一種低成本中高強(qiáng)度耐蝕鈦合金及其加工方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種低成本中高強(qiáng)度耐蝕鈦合金及其加工方法，其特征在于其合金成分按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為：Al：3.5%～4.5%，V：2.0%～3.0%，F(xiàn)e：1.2%～1.8%，O：0.20%～0.30%，鉑族元素Pd：0.04%～0.08%或Ru：0.12%～0.25%或Rh：0.08%～0.14%，余量為Ti，其它雜質(zhì)要求元素要求為：C≤0.08%，N≤0.03%，H≤0.015%。本發(fā)明通過選用廉價(jià)的Fe和TiO2、選用低等級海綿鈦和添加TC4回收殘料，使得新合金的制備成本相比TC4合金降低30%以上；通過添加鉑族元素（鈀、釕、銠），使得合金的耐腐蝕性性能與TA9和TA10相當(dāng)，但機(jī)械強(qiáng)度比純鈦高出很多；經(jīng)過熱處理后的新合金，其強(qiáng)度和塑性都好于TC4合金，可以進(jìn)行冷加工，可以冷軋管材、薄板和片材。
【專利說明】一種低成本中高強(qiáng)度耐蝕鈦合金及其加工方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及有色金屬材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種低成本中高強(qiáng)度耐蝕鈦合金 及其加工方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 鈦及鈦合金因具有密度小、比強(qiáng)度高、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為"海洋金屬"和"太空 金屬"，廣泛用于航空航天、軍工、船舶、化工、醫(yī)學(xué)、體育、汽車等領(lǐng)域。
[0003] TC4 (Ti-6A1-4V)鈦合金是1954年研制成功的等軸馬氏體型兩項(xiàng)合金，現(xiàn)在已經(jīng) 發(fā)展成為世界各國最通用的鈦合金，是中強(qiáng)鈦合金的代表，廣泛用于航空構(gòu)件、軍工、醫(yī)療 和其他民用領(lǐng)域。但是由于其冷加工硬化程度強(qiáng)烈，在軋制過程中很容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，不 能進(jìn)行冷加工，只能采用機(jī)加和擠壓的方法進(jìn)行制備，這樣就必然存在著成本高、成材率低 的問題。而且，研究表明，鈦金屬在氧化性、中性或弱還原性介質(zhì)中，表面容易形成保護(hù)性鈍 化膜，使其具有很強(qiáng)的耐蝕性，但在還原性酸溶液或強(qiáng)氧化性介質(zhì)中，由于表面難以形成完 整的保護(hù)性鈍化膜，耐蝕性便不夠理想，在高溫氯化物溶液中還會(huì)產(chǎn)生縫隙腐蝕。因此，為 了進(jìn)一步提高鈦的腐蝕性，開發(fā)了典型的TA9和TA10耐蝕鈦合金，但是這兩種合金由于合 金元素濃度低，適用的介質(zhì)范圍比較窄，其機(jī)械強(qiáng)度與純鈦相比沒有顯著的提高。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中，還有一些針對TC4、TA9和TA10進(jìn)行改進(jìn)的技術(shù)，如： 中國專利CN 103045905 A公開了一種低成本鈦合金制備方法，該專利中合金成分按 重量百分比計(jì)為 A1 :0 ?3%，Cr :L 6 ?4%，F(xiàn)e :1 ?2%，Si :0· 01 ?0· 13%，B :0 ?(λ 1%，余 量為鈦，其中Cr/Fe為1.6?2.0,所述鈦合金的Κβ值范圍是0.5?0.95, Κβ計(jì)算公式 如下所示：Κβ=α/αα+ C2/CK2+ C3/CK3+…+ Cn/CKn，其中Cn為合金元素在合金內(nèi)的重量 含量％，CK為常用β穩(wěn)定元素的臨界濃度（wt%)。將海綿鈦、鉻鐵中間合金、單值硼、鐵單質(zhì) 和/或鋁豆，按所述的合金成分分層布料壓制電極，用真空自耗熔煉爐二次熔煉得到鑄錠。 該發(fā)明合金的原材料成本低，且基本力學(xué)性能與Ti-6A1-4V相當(dāng)。
[0005] 中國專利CN 102061408 A公開了一種低成本鈦合金制備方法，該方法采用廉價(jià) 的Fe-Mo中間合金和Al-Mo中間合金代替昂貴的合金元素，同時(shí)向海綿鈦中添加鈦的邊角 料或殘料，利用真空自耗電弧爐熔煉制備鈦合金。本發(fā)明在增大鈦邊角料或殘料在合金制 備中所占的比例的同時(shí)采用大變形量加工等短流程加工方法，使得鈦合金的制備成本降低 30%以上。
[0006] 中國專利CN 102828058 A公開了一種低成本鈦合金制備方法，該方法為：一、 根據(jù)Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金的名義成分將鈦粉和MoFe中間合金粉末按配比混合均勻，得到 混合粉末；二、將混合粉末經(jīng)冷等靜壓方式壓制成型，得到粉末壓坯；三、將粉末壓坯在溫 度為1250°C?1350°C的真空條件下燒結(jié)，得到Ti-1.5Fe-2. 5Mo合金。該發(fā)明采用粒度 較粗的純鈦粉為原料，大大降低了鈦粉氧含量，從而控制合金中的氧含量，進(jìn)一步提高了 Ti-1. 5Fe-2. 5Mo合金零件的塑性和疲勞性能，制備的合金的相對密度達(dá)到97%以上，抗拉 強(qiáng)度達(dá)到850MPa以上，延伸率不小于15%，斷面收縮率不小于20%。
[0007] 中國專利CN 1962913 A公開了一種可調(diào)節(jié)性能的低成本鈦合金，該技術(shù)在 鈦中加入Al、Fe、Cr、Ni、S、B、C、Mo等八種元素，其重量百分?jǐn)?shù)組成按以下公式描述： X+Y+Z+Ti=100%，其中 X=A1 彡 6%，Υ=[(0· 3 彡 Fe 彡 5%) + (0· 1 彡 Cr 彡 2%)]彡 7%，Z=[(Ni 彡 0. 5%) + (S彡1%) + (B彡0. 5%) + (Mo彡0. 8%) + (C彡0. 5%)]彡3%，按上述配置好的合金料經(jīng)混合壓 制成自耗電極，在真空電弧爐中兩次熔煉制成：X、Y、Z參數(shù)任意固定一個(gè)改變另兩個(gè)能調(diào) 配出所需鈦合金的力學(xué)性能，σ b可以在350Mpa?1250Mpa內(nèi)調(diào)節(jié)，δ可以在5%?30%內(nèi) 調(diào)節(jié)，Ψ可以在10%?55%內(nèi)調(diào)節(jié)。這樣不僅成本可大幅度下降，而且可以得到不同力學(xué) 性能的鈦合金，使鈦合金的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣闊。
[0008] 中國專利CN 1170767 Α公開了一種新型耐蝕鈦合金，該合金成分（按％重量計(jì)） 為：Ni=0. 3?3, Cr=0. 3?3, Μο=0· 3?3, Cu=0. 3?3及平衡量的Ti，且合金可用熔鑄壓 力加工方法或粉末冶金方法制造。該技術(shù)由于采用少量多元合金化的方法，在合金中加入 適量的Ni、Cr、Mo、Cu元素，大大提高了合金的機(jī)械強(qiáng)度和在各種介質(zhì)中的耐蝕性，擴(kuò)大了 適用介質(zhì)范圍，此外合金加工性能良好，不含稀貴金屬，制造成本低，具有市場競爭力和推 廣使用價(jià)值。
[0009] 中國專利CN 101481759 A公開了一種制備含釕耐蝕鈦合金的方法，該技術(shù)不改 變原鈦及鈦合金生產(chǎn)工藝，僅需在電極壓制工序添加一定量的釕粉即可生產(chǎn)含釕鈦合金的 新冶煉工藝，生產(chǎn)的鈦錠釕元素分布均勻，無夾雜等冶金缺陷，具有操作簡便、成本低廉和 成分控制精確、穩(wěn)定等顯著優(yōu)點(diǎn)，解決了釕元素在鈦錠冶煉中的添加問題，生產(chǎn)的含釕鈦合 金材不影響其常規(guī)性能的前提下，提高了鈦材料的耐蝕性，可以滿足工業(yè)領(lǐng)域鈦材的使用 需要。
[0010] 中國專利CN 101476059 A公開了一種中強(qiáng)高塑鈦合金，該技術(shù)中由于鋁、鋯、 鑰、釩和鐵等元素的固溶強(qiáng)化效果，合金可保持一定的強(qiáng)度等級，降低合金的原材料成本， 改善了合金的冷加工性能，冷變形量增加，工藝流程縮短，相應(yīng)的降低了材料的加工成本， 改善了材料的彎曲、折彎、沖壓等工藝性能，可進(jìn)一步滿足用戶的成型需要。
[0011] 但是，上述專利技術(shù)僅僅是針對TC4、TA9和TA10的某一項(xiàng)性能進(jìn)行的改進(jìn)：即或 實(shí)現(xiàn)了成本的減低，或提高了合金的強(qiáng)度和塑性，或改善了合金的冷加工性能，或提高了耐 腐蝕性能，并沒有一項(xiàng)技術(shù)可以使鈦合金的加工在成本降低的同時(shí)，又能夠在強(qiáng)度、塑性、 冷加工性能和耐腐性能上同時(shí)得到提高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的就在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種在成本降低的同時(shí)，又 能夠在強(qiáng)度、塑性、冷加工性能和耐腐性能上同時(shí)得到提高的低成本中高強(qiáng)度耐蝕鈦合金。
[0013] 本發(fā)明的另一目的是提供上述低成本中高強(qiáng)度耐蝕鈦合金的加工方法。
[0014] 為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的所采取的技術(shù)方案為： 一種低成本中高強(qiáng)度耐蝕鈦合金，其特征在于其合金成分按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為：A1 : 3. 5% ?4. 5%，V :2· 0% ?3. 0%，F(xiàn)e :1· 2% ?1. 8%，0 :0· 20% ?0· 30%，鉬族元素 Pd :0· 04% ? 0. 08%或Ru :0. 12%?0. 25%或Rh :0. 08%?0. 14%，余量為Ti，其它雜質(zhì)要求元素要求為： C 彡 0· 08%，N 彡 0· 03%，Η 彡 0· 015% ; 所得合金的室溫力學(xué)性能達(dá)到：σ b :1000?llOOMpa，δ :18%?25%，Ψ :45%?60%。
[0015] 一種低成本中高強(qiáng)度耐蝕鈦合金的加工方法，其特征是：首先按照合金成分配比 將海綿鈦、中間合金、TC4二次回收料、二氧化鈦和鉬族金屬粉進(jìn)行混料，壓制成電極，然后 進(jìn)行兩至三次真空自耗熔煉成鑄錠，鑄錠經(jīng)開坯和棒坯鍛造后進(jìn)行棒材、管材和板材的生 產(chǎn)； 上述中間合金為鋁豆、鋁釩和鐵釘?shù)幕旌衔铩?br> [0016] 所述開坯和板坯鍛造采用快鍛機(jī)實(shí)現(xiàn)，開坯前對鑄錠表面進(jìn)行涂層處理，鍛造開 坯溫度為950?1050°C，保溫1?2小時(shí)，鍛造比2?10,終鍛溫度彡800°C，棒坯鍛造溫度 為850?1000°C，保溫1?2小時(shí)，鍛造比2?6,終鍛溫度彡750°C，棒坯規(guī)格為直徑180? 300 X L mm,棒述鍛造火次為1?6火次。
[0017] 所述棒材的生產(chǎn)工序包括：成品鍛造和成品熱處理。
[0018] 所述管材的生產(chǎn)工藝包括：熱擠壓，表面處理，中間品熱處理，管材冷軋和成品熱 處理。
[0019] 所述板材的生產(chǎn)工藝包括：熱軋、表面處理，中間品熱處理，板材冷軋和成品熱處 理。
[0020] 所述成品鍛造采用快鍛機(jī)和精鍛機(jī)實(shí)現(xiàn)，鍛造加熱前首先對棒坯表面進(jìn)行涂層處 理，棒坯鍛造溫度為850?1000°C，保溫1?2小時(shí)，鍛造比2?6,終鍛溫度彡750°C，棒坯 鍛造火次為1?6火次。
[0021] 所述熱擠壓是指采用擠壓方法或斜軋穿孔方法進(jìn)行管坯制備，其中擠壓方法中控 制擠壓溫度為850?930°C，保溫1?3小時(shí)；斜軋穿孔方法中控制中頻加熱溫度為900? 950°C，保溫10?30分鐘。
[0022] 所述管材冷軋采用兩輥冷軋開坯一至三道次直接軋制成品，乳制速度為10?60 次/分鐘，乳制送進(jìn)量為2?8mm，每一道次變形量為20?50%，總加工率為30?70%。
[0023] 所述熱軋過程中，控制開坯或一火加熱溫度為850?950°C，保溫1?2小時(shí)，總加 工率70?90%，終軋溫度彡750°C，2?4火次熱軋加熱溫度為750?880°C，保溫1?2小 時(shí)，每火次總加工率60?80%，終鍛溫度彡600°C。
[0024] 所述板材冷軋采用兩輥冷軋3?5次，道次變形量為10%?30%，總加工率為40%? 60%。
[0025] 所述中間品熱處理或成品熱處理采用真空退火熱處理方式，退火溫度為750? 850°C，保溫1?3小時(shí)，真空度不低于ΙΧΙΟ-lPa。本發(fā)明是在TC4鈦合金的基礎(chǔ)上提出 的一種新合金，用廉價(jià)的Fe和110 2代替昂貴的金屬V，在合金的組成上降低了成本；同時(shí)由 于Fe和0元素含量較高，在電極制備過程中又選用低等級海綿鈦和添加 TC4回收殘料，從 而進(jìn)一步降低了成本，最終使得新合金的制備成本相比TC4合金降低30%以上。
[0026] 本發(fā)明的新合金經(jīng)過熱處理后〇 b為1000?llOOMpa，δ為18%?25%，Ψ為 45%?60%，其強(qiáng)度和塑性都好于TC4合金，可以進(jìn)行冷加工，可以冷軋管材、薄板和片材。
[0027] 本發(fā)明的新合金通過添加鉬族元素(鈀、釕、銠)，使得合金的耐腐蝕性性能與ΤΑ9 和ΤΑ10相當(dāng)，但機(jī)械強(qiáng)度比純鈦高出很多。

【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合實(shí)例對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作詳細(xì)說明。應(yīng)該理解的是，實(shí)例是用于 說明本發(fā)明而不是對本發(fā)明的限制。本發(fā)明的范圍與核心內(nèi)容依據(jù)權(quán)利要求書加以確定。
[0029] 本發(fā)明的低成本中高強(qiáng)度耐蝕鈦合金棒材制造的工藝路線如下： 海綿欽+中間合金+TC4二次回收料+二氧化欽+鉬族金屬粉一混料一制備電極一兩 次真空自耗電弧爐溶煉一扒皮一鍛造一熱處理一機(jī)加工一精整一成品棒材。
[0030] 本發(fā)明的低成本中高強(qiáng)度耐蝕鈦合金板材制造的工藝路線如下： 海綿欽+中間合金+TC4二次回收料+二氧化欽+鉬族金屬粉一混料一制備電極一兩 次真空自耗電弧爐溶煉一扒皮一鍛造一機(jī)加工一涂層一熱乳一表面處理一熱處理一表面 處理一冷乳一表面處理一熱處理一精整一成品板材。
[0031] 本發(fā)明的低成本中高強(qiáng)度耐蝕鈦合金管材制造的工藝路線如下： 海綿欽+中間合金+TC4二次回收料+二氧化欽+鉬族金屬粉一混料一制備電極一兩 次真空自耗電弧爐溶煉一扒皮一鍛造一機(jī)加工一鉆孔一熱擠壓一表面處理一冷乳一表面 處理一熱處理一精整一成品管材。
[0032] 下述各個(gè)實(shí)施例，均采用上述工藝路線，只不過對于常規(guī)工藝的描述進(jìn)行了省略， 如扒皮、機(jī)加工、表面處理、精整等工序。其中表面處理：對熱加工板坯需進(jìn)行堿洗(配比為 85?95%Na0H+15?5NaN0 3，重量百分比)和酸洗（配比為HF :HN03 :H20=5?10% :30?40% : 余量，體積比）去除表面氧化皮，水洗清潔，再進(jìn)行表面修磨，保證表面無肉眼可見的表面缺 陷。對熱加工管坯需進(jìn)行酸洗和水洗或者堿洗、酸洗和水洗除去表面涂層或表面氧化皮(在 HF :H2S04 ENOS :Η20=1· 5?2. 5 :20 :34?39 :100 (體積比）混合液中，浸泡1?3小時(shí))，再 進(jìn)行表面扒皮(機(jī)械扒皮或手工刮料)，內(nèi)表面采用鏜孔處理，鏜孔量〇. 2?1. 5mm，成品外 表面米用機(jī)械拋光的方式，磨拋量〇. 1?〇. 3mm。
[0033] 實(shí)施例1 : 本實(shí)施例合金配方為：A1 :3. 5%，V :2. 5%，F(xiàn)e :1. 5%，0 :0. 25%，Pd :0. 04%，余量為 Ti 和 不可避免的雜質(zhì)，采用二級海綿鈦，二氧化鈦、TC4二次回收料、A1-V、鋁豆和鐵釘，按上 述重量百分比配料、混料、壓制成電極，在真空自耗電弧爐中進(jìn)行二次熔煉，鑄錠規(guī)格為 Φ 365 XLmm，扒皮后為Φ 350 XLmm。鑄錠先進(jìn)行涂層處理，然后進(jìn)行開坯和板坯鍛造，鍛造 開坯溫度為950°C，保溫1. 5小時(shí)，終鍛溫度彡800°C，板坯鍛造溫度為850°C，保溫1小時(shí)， 終鍛溫度彡750°C，板坯規(guī)格為厚度30X寬度300XL mm，板坯鍛造火次為3火次。板坯機(jī) 加祛除表面缺陷后，涂層，加熱900°C/lh，熱軋至厚度20mm的中間坯料。中間坯料經(jīng)除油 處理，700°C退火、表面修磨處理后，在冷軋機(jī)上三道次最終軋制到3mm，經(jīng)除油、退火堿酸洗 精整工序得到成品板材。成品板材經(jīng)700°C /lh的熱處理制度后，取力性樣品進(jìn)行測試，結(jié) 果：抗拉強(qiáng)度為1050MPa，規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度950MPa，延伸率為21%，斷面收縮率為55%。 常溫下在15%鹽酸和20%硫酸中年腐蝕率分別為0. 17和0. 12mm/a。經(jīng)測算成品板材的制 造成本相比同規(guī)格TC4板材的成本降低了 32%。
[0034] 實(shí)施例2 : 本實(shí)施例合金配方為：A1 :4. 0%，V :2. 5%，F(xiàn)e :1. 5%，0 :0. 25%，Pd :0. 06%，余量為 Ti 和 不可避免的雜質(zhì)，采用二級海綿鈦，二氧化鈦、TC4二次回收料、A1-V、鋁豆和鐵釘，按上 述重量百分比配料、混料、壓制成電極，在真空自耗電弧爐中進(jìn)行二次熔煉，鑄錠規(guī)格為 Φ 365 XLmm，扒皮后為Φ 350 XLmm。鑄錠先進(jìn)行涂層處理，然后進(jìn)行開坯和板坯鍛造，鍛造 開坯溫度為950°C，保溫1. 5小時(shí)，終鍛溫度彡800°C，板坯鍛造溫度為850°C，保溫1小時(shí)， 終鍛溫度彡750°C，板坯規(guī)格為厚度30X寬度300XL mm，板坯鍛造火次為3火次。板坯機(jī) 加祛除表面缺陷后，涂層，加熱900°C/lh，熱軋至厚度20mm的中間坯料。中間坯料經(jīng)除油 處理，700°C退火、表面修磨處理后，在冷軋機(jī)上三道次最終軋制到1. 5mm，經(jīng)除油、退火堿酸 洗精整工序得到成品板材。成品板材經(jīng)700°C /lh的熱處理制度后，取力性樣品進(jìn)行測試， 結(jié)果：抗拉強(qiáng)度為llOOMPa，規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度980MPa，延伸率為20%，斷面收縮率為54%。 常溫下在15%鹽酸和20%硫酸中年腐蝕率分別為0. 16和0. llmm/a。經(jīng)測算成品板材的制 造成本相比同規(guī)格TC4板材的成本降低了 31%。
[0035] 實(shí)施例3 : 本實(shí)施例合金配方為：A1 :4. 5%，V :2. 5%，F(xiàn)e :1. 5%，0 :0. 25%，Pd :0. 08%，余量為 Ti 和 不可避免的雜質(zhì)，采用二級海綿鈦，二氧化鈦、TC4二次回收料、A1-V、鋁豆和鐵釘，按上 述重量百分比配料、混料、壓制成電極，在真空自耗電弧爐中進(jìn)行二次熔煉，鑄錠規(guī)格為 Φ 365 XLmm，扒皮后為Φ 350 XLmm。鑄錠先進(jìn)行涂層處理，然后進(jìn)行開坯和板坯鍛造，鍛造 開坯溫度為950°C，保溫1. 5小時(shí)，終鍛溫度彡800°C，板坯鍛造溫度為850°C，保溫1小時(shí)， 終鍛溫度彡750°C，板坯規(guī)格為厚度30X寬度300XL mm，板坯鍛造火次為3火次。板坯機(jī) 加祛除表面缺陷后，涂層，加熱900°C/lh，熱軋至厚度20mm的中間坯料。中間坯料經(jīng)除油 處理，700°C退火、表面修磨處理后，在冷軋機(jī)上四道次最終軋制到1mm，經(jīng)除油、退火堿酸洗 精整工序得到成品板材。成品板材經(jīng)750°C /lh的熱處理制度后，取力性樣品進(jìn)行測試，結(jié) 果：抗拉強(qiáng)度為1090MPa，規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度970MPa，延伸率為22%，斷面收縮率為55%。 常溫下在15%鹽酸和20%硫酸中年腐蝕率分別為0. 17和0. 13mm/a。經(jīng)測算成品板材的制 造成本相比同規(guī)格TC4板材的成本降低了 30. 5%。
[0036] 實(shí)施例4 : 本實(shí)施例合金配方為：A1 :3. 9%，V :2. 6%，F(xiàn)e :1. 2%，0 :0. 3%，Ru :0. 08%，余量為 Ti 和 不可避免的雜質(zhì)，采用二級海綿鈦，二氧化鈦、TC4二次回收料、A1-V、鋁豆和鐵釘，按上 述重量百分比配料、混料、壓制成電極，在真空自耗電弧爐中進(jìn)行二次熔煉，鑄錠規(guī)格為 Φ625 X Lmm，扒皮后為Φ 590 X Lmm。鑄錠經(jīng)1000°C加熱，保溫1. 5小時(shí)，3火次鍛至Φ 220_ 的擠壓管坯用棒材。棒坯經(jīng)鉆孔后，在3500噸擠壓機(jī)上加熱900°C /1. 5h，擠壓成Φ 70 X 8mm 的管坯，管坯經(jīng)酸洗、750°C /lh退火、矯直和精整工序得到冷軋管材坯料。采用兩輥冷軋開 坯兩道次，多輥直接冷軋成Φ38Χ1. 2_成品管材。管坯或半成品管內(nèi)表面使用氯化石蠟、 外表面使用機(jī)油和石蠟混合液進(jìn)行潤滑，乳制速度為10?60次/分鐘，乳制送進(jìn)量為2? 8mm，每一道次變形量為20?50%，總加工率為30?70%。成品管材經(jīng)700°C /lh的熱處理 制度后，取力性樣品進(jìn)行測試，結(jié)果：抗拉強(qiáng)度為llOOMPa，規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度970MPa，延 伸率為24%，斷面收縮率為60%。常溫下在15%鹽酸和20%硫酸中年腐蝕率分別為0. 11和 0. 09mm/a。經(jīng)測算成品管材的制造成本相比同規(guī)格TC4管材的成本降低了 35%。
[0037] 實(shí)施例5 : 本實(shí)施例合金配方為：A1 :3. 9%，V :2. 6%，F(xiàn)e :1. 5%，0 :0. 3%，Ru :0. 10%，余量為 Ti 和不可避免的雜質(zhì)，采用二級海綿鈦，二氧化鈦、TC4二次回收料、A1-V、鋁豆和鐵釘，按 上述重量百分比配料、混料、壓制成電極，在真空自耗電弧爐中進(jìn)行二次熔煉，鑄錠規(guī)格 為〇625XLmm，扒皮后為〇590XLmm。鑄錠經(jīng)1000°C加熱，保溫1.5小時(shí)，3火次鍛至 Φ220mm的擠壓管坯用棒材。棒坯經(jīng)鉆孔后，在3500噸擠壓機(jī)上加熱930°C /1.5h，擠壓 成Φ 120 X 10mm的管坯，管坯經(jīng)酸洗、800°C /lh退火、矯直和精整工序得到冷軋管材坯料。 采用兩輥冷軋開坯兩道次，多輥直接冷軋成Φ89Χ3. 5mm成品管材。管坯或半成品管內(nèi)表 面使用氯化石蠟、外表面使用機(jī)油和石蠟混合液進(jìn)行潤滑，乳制速度為10?60次/分鐘， 軋制送進(jìn)量為2?8mm，每一道次變形量為20?50%，總加工率為30?70%。成品管材經(jīng) 750°C /lh的熱處理制度后，取力性樣品進(jìn)行測試，結(jié)果：抗拉強(qiáng)度為1080MPa，規(guī)定非比例 延伸強(qiáng)度950MPa，延伸率為23%，斷面收縮率為58%。常溫下在15%鹽酸和20%硫酸中年腐 蝕率分別為〇. 09和0. llmm/a。經(jīng)測算成品管材的制造成本相比同規(guī)格TC4管材的成本降 低了 36%。
[0038] 實(shí)施例6 : 本實(shí)施例合金配方為：A1 :3. 9%，V :2. 6%，F(xiàn)e :1. 8%，0 :0. 3%，Ru :0. 14%，余量為 Ti 和 不可避免的雜質(zhì)，采用二級海綿鈦，二氧化鈦、TC4二次回收料、A1-V、鋁豆和鐵釘，按上 述重量百分比配料、混料、壓制成電極，在真空自耗電弧爐中進(jìn)行二次熔煉，鑄錠規(guī)格為 Φ625 X Lmm，扒皮后為Φ 590 X Lmm。鑄錠經(jīng)1000°C加熱，保溫1. 5小時(shí)，4火次鍛至Φ 155_ 的擠壓管坯用棒材。棒坯經(jīng)鉆孔后，在3500噸擠壓機(jī)上加熱850°C /1. 5h，擠壓成Φ48 X 5mm 的管坯，管坯經(jīng)酸洗、700°C /lh退火、矯直和精整工序得到冷軋管材坯料。采用兩輥冷軋開 坯四道次，多輥兩道次直接冷軋成Φ8Χ0. 5mm成品管材。管坯或半成品管內(nèi)表面使用氯 化石蠟、外表面使用機(jī)油和石蠟混合液進(jìn)行潤滑，乳制速度為10?60次/分鐘，乳制送進(jìn) 量為2?8mm，每一道次變形量為20?50%，總加工率為30?70%。成品管材經(jīng)700°C /lh 的熱處理制度后，取力性樣品進(jìn)行測試，結(jié)果：抗拉強(qiáng)度為1070MPa，規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度 930MPa，延伸率為26%，斷面收縮率為60%。常溫下在15%鹽酸和20%硫酸中年腐蝕率分別 為0. 10和0. 10mm/a。經(jīng)測算成品管材的制造成本相比同規(guī)格TC4管材的陳本降低了 33%。
[0039] 實(shí)施例7 : 本實(shí)施例合金配方為：A1 :3. 9%，V :2. 0%，F(xiàn)e :1. 5%，0 :0. 2%，Pd :0. 12%，余量為 Ti 和 不可避免的雜質(zhì)，采用二級海綿鈦，二氧化鈦、TC4二次回收料、A1-V、鋁豆和鐵釘，按上 述重量百分比配料、混料、壓制成電極，在真空自耗電弧爐中進(jìn)行三次熔煉，鑄錠規(guī)格為 Φ 920 X Lmm，扒皮后為Φ 890 X Lmm。采用快鍛機(jī)對鑄錠進(jìn)行開坯和棒坯鍛造，開坯加熱前對 鑄錠表面進(jìn)行涂層處理，鍛造開坯溫度為1050°C，保溫2小時(shí)，終鍛溫度> 800°C，棒坯鍛造 溫度為l〇〇〇°C，保溫2小時(shí)，終鍛溫度彡750°C，棒坯規(guī)格為直徑300XL mm，棒坯鍛造火次 為2火次。采用快鍛機(jī)進(jìn)行成品棒材鍛造，加熱前對棒坯表面進(jìn)行涂層處理，棒坯鍛造溫度 為950°C，保溫2小時(shí)，終鍛溫度彡750°C，成品棒材規(guī)格為直徑120XL mm，棒坯鍛造火次 為2火次。成品棒材經(jīng)840°C /lh的熱處理制度后，取力性樣品進(jìn)行測試，結(jié)果：抗拉強(qiáng)度 為1080MPa，規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度950MPa，延伸率為22%，斷面收縮率為50%。常溫下在15% 鹽酸和20%硫酸中年腐蝕率分別為0. 12和0. llmm/a。經(jīng)測算成品棒材的制造成本相比同 規(guī)格TC4棒材的成本降低了 35%。
[0040] 實(shí)施例8 : 本實(shí)施例合金配方為：A1 :3. 9%，V :2. 5%，F(xiàn)e :1. 5%，0 :0. 2%，Pd :0. 20%，余量為 Ti 和 不可避免的雜質(zhì)，采用二級海綿鈦，二氧化鈦、TC4二次回收料、A1-V、鋁豆和鐵釘，按上 述重量百分比配料、混料、壓制成電極，在真空自耗電弧爐中進(jìn)行三次熔煉，鑄錠規(guī)格為 Φ 920 X Lmm，扒皮后為Φ 890 X Lmm。采用快鍛機(jī)對鑄錠進(jìn)行開坯和棒坯鍛造，開坯加熱前對 鑄錠表面進(jìn)行涂層處理，鍛造開坯溫度為1050°C，保溫2小時(shí)，終鍛溫度> 800°C，棒坯鍛造 溫度為950°C，保溫1. 5小時(shí)，終鍛溫度彡750°C，棒坯規(guī)格為直徑180 X L mm，棒坯鍛造火次 為3火次。采用快鍛機(jī)進(jìn)行成品棒材鍛造，加熱前對棒坯表面進(jìn)行涂層處理，棒坯鍛造溫度 為8501：，保溫1.5小時(shí)，終鍛溫度彡7501：，成品棒材規(guī)格為直徑80\1^臟，棒坯鍛造火次 為2火次。成品棒材經(jīng)820°C /lh的熱處理制度后，取力性樣品進(jìn)行測試，結(jié)果：抗拉強(qiáng)度 為1090MPa，規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度970MPa，延伸率為23%，斷面收縮率為52%。常溫下在15% 鹽酸和20%硫酸中年腐蝕率分別為0. 11和0. 12mm/a。經(jīng)測算成品棒材的制造成本相比同 規(guī)格TC4棒材的成本降低了 36%。
[0041] 實(shí)施例9: 本實(shí)施例合金配方為：A1 :3. 9%，V :3. 0%，F(xiàn)e :1. 5%，0 :0. 2%，Pd :0. 25%，余量為 Ti 和 不可避免的雜質(zhì)，采用二級海綿鈦，二氧化鈦、TC4二次回收料、A1-V、鋁豆和鐵釘，按上 述重量百分比配料、混料、壓制成電極，在真空自耗電弧爐中進(jìn)行三次熔煉，鑄錠規(guī)格為 Φ 920 X Lmm，扒皮后為Φ 890 X Lmm。采用快鍛機(jī)對鑄錠進(jìn)行開坯和棒坯鍛造，開坯加熱前對 鑄錠表面進(jìn)行涂層處理，鍛造開坯溫度為1050°C，保溫2小時(shí)，終鍛溫度> 800°C，棒坯鍛造 溫度為950°C，保溫1. 5小時(shí)，終鍛溫度彡750°C，棒坯規(guī)格為直徑180 X L mm，棒坯鍛造火次 為3火次。采用精鍛機(jī)進(jìn)行成品棒材鍛造，加熱前對棒坯表面進(jìn)行涂層處理，棒坯鍛造溫度 為850°C，保溫1. 5小時(shí)，終鍛溫度彡750°C，成品棒材規(guī)格為直徑30XL mm，棒坯鍛造火次 為3火次。成品棒材經(jīng)800°C /lh的熱處理制度后，取力性樣品進(jìn)行測試，結(jié)果：抗拉強(qiáng)度 為llOOMPa，規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度980MPa，延伸率為22%，斷面收縮率為50%。常溫下在15% 鹽酸和20%硫酸中年腐蝕率分別為0. 13和0. 09mm/a。經(jīng)測算成品棒材的制造成本相比同 規(guī)格TC4棒材的成本降低了 37%。
【權(quán)利要求】
1. 一種低成本中高強(qiáng)度耐蝕鈦合金，其特征在于其合金成分按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為：A1 : 3. 5% ?4. 5%，V :2· 0% ?3. 0%，F(xiàn)e : 1. 2% ?1. 8%，0 :0· 20% ?0· 30%，鉬族元素 Pd :0· 04% ? 0. 08%或Ru :0. 12%?0. 25%或Rh :0. 08%?0. 14%，余量為Ti，其它雜質(zhì)要求元素要求為： C 彡 0· 08%，N 彡 0· 03%，Η 彡 0· 015% ; 所得合金的室溫力學(xué)性能達(dá)到：σ b :1000?llOOMpa，δ :18%?25%，Ψ :45%?60%。
2. 按照權(quán)利要求1所述的低成本中高強(qiáng)度耐蝕鈦合金的加工方法，其特征是：首先按 照合金成分配比將海綿鈦、中間合金、TC4二次回收料、二氧化鈦和鉬族金屬粉進(jìn)行混料，壓 制成電極，然后進(jìn)行兩至三次真空自耗熔煉成鑄錠，鑄錠經(jīng)開坯和棒坯鍛造后進(jìn)行棒材、管 材和板材的生產(chǎn)； 上述中間合金為鋁豆、鋁釩和鐵釘?shù)幕旌衔铩?br> 3. 按照權(quán)利要求2所述的低成本中高強(qiáng)度耐蝕鈦合金的加工方法，其特征在于所述開 坯和板坯鍛造采用快鍛機(jī)實(shí)現(xiàn)，開坯前對鑄錠表面進(jìn)行涂層處理，鍛造開坯溫度為950? 1050°C，保溫1?2小時(shí)，鍛造比2?10,終鍛溫度彡800°C，棒坯鍛造溫度為850?1000°C， 保溫1?2小時(shí)，鍛造比2?6，終鍛溫度彡750°C，棒坯規(guī)格為直徑180?300 X L謹(jǐn)，棒坯 鍛造火次為1?6火次。
4. 按照權(quán)利要求2所述的低成本中高強(qiáng)度耐蝕鈦合金的加工方法，其特征在于所述棒 材的生產(chǎn)工序包括：成品鍛造和成品熱處理。
5. 按照權(quán)利要求2所述的低成本中高強(qiáng)度耐蝕鈦合金的加工方法，其特征在于所述管 材的生產(chǎn)工藝包括：熱擠壓，表面處理，中間品熱處理，管材冷軋和成品熱處理。
6. 按照權(quán)利要求2所述的低成本中高強(qiáng)度耐蝕鈦合金的加工方法，其特征在于所述板 材的生產(chǎn)工藝包括：熱軋、表面處理，中間品熱處理，板材冷軋和成品熱處理。
7. 按照權(quán)利要求4所述的低成本中高強(qiáng)度耐蝕鈦合金的加工方法，其特征在于所述成 品鍛造采用快鍛機(jī)和精鍛機(jī)實(shí)現(xiàn)，鍛造加熱前首先對棒坯表面進(jìn)行涂層處理，棒坯鍛造溫 度為850?1000°C，保溫1?2小時(shí)，鍛造比2?6,終鍛溫度彡750°C，棒坯鍛造火次為1? 6火次。
8. 按照權(quán)利要求5所述的低成本中高強(qiáng)度耐蝕鈦合金的加工方法，其特征在于所述 熱擠壓是指采用擠壓方法或斜軋穿孔方法進(jìn)行管坯制備，其中擠壓方法中控制擠壓溫度為 850?930°C，保溫1?3小時(shí)；斜軋穿孔方法中控制中頻加熱溫度為900?950°C，保溫 10?30分鐘。
9. 按照權(quán)利要求5所述的低成本中高強(qiáng)度耐蝕鈦合金的加工方法，其特征在于所述管 材冷軋采用兩輥冷軋開坯一至三道次直接軋制成品，乳制速度為10?60次/分鐘，乳制送 進(jìn)量為2?8mm，每一道次變形量為20?50%，總加工率為30?70%。
10. 按照權(quán)利要求6所述的低成本中高強(qiáng)度耐蝕鈦合金的加工方法，其特征在于所述 熱軋過程中，控制開坯或一火加熱溫度為850?950°C，保溫1?2小時(shí)，總加工率70? 90%，終軋溫度彡750°C，2?4火次熱軋加熱溫度為750?880°C，保溫1?2小時(shí)，每火次 總加工率60?80%，終鍛溫度彡600°C。
11. 按照權(quán)利要求6所述的低成本中高強(qiáng)度耐蝕鈦合金的加工方法，其特征在于所述 板材冷軋采用兩輥冷軋3?5次，道次變形量為10%?30%，總加工率為40%?60%。
12. 按照權(quán)利要求4、5或6所述的低成本中高強(qiáng)度耐蝕鈦合金的加工方法，其特征在 于所述中間品熱處理或成品熱處理采用真空退火熱處理方式，退火溫度為750?850°C，保 溫1?3小時(shí)，真空度不低于1 X 10-lPa。
【文檔編號】C22F1/18GK104152744SQ201410321947
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】李永林, 朱寶輝, 劉守田, 胡革全, 湯泉樂, 沈立華, 孟鑫, 馬樂, 王培軍 申請人:寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司