项目名称：硬岩隧道掘进机（TBM）滚刀刀圈

项目负责人：刘仲礼

联系单位及电话：核装备与核工程学院  13573577615

项目背景：现代盾构掘进机是集光、机、电、液、传感、信息技术于一体高新技术产品，是国家基础设施建设的重大关键装备。自1996年我国引入第一台硬岩隧道掘进机TBM以来，经过20多年的引进、消化、再创新，盾构机行业飞速发展，从开始完全依赖进口，到现在输出全球，占全球市场份额三分之二以上，我国已经成为全球最大的盾构机制造国家，也是最大的盾构机使用国家。目前盾构机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电、地下综合管廊工程等国家基础设施建设领域，据统计2020年我国盾构掘进机保有量约4000台。近年来，中铁装备、铁建重工和中交建三家公司逐渐占有国内市场，特别是中铁装备2020年市场占有率已接近一半，以德国海瑞克股份公司、日本株式会社小松制作所等为代表的国际企业逐渐退出市场。

我国虽然已成为世界盾构机制造强国，但部分关键核心零部件还远未达到世界一流水平，仍需要大量进口，成为行业发展的主要瓶颈。滚刀是硬岩隧道掘进机TBM的“牙齿”，盾构机的掘进主要是靠滚刀来破碎岩石，滚刀系统中的刀圈是直接接触并破碎岩石的部件，是盾构机工作中消耗量最大的备件。TBM刀圈质量的核心是材料制备技术，目前因为国产材料技术水平的限制，国产刀圈的使用寿命只是国外的1/2-2/3，高品质刀圈全部依赖进口，以庞万利和维尔特两大外资品牌为主，而且在价格和供货周期上受制于国外，已经成为我国隧道挖掘的“卡脖子”产品，高品质刀圈的国产化问题亟待快速解决。

图1 盾构机

图2 滚刀刀圈

刀圈研发过程：2018年，中铁工程装备集团有限公司委托清华大学材料学院李言祥教授、陈祥研究员与烟台大学核装备与核工程学院刘仲礼教授研发超硬岩耐磨滚刀刀圈制备技术，成立了“超硬岩耐磨滚刀刀圈技术研发”项目团队。团队经过2年的研发，确定了刀圈的生产制造流程，优化了刀圈材料的化学成分，采用数字化炼钢技术，通过电弧炉+LF精炼+真空脱气+气保电渣重熔工艺，冶炼出[O]≤9ppm、[N]≤64ppm、[H]≤0.8ppm的气体含量极低的优质合金钢电渣锭，然后采用模锻成形和真空热处理技术，生产出性能优异的刀圈产品。研发团队于2020年提供了22个刀圈用于解剖试验和小批量现场试用，结果表明研发团队研发的刀圈在性能指标上媲美甚至优于进口刀圈，现场试用寿命与进口刀圈相当。2020年10月31日，由中铁工程装备集团有限公司对“超硬岩耐磨滚刀刀圈技术研发”项目进行了验收，验收专家一致认为研发团队生产的刀圈性能满足技术条件要求，具备了替代进口刀圈的能力，同时向研发团队提出了刀圈的产业化需求。

产业化应用：2021年研发团队与天润工业技术股份有限公司合作，进行TBM刀圈的产业化制造，于2021年3月份完成了347个刀圈的批量制造，应用于榕江引水项目和珠三角水资源调水项目，试用结果表明，在腐蚀性较低的灰岩底层，天润刀圈寿命相对进口刀圈有一定优势；在腐蚀性较高的花岗岩底层，天润刀圈寿命与进口刀圈相当。试验完成后，中铁工程装备集团有限公司与企业签订了超过1.5万件刀圈的采购合同，彻底实现了刀圈的进口替代。

附件：

应用反馈证明截图