一種大尺寸盾構(gòu)機(jī)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(lèi)（C22C)，適用于綜合力學(xué)性能要求較高的 大尺寸盾構(gòu)機(jī)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(jī)作為盾構(gòu)施工的主要施工機(jī)械，目前呈現(xiàn)大直 徑化的發(fā)展趨勢(shì)，上海的崇明隧道已經(jīng)開(kāi)始使用直徑為15m的盾構(gòu)機(jī)。而盾構(gòu)機(jī)軸承套圈 作為盾構(gòu)機(jī)軸承的主要部件，其尺寸也需要達(dá)到6m及以上。因此，大尺寸軸承套圈用鋼在 具備高的疲勞強(qiáng)度、硬度、抗壓強(qiáng)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(guó)內(nèi)外對(duì)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(jī)軸承套圈用鋼的使用，而對(duì)于大尺寸盾構(gòu)機(jī)軸承套圈用鋼則需要進(jìn)行合金化設(shè)計(jì)。
[0004] 由于盾構(gòu)機(jī)特殊的工作環(huán)境，對(duì)于盾構(gòu)機(jī)軸承套圈有著較高的要求。對(duì)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(shí)具有一定的淬硬層。此外，實(shí)際生 產(chǎn)過(guò)程中，冷卻介質(zhì)的控制也是重要方面。目前對(duì)于滿足大尺寸盾構(gòu)機(jī)軸承套圈性能的用 鋼未見(jiàn)報(bào)道。
[0005] 本發(fā)明就是一種盾構(gòu)機(jī)軸承套圈用鋼。采用成分設(shè)計(jì)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(shí)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(jī)軸承套圈用鋼對(duì) 于外強(qiáng)內(nèi)韌的力學(xué)性能要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對(duì)目前國(guó)內(nèi)用于盾構(gòu)機(jī)軸承套圈用鋼的不足，提供一種大尺寸盾構(gòu)機(jī)軸 承套圈用鋼，在現(xiàn)有小尺寸盾構(gòu)機(jī)軸承套圈用鋼42CrMo的基礎(chǔ)上，通過(guò)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(duì)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(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種大尺寸盾構(gòu)機(jī)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(jì)）： 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(shí)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(jìn)行高溫回火處理，加熱溫度為650°C，保溫時(shí)間 3h，而后將材料放入空氣中冷卻至室溫。測(cè)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(guò)步驟2處理后材料進(jìn)行表面感應(yīng)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(jī) 軸承套圈用鋼。
[0011] 進(jìn)一步，所述大尺寸盾構(gòu)機(jī)軸承套圈用鋼具有良好的淬透性，端淬實(shí)驗(yàn)的淬硬層 深度達(dá)到40mm以上，比42CrMo高30mm;盾構(gòu)機(jī)軸承套圈整體經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理，表面經(jīng)感應(yīng)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(jī)軸承套圈用鋼綜合力學(xué)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(yīng)加熱淬火后的硬度（HRC)大大 提高并達(dá)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(duì)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(yīng)淬火時(shí)，冷卻介質(zhì)的容許冷速范 圍增大，為實(shí)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(méi)有因?yàn)镃元 素的加入而大幅度降低，保證能夠滿足對(duì)于高韌性的要求。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0017] 實(shí)施例1 : 一種大尺寸盾構(gòu)機(jī)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(jì)）： 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(shí)驗(yàn)，測(cè)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(shí)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(jìn)行高溫回火處理，加熱溫度為650°C，保溫時(shí)間 3h，而后將材料放入空氣中冷卻至室溫。測(cè)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(guò)步驟2處理后材料進(jìn)行表面感應(yīng)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(cè)試處理后的材料的硬 度（HRC)，結(jié)果如表1所示。
[0021] 實(shí)施例2: 一種大尺寸盾構(gòu)機(jī)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(jì)）： 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(shí)驗(yàn)，測(cè)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(shí)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(jìn)行高溫回火處理，加熱溫度為650°C，保溫時(shí)間 3h，而后將材料放入空氣中冷卻至室溫。測(cè)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(guò)步驟2處理后材料進(jìn)行表面感應(yīng)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(cè)試處理后的材料的硬 度（HRC)，結(jié)果如表1所示。
[0025] 實(shí)施例3 : 一種大尺寸盾構(gòu)機(jī)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(jì)）： 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(shí)驗(yàn)，測(cè)試材料的淬 硬層深度，結(jié)果如表1所示。
[0026] 步驟1 :將