一种屈服强度高于1000MPa的海洋工程用钛合金

摘要

本发明公开了一种屈服强度高于1000MPa的海洋工程用钛合金，由以下质量百分比的成分组成：Al 4.4％～5.7％，Mo 4.0％～5.5％，V0.5％～1.5％，Cr 0.5％～1.5％，Fe 0.5％～1.5％，Nb 0.5％～1.8％，Zr 1.0％～2.5％，余量为Ti及不可避免的杂质。本发明海洋工程用钛合金在室温条件下的抗拉强度Rm＞1200MPa，屈服强度Rp0.2＞1000MPa，延伸率A＞10％，断面收缩率Z＞25％，强度和塑性优良匹配；该钛合金加工塑性良好，其力学性能显著高于BT22合金，适用于海洋工程用高强钛合金的工业化生产。

权利要求

1.一种屈服强度高于1000MPa的海洋工程用钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：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％～1.8％，Zr 1.0％～2.5％，余量为Ti及不可避免的杂质。

2.按照权利要求1所述的一种屈服强度高于1000MPa的海洋工程用钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Al 5.0％，Mo 5.0％，V 1.0％，Cr 1.0％，Fe 1.0％，Nb 

1.0％，Zr 2.0％，余量为Ti及不可避免的杂质。

3.按照权利要求1所述的一种屈服强度高于1000MPa的海洋工程用钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Al 5.7％，Mo 5.0％，V 0.5％，Cr 1.5％，Fe 1.5％，Nb 

0.5％，Zr 1.0％，余量为Ti及不可避免的杂质。

4.按照权利要求1所述的一种屈服强度高于1000MPa的海洋工程用钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Al 5.5％，Mo 4.5％，V 1.5％，Cr 1.2％，Fe 1.0％，Nb 

1.5％，Zr 2.5％，余量为Ti及不可避免的杂质。

5.按照权利要求1所述的一种屈服强度高于1000MPa的海洋工程用钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Al 4.5％，Mo 5.0％，V 0.5％，Cr 1.0％，Fe 1.2％，Nb 

1.0％，Zr 1.5％，余量为Ti及不可避免的杂质。

6.按照权利要求1所述的一种屈服强度高于1000MPa的海洋工程用钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Al 5.4％，Mo 5.0％，V 1.0％，Cr 1.0％，Fe 0.8％，Nb 

1.8％，Zr 2.5％，余量为Ti及不可避免的杂质。

说明书

一种屈服强度高于1000MPa的海洋工程用钛合金

技术领域

[0001] 本发明属于高强钛合金技术领域，具体涉及一种屈服强度高于1000MPa的海洋工程用钛合金。

背景技术

[0002] 钛合金质轻、高强、耐蚀，特别耐海水和海洋大气腐蚀，是优异的轻型结构材料，被称为“海洋金属”。目前，我国应用在海洋工程上的高强钛合金牌号主要为前苏联航空材料研究院于1974年研制成功的一种高强钛合金，牌号为BT22，名义成分为Ti-5A1-5Mo-5V-1Cr-1Fe。其在室温下的抗拉强度一般在1000MPa左右，屈服强度一般低于1000MPa，难以满足海洋工程用高强钛合金的应用需求。因此，亟需开发出一种屈服强度高于1000MPa的海洋工程用钛合金。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种屈服强度高于1000MPa的海洋工程用钛合金。该钛合金的加工塑性良好，其在室温下的抗拉强度Rm＞1200MPa，屈服强度Rp0.2＞1000MPa，延伸率A＞10％，断面收缩率Z＞25％，强度和塑性优良匹配，性能显著高于BT22合金，适用于海洋工程用高强钛合金的工业化生产。

[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种屈服强度高于1000MPa的海洋工程用钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：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％～1.8％，Zr 1.0％～2.5％，余量为Ti及不可避免的杂质。

[0005] 上述的一种屈服强度高于1000MPa的海洋工程用钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Al 5.0％，Mo 5.0％，V 1.0％，Cr 1.0％，Fe 1.0％，Nb 1.0％，Zr 2.0％，余量为Ti及不可避免的杂质。

[0006] 上述的一种屈服强度高于1000MPa的海洋工程用钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Al 5.7％，Mo 5.0％，V 0.5％，Cr 1.5％，Fe 1.5％，Nb 0.5％，Zr 1.0％，余量为Ti及不可避免的杂质。

[0007] 上述的一种屈服强度高于1000MPa的海洋工程用钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Al 5.5％，Mo 4.5％，V 1.5％，Cr 1.2％，Fe 1.0％，Nb 1.5％，Zr 2.5％，余量为Ti及不可避免的杂质。

[0008] 上述的一种屈服强度高于1000MPa的海洋工程用钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Al 4.5％，Mo 5.0％，V 0.5％，Cr 1.0％，Fe 1.2％，Nb 1.0％，Zr 1.5％，余量为Ti及不可避免的杂质。

[0009] 上述的一种屈服强度高于1000MPa的海洋工程用钛合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Al 5.4％，Mo 5.0％，V 1.0％，Cr 1.0％，Fe 0.8％，Nb 1.8％，Zr 2.5％，余量为Ti及不可避免的杂质。

[0010] 本发明海洋工程用钛合金的制备方法为钛合金的常规制备方法，具体制备过程为：根据需要选择铝钒中间合金、铝钼中间合金、铝铌中间合金、铝豆、铁钉、电解铬、海绵锆与海绵钛按设计成分混合压制电极，经真空自耗电弧炉三次熔炼得到钛合金铸锭，钛合金铸锭经表面扒皮并切去冒口后，在液压锻造机或锻锤等自由锻设备上个进行开坯锻造及多火次高温锻造，再根据需要进行棒材锻造、板材轧制、棒丝、材轧制等热加工工艺制成成品，成品经退火后得到屈服强度高于1000MPa的海洋工程用钛合金。

[0011] 本发明与现有技术相比具有以下优点：

[0012] 1、本发明合理地控制了Al元素含量，其质量百分比精确到0.1％。精确合理的Al含量可以防止钛合金中亚稳β相分解产生ω相而产生脆性，同时降低了垂直径和常数与底面晶格常数的比值，增加了α相的滑移系，提高钛合金的加工塑形。

[0013] 2、由于保障钛合金强度的两个重要条件：一是多组元合金元素的固溶强化；二是复杂合金的过饱和固溶体析出高度弥散析出相的弥散强化。因此，本发明钛合金中除了Ti的主元素外，在钛合金中，主要使用Al合金化。由于Al元素的比重相较钛元素较小,在Ti元素中添加Al元素可降低钛合金的比重有效提高其比强度，且在合金中Al元素含量控制在7％以下时，可有效提高钛合金的强度与塑性。

[0014] 2、本发明钛合金中加入了较高质量百分含量的β同晶型稳定元素Mo，由于Mo元素在钛合金中的扩散速度相对较缓慢，可起到细晶强化的效果，且不易形成脆性金属间化合物，从而使钛合金强度大大提升。V、Cr、Fe、Nb元素的添加可在钛合金内部产生较大的晶格畸变，从而细化组织晶粒，提高强度和韧性，Zr元素的添加可增强钛合金的塑性以及焊接性能。

[0015] 3、本发明钛合金的室温抗拉强度Rm＞1200MPa，屈服强度Rp0.2＞1000MPa，延伸率A＞10％，断面收缩率Z＞25％，强度和塑性优良匹配。

[0016] 4、本发明钛合金可加工成棒材、板材、管材、丝材、锻件等成品，适用于海洋工程用高强钛合金的工业化生产，具有广泛的应用前景。

[0017] 下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步详细描述。

具体实施方式

[0018] 本发明设计了一种屈服强度高于1000MPa的海洋工程用钛合金，该钛合金由以下质量百分比的成分组成：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％，余量为Ti及不可避免的杂质。该钛合金所涉及的原料包括铝钒中间合金、铝钼中间合金、铝铌中间合金、铝豆、铁钉、电解铬、海绵锆和0级海绵钛。具体制备过程为：将原料按所设计的成分配比在混料机内均匀混合后于油压机内压制成电极，经真空自耗电弧炉的三次熔炼后得到钛合金铸锭，合金铸锭经表面扒皮及切去冒口，在液压锻造机或锻锤等自由锻造设备上经开坯和多火次锻造，在热轧机上进行轧制，最后退火得到海洋工程用高强钛合金。所述开坯锻造在1050℃～1100℃下进行，多火次的锻造温度为1050℃～1150℃；所述开坯锻造和每火次高温锻造均为三墩三拔，且变形量为30％～50％；所述轧制温度为850℃～900℃，且变形量为50％～70％；所述退火热处理制度为：温度850℃～880℃，固溶1h，空冷；最后经550℃～600℃时效6h空冷。合金成品经退火热处理后其室温抗拉强度Rm＞1200MPa，屈服强度Rp0.2＞1000MPa，延伸率A＞10％，断面收缩率Z＞25％。

[0019] 实施例1

[0020] 本实施例屈服强度高于1000MPa的海洋工程用钛合金由以下质量百分比的成分组成：Al 5.0％、Mo 5.0％、V 1.0％、Cr 1.0％、Fe 1.0％、Nb 1.0％、Zr 2.0％，余量为Ti及不可避免的杂质。

[0021] 本实施例屈服强度高于1000MPa的海洋工程用钛合金的制备方法为：将Al-83.5V合金、Al-62.29Mo合金、Al-72.1Nb合金、铝豆、铁钉、电解铬、海绵锆与0级海绵钛按设计成分混合压制成电极后，使用真空自耗电弧炉经三次熔炼铸成合金锭，合金铸锭经表面扒皮并切去冒口后，使用液压锻造机在1050℃下对合金铸锭进行开坯锻造及3个火次的高温锻造，所述开坯锻造温度为1050℃；所述高温锻造温度为1150℃。然后经轧机在850℃下轧制成具有圆形横截面、截面直径为20mm的棒材，再经880℃固溶1h空冷；最后经550℃时效6h空冷，得到钛合金成品棒材。

[0022] 本实施例海洋工程用钛合金棒材经退火热处理后的室温抗拉强度Rm＝1280MPa，屈服强度Rp0.2＝1150MPa，延伸率A＝12％，断面收缩率Z＝33％，强度和塑性优良匹配。

[0023] 实施例2

[0024] 本实施例屈服强度高于1000MPa的海洋工程用钛合金由以下质量百分比的成分组成：Al 5.7％、Mo 5％、V 0.5％、Cr 1.5％、Fe 1.5％、Nb 0.5％、Zr 1.0％，余量为Ti及不可避免的杂质。

[0025] 本实施例屈服强度高于1000MPa的海洋工程用钛合金的制备方法为：将Al-83.5V合金、Al-62.29Mo合金、Al-72.1Nb合金、铝豆、铁钉、电解铬、海绵锆与0级海绵钛按设计成分混合压制成电极后，使用真空自耗电弧炉经三次熔炼铸成合金锭，合金铸锭经表面扒皮并切去冒口后，使用液压锻造机在1060℃下对合金铸锭进行开坯锻造及3个火次的高温锻造，所述开坯锻造温度为1060℃；所述高温锻造温度为1120℃。然后经轧机在860℃下轧制成具有圆形横截面、截面直径为20mm的棒材，再经870℃固溶1h空冷；最后经560℃时效6h空冷，得到钛合金成品棒材。

[0026] 本实施例海洋工程用钛合金棒材经退火热处理后的室温抗拉强度Rm＝1300MPa，屈服强度Rp0.2＝1210MPa，延伸率A＝10％，断面收缩率Z＝30％，强度和塑性优良匹配。

[0027] 实施例3

[0028] 本实施例屈服强度高于1000MPa的海洋工程用钛合金由以下质量百分比的成分组成：Al 5.5％、Mo 4.5％、V 1.5％、Cr 1.2％、Fe 1.0％、Nb 1.5％、Zr 2.5％，余量为Ti及不可避免的杂质。

[0029] 本实施例屈服强度高于1000MPa的海洋工程用钛合金的制备方法为：将Al-83.5V合金、Al-62.29Mo合金、Al-72.1Nb合金、铝豆、铁钉、电解铬、海绵锆与0级海绵钛按设计成分混合压制成电极后，使用真空自耗电弧炉经三次熔炼铸成合金锭，合金铸锭经表面扒皮并切去冒口后，使用液压锻造机在1080℃下对合金铸锭进行开坯锻造及3个火次的高温锻造，所述开坯锻造温度为1080℃；所述高温锻造温度为1000℃。然后经轧机在870℃下轧制成具有圆形横截面、截面直径为20mm的棒材，再经860℃固溶1h空冷；最后经570℃时效6h空冷，得到钛合金成品棒材。

[0030] 本实施例海洋工程用钛合金棒材经退火热处理后的室温抗拉强度Rm＝1250MPa，屈服强度Rp0.2＝1180MPa，延伸率A＝12％，断面收缩率Z＝34％，强度和塑性优良匹配。

[0031] 实施例4

[0032] 本实施例屈服强度高于1000MPa的海洋工程用钛合金由以下质量百分比的成分组成：Al 4.5％、Mo 5.0％、V 0.5％、Cr 1.0％、Fe 1.2％、Nb 1.0％、Zr 1.5％，余量为Ti及不可避免的杂质。

[0033] 本实施例屈服强度高于1000MPa的海洋工程用钛合金的制备方法为：将Al-83.5V合金、Al-62.29Mo合金、Al-72.1Nb合金、铝豆、铁钉、电解铬、海绵锆与0级海绵钛按设计成分混合压制成电极后，使用真空自耗电弧炉经三次熔炼铸成合金锭，合金铸锭经表面扒皮并切去冒口后，使用液压锻造机在1090℃下对合金铸锭进行开坯锻造及3个火次的高温锻造，所述开坯锻造温度为1090℃；所述高温锻造温度为1080℃。然后经轧机在880℃下轧制成具有圆形横截面、截面直径为20mm的棒材，再经860℃固溶1h空冷；最后经590℃时效6h空冷，得到钛合金成品棒材。

[0034] 本实施例海洋工程用钛合金棒材经退火热处理后的室温抗拉强度Rm＝1320MPa，屈服强度Rp0.2＝1200MPa，延伸率A＝11.0％，断面收缩率Z＝33％，强度和塑性优良匹配。

[0035] 实施例5

[0036] 本实施例屈服强度高于1000MPa的海洋工程用钛合金由以下质量百分比的成分组成：Al 5.4％、Mo 5.0％、V 1.0％、Cr 1.0％、Fe 0.8％、Nb 1.8％、Zr 2.5％，余量为Ti及不可避免的杂质。

[0037] 本实施例屈服强度高于1000MPa的海洋工程用钛合金的制备方法为：将Al-83.5V合金、Al-62.29Mo合金、Al-72.1Nb合金、铝豆、铁钉、电解铬、海绵锆与0级海绵钛按设计成分混合压制成电极后，使用真空自耗电弧炉经三次熔炼铸成合金锭，合金铸锭经表面扒皮并切去冒口后，使用液压锻造机在1050℃下对合金铸锭进行开坯锻造及3个火次的高温锻造，所述开坯锻造温度为1050℃；所述高温锻造温度为1150℃。然后经轧机在900℃下轧制成具有圆形横截面、截面直径为20mm的棒材，再经850℃固溶1h空冷；最后经600℃时效6h空冷，得到钛合金成品棒材。

[0038] 本实施例海洋工程用钛合金棒材经退火热处理后的室温抗拉强度Rm＝1250MPa，屈服强度Rp0.2＝1130MPa，延伸率A＝12.5％，断面收缩率Z＝35％，强度和塑性优良匹配。

[0039] 实施例6

[0040] 本实施例屈服强度高于1000MPa的海洋工程用钛合金由以下质量百分比的成分组成：Al 4.4％、Mo 4.0％、V 0.9％、Cr 0.5％、Fe 0.5％、Nb 1.2％、Zr 1.8％，余量为Ti及不可避免的杂质。

[0041] 本实施例屈服强度高于1000MPa的海洋工程用钛合金的制备方法为：将Al-83.5V合金、Al-62.29Mo合金、Al-72.1Nb合金、铝豆、铁钉、电解铬、海绵锆与0级海绵钛按设计成分混合压制成电极后，使用真空自耗电弧炉经三次熔炼铸成合金锭，合金铸锭经表面扒皮并切去冒口后，使用液压锻造机在1050℃下对合金铸锭进行开坯锻造及3个火次的高温锻造，所述开坯锻造温度为1050℃；所述高温锻造温度为1150℃。然后经轧机在900℃下轧制成具有圆形横截面、截面直径为20mm的棒材，再经850℃固溶1h空冷；最后经600℃时效6h空冷，得到钛合金成品棒材。

[0042] 本实施例海洋工程用钛合金棒材经退火热处理后的室温抗拉强度Rm＝1230MPa，屈服强度Rp0.2＝1150MPa，延伸率A＝12.0％，断面收缩率Z＝34％，强度和塑性优良匹配。

[0043] 以上所述，近视本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围。