一种新型高冲击韧性钛合金Ti-64S

2018-05-23文志刚李献军吴月茜王丽瑛杨蓉杨慧丽

世界有色金属 2018年6期

文志刚，李献军，吴月茜，王丽瑛，杨蓉，杨慧丽

（1.宝鸡钛业股份有限公司，陕西宝鸡 721014；2.国核宝钛锆业股份公司，陕西宝鸡 721014；3.国标（北京）检验认证有限公司，北京 100088）

1 前言

钛合金因具有高比强度、耐蚀、低弹性模量、耐低温、无磁性等优良特性，因而在欧美等国在海洋、石油等领域大量应用。

美国石油学会标准—API Spec 5CT规范中对于P110钢级钢材性能指标要求为：Rm≥862 MPa，Rp0.2758～965 MPa，A≥12%，0℃时AKV8横向≥33 J，纵向≥65 J。而目前应用最为广泛的Ti-64钛合金强度与其相当，但冲击值较难稳定达到该指标要求。

Ti-64S是宝鸡钛业股份有限公司在国际通用Ti-64钛合金基础上进行成分改型，添加一定数量β稳定元素及中性元素对合金进行强、韧化，形成的一种自主研发的新型改型钛合金。其冲击韧性较Ti-64合金明显改善，且具有良好的耐蚀性和稳定性，完全可满足P110钢级钢材性能指标要求，是海水环境及海洋石油开采理想的结构材料。合金小型试验完成后，投料对Ti-64S与Ti-64合金的室温拉伸、冲击、断裂韧性、硬度等性能了测试、比对。

2 试验用料及方法

分别熔炼其余主元素及杂质元素含量相近的Ti-64S与Ti-64合金Ф620mm铸锭各1个，以相同的锻造及挤压工艺加工为10622mm挤压管材、Φ25mm棒材及35mm×72mm扁方棒，分别在相变点以下40℃进行热处理，而后进行室温拉伸、0℃冲击功、断裂韧性、硬度等性能测试。

3 试验结果与分析

两合金的室温拉伸、0℃冲击功、断裂韧性、硬度检测结果见表1。

表1 室温拉伸，0℃冲击功，断裂韧性，硬度检测结果

两合金10622mm挤压管材室温拉伸及0℃冲击功测试结果见表2，显微组织见图1。

表2 室温拉伸及0℃冲击功测试结果

图1 显微组织图

图1可见，两牌号管材由于加工及热处理工艺相当，其组织类型一致，均为双态组织，双态组织中的转变基体，网篮交织的细小片状次生能不断改变裂纹扩展的方向，使裂纹扩展路径曲折，从而消耗裂纹扩展功，使得双态组织表现出较高的冲击性能[1]。

由表1及表2可见，Ti-64S与Ti-64合金强度、硬度相当，但冲击及断裂韧性明显改善。

对比美国石油学会API Spec 5CT规范P110钢级钢材性能指标要求，即Rm≥862 Mpa，Rp0.2758～965 Mpa，A≥12%，0℃AKV8横向≥33 J，纵向≥65 J可见，Ti-64合金部分纵向冲击功不达标，而Ti-64S合金可稳定满足指标要求。即改型合金Ti-64S生产的加工材各项指标完全可满足相关要求，实现以钛材替代钢材。