CN102978438B

CN102978438B - 一种可冷轧及热处理强化的中高强钛合金

Info

Publication number: CN102978438B
Application number: CN201210545259.5A
Authority: CN
Inventors: 葛鹏; 卢亚锋; 赵彬; 周伟; 李倩; 郭荻子
Original assignee: Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research
Current assignee: Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2032-12-14
Also published as: CN102978438A

Abstract

本发明公开了一种可冷轧及热处理强化的中高强钛合金，由以下重量百分比的成分组成：Al 2%~3.5%，V 1.5%~3%，Cr 0.6%~2.0%，Fe0.4%~1.2%，O≤0.2%，余量为Ti和不可避免的杂质。该中高强钛合金冷加工性优良，适于进行管材及板材冷轧加工，退火后室温抗拉强度在730MPa~880MPa之间，强化热处理后室温抗拉强度在850MPa~1000MPa之间，具有较好的塑性；本发明与Ti-3Al-2.5V钛合金相比，该中高强钛合金冷、热加工性相当，同等退火条件下具有更高的强度，可热处理强化，适于进行管材、薄板的冷轧加工，易于生产，满足各应用领域对可冷轧中高强钛合金的要求。

Description

一种可冷轧及热处理强化的中高强钛合金

技术领域

本发明涉及一种多元强化的α＋β两相钛合金，具体涉及一种可冷轧及热处理强化的中高强钛合金。

背景技术

Ti-3Al-2.5V是目前用量最大的中高强冷轧钛管及钛带用材料，冷轧后低温退火是目前常用的提高其强度的方法。Ti-3Al-2.5V钛合金再结晶退火态强度通常低于700MPa，去应力退火态强度一般低于800MPa。如果完全依靠加工硬化获得850MPa以上的高强度，容易导致合金管材塑性的降低及工艺性的显著下降。出于应用领域拓展的需要，进一步提高该类合金的强度成为其重要的发展趋势。

增加合金化元素含量是提高合金强度的基本方法。已有的大量研究已经证明：钛合金中Al元素的含量超过4%时，将会显著降低合金的冷加工性能，而β稳定元素在提高强度的同时对钛合金冷变形能力的损伤较小。因此，提高合金中β稳定元素的含量是设计可冷轧钛合金的优先选则。通常情况下，提高金属材料的强度会带来材料塑性的损失或成本的提高。考虑成本因素，共析型的β稳定元素Cr、Fe比同晶型的β稳定元素Mo、V、Nb更有优势，而且其β稳定作用也更强。但是，对于α+β两相钛合金，该类元素过量添加时容易导致冷加工性的显著下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种适于管材及薄板冷轧加工且具有强度、塑性良好匹配的可冷轧及热处理强化的中高强钛合金。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种可冷轧及热处理强化的中高强钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Al2%~3.5%，V 1.5%~3%，Cr 0.6%~2.0%，Fe 0.4%~1.2%，O≤0.2%，余量为Ti和不可避免的杂质；所述中高强钛合金是指室温抗拉强度为730MPa~1000MPa的钛合金。

上述的一种可冷轧及热处理强化的中高强钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Al 3.0%，V 1.5%，Cr 1.2%，Fe 1.0%，O 0.19%，余量为Ti和不可避免的杂质。

上述的一种可冷轧及热处理强化的中高强钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Al 2.0%，V 2.0%，Cr 1.5%，Fe 0.8%，O 0.16%，余量为Ti和不可避免的杂质。

上述的一种可冷轧及热处理强化的中高强钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Al 3.5%，V 3.0%，Cr 1.5%，Fe 0.4%，O 0.13%，余量为Ti和不可避免的杂质。

上述的一种可冷轧及热处理强化的中高强钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Al 2.5%，V 2.0%，Cr 0.6%，Fe 1.2%，O 0.10%，余量为Ti和不可避免的杂质。

上述的一种可冷轧及热处理强化的中高强钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Al 3.0%，V 1.5%，Cr 2.0%，Fe 0.4%，O 0.20%，余量为Ti和不可避免的杂质。

本发明的制备方法为钛合金的常规制备方法：根据需要选择合适的中间合金与海绵钛按设计成分混合压制电极，经真空自耗电弧重熔法得到合金铸锭，合金铸锭在液压锻造机或锻锤等锻造设备上进行开坯锻造，管材制备可选用挤压或穿孔制坯，薄板制备的冷轧坯料在板材轧机上热轧获得，经多道次的冷轧后进行退火或强化热处理得到成品管材或板材。

本发明与现有技术相比具有以下优点：该中高强钛合金冷加工性优良，适于进行管材及板材冷轧加工，退火后强度在730MPa~880MPa之间，强化热处理后强度在850MPa~1000MPa之间，具有较好的塑性；本发明与Ti-3Al-2.5V钛合金相比，该中高强钛合金冷、热加工性相当，同等退火条件下具有更高的强度，可热处理强化，适于进行管材、薄板的冷轧加工，易于生产，满足各应用领域对可冷轧中高强钛合金的要求。

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

具体实施方式

本发明一种可冷轧及热处理强化的中高强钛合金，所涉及的中间合金包括铝钒合金、钒铁合金、铬铁合金、金属铬、铝豆、工业铁、氧化钛粉等，所使用的海绵钛为0级或1级。本发明中高强钛合金的重量百分比组成为：Al 2%~3.5%，V 1.5%~3%，Cr 0.6%~2.0%，Fe 0.4%~1.2%，O≤0.2%，余量为Ti和不可避免的杂质。

本发明的制备方法：根据需要选择合适的中间合金，将中间合金与海绵钛按设计成分混合压制电极，用常规真空自耗电弧炉经二次或三次熔炼成合金铸锭，合金铸锭在1000℃-1150℃温度下开坯锻造，管坯挤压及板材热轧温度控制在800℃-900℃，冷轧火次累计变形量控制在30%~75%之间，冷轧过程中间退火温度控制在650℃-750℃，合金成品经600℃-750℃退火处理，或750℃-850℃固溶处理及480℃-580℃时效处理后使用。

本发明钛合金退火处理后的室温拉伸性能为：σ_b:730MPa~880MPa，σ_0.2:640MPa~800MPa，δ:16%~23%。本实施例钛合金强化热处理后的室温拉伸性能为：σ_b:850MPa~1000MPa，σ_0.2:770MPa~950MPa，δ:12%~18%。

实施例1

本实施例钛合金的成分为Ti-3Al-1.5V-1.2Cr-1Fe-0.19O，即按重量百分比计为Al:3.0%，V:1.5%，Cr:1.2%，Fe:1.0%，O0.19%，余量为Ti和不可避免的杂质。原料选用为：Al-55V中间合金、FeCr55C0.25低碳铬铁、铝豆、氧化钛粉、0级海绵钛。

将中间合金与海绵钛按设计成分混合压制电极后用真空自耗电弧炉经二次熔炼成合金铸锭，合金铸锭在1150℃温度下开坯锻造成80mm厚板坯，在850℃热轧成6mm厚板材，然后经一次700℃中间退火冷轧成1mm厚薄板。

本实施例钛合金薄板经800℃、120min退火处理后的室温拉伸性能为：σ_b:740MPa，σ_0.2:650MPa，δ:22％；本实施例钛合金薄板经600℃、180min退火处理后的室温拉伸性能为：σ_b:870MPa，σ_0.2:820MPa，δ:17％。

实施例2

本实施例钛合金的成分为Ti-2Al-2V-1.5Cr-0.8Fe-0.16O，即按重量百分比计为Al:2.0%，V:2.0%，Cr:1.5%，Fe:0.8%，O0.16%，余量为Ti和不可避免的杂质。原料选用为：Fe-80V中间合金、铝豆、铬粒、氧化钛粉、1级海绵钛。

将中间合金与海绵钛按设计成分混合压制电极后用真空自耗电弧炉经二次熔炼成合金铸锭，合金铸锭在1050℃温度下开坯锻造成直径150mm棒坯，在770℃挤压成壁厚为6mm的管坯，然后经两次750℃中间退火冷轧成壁厚1.5mm的管材。

本实施例钛合金管材经700℃、120min退火处理后的室温拉伸性能为：σ_b:790MPa，σ_0.2:710MPa，δ:20％；本实施例钛合金管材经800℃/60min（固溶处理）+480℃/240min（时效处理）强化处理后的室温拉伸性能为：σ_b:970MPa，σ_0.2:900MPa，δ:13％。

实施例3

本实施例钛合金的成份为Ti-3.5Al-3V-1.5Cr-0.4Fe-0.13O，即按重量百分比计为Al:3.5%，V:3.0%，Cr:1.5%，Fe:0.4%，O0.13%，余量为Ti和不可避免的杂质。原料选用为：Al-85V中间合金、FeCr55C0.25低碳铬铁、铝豆、铬粒、氧化钛粉、0级海绵钛。

将中间合金与海绵钛按设计成分混合压制电极后用真空自耗电弧炉经二次熔炼成合金铸锭，合金铸锭在1100℃温度下开坯锻造成直径150mm棒坯，在800℃挤压成壁厚为6mm的管坯，然后经两次700℃中间退火冷轧成壁厚1.5mm的管材。

本实施例钛合金管材经800℃、120min退火处理后的室温拉伸性能为：σ_b:750MPa，σ_0.2:670MPa，δ:22％；本实施例钛合金管材经840℃/60min（固溶处理）+580℃/240min（时效处理）强化处理后的室温拉伸性能为：σ_b:950MPa，σ_0.2:870MPa，δ:15％。

实施例4

本实施例钛合金的成份为Ti-2.5Al-2V-0.6Cr-1.2Fe-0.10O，即按重量百分比计为Al:2.5%，V:2.0%，Cr:0.6%，Fe:1.2%，O0.10%，余量为Ti和不可避免的杂质。原料选用为：Al-55V中间合金、铝豆、铬粒、工业纯铁丝、1级海绵钛。

将中间合金与海绵钛按设计成分混合压制电极后用真空自耗电弧炉经二次熔炼成合金铸锭，合金铸锭在1100℃温度下开坯锻造成直径150mm棒坯，在850℃挤压成壁厚为6mm的管坯，然后经三次650℃中间退火冷轧成壁厚1.2mm的管材。

本实施例钛合金管材经600℃、120min退火处理后的室温拉伸性能为：σ_b:830MPa，σ_0.2:740MPa，δ:20％；本实施例钛合金管材经750℃/60min（固溶处理）+520℃/240min（时效处理）强化处理后的室温拉伸性能为：σ_b:900MPa，σ_0.2:820MPa，δ:16％。

实施例5

本实施例钛合金的成分为Ti-3Al-1.5V-2Cr-0.4Fe-0.20O，即按重量百分比计为Al:3.0%，V:1.5%，Cr:2.0%，Fe:0.4%，O:0.20%，余量为Ti和不可避免的杂质。原料选用为：Al-55V中间合金、铝豆、FeCr69C0.25低碳铬铁、铬粒、氧化钛粉、1级海绵钛。

将中间合金与海绵钛按设计成分混合压制电极后用真空自耗电弧炉经二次熔炼成合金铸锭，合金铸锭在1150℃温度下开坯锻造成直径150mm棒坯，在770℃挤压成壁厚为6mm的管坯，然后经两次700℃中间退火冷轧成壁厚1.8mm的管材。

本实施例钛合金管材经700℃、60min退火处理后的室温拉伸性能为：σ_b:810MPa，σ_0.2:730MPa，δ:20％；本实施例钛合金管材经800℃/60min（固溶处理）+540℃/240min（时效处理）强化处理后的室温拉伸性能为：σ_b:1000MPa，σ_0.2:920MPa，δ:13％。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，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、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims

1.一种可冷轧及热处理强化的中高强钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Al2％～3.5％，V1.5％～3％，Cr0.6％～2.0％，Fe0.4％～1.2％，O≤0.2％，余量为Ti和不可避免的杂质；该钛合金退火处理后的室温拉伸性能为：σb:730MPa～880MPa，σ0.2:640MPa～800MPa，δ:16％～23％；该钛合金强化热处理后的室温拉伸性能为：σb:850MPa～1000MPa，σ0.2:770MPa～950MPa，δ:12％～18％；所述中高强钛合金是指室温抗拉强度为730MPa～1000MPa的钛合金。

2.根据权利要求1所述的一种可冷轧及热处理强化的中高强钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Al3.0％，V1.5％，Cr1.2％，Fe1.0％，O0.19％，余量为Ti和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的一种可冷轧及热处理强化的中高强钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Al2.0％，V2.0％，Cr1.5％，Fe0.8％，O0.16％，余量为Ti和不可避免的杂质。

4.根据权利要求1所述的一种可冷轧及热处理强化的中高强钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Al3.5％，V3.0％，Cr1.5％，Fe0.4％，O0.13％，余量为Ti和不可避免的杂质。

5.根据权利要求1所述的一种可冷轧及热处理强化的中高强钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Al2.5％，V2.0％，Cr0.6％，Fe1.2％，O0.10％，余量为Ti和不可避免的杂质。

6.根据权利要求1所述的一种可冷轧及热处理强化的中高强钛合金，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：Al3.0％，V1.5％，Cr2.0％，Fe0.4％，O0.20％，余量为Ti和不可避免的杂质。