[发明专利]船用钛合金

说明书

舰船结构件不仅长期与海水接触，而且承受着经常变化的海水压力，又要求良好的抗海水应力腐蚀性能以及强度、韧性、加工性、焊接性的良好配合。

目前的舰船结构件的用材，主要是铜合金B30和不锈钢等，实践证明B30存在着强度低，不耐污染海水腐蚀，抗冲击性能差，制作双金属材料焊接工艺复杂，加工周期长等一系列问题。目前能被舰船选用的合金不多，也不配套。特别是抗拉强度730MPa级耐蚀钛合金，国内外尚无此级别的船用钛合金。美国研制的Ti6211合金为860MPa级合金，此合金加工生产困难，断裂韧性、应力腐蚀性能指标较低。苏联船用合金选用48T2、T3、T4、T7等，这些合金强度均在680MPa以下。曾在舰船上试用的TA5（Ti-4Al-0.005B）合金，强度为680MPa级，而且在应用中发现合金成分局部偏析、盐应力腐蚀性能很低等问题。

本发明的目的，是提供一种船用抗拉强度为730MPa级中强、高韧钛合金及制造方法。

为了克服现有船用材料的缺点，本发明船用钛合金与现用船用TA5合金相比，强度比TA5高50MPa，在具有良好的综合性能情况下，冲击韧性和断裂韧性值分别高出40%和20%，在海水中应力腐蚀强度因子为87.6MPaM^1/2，比TA5高近一倍，具有良好的焊接性能（焊接系数为0.9）和良好冷热加工性能，与TA5比，热加工温度低，对温度适应性强，性能对氧的敏感性低于TA5。

本发明船用钛合金为Ti-Al-Mo-Zr系、Ti-2.0～2.9Ai-1.5～3.0Mo-0.5～3.0Zr（Ti75A）和Ti-Al-Mo-Zr-V系、Ti-2.5～2.9Al-1.5～2.5Mo-0.5～1.0Zr-0.5～1.5V（Ti75B），Al含量低于下限时强度下够，Al含量高于上限时，应力腐蚀性能、断裂韧性降低;Mo含量低于下限时强度不足，含量高于上限时焊接性能不好;Zr含量低于下限时强度不足，含量高于上限时合金成本高，并对应力腐蚀等性能产生不利影响;V含量低于下限时强度不足，高于上限时焊接性能不好。

本发明合金的制造，将海绵钛，中间合金（Al-Mo（1∶1），Al-V（1∶1）），纯金属，按成分配制合金料，经二次真空自耗电弧熔炼后，在880℃～1080℃开坯，850℃～1050℃锻造，800～950℃轧制，加工成板或棒材。

实施例1

用海绵钛、中间合金（Al-Mo，Al-V）、纯金属为原料，按2.8%Al、2.25%Mo、2.25%Zr配制Ti75A合金料，压成圆或方电极、再把数根电极焊接成自耗电极，然后经二次真空电弧熔炼后，在880℃～1080℃开坯，加工成板和棒材，总变形量控制在50～80%。其性能如表1～表6所示。

实施例2

用海绵钛、中间合金（Al-Mo，Al-V），纯金属为原料，按2.7%Al、1.8%Mo、0.7%Zr、0.9%V配制Ti75B合金料，压成圆或方电极，再把数根电极焊接成自耗电极，然后经二次真空电弧熔炼后，在880℃～1080℃开坯，加工成板和棒材，总变形量控制在50～80%。其力学性能如下：

σ_bσ_a2δ₅ψ α_k

（MPa） （MPa） （%） （%） （KJ/m²）

737    668    20    65    1470

腐蚀性能，在60℃3.5%NaCl溶液中，腐蚀速度为5.1×10^-4mm/a。

表1    Ti-75A合金棒材与板材常规力学性能

炉次 状态 σ_bσ_a2δ₅ψ α_kα

MPa MPa % % KJ/m²（度）

ψ18mm

8721    退火    739    685    19    68.0    1578

8727    退火    760    733    18    63.5    1370

8831    退火    775    745    17.5    67.0    1015

8961    ψ18mm    757.5    680    19.5    49.0    ＞110

退火

表2    Ti-75A合金的焊接性能