[發(fā)明專利]一種海洋工程用中等強(qiáng)度高沖擊韌性鈦合金

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610929026.3
• 申請(qǐng)日: 2016-10-31
• 公開（公告）號(hào): CN106636739B
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尹雁飛;趙永慶;侯智敏;趙彬;曾光
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北有色金屬研究院
• 主分類號(hào): C22C14/00
• 分類號(hào): C22C14/00;C22F1/18
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務(wù)所61213
• 代理人: 譚文琰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鈦合金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種海洋工程用中等強(qiáng)度高沖擊韌性鈦合金。

背景技術(shù)

鈦及鈦合金具有比強(qiáng)度高、無磁性、熱膨脹系數(shù)低、耐腐蝕等一系列性能優(yōu)點(diǎn)，其作為一種重要的金屬結(jié)構(gòu)材料不僅被應(yīng)用于航空航天工業(yè)與石油化工工業(yè)中，而且在海洋工程和船舶裝備制造中得到廣泛的應(yīng)用，有“海洋金屬”之稱。其中，TA1、TA2等工業(yè)純鈦由于具有優(yōu)良的耐海水腐蝕性和加工成形性而被大量用于制造海水淡化裝置的換熱器、冷凝器及管路系統(tǒng)。但是，工業(yè)純鈦的強(qiáng)度不高，其屈服強(qiáng)度一般在150～450MPa之間，無法滿足制造高壓設(shè)備的性能要求。TA10、TA22等鈦合金具有比純鈦更高的強(qiáng)度和更為優(yōu)良的耐縫隙腐蝕能力，主要用于制備船舶動(dòng)力裝置的管路系統(tǒng)和閥門等，但是本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，這些合金中都含有一定量的Ni，元素Ni屬于快共析型β穩(wěn)定元素，在合金熔煉過程中易于發(fā)生偏析，在長(zhǎng)期高溫服役條件下對(duì)合金性能具有不利影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種海洋工程用中等強(qiáng)度高沖擊韌性的鈦合金，該合金在不添加有元素Ni的條件下，其屈服強(qiáng)度能夠達(dá)到450MPa～550MPa級(jí)別，并且具有與純鈦相當(dāng)?shù)乃苄浴_擊韌性和耐海水腐蝕性，可通過熱加工制造鈦合金管材，滿足海洋環(huán)境工況的使用要求，同時(shí)該合金還具備優(yōu)良的可焊接性和冷熱加工性，滿足批量化生產(chǎn)和工程化應(yīng)用的要求。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種海洋工程用中等強(qiáng)度高沖擊韌性鈦合金，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成：Al 1.5％～3.5％，Zr 0.5％～3％，Mo 0.5％～2％，Nb 0.5％～3％，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)；所述中等強(qiáng)度是指該合金經(jīng)簡(jiǎn)單退火或雙重退火處理后的屈服強(qiáng)度為450MPa～550MPa，所述高沖擊韌性指該合金經(jīng)簡(jiǎn)單退火或雙重退火處理后的沖擊韌性不低于780kJ/m²。

上述的一種海洋工程用中等強(qiáng)度高沖擊韌性鈦合金，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成：Al 3.5％，Zr 0.5％，Mo 1.2％，Nb 1.5％，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。

上述的一種海洋工程用中等強(qiáng)度高沖擊韌性鈦合金，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成：Al 1.8％，Zr 3.0％，Mo 0.5％，Nb 2.5％，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。

上述的一種海洋工程用中等強(qiáng)度高沖擊韌性鈦合金，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成：Al 2.0％，Zr 1.0％，Mo 0.8％，Nb 1.0％，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。

上述的一種海洋工程用中等強(qiáng)度高沖擊韌性鈦合金，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成：Al 2.4％，Zr 1.4％，Mo 2.0％，Nb 0.5％，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。

上述的一種海洋工程用中等強(qiáng)度高沖擊韌性鈦合金，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成：Al 1.5％，Zr 2.6％，Mo 1.0％，Nb3.0％，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。

上述的一種海洋工程用中等強(qiáng)度高沖擊韌性鈦合金，其特征在于，所述簡(jiǎn)單退火的具體過程為：在溫度為800℃的條件下保溫1h后空冷，所述雙重退火的具體過程為：先在溫度為900℃的條件下保溫1h后空冷，然后在溫度為700℃的條件下保溫4h后空冷。

本發(fā)明海洋工程用中等強(qiáng)度高沖擊韌性鈦合金的制備過程為傳統(tǒng)制備工藝：采用Al-Mo中間合金、Al-Nb中間合金、鋁豆、海綿鋯和海綿鈦按設(shè)計(jì)成分配料并壓制電極，然后在真空自耗電弧爐中進(jìn)行2～3次的熔煉，將熔煉好的鑄錠在950℃～1150℃范圍內(nèi)進(jìn)行逐級(jí)降溫鍛造，隨后在800℃～900℃范圍內(nèi)進(jìn)行成品加工。

本發(fā)明中等強(qiáng)度高沖擊韌性鈦合金的研發(fā)機(jī)理為：

1、本發(fā)明鈦合金中加有一定比例的Al元素，以強(qiáng)化合金中的α相，提高合金強(qiáng)度。Al元素含量太少，對(duì)合金的強(qiáng)化作用不明顯。Al元素含量過高，會(huì)導(dǎo)致合金塑性和沖擊韌性的顯著下降，并降低其可加工性，使合金無法用作制備管材；

2、本發(fā)明鈦合金中加有一定比例的Zr元素，以抑制晶粒在相變溫度以上時(shí)的過快長(zhǎng)大，一定程度改善合金的塑性和可焊接性。Zr元素含量太少，對(duì)合金塑性和可焊接性的改善作用不明顯。Zr元素含量過高，使合金成本增加；