[发明专利]ω相变诱发增强增韧亚稳β型钛合金、管材及制造方法

说明书

本发明公开了ω相变诱发增强增韧亚稳β型钛合金、管材及制造方法，ω相变诱发增强增韧亚稳β型钛合金，以重量百分比计，包括钨：15.0～21.0％，其余为钛和不可避免的杂质。本发明的钛合金成本低，钛合金管材生产工艺简单、加工性能好、显著提高了管材的成材率、同时兼顾强度与塑韧性。

技术领域

本发明属于钛合金及其管材制造技术领域，具体涉及ω相变诱发增强增韧亚稳β型钛合金、管材及制造方法。

背景技术

随着石油钻探开发难度增大，深井、超深井及水平井数量不断增加。传统钢制钻杆比强度低，在复杂工况油气钻采条件下容易发生应力腐蚀疲劳断裂等失效事故。钛合金钻杆比强度高、抗硫化氢应力腐蚀性能及耐腐蚀疲劳性能良好，可以显著减轻钻柱重量，缓解应力集中，提高钻柱的最大下入深度、耐腐蚀疲劳性能等，延长钻柱服役寿命，显著减少油气井中钻具失效造成的安全事故。此外，对耐蚀钛合金钻杆用管材的性能及成本要求不断提高，其研究受到广泛重视。

目前普遍使用的钛合金材料多采用V、Zr、Pd、Ru等贵金属元素高合金化设计，成本较高，工艺复杂，加工难度大，成材率低。特别是对于经典的Ti6Al4V模型合金及在此基础上改良的一系列牌号的钛合金来说，由于V等贵金属元素含量不能够有效降低导致成本居高不下，很难在石油钻探用管材领域获得大面积推广。

在专利申请号为CN200810150893.2的“一种低成本高强度钛合金”中，其合金成分以质量百分比计：Al:4％～6％,V:1.9％～2.9％，Fe:1％～3％,余量为钛和不可避免的杂质。但是贵金属V含量依然很高，合金成本依旧较高。

在专利申请号为CN200810117904.7的“一种低成本α+β型钛合金”中，其合金成分：Al:4.5％～8％,Cr:0.3％～2％，Fe:0.3％～2％,W:0～1％，余量为钛和不可避免的杂质。其中Cr和Fe分别以铝铬中间合金和铝铁中间合金的形式加入，但是含有重金属元素Cr，制备过程中容易生成有毒六价Cr离子。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了ω相变诱发增强增韧亚稳β型钛合金、管材及制造方法，本发明的钛合金成本低，钛合金管材生产工艺简单、加工性能好、显著提高了管材的成材率、同时兼顾强度与塑韧性。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种ω相变诱发增强增韧亚稳β型钛合金，以重量百分比计，包括钨：15.0～21.0％，其余为钛和不可避免的杂质。

进一步地，以重量百分比计，包括钨：18.0％，其余为钛和不可避免的杂质。

进一步地，以重量百分比计，包括钨：21.0％，其余为钛和不可避免的杂质。

一种ω相变诱发增强增韧亚稳β型钛合金管材的制造方法，包括以下步骤：

步骤1：将纯钛和钛钨中间合金熔炼，得到管坯；以重量百分比计，管坯中钨含量为15.0～21.0％；

步骤2：将管坯加热进行均匀化退火；

步骤3：将退火后的管坯进行挤压成型；

步骤4：将挤压成型后的管材进行固溶时效处理；

步骤5：将时效处理后的管材校直变形，得到最终的管材。

进一步地，所述步骤1中，采用真空悬浮熔铸法将纯钛和钛钨中间合金进行熔炼。

进一步地，所述步骤2中，均匀化退火的温度为900～950℃，时间为1～2h。

进一步地，所述步骤3中，挤压的温度为900～950℃，挤压的挤压比为22～26，挤压的速度为60～80mm/s。