高氮钢滚刀设计和工艺研究(2)
2.3 具体实验9
2.3.1 拉伸实验 9
2.3.2 硬度实验10
2.3.3 金相实验11
2.3.1 磨损实验11
2.4 实验结果及分析 11
2.4.1 高氮钢的常规组织和性能11
2.4.2 高氮钢的硬度变化情况11
2.4.3 高氮钢和40CrNiMoa的耐磨性和耐腐蚀性12
结论 18
致谢 19
参考文献20
1 引言
随着我国经济建设的不断发展以及城市化进程的不断推进，国内对盾构机的需求量在不断增大[1],盾构机作为隧道施工中的一个非常重要的设备，施工时是利用布置在刀盘上的刀具进行破岩，在掘进的过程中，刀盘上的滚刀刀圈是与岩体进行接触的，在纵向推力的作用下，通过刀圈不断的碾压作用挖开岩石，滚刀刀圈是盾构机施工最为关键的部件且非常容易损坏，由于工作环境的恶劣，滚刀刀圈的消耗量非常巨大[2]。除此之外，损耗过大的滚刀将无法使用，不得不进行换刀，而经常性的换刀又严重影响了施工速度，为了减少停机换刀的次数，降低刀圈的损耗及高额的成本，现在有必要去实现滚刀刀圈的国产化，进而不断的开发出综合性能更好的滚刀刀圈[3]。
盾构机滚刀圈需要有较高的硬度和耐磨性、良好的冲击韧性和加工工艺性能[4]。目前的用于盾构机滚刀刀圈的材料共有2个发展趋势：一种是单纯追求高硬度指标，这种滚刀韧性比较差，试用于较软的地质情况；而另一方向则是在具有一定硬度的同时再去追求较高的韧性，这样的材料虽然不具备那么高的硬度，但由于具有较高的韧性，所有能够适用于更加复杂和比较硬的地质情况。目前，国内外都认识到了滚刀刀圈单一的追求硬度或者耐磨性所存在的缺陷，因此，开发高硬度和高耐磨性的滚刀刀圈显得非常的必要[5]。
与普通的钢种相比, 高氮钢无论是在性能还是应用方面都有着显著的改善和优势。高氮钢具备良好机械性能包括强度和韧性等等，除此之外，还兼具优良的耐磨性和耐腐蚀性。由于这些原因, 目前高氮钢被国内外普遍认为是一种新级别的钢种, 并且具有非常广阔的发展前景，在之后的各种工程技术问题上，高氮钢能提供更多的可能性[6]。
1.1 高氮钢的背景
我们通常把高氮钢定义为含氮量超过一个大气压下溶解度极限的含氮钢。并且铁素体型高氮钢中的氮含量一般超过0.08wt%,而奥氏体型高氮钢中含氮量一般超过0.04wt%[7]。在钢中注入氮元素的影响是双重的，氮元素可以以间隙形式的方式来强化奥氏体，与之相同的碳也能用这种方式强化奥氏体但是会析出含碳化合物，这就是氮元素能够稳定奥氏体相的原因之一。除了这点,氮还有很多其他的优点,这些优点使得高氮钢相比于其他的合金钢具有更多方面的优势，这些优点包括机械性能、耐磨性、耐腐蚀性以及蠕变性能等等。
1.1.1 高氮钢的历史
从50年代末60年代初，高氮钢开始逐渐进入人们的视线。但是由于加氮的冶炼工艺及设施有其他元素并不相同有它独特的要求, 这使得高氮钢的生产一直处在实验的阶段[9]。近年来, 西德、日本和保加利亚等国以及分别采用先进的工艺和技术成功冶炼出了多种高氮钢, 使世界的高氮钢技术迈向了一个新的台阶，而高氮钢技术的发展也迎来了崭新的局面。在20世纪80年代末随着高氮钢的研究不断地深入，国际冶金届对高氮钢也越发的重视，也因此有关高氮钢的理论和应用都取得了长足的发展。2004年，国际高氮钢会议在比利时顺利举行，各国的高氮钢工作者共同努力推动国际高氮钢的发展迈向了新的台阶。2006年，我国成功举办了国际高氮钢会议，为我国高氮钢研制和发展创造了新的机遇，也为我国的高氮钢的发展注入了新的动力。