CN101191166A - 一种钛钼镍合金 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钛钼镍合金。它的成分为：N≤0.01wt％、C≤0.03wt％、H≤0.005wt％、Fe≤0.08wt％、O≤0.08wt％、0.2wt％≤Mo≤0.4wt％、0.6wt％≤Ni≤0.9wt％、单项残余≤0.1wt％、残余总量≤0.4wt％，合金中的余量成分为Ti。本发明的钛钼镍合金能够生产12米～16米超长高径壁比的钛合金管，且生产的钛合金管质量较好，成品收得率高。

Description

一种钛钼镍合金

技术领域

本发明涉及一种钛合金，特别是涉及一种制造超长度高径壁比的钛钼镍合金。

背景技术

我国自跨入二十一世纪以来，钛生产进入了飞速发展阶段。2001年以前我国钛生产基本上为年2000吨左右，而近5年来海绵钛和钛材产量均连创新高；2005年全国海绵钛年产能力已达13000吨，实际产量为9500吨，全国钛及钛合金锭生产量达1.6万余吨，同比增长37.3％；加工材近1万吨，同比增长17％。尽管钛生产量高速增长，但仍无法满足国内需求，并大量进口。2005年我国进口海绵钛1700余吨，进口加工材5700吨，同比增长35.8％。近几年由于我国电力工业的高速发展，钛管需求突显缺口。2005年我国全国生产钛及钛合金管1720余吨，但进口却高达2978吨，同比增加101.9％。这一数字充分表明，我国钛及钛合金管的产量已经无法适应国家其他工业发展需求的步伐，而电站所需要的超长度薄壁钛及钛合金管材更是无法供应。

目前国内普遍采用的钛管材有纯钛管及钛铝钒等合金管，也有部分进口的钛钼镍合金管材。目前进口的钛钼镍合金管材的成分为：氮(N)≤0.03％，碳(C)≤0.08％，氢(H)≤0.015％，铁(Fe)≤0.30％，氧(O)≤0.25％，钼(Mo)为0.2～0.4％，镍(Ni)为0.6～0.9％，单项残余≤0.1％，残余总量≤0.4％，余量为钛(Ti)(均指重量百分比)。这样的钛钼镍合金是按照2005年6月7日公布的美国国家标准B 338-05b号(standard specification for seamless and welded titanium andtitanium alloy tubes for condensers and heat exchangers)进行生产的。

但是此类钛合金管材在应用上存在明显的不足：1)进口管材价格高，投资成本高；2)不能满足核电站等特种行业对钛及钛合金管材的高度要求：传热系数低、弹性模量低、线膨胀系数低、屈强比高、吸气率高；3)因其中的H、O、N和碳元素含量较高，增大了钛及钛合金的脆性而降低了其塑性，使得后续加工成钛及钛合金管比较困难、成品率低，一般生产的管材长度≤8米，不能生产12米～16米的超长钛合金管材，在使用时需要焊接加长，对产品性能的可靠性带来很大影响，且成品收得率较低(即成品率低)。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种加工比较容易、成品质量好、收得率较高、能够生产12米～16米超长钛合金管材的钛钼镍合金。

本发明的一种钛钼镍合金，其特征在于，该合金成分包括：N≤0.01wt％、C≤0.03wt％、H≤0.005wt％、Fe≤0.08wt％、O≤0.08wt％、0.2wt％≤Mo≤0.4wt％、0.6wt％≤Ni≤0.9wt％、单项残余≤0.1wt％、残余总量≤0.4wt％，余量成分为Ti。

本发明的一优选的方案为，所述该合金成分包括：N≤0.0075wt％、C≤0.02wt％、H≤0.003wt％、Fe≤0.065wt％、O≤0.06wt％、0.2wt％≤Mo≤0.35wt％、0.6wt％≤Ni≤0.75wt％、单项残余≤0.1wt％、残余总量≤0.4wt％，余量成分为Ti。

进一步，所述该合金的成分包括：N为0.0075wt％、C为0.02wt％、H为0.003wt％、Fe为0.065wt％、O为0.06wt％、Mo为0.35wt％、Ni为0.75wt％、单项残余≤0.1wt％、残余总量≤0.4wt％，余量成分为Ti。

本发明另一优选方案为，所述该合金的成分包括：N≤0.006wt％、C≤0.015wt％、H≤0.0015wt％、Fe≤0.06wt％、O≤0.055wt％、0.2wt％≤Mo≤0.3wt％、0.6wt％≤Ni≤0.7wt％、残余(单项)≤0.1wt％、残余(总量)≤0.4wt％，余量成分为Ti。

更进一步，所述该合金的成分包括：N为0.006wt％、C为0.015wt％、H为0.0015wt％、Fe为0.06wt％、O为0.055wt％、Mo为0.3wt％、Ni为0.7wt％、残余(单项)≤0.1wt％、残余(总量)≤0.4wt％，余量成分为Ti。

本发明的钛钼镍合金相对于现有技术具有以下优点：

1)可以取代进口管材，使得管材价格降低，相应低投资成本降低；

2)管材性能提高，可以满足核电站等特种行业对钛合金管材的高度要求；

3)因加工难度降低，能够生产出质量达到要求的12米～16米超长钛合金管材，且所生产的钛合金管材的收得率较高，能够达到93％以上。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细的描述：

本发明的钛钼镍合金，其成分以及各成分的含量为：N≤0.01％、C≤0.03wt％、H≤0.005wt％、Fe≤0.08wt％、O≤0.08wt％、0.2wt％≤Mo≤0.4wt％、0.6wt％≤Ni≤0.9wt％、单项残余≤0.1wt％、残余总量≤0.4wt％(“wt”指重量百分比)，合金中的余量成分为Ti。由于制造钛钼镍合金的原料钛不可能是100％纯度的钛，因此制造的钛钼镍合金中不可避免的含有一些杂质(间隙元素)，这些杂质有多个元素构成，除了氮、氢、氧、碳以外，还包括其它元素，所述的单项残余是指含有的杂质中的单个元素的含量不超过0.1wt％，而残余总量是指所有杂质的总含量不超过0.4wt％。本领域的技术人员知道钛合金中氮、氢、氧、碳等的存在，对于管材的加工和性能均是有害的，如何在现有生产条件下减少这些有害间隙元素、适量加入有益的合金元素，一直是本领域的技术难题，本发明的发明人通过大量的研究和试验，得出本发明的技术方案。本发明给出的钛钼镍合金，一方面由于降低了H元素的含量至小于等于0.005％，可以有效防止发生氢化物型氢脆，避免因低应力而发生脆断；使用这样成分的钛钼镍合金使得在后续生产钛合金管的过程中不易生产裂纹，提高钛钼镍合金管的收得率。另一方面，发明给出的钛钼镍合金中N元素的含量为小于等于0.01wt％，同时降低O元素的含量至小于等于0.08wt％，C元素的含量为小于等于0.03wt％，因N元素、O元素和C元素在钛钼镍合金中均可提高钛的抗拉强度，因此，本发明降低了这三种元素的含量有利于提高钛钼镍合金的塑性，使得本发明的钛合金轧制成钛合金管时变形量较大，提高了成材率。由于采用了上述成分与含量，使得本发明的钛钼镍合金整体的抗拉强度较低、轧制变形量较大，并且不易开裂，提高了成品钛合金管的质量，且收得率较高，可以生产超长的钛合金管，使得生产12米～16米的钛合金管成为现实，提高了钛合金管的性能，满足核电站等各种工业的需要。

本发明的钛钼镍合金进一步优选的方案为：钛钼镍合金的成分为N≤0.0075wt％、C≤0.02wt％、H≤0.003wt％、Fe≤0.065wt％、O≤0.06wt％、0.2wt％≤Mo≤0.35wt％、0.6wt％≤Ni≤0.75wt％、单项残余≤0.1wt％、残余总量≤0.4wt％，合金中的余量成分为Ti。更进一步的方案为钛钼镍合金的成分为：N为0.0075wt％、C为0.02wt％、H为0.003wt％、Fe为0.065wt％、O为0.06wt％、Mo为0.35wt％、Ni为0.75wt％、单项残余≤0.1wt％、残余总量≤0.4wt％，合金中的余量成分为Ti。

本发明的钛钼镍合金，还可以是钛钼镍合金的成分为：N≤0.006wt％、C≤0.015wt％、H≤0.0015wt％、Fe≤0.06wt％、O≤0.055wt％、0.2wt％≤Mo≤0.3wt％、0.6wt％≤Ni≤0.7wt％、单项残余≤0.1wt％、残余总量≤0.4wt％，合金中的余量成分为Ti。更优选的为钛钼镍合金的成分为：N为0.006wt％、C为0.015wt％、H为0.0015wt％、Fe为0.06wt％、O为0.055wt％、Mo为0.3wt％、Ni为0.7wt％、单项残余≤0.1wt％、残余总量≤0.4wt％，合金中的余量成分为Ti。

实施例一：使用牌号为TA10、直径为85mm的钛钼镍合金管坯，其成分如下：N：0.009wt％、C：0.025wt％、H：0.004wt％、Fe：0.07wt％、O：0.07wt％、Mo：0.38wt％、Ni：0.8wt％、余量Ti，由外径为85mm的棒材穿孔后经过表1的生产工艺步骤生产外径为50.8mm，壁厚为0.899mm，长度为12.2米的超长钛合金管，共投料100支，其中TA10表示钛钼镍合金。

表1生产超长钛合金管的工艺步骤

经过上述工艺步骤，发现有5支开裂，其中在第一道轧制72×6.5时有3支发现横裂，在第二道轧制69×5.5时又发生裂纹，其余95支都到成品无损坏现象。

实施例二、使用TA10、直径为85mm的钛钼镍合金管坯，其成分如下：N：0.0075wt％、C：0.02wt％、H：0.003wt％、Fe：0.065wt％、0：0.06wt％、Mo：0.35wt％、Ni：0.75wt％、余量Ti，由直径为85mm的棒材穿孔后经过上述表1的生产工艺步骤生产外径为50.8mm，壁厚为0.899mm，长度为12.2米的超长钛合金管，共投料100支，结果发现仅3支开裂，其中在第二道轧制69×5.5时出现裂纹，其余97支到成品无损坏现象。

实施例三、使用TA10、直径为85mm的钛钼镍合金管坯，其成分如下：N：0.006wt％、C：0.015wt％、H：0.0015wt％、Fe：0.06wt％、O：0.055wt％、Mo：0.3wt％、Ni：0.7wt％、余量Ti，由直径为85mm的棒材穿孔后经过上述表1的生产工艺步骤生产外径为50.8mm，壁厚为0.899mm，长度为12.2米的超长钛合金管，共投料100支，结果发现仅1支开裂，其余99支到成品无损坏现象。

实施例四、使用TA10、直径为85mm的钛钼镍合金管坯，其成分如下：N：0.01wt％、C：0.03wt％、H：0.005wt％、Fe：0.08wt％、O：0.08wt％、Mo：0.25wt％、Ni：0.7wt％、余量Ti，由直径为85mm的棒材穿孔后经过上述表1的生产工艺步骤生产外径为50.8mm，壁厚为0.899mm，长度为12.2米的超长钛合金管，共投料100支，结果发现共有7支开裂，其中在第一道次72×6.5轧制时有4之断裂，另外在第二道次69×5.5轧制时有3支断裂，其余93支到成品无损坏现象。

使用目前的钛钼镍合金TA10，其成分和含量为，N：0.025wt％、C：0.075wt％、H：0.012wt％、Fe：0.25wt％、O：0.22wt％、Mo：0.35wt％、Ni：0.8wt％，余量为Ti，由直径为85mm的棒材穿孔后经过表1的生产工艺步骤生产外径为50.8mm，壁厚为0.899mm，长度为12.2米的超长钛合金管，共投料10支，在第一道轧制时有7支开裂，其他3支在中间道次未轧下去，即10支钛合金管坯轧制后均为废品。

由以上试验数据可以看出使用本发明的成分为：N≤0.01wt％、C≤0.03wt％、H≤0.005wt％、Fe≤0.08wt％、O≤0.08wt％、0.2wt％≤Mo≤0.4wt％、0.6wt％≤Ni≤0.9wt％、单项残余≤0.1wt％、残余总量≤0.4wt％，合金中的余量成分为Ti的钛钼镍合金能够生产12米～16米超长钛合金管。而且由于H元素、O元素、C元素和N元素的含量较低，生产的超长钛合金管的质量较好，成品获得率较高，达到93％以上。

钛钼镍合金是通过将均匀加入需要含量的钼和镍元素的海绵钛压成电极锭再投入真空自耗炉后通电融化而成。

当然，上述实施例仅供说明本发明之用，并非对本发明的限制。本领域的普通技术人员，在不脱离本发明精神和范围的指引下，还可以作出各种等效的变形和变换。因此所有等同的技术方案皆属于本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种钛钼镍合金，其特征在于，所述合金成分包括：N≤0.01wt％、C≤0.03wt％、H≤0.005wt％、Fe≤0.08wt％、0≤0.08wt％、0.2wt％≤Mo≤0.4wt％、0.6wt％≤Ni≤0.9wt％、单项残余≤0.1wt％、残余总量≤0.4wt％，余量成分为Ti。

2.根据权利要求1所述的钛钼镍合金，其特征在于，所述合金成分包括：N≤0.0075wt％、C≤0.02wt％、H≤0.003wt％、Fe≤0.065wt％、0≤0.06wt％、0.2wt％≤Mo≤0.35wt％、0.6wt％≤Ni≤0.75wt％、单项残余≤0.1wt％、残余总量≤0.4wt％，余量成分为Ti。

3.根据权利要求2所述的钛钼镍合金，其特征在于，所述合金的成分包括：N为0.0075wt％、C为0.02wt％、H为0.003wt％、Fe为0.065wt％、0为0.06wt％、Mo为0.35wt％、Ni为0.75wt％、单项残余≤0.1wt％、残余总量≤0.4wt％，余量成分为Ti。

4.根据权利要求2所述的钛钼镍合金，其特征在于，所述合金的成分包括：N≤0.006wt％、C≤0.015wt％、H≤0.0015wt％、Fe≤0.06wt％、0≤0.055wt％、0.2wt％≤Mo≤0.3wt％、0.6wt％≤Ni≤0.7wt％、残余(单项)≤0.1wt％、残余(总量)≤0.4wt％，余量成分为Ti。

5.根据权利要求4所述的钛钼镍合金，其特征在于，所述合金的成分包括：N为0.006wt％、C为0.015wt％、H为0.0015wt％、Fe为0.06wt％、0为0.055wt％、Mo为0.3wt％、Ni为0.7wt％、残余(单项)≤0.1wt％、残余(总量)≤0.4wt％，余量成分为Ti。