一種大尺寸盾構(gòu)機軸承套圈用鋼及其熱處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及一種合金結(jié)構(gòu)鋼,屬合金類(C22C),適用于綜合力學性能要求較高的 大尺寸盾構(gòu)機軸承套圈用鋼及其熱處理方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展,大量的交通隧洞、城市地下鐵道、供排水隧道和電纜隧 道等工程已建、在修或正在規(guī)劃之中。盾構(gòu)機作為盾構(gòu)施工的主要施工機械,目前呈現(xiàn)大直 徑化的發(fā)展趨勢,上海的崇明隧道已經(jīng)開始使用直徑為15m的盾構(gòu)機。而盾構(gòu)機軸承套圈 作為盾構(gòu)機軸承的主要部件,其尺寸也需要達到6m及以上。因此,大尺寸軸承套圈用鋼在 具備高的疲勞強度、硬度、抗壓強度、彈性極限、耐磨性以及耐腐蝕性能等性能基礎(chǔ)上,還需 要具備高的淬透性、淬硬性以及一定的沖擊韌性。根據(jù)國內(nèi)外對于大型低速重載軸承套圈 用鋼的使用情況,一般選用中碳合金軸承鋼。中碳合金鋼一般采用42CrMo,可以滿足小尺寸 盾構(gòu)機軸承套圈用鋼的使用,而對于大尺寸盾構(gòu)機軸承套圈用鋼則需要進行合金化設(shè)計。
[0004] 由于盾構(gòu)機特殊的工作環(huán)境,對于盾構(gòu)機軸承套圈有著較高的要求。對于大尺 寸軸承套圈,其基體整體調(diào)質(zhì)硬度需要在260HB~310HB,調(diào)質(zhì)后的-20°c低溫韌性平均值 Akv> 42J,接觸滾道表面淬火硬度為59HRC~62HRC,同時具有一定的淬硬層。此外,實際生 產(chǎn)過程中,冷卻介質(zhì)的控制也是重要方面。目前對于滿足大尺寸盾構(gòu)機軸承套圈性能的用 鋼未見報道。
[0005] 本發(fā)明就是一種盾構(gòu)機軸承套圈用鋼。采用成分設(shè)計后,軸承套圈用鋼具有良好 的淬透性,經(jīng)熱處理后表面具有較高的硬度,實際生產(chǎn)冷卻介質(zhì)的控制工藝窗口寬(冷速在 10°C/s以上),心部具有良好的韌性和適宜的硬度。從而能夠滿足盾構(gòu)機軸承套圈用鋼對 于外強內(nèi)韌的力學性能要求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明針對目前國內(nèi)用于盾構(gòu)機軸承套圈用鋼的不足,提供一種大尺寸盾構(gòu)機軸 承套圈用鋼,在現(xiàn)有小尺寸盾構(gòu)機軸承套圈用鋼42CrMo的基礎(chǔ)上,通過增加適量的Ni元素 以及C元素,得到了滿足大尺寸軸承套圈用鋼的對于淬透性,表面淬火硬度、心部韌性和硬 度的要求。
[0007] 為解決上述的技術(shù)問題,本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種大尺寸盾構(gòu)機軸承套圈 用鋼,它是由如下的元素和含量組成(按重量百分比計): C:0? 41-0. 45、Si:0? 17-0. 37、Mn:0? 60-0. 80、Cr:0? 90-1. 20、Mo:0? 15-0. 25、Ni: 0? 50-0. 70、P:彡 0? 015、S:彡 0? 003、H:彡 0? 00018、0 :彡 0? 0015 其余部分為Fe和正常的 雜質(zhì)。
[0008] 本發(fā)明的另一目的是提供上述鋼的熱處理方法:具體包括以下步驟: 步驟1 :將材料加熱直至充分奧氏體化,奧氏體化加熱溫度為925 °C,保溫時間為 2.Omin/mm,而后將材料放入油中冷卻至室溫。
[0009] 步驟2 :步驟1處理后的材料再進行高溫回火處理,加熱溫度為650°C,保溫時間 3h,而后將材料放入空氣中冷卻至室溫。測試處理后的材料的沖擊韌性以及硬度(HB),結(jié)果 如表1所示。
[0010] 步驟3 :將經(jīng)過步驟2處理后材料進行表面感應加熱淬火,加熱速度為80-100°C/ s,加熱溫度到950°C,保溫3s,再以10-100°C/s的冷卻速度淬火至室溫,得到大尺寸盾構(gòu)機 軸承套圈用鋼。
[0011] 進一步,所述大尺寸盾構(gòu)機軸承套圈用鋼具有良好的淬透性,端淬實驗的淬硬層 深度達到40mm以上,比42CrMo高30mm;盾構(gòu)機軸承套圈整體經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理,表面經(jīng)感應淬 火后,表面淬硬層組織為隱晶馬氏體,基體組織為回火索氏體;表面具有較高的硬度,均值 為58. 5-60. 3HRC;心部具有良好的韌性,-20°C沖擊韌性AKV均值為106J以上;硬度均值為 272-283HB。
[0012] 本發(fā)明的有益效果是:能夠滿足大尺寸盾構(gòu)機軸承套圈用鋼綜合力學性能的要 求。
[0013] 1、將42CrM〇中的C含量偏上限控制,使材料在感應加熱淬火后的硬度(HRC)大大 提高并達到要求。
[0014] 2、由于比42CrM〇中的Ni含量高,大大提高了材料的淬透性,能夠滿足材料對于淬 硬層的要求;此外,淬透性的提高,使軸承套圈表面在感應淬火時,冷卻介質(zhì)的容許冷速范 圍增大,為實際生產(chǎn)提供較寬的工藝窗口。
[0015] 3、由于比42CrM〇中的Ni含量高,軸承套圈基體的低溫沖擊韌性并沒有因為C元 素的加入而大幅度降低,保證能夠滿足對于高韌性的要求。
【具體實施方式】
[0016] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步說明。
[0017] 實施例1 : 一種大尺寸盾構(gòu)機軸承套圈用鋼,它是由如下的元素和含量組成(按重量百分比計): C:0? 41、Si:0? 17、Mn:0? 60、Cr:0? 90、M〇 :0? 15、Ni:0? 50、P:彡 0? 015、S:彡 0? 003、H: 彡0. 00018、0 :彡0. 0015,其余部分為Fe和正常的雜質(zhì)。利用端淬實驗,測試材料的淬硬層 深度,結(jié)果如表1所示。
[0018] 步驟1 :將材料加熱直至充分奧氏體化,奧氏體化加熱溫度為925°C,保溫時間為 2.Omin/mm,而后將材料放入油中冷卻至室溫。
[0019] 步驟2 :步驟1處理后的材料再進行高溫回火處理,加熱溫度為650°C,保溫時間 3h,而后將材料放入空氣中冷卻至室溫。測試處理后的材料的沖擊韌性以及硬度(HB),結(jié)果 如表1所示。
[0020] 步驟3 :將經(jīng)過步驟2處理后材料進行表面感應加熱淬火,加熱速度為100°C/s, 加熱溫度到950°C,保溫3s,再以10°C/s的冷卻速度淬火至室溫。測試處理后的材料的硬 度(HRC),結(jié)果如表1所示。
[0021] 實施例2: 一種大尺寸盾構(gòu)機軸承套圈用鋼,它是由如下的元素和含量組成(按重量百分比計): C:0? 43、Si:0? 25、Mn:0? 75、Cr:0? 95、Mo:0? 18、Ni:0? 59、P:彡 0? 015、S:彡 0? 003、H: 彡0. 00018、0 :彡0. 0015,其余部分為Fe和正常的雜質(zhì)。利用端淬實驗,測試材料的淬硬層 深度,結(jié)果如表1所示。
[0022] 步驟1 :將材料加熱直至充分奧氏體化,奧氏體化加熱溫度為925°C,保溫時間為 2.Omin/mm,而后將材料放入油中冷卻至室溫。
[0023] 步驟2 :步驟1處理后的材料再進行高溫回火處理,加熱溫度為650°C,保溫時間 3h,而后將材料放入空氣中冷卻至室溫。測試處理后的材料的沖擊韌性以及硬度(HB),結(jié)果 如表1所示。
[0024] 步驟3 :將經(jīng)過步驟2處理后材料進行表面感應加熱淬火,加熱速度為100°C/s, 加熱溫度到950°C,保溫3s,再以50°C/s的冷卻速度淬火至室溫。測試處理后的材料的硬 度(HRC),結(jié)果如表1所示。
[0025] 實施例3 : 一種大尺寸盾構(gòu)機軸承套圈用鋼,它是由如下的元素和含量組成(按重量百分比計): C:0? 42、Si:0? 20、Mn:0? 65、Cr:L00、M〇 :0? 205、Ni:0? 55、P:彡 0? 015、S:彡 0? 003、H:彡0. 00018、0 :彡0. 0015,其余部分為Fe和正常的雜質(zhì)。利用端淬實驗,測試材料的淬 硬層深度,結(jié)果如表1所示。
[0026] 步驟1 :將