本發(fā)明屬于高強(qiáng)鈦合金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種屈服強(qiáng)度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金。

背景技術(shù)：

鈦合金質(zhì)輕、高強(qiáng)、耐蝕，特別耐海水和海洋大氣腐蝕，是優(yōu)異的輕型結(jié)構(gòu)材料，被稱為“海洋金屬”。目前，我國應(yīng)用在海洋工程上的高強(qiáng)鈦合金牌號主要為前蘇聯(lián)航空材料研究院于1974年研制成功的一種高強(qiáng)鈦合金，牌號為BT22，名義成分為Ti-5A1-5Mo-5V-1Cr-1Fe。其在室溫下的抗拉強(qiáng)度一般在1000MPa左右，屈服強(qiáng)度一般低于1000MPa，難以滿足海洋工程用高強(qiáng)鈦合金的應(yīng)用需求。因此，亟需開發(fā)出一種屈服強(qiáng)度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種屈服強(qiáng)度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金。該鈦合金的加工塑性良好，其在室溫下的抗拉強(qiáng)度R_m＞1200MPa，屈服強(qiáng)度R_p0.2＞1000MPa，延伸率A＞10％，斷面收縮率Z＞25％，強(qiáng)度和塑性優(yōu)良匹配，性能顯著高于BT22合金，適用于海洋工程用高強(qiáng)鈦合金的工業(yè)化生產(chǎn)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種屈服強(qiáng)度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成：Al 4.4％～5.7％，Mo 4.0％～5.5％，V 0.5％～1.5％，Cr 0.5％～1.5％，F(xiàn)e 0.5％～1.5％，Nb 0.5％～1.8％，Zr 1.0％～2.5％，余量為Ti及不可避免的雜質(zhì)。

上述的一種屈服強(qiáng)度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成：Al 5.0％，Mo 5.0％，V 1.0％，Cr 1.0％，F(xiàn)e 1.0％，Nb 1.0％，Zr 2.0％，余量為Ti及不可避免的雜質(zhì)。

上述的一種屈服強(qiáng)度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成：Al 5.7％，Mo 5.0％，V 0.5％，Cr 1.5％，F(xiàn)e 1.5％，Nb 0.5％，Zr 1.0％，余量為Ti及不可避免的雜質(zhì)。

上述的一種屈服強(qiáng)度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成：Al 5.5％，Mo 4.5％，V 1.5％，Cr 1.2％，F(xiàn)e 1.0％，Nb 1.5％，Zr 2.5％，余量為Ti及不可避免的雜質(zhì)。

上述的一種屈服強(qiáng)度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成：Al 4.5％，Mo 5.0％，V 0.5％，Cr 1.0％，F(xiàn)e 1.2％，Nb 1.0％，Zr 1.5％，余量為Ti及不可避免的雜質(zhì)。

上述的一種屈服強(qiáng)度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比的成分組成：Al 5.4％，Mo 5.0％，V 1.0％，Cr 1.0％，F(xiàn)e 0.8％，Nb 1.8％，Zr 2.5％，余量為Ti及不可避免的雜質(zhì)。

本發(fā)明海洋工程用鈦合金的制備方法為鈦合金的常規(guī)制備方法，具體制備過程為：根據(jù)需要選擇鋁釩中間合金、鋁鉬中間合金、鋁鈮中間合金、鋁豆、鐵釘、電解鉻、海綿鋯與海綿鈦按設(shè)計成分混合壓制電極，經(jīng)真空自耗電弧爐三次熔煉得到鈦合金鑄錠，鈦合金鑄錠經(jīng)表面扒皮并切去冒口后，在液壓鍛造機(jī)或鍛錘等自由鍛設(shè)備上個進(jìn)行開坯鍛造及多火次高溫鍛造，再根據(jù)需要進(jìn)行棒材鍛造、板材軋制、棒絲、材軋制等熱加工工藝制成成品，成品經(jīng)退火后得到屈服強(qiáng)度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明合理地控制了Al元素含量，其質(zhì)量百分比精確到0.1％。精確合理的Al含量可以防止鈦合金中亞穩(wěn)β相分解產(chǎn)生ω相而產(chǎn)生脆性，同時降低了垂直徑和常數(shù)與底面晶格常數(shù)的比值，增加了α相的滑移系，提高鈦合金的加工塑形。

2、由于保障鈦合金強(qiáng)度的兩個重要條件：一是多組元合金元素的固溶強(qiáng)化；二是復(fù)雜合金的過飽和固溶體析出高度彌散析出相的彌散強(qiáng)化。因此，本發(fā)明鈦合金中除了Ti的主元素外，在鈦合金中，主要使用Al合金化。由于Al元素的比重相較鈦元素較小,在Ti元素中添加Al元素可降低鈦合金的比重有效提高其比強(qiáng)度，且在合金中Al元素含量控制在7％以下時，可有效提高鈦合金的強(qiáng)度與塑性。

2、本發(fā)明鈦合金中加入了較高質(zhì)量百分含量的β同晶型穩(wěn)定元素Mo，由于Mo元素在鈦合金中的擴(kuò)散速度相對較緩慢，可起到細(xì)晶強(qiáng)化的效果，且不易形成脆性金屬間化合物，從而使鈦合金強(qiáng)度大大提升。V、Cr、Fe、Nb元素的添加可在鈦合金內(nèi)部產(chǎn)生較大的晶格畸變，從而細(xì)化組織晶粒，提高強(qiáng)度和韌性，Zr元素的添加可增強(qiáng)鈦合金的塑性以及焊接性能。

3、本發(fā)明鈦合金的室溫抗拉強(qiáng)度R_m＞1200MPa，屈服強(qiáng)度R_p0.2＞1000MPa，延伸率A＞10％，斷面收縮率Z＞25％，強(qiáng)度和塑性優(yōu)良匹配。

4、本發(fā)明鈦合金可加工成棒材、板材、管材、絲材、鍛件等成品，適用于海洋工程用高強(qiáng)鈦合金的工業(yè)化生產(chǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

下面通過實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)描述。

具體實施方式

本發(fā)明設(shè)計了一種屈服強(qiáng)度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金，該鈦合金由以下質(zhì)量百分比的成分組成：Al 4.4～5.7％、Mo 4.0～5.5％、V 0.5～1.5％、Cr 0.5～1.5％、Fe 0.5～1.5％、Nb 0.5～1.5％、Zr 1.5～2.5％，余量為Ti及不可避免的雜質(zhì)。該鈦合金所涉及的原料包括鋁釩中間合金、鋁鉬中間合金、鋁鈮中間合金、鋁豆、鐵釘、電解鉻、海綿鋯和0級海綿鈦。具體制備過程為：將原料按所設(shè)計的成分配比在混料機(jī)內(nèi)均勻混合后于油壓機(jī)內(nèi)壓制成電極，經(jīng)真空自耗電弧爐的三次熔煉后得到鈦合金鑄錠，合金鑄錠經(jīng)表面扒皮及切去冒口，在液壓鍛造機(jī)或鍛錘等自由鍛造設(shè)備上經(jīng)開坯和多火次鍛造，在熱軋機(jī)上進(jìn)行軋制，最后退火得到海洋工程用高強(qiáng)鈦合金。所述開坯鍛造在1050℃～1100℃下進(jìn)行，多火次的鍛造溫度為1050℃～1150℃；所述開坯鍛造和每火次高溫鍛造均為三墩三拔，且變形量為30％～50％；所述軋制溫度為850℃～900℃，且變形量為50％～70％；所述退火熱處理制度為：溫度850℃～880℃，固溶1h，空冷；最后經(jīng)550℃～600℃時效6h空冷。合金成品經(jīng)退火熱處理后其室溫抗拉強(qiáng)度R_m＞1200MPa，屈服強(qiáng)度R_p0.2＞1000MPa，延伸率A＞10％，斷面收縮率Z＞25％。

實施例1

本實施例屈服強(qiáng)度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金由以下質(zhì)量百分比的成分組成：Al 5.0％、Mo 5.0％、V 1.0％、Cr 1.0％、Fe 1.0％、Nb 1.0％、Zr 2.0％，余量為Ti及不可避免的雜質(zhì)。

本實施例屈服強(qiáng)度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金的制備方法為：將Al-83.5V合金、Al-62.29Mo合金、Al-72.1Nb合金、鋁豆、鐵釘、電解鉻、海綿鋯與0級海綿鈦按設(shè)計成分混合壓制成電極后，使用真空自耗電弧爐經(jīng)三次熔煉鑄成合金錠，合金鑄錠經(jīng)表面扒皮并切去冒口后，使用液壓鍛造機(jī)在1050℃下對合金鑄錠進(jìn)行開坯鍛造及3個火次的高溫鍛造，所述開坯鍛造溫度為1050℃；所述高溫鍛造溫度為1150℃。然后經(jīng)軋機(jī)在850℃下軋制成具有圓形橫截面、截面直徑為20mm的棒材，再經(jīng)880℃固溶1h空冷；最后經(jīng)550℃時效6h空冷，得到鈦合金成品棒材。

本實施例海洋工程用鈦合金棒材經(jīng)退火熱處理后的室溫抗拉強(qiáng)度R_m＝1280MPa，屈服強(qiáng)度R_p0.2＝1150MPa，延伸率A＝12％，斷面收縮率Z＝33％，強(qiáng)度和塑性優(yōu)良匹配。

實施例2

本實施例屈服強(qiáng)度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金由以下質(zhì)量百分比的成分組成：Al 5.7％、Mo 5％、V 0.5％、Cr 1.5％、Fe 1.5％、Nb 0.5％、Zr 1.0％，余量為Ti及不可避免的雜質(zhì)。

本實施例屈服強(qiáng)度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金的制備方法為：將Al-83.5V合金、Al-62.29Mo合金、Al-72.1Nb合金、鋁豆、鐵釘、電解鉻、海綿鋯與0級海綿鈦按設(shè)計成分混合壓制成電極后，使用真空自耗電弧爐經(jīng)三次熔煉鑄成合金錠，合金鑄錠經(jīng)表面扒皮并切去冒口后，使用液壓鍛造機(jī)在1060℃下對合金鑄錠進(jìn)行開坯鍛造及3個火次的高溫鍛造，所述開坯鍛造溫度為1060℃；所述高溫鍛造溫度為1120℃。然后經(jīng)軋機(jī)在860℃下軋制成具有圓形橫截面、截面直徑為20mm的棒材，再經(jīng)870℃固溶1h空冷；最后經(jīng)560℃時效6h空冷，得到鈦合金成品棒材。

本實施例海洋工程用鈦合金棒材經(jīng)退火熱處理后的室溫抗拉強(qiáng)度R_m＝1300MPa，屈服強(qiáng)度R_p0.2＝1210MPa，延伸率A＝10％，斷面收縮率Z＝30％，強(qiáng)度和塑性優(yōu)良匹配。

實施例3

本實施例屈服強(qiáng)度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金由以下質(zhì)量百分比的成分組成：Al 5.5％、Mo 4.5％、V 1.5％、Cr 1.2％、Fe 1.0％、Nb 1.5％、Zr 2.5％，余量為Ti及不可避免的雜質(zhì)。

本實施例屈服強(qiáng)度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金的制備方法為：將Al-83.5V合金、Al-62.29Mo合金、Al-72.1Nb合金、鋁豆、鐵釘、電解鉻、海綿鋯與0級海綿鈦按設(shè)計成分混合壓制成電極后，使用真空自耗電弧爐經(jīng)三次熔煉鑄成合金錠，合金鑄錠經(jīng)表面扒皮并切去冒口后，使用液壓鍛造機(jī)在1080℃下對合金鑄錠進(jìn)行開坯鍛造及3個火次的高溫鍛造，所述開坯鍛造溫度為1080℃；所述高溫鍛造溫度為1000℃。然后經(jīng)軋機(jī)在870℃下軋制成具有圓形橫截面、截面直徑為20mm的棒材，再經(jīng)860℃固溶1h空冷；最后經(jīng)570℃時效6h空冷，得到鈦合金成品棒材。

本實施例海洋工程用鈦合金棒材經(jīng)退火熱處理后的室溫抗拉強(qiáng)度R_m＝1250MPa，屈服強(qiáng)度R_p0.2＝1180MPa，延伸率A＝12％，斷面收縮率Z＝34％，強(qiáng)度和塑性優(yōu)良匹配。

實施例4

本實施例屈服強(qiáng)度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金由以下質(zhì)量百分比的成分組成：Al 4.5％、Mo 5.0％、V 0.5％、Cr 1.0％、Fe 1.2％、Nb 1.0％、Zr 1.5％，余量為Ti及不可避免的雜質(zhì)。

本實施例屈服強(qiáng)度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金的制備方法為：將Al-83.5V合金、Al-62.29Mo合金、Al-72.1Nb合金、鋁豆、鐵釘、電解鉻、海綿鋯與0級海綿鈦按設(shè)計成分混合壓制成電極后，使用真空自耗電弧爐經(jīng)三次熔煉鑄成合金錠，合金鑄錠經(jīng)表面扒皮并切去冒口后，使用液壓鍛造機(jī)在1090℃下對合金鑄錠進(jìn)行開坯鍛造及3個火次的高溫鍛造，所述開坯鍛造溫度為1090℃；所述高溫鍛造溫度為1080℃。然后經(jīng)軋機(jī)在880℃下軋制成具有圓形橫截面、截面直徑為20mm的棒材，再經(jīng)860℃固溶1h空冷；最后經(jīng)590℃時效6h空冷，得到鈦合金成品棒材。

本實施例海洋工程用鈦合金棒材經(jīng)退火熱處理后的室溫抗拉強(qiáng)度R_m＝1320MPa，屈服強(qiáng)度R_p0.2＝1200MPa，延伸率A＝11.0％，斷面收縮率Z＝33％，強(qiáng)度和塑性優(yōu)良匹配。

實施例5

本實施例屈服強(qiáng)度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金由以下質(zhì)量百分比的成分組成：Al 5.4％、Mo 5.0％、V 1.0％、Cr 1.0％、Fe 0.8％、Nb 1.8％、Zr 2.5％，余量為Ti及不可避免的雜質(zhì)。

本實施例屈服強(qiáng)度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金的制備方法為：將Al-83.5V合金、Al-62.29Mo合金、Al-72.1Nb合金、鋁豆、鐵釘、電解鉻、海綿鋯與0級海綿鈦按設(shè)計成分混合壓制成電極后，使用真空自耗電弧爐經(jīng)三次熔煉鑄成合金錠，合金鑄錠經(jīng)表面扒皮并切去冒口后，使用液壓鍛造機(jī)在1050℃下對合金鑄錠進(jìn)行開坯鍛造及3個火次的高溫鍛造，所述開坯鍛造溫度為1050℃；所述高溫鍛造溫度為1150℃。然后經(jīng)軋機(jī)在900℃下軋制成具有圓形橫截面、截面直徑為20mm的棒材，再經(jīng)850℃固溶1h空冷；最后經(jīng)600℃時效6h空冷，得到鈦合金成品棒材。

本實施例海洋工程用鈦合金棒材經(jīng)退火熱處理后的室溫抗拉強(qiáng)度R_m＝1250MPa，屈服強(qiáng)度R_p0.2＝1130MPa，延伸率A＝12.5％，斷面收縮率Z＝35％，強(qiáng)度和塑性優(yōu)良匹配。

實施例6

本實施例屈服強(qiáng)度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金由以下質(zhì)量百分比的成分組成：Al 4.4％、Mo 4.0％、V 0.9％、Cr 0.5％、Fe 0.5％、Nb 1.2％、Zr 1.8％，余量為Ti及不可避免的雜質(zhì)。

本實施例屈服強(qiáng)度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金的制備方法為：將Al-83.5V合金、Al-62.29Mo合金、Al-72.1Nb合金、鋁豆、鐵釘、電解鉻、海綿鋯與0級海綿鈦按設(shè)計成分混合壓制成電極后，使用真空自耗電弧爐經(jīng)三次熔煉鑄成合金錠，合金鑄錠經(jīng)表面扒皮并切去冒口后，使用液壓鍛造機(jī)在1050℃下對合金鑄錠進(jìn)行開坯鍛造及3個火次的高溫鍛造，所述開坯鍛造溫度為1050℃；所述高溫鍛造溫度為1150℃。然后經(jīng)軋機(jī)在900℃下軋制成具有圓形橫截面、截面直徑為20mm的棒材，再經(jīng)850℃固溶1h空冷；最后經(jīng)600℃時效6h空冷，得到鈦合金成品棒材。

本實施例海洋工程用鈦合金棒材經(jīng)退火熱處理后的室溫抗拉強(qiáng)度R_m＝1230MPa，屈服強(qiáng)度R_p0.2＝1150MPa，延伸率A＝12.0％，斷面收縮率Z＝34％，強(qiáng)度和塑性優(yōu)良匹配。

以上所述，近視本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明做任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。