21世纪进入地下空间开发的鼎盛时期。从20世纪末期,盾构施工法在地下空间开发中得到了广泛的应用,而全断面隧道掘进机（TBM）更是起到了举足轻重的作用。盘形滚刀刀圈为TBM的关键部件,在使用过程中直接与岩层相作用,为工作过程中易磨损失效部件,消耗量较大,同时在工作过程中频繁的换刀会显著提高施工成本、延长建设周期,因此,盘形滚刀刀圈要求具有较高的使用性能。目前,我国TBM用刀圈多依赖进口,国外刀圈常以高价售于国内,由于国产刀圈质量低于国外水平,使我国TBM用刀圈受制于人,制约着未来地下空间市场的发展。本文采用模拟与实验相结合的方式,展开高质量TBM用刀圈研发。本文的主要研究内容和成果如下:1)完成国内外刀圈解剖实验。对国内外刀圈从用钢的纯净度、力学性能、金相组织及低倍组织方面做了解剖分析,对比国内外刀圈差异。结果表明:国外刀圈力学性能优于国内,同时国内外刀圈制造工艺上也存在一定差异。2)研究了实验用H13钢热变形行为。通过实测H13钢应力-应变曲线,建立了H13钢高温热变形方程,同时根据绘制的热加工图及金相组织,得到H13钢适宜的热加工工艺窗口为1050¹200℃,应变速率为0.01¹s^-1,为实验过程中热加工工艺的制定提供理论依据和参考。3)完成了刀圈锻造过程的模拟仿真、优化设计与试制,同时对试验件进行了解剖分析。基于所建立的H13高温本构方程和实测H13钢材料热物性参数,对刀圈锻造过程进行了热力耦合数值模拟,获得了终锻后应力、应变和温度场的分布规律;研究了刀圈成形过程中金属流动机制,对坯料和模具进行了优化设计,同时对缺陷产生进行了分析;在此基础上,完善了模具和模锻工艺设计,展开刀圈试制试验,试验件尺寸符合设计要求,表面无折叠等缺陷,验证了模锻工艺的可行性和模拟结果的准确性;采用“超细化”热处理工艺改善H13钢组织性能,解剖结果表明:本研究中刀圈力学性能达到国外水平,满足TBM使用要求。