[发明专利]一种Laves相强化奥氏体耐热钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Laves相强化奥氏体耐热钢及其制备方法，属于金属材料领域。该制备方法包括以下步骤：冶炼步骤：采用真空感应熔炼+电渣重熔或电弧炉+LF+VD+电渣重熔进行冶炼，制得的电渣锭热送退火处理；锻造步骤：退火处理后的电渣锭经均质化处理后进行锻造处理；热处理步骤：将锻造处理后的钢坯料进行高温固溶→时效处理，即制备得到Laves相强化奥氏体耐热钢。本发明方案制得的奥氏体耐热钢的γ/Laves相两相组织在700～900℃稳定存在，且Fe₂Nb型Laves强化相为类球形或小块状形貌且体积分数大于20％。

技术领域

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种Laves相强化奥氏体耐热钢及其制备方法。

背景技术

奥氏体耐热钢被广泛应用于高速列车制动盘用高强度螺栓，航空发动机高温承力部件，如压气机盘、叶片、螺钉和螺栓等紧固件。其中，高强度奥氏体耐热钢也应用于模具材料。模具是工业生产的基础工艺装备，是衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。热作模具钢由于工作状态是反复受热和冷却，经常出现热疲劳失效现象。因此，要求热作模具钢具有优良的高温强度、硬度、韧性和高的热疲劳抗力。马氏体型热作模具钢主要适用于服役温度600℃以下，以H13钢为代表，主要应用于铝压铸、铝挤压和热锻模具。

铝合金压铸的模具型腔表面温度低于580℃。在铜合金压铸生产中，模具型腔表面温度可达800℃以上。在铜合金挤压生产中，模具型腔表面温度超过750℃。马氏体热作模具钢服役温度超过650℃以上时，马氏体基体会分解，模具钢的强度和硬度大幅度降低，导致模具早期失效，同时反复加热、冷却的循环过程会使碳化物强化相不断聚集长大，在型腔表面出现热疲劳裂纹和表面掉块，不仅加快模具失效，而且降低成型件的表面质量。实践表明，马氏体热作模具钢不适用于铜合金挤压/压铸。A286铁基高温合金以其良好的高温强度和热稳定性，有报道采用A286作为一些铜合金挤压模具，但由于模具网格状裂纹和剥落掉块，其使用寿命不高。同时大量研究报道中科研人员发现：作为A286的强化相，γ’[Ni3(Al,Ti)]在时效和高温服役过程中分解，转变为η相，大大降低了A286的强度，同时产物η相对A286合金的强度、硬度和耐蚀性非常不利。目前，也有报道采用镍基高温合金作为铜合金挤压/压铸模具材料，但其材料成本非常高。因此，为满足铜合金挤压/压铸模具材料，亟需开发一种高强度奥氏体耐热钢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Laves相强化奥氏体耐热钢及其制备方法，通过合金元素选择优化以及合理的制备工艺制定，经过电渣重熔、锻造、高温固溶和时效热处理后，使所得到的奥氏体耐热钢中形成的细小弥散Fe₂Nb型Laves相强化，其中，本发明奥氏体耐热钢的γ/Laves相两相组织在700～900℃稳定存在，且Fe₂Nb型Laves强化相为类球形或小块状形貌且体积分数大于20％。同时，该奥氏体耐热钢具有大的热加工窗口，适用于铜合金挤压/压铸用模具材料、也是航空发动机和工业燃气轮机高温紧固件的候选材料。

首先声明，Laves相意指AB2型的密排立方或六方结构的金属间化合物。

根据本发明技术方案的第一方面，提供一种Laves相强化奥氏体耐热钢的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)冶炼：采用真空感应熔炼+电渣重熔冶炼，也可采用电弧炉+钢包精炼炉(LadleFurnace，LF)精炼+真空脱气(Vacuum Degassing，VD)+电渣重熔工艺。

在氩气保护气氛中进行电渣重熔熔炼，电渣重熔过程保证在低的电极熔化速率下进行熔炼，以提高耐热钢电渣铸锭的纯净度和组织均匀性，最大限度地减少偏析，从而为后续加工提供高质量的母材。其中，电极熔化速率满足关系式：v＝(0.3～0.6)×D，其中：v为熔速，kg/h；D为结晶器内径，mm。制得的电渣铸锭热送退火处理。