硬度、高耐磨及具有良好沖擊韌性的滾刀刀圈。在所述步驟一中，在真空感應(yīng)爐熔煉出自耗電極棒具體為：對(duì)入爐前的H13廢鋼料全部進(jìn)行噴砂處理及烘烤；在熔煉后期的精煉過程中進(jìn)行多次扒渣、造渣；在出鋼過程中進(jìn)行脫氧；澆注前確保鋼水在鋼包內(nèi)有充分的鎮(zhèn)靜時(shí)間，使鋼水中的夾雜物得到充分上浮。具體實(shí)施例二：本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，鈷的重量百分比為2.00％。具體實(shí)施例三：本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，鈷的重量百分比為2.5％。具體實(shí)施例四：本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，鈷的重量百分比為2.25％。具體實(shí)施例五：本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，優(yōu)選的，鉬的重量百分比為1.80％。具體實(shí)施例六：本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，鉬的重量百分比為2.30％。具體實(shí)施例七：本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，鉬的重量百分比為2.15％。具體實(shí)施例八：本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，鉻的重量百分比為5.00％。具體實(shí)施例九：本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，鉻的重量百分比為5.50％。具體實(shí)施例十:本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，鉻的重量百分比為5.25％。具體實(shí)施例十一：本實(shí)施例的區(qū)別在于，鈷的重量百分比為2.00％，鉬的重量百分比為1.80％。具體實(shí)施例十二：本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，鈷的重量百分比為2.00％，鉬的重量百分比為2.30％。具體實(shí)施例十三：本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，鈷的重量百分比為2.00％，鉬的重量百分比為2.15％。具體實(shí)施例十四：本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，鈷的重量百分比為2.00％，鉻的重量百分比為5.00％。具體實(shí)施例十五：本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，鈷的重量百分比為2.00％，鉻的重量百分比為5.50％。具體實(shí)施例十六：本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，鈷的重量百分比為2.00％，鉻的重量百分比為5.25％。具體實(shí)施例十七：本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，鈷的重量百分比為2.00％，鉬的重量百分比為1.80％，鉻的重量百分比為5.00％。具體實(shí)施例十八：本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，鈷的重量百分比為2.00％，鉬的重量百分比為1.80％，鉻的重量百分比為5.50％。具體實(shí)施例十九：本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，鈷的重量百分比為2.00％，鉬的重量百分比為1.80％，鉻的重量百分比為5.25％。具體實(shí)施例二十：本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，鈷的重量百分比為2.00％，鉬的重量百分比為2.50％，鉻的重量百分比為5.00％。具體實(shí)施例二十一：本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，鈷的重量百分比為2.00％，鉬的重量百分比為2.50％，鉻的重量百分比為5.50％。具體實(shí)施例二十二：本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，鈷的重量百分比為2.00％，鉬的重量百分比為2.50％，鉻的重量百分比為5.25％。具體實(shí)施例二十三：本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，鈷的重量百分比為2.00％，鉬的重量百分比為2.35％，鉻的重量百分比為5.00％。具體實(shí)施例二十四：本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，鈷的重量百分比為2.00％，鉬的重量百分比為2.35％，鉻的重量百分比為5.50％。具體實(shí)施例二十五：本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，鈷的重量百分比為2.00％，鉬的重量百分比為2.35％，鉻的重量百分比為5.25％。對(duì)具體實(shí)施例二至具體實(shí)施例二十五的盤型滾刀刀圈材料加工滾刀刀圈的生產(chǎn)方法與實(shí)施例一唯一不同的是：在步驟一中的配料過程中，按照各具體實(shí)施例中的成分重量百分比進(jìn)行配料。刀圈進(jìn)行了各項(xiàng)性能檢測(cè)，其結(jié)果詳見下表：表1高性能盤型滾刀刀圈的化學(xué)成分代號(hào)C％Si％Mn％P％S％Cr％Mo％V％Co％Ni％10.390.980.420.0090.0045.322.141.042.380.2320.360.860.310.0070.0055.021.840.872.130.2730.411.170.450.0010.0045.432.461.162.470.18表2鋼中非金屬夾雜物其中：A為硫化物；B為氧化鋁；C為硅酸鹽；D為球狀氧化物；DS為單顆粒夾雜物。表3高性能盤型滾刀刀圈的性能參見附圖2、3和4，成品刀圈的金相組織:金相評(píng)級(jí)2--3級(jí)，組織為細(xì)針狀回火馬氏體+極少量殘余奧氏體；通過上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得出：滾刀刀圈的硬度由HRC54-HRC56，提高到了HRC58-HRC60；滾刀刀圈的沖擊功由8J--10J提高到14J-16J；高性能盤型滾刀刀圈材料嚴(yán)格控制了P、S等雜質(zhì)含量(P＜0.01％、S＜0.005％),提高了材料的純凈度，從而有利于改善和提高刀圈的沖擊韌性；鈷的加入顯著提高耐氧化性和紅硬性，大大提高材料的耐磨性；改善和提高了刀圈的綜合力學(xué)性能，延長了刀圈的使用壽命。H13鋼生產(chǎn)出的滾刀刀圈的各項(xiàng)性能如下表：表4H13鋼化學(xué)成分代號(hào)C％Si％Mn％P％S％Cr％Mo％V％Ni％H13鋼0.410.940.470.0190.0095.171.541.060.17表5H13鋼中非金屬夾雜物表6H13鋼成品刀圈的性能參見附圖5，H13鋼成品刀圈的金相組織:金相評(píng)級(jí)4級(jí)，組織為針狀回火馬氏體+少量殘余奧氏體從表1-3與表4-6一一對(duì)比，以及附圖2-4與附圖5一一對(duì)比中可得出，高性能盤型滾刀刀圈材料的非金屬夾雜物含量遠(yuǎn)低于H13鋼；高性能盤型滾刀刀圈材料生產(chǎn)的成品刀圈金相組織比H13鋼的金相組織，馬氏體的形狀更加細(xì)小，殘余奧氏體的含量更加少；從力學(xué)性能看高性能盤型滾刀刀圈材料的各項(xiàng)性能指標(biāo)都高于H13鋼。