高品质TBM滚刀刀圈材料及生产工艺

高品质 TBM 滚刀刀圈材料及生产工艺全断面隧道掘进机(TBM)广泛应用于隧道工程的建设中。掘进机在掘进过程中，刀盘上的滚刀刀圈与岩石直接接触，刀圈在纵向推力的作用下，通过碾压作用对岩石进行破碎。滚刀刀圈是 TBM 施工的关键部件和易损部件，在施工过程中工作环境恶劣，消耗量极大，且因刀具失效而造成频繁停机换刀，增加了施工成木，减慢了施工进度。为减少停机换刀次数，降低刀圈的消耗，吉林省维尔特隧道装备有限公司开发出了高盘型滚刀刀圈。1、盘型滚刀刀圈的失效分析盘型滚刀刀圈在破岩过程中，不仅承受到很大的径向破岩力剧烈摩擦失效现象，因此，同时又经受岩石中硬矿物相的在掘进过程中会经常发生刀圈失效，形式多种多样，主要包括:正常磨损、非正常磨损、卷边、打刃、位移、崩裂等损坏形式。刀圈在工作中的失效形式虽然比较多，但归结起来主要与刀圈材料的硬度、耐磨性和冲击韧性有关。刀圈在工作过程中与坚硬的岩石发生相互间的碰撞、挤压及摩擦，因此刀圈必须具有高硬度、高耐磨性、高韧性。具有高硬度才能保证刀圈不发生压溃变形;具有高耐磨性有助于减少刀圈的磨损量，提高刀圈的使用寿命;具有高韧性才能够减少打刃和崩裂等失效现象的发生，从而提高 TBM 掘进速度。2 盘型滚刀刀圈材制2.1 常用刀圈材制目前国内外滚刀刀圈的材料主要选用热作模具钢，部分企业采用冷作模具钢制作刀圈。无论采用何种钢都必须要具备:足够高的硬度、较高的屈服强度、良好的冲击韧性和良好的抗回火能力，以此来保证刀圈在使用过程中减少磨损，防止打刃、崩裂及其他失效;刀圈材料还应该具有良好的热加工和冷加工性能。国内外常用滚刀刀圈材料化学成分见表 1。采用表 1 中材料加工生产出的刀圈表而硬度在 56-60HRC，心部硬度 52-56HRC，冲击功在 7-12J。表 1 国内外常用刀圈材料化学成分(%)材料名称CSiMnPWCrMo\j\AiSi4340038-0.430J5-0350.6-0.800.04()0.035(17-0.90.2-031.65-2.004Cr5MoSiV1032-0.450.80-J：20(X2-0.500.030.0304.75-5.5LI-L750.8-L205Cr5MoSi¥045-0.550.80-J.2003-0.80O.(B0.034.5-5.500.8-150.60-1.240CrNiMo0.37-0.440」7-03705-0.800.0250.0250.6-0.9()」5-025L25-1.652.2 刀圈材料高性能材料的开发涉及刀圈材料的成分、冶炼、锻造、热处理等一系列过程，合理的化学成分配比是保证材料高性能的先决条件。常用刀圈材料化学成分中:碳(C)是钢中最有效的强化元素之一，起到显著的固溶强化作用;铬(Cr)能提高钢的淬透性...