[發明專利]一種Laves相強化奧氏體耐熱鋼及其制備方法

在審

• 申請號: 202111397851.0
• 申請日: 2021-11-23
• 公開（公告）號: CN114032440A
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 史成斌;鄭鑫;李晶;徐昊馳
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C33/04
• 分類號: C22C33/04;C22B9/18;C21D8/00;C21D1/00;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/44;C22C38/48;C22C38/54
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 岳野

本發明公開了一種Laves相強化奧氏體耐熱鋼及其制備方法，屬于金屬材料領域。該制備方法包括以下步驟：冶煉步驟：采用真空感應熔煉+電渣重熔或電弧爐+LF+VD+電渣重熔進行冶煉，制得的電渣錠熱送退火處理；鍛造步驟：退火處理后的電渣錠經均質化處理后進行鍛造處理；熱處理步驟：將鍛造處理后的鋼坯料進行高溫固溶→時效處理，即制備得到Laves相強化奧氏體耐熱鋼。本發明方案制得的奧氏體耐熱鋼的γ/Laves相兩相組織在700～900℃穩定存在，且Fe₂Nb型Laves強化相為類球形或小塊狀形貌且體積分數大于20％。

技術領域

本發明屬于金屬材料領域，具體涉及一種Laves相強化奧氏體耐熱鋼及其制備方法。

背景技術

奧氏體耐熱鋼被廣泛應用于高速列車制動盤用高強度螺栓，航空發動機高溫承力部件，如壓氣機盤、葉片、螺釘和螺栓等緊固件。其中，高強度奧氏體耐熱鋼也應用于模具材料。模具是工業生產的基礎工藝裝備，是衡量一個國家制造業水平高低的重要標志。熱作模具鋼由于工作狀態是反復受熱和冷卻，經常出現熱疲勞失效現象。因此，要求熱作模具鋼具有優良的高溫強度、硬度、韌性和高的熱疲勞抗力。馬氏體型熱作模具鋼主要適用于服役溫度600℃以下，以H13鋼為代表，主要應用于鋁壓鑄、鋁擠壓和熱鍛模具。

鋁合金壓鑄的模具型腔表面溫度低于580℃。在銅合金壓鑄生產中，模具型腔表面溫度可達800℃以上。在銅合金擠壓生產中，模具型腔表面溫度超過750℃。馬氏體熱作模具鋼服役溫度超過650℃以上時，馬氏體基體會分解，模具鋼的強度和硬度大幅度降低，導致模具早期失效，同時反復加熱、冷卻的循環過程會使碳化物強化相不斷聚集長大，在型腔表面出現熱疲勞裂紋和表面掉塊，不僅加快模具失效，而且降低成型件的表面質量。實踐表明，馬氏體熱作模具鋼不適用于銅合金擠壓/壓鑄。A286鐵基高溫合金以其良好的高溫強度和熱穩定性，有報道采用A286作為一些銅合金擠壓模具，但由于模具網格狀裂紋和剝落掉塊，其使用壽命不高。同時大量研究報道中科研人員發現：作為A286的強化相，γ’[Ni3(Al,Ti)]在時效和高溫服役過程中分解，轉變為η相，大大降低了A286的強度，同時產物η相對A286合金的強度、硬度和耐蝕性非常不利。目前，也有報道采用鎳基高溫合金作為銅合金擠壓/壓鑄模具材料，但其材料成本非常高。因此，為滿足銅合金擠壓/壓鑄模具材料，亟需開發一種高強度奧氏體耐熱鋼。

發明內容

本發明的目的在于提供一種Laves相強化奧氏體耐熱鋼及其制備方法，通過合金元素選擇優化以及合理的制備工藝制定，經過電渣重熔、鍛造、高溫固溶和時效熱處理后，使所得到的奧氏體耐熱鋼中形成的細小彌散Fe₂Nb型Laves相強化，其中，本發明奧氏體耐熱鋼的γ/Laves相兩相組織在700～900℃穩定存在，且Fe₂Nb型Laves強化相為類球形或小塊狀形貌且體積分數大于20％。同時，該奧氏體耐熱鋼具有大的熱加工窗口，適用于銅合金擠壓/壓鑄用模具材料、也是航空發動機和工業燃氣輪機高溫緊固件的候選材料。

首先聲明，Laves相意指AB2型的密排立方或六方結構的金屬間化合物。

根據本發明技術方案的第一方面，提供一種Laves相強化奧氏體耐熱鋼的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

(1)冶煉：采用真空感應熔煉+電渣重熔冶煉，也可采用電弧爐+鋼包精煉爐(LadleFurnace，LF)精煉+真空脫氣(Vacuum Degassing，VD)+電渣重熔工藝。

在氬氣保護氣氛中進行電渣重熔熔煉，電渣重熔過程保證在低的電極熔化速率下進行熔煉，以提高耐熱鋼電渣鑄錠的純凈度和組織均勻性，最大限度地減少偏析，從而為后續加工提供高質量的母材。其中，電極熔化速率滿足關系式：v＝(0.3～0.6)×D，其中：v為熔速，kg/h；D為結晶器內徑，mm。制得的電渣鑄錠熱送退火處理。