[发明专利]一种550MPa级抗硝酸腐蚀钛合金

说明书

一种550MPa级抗硝酸腐蚀钛合金，涉及一种有色金属合金材料，用于在高氧化腐蚀环境中，特别是在高温流动状态下的硝酸溶液中使用的耐腐蚀性合金。

钛及一般钛合金通常具有良好的耐腐蚀性能，在氧化性的硝酸溶液中也具有较好的耐腐蚀性能，但在强腐蚀介质中，特别是在溶液温度高于沸点以上，且处于流动状态时的硝酸溶液中，其耐腐蚀性能显著下降。例如，工业纯钛在沸腾的更换溶液的65％的硝酸溶液中年腐蚀速度超过1.0mm。一些与高温流动硝酸接触的装置，例如核燃料后处理中的元件溶解器、蒸发器、回收器等采用316、304优质不锈钢和工业纯钛均不能满足工程设计要求。日本神户制钢所开发的KS50Ta(Ti-5Ta)合金，其耐腐蚀性能较好，但强度不够理想。

本发明的目的是提供一种在强腐蚀介质中，、特别是在高温流动状态下的硝酸中具有良好的耐腐蚀性新型抗腐蚀钛合金。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种550MPa级抗硝酸腐蚀钛合金，其特征在于在钛金属基体中同时添加钽、铝、钼元素，其合金重量百分比组成为：Ta 3％-7％、Al 0.1％-0.7％、Mo 0.2％-0.6％余量为Ti及不可避免的杂质。

本发明的550MPa级抗硝酸腐蚀钛合金具有比工业纯钛优良的力学性能和抗高温硝酸的腐蚀性能，在沸腾流动的8MHNO3溶液中，母材和焊缝的腐蚀率小于0.1mm/a，该合金具有中强度和良好的工艺成型及焊接性能，采用目前常规的工艺可以生产板材、棒材、锻件、丝材、管材等各种冶金半成品，以满足工业设备的需要，其力学性能分别达到σb＝550MPa，σ0.2＝400mPa，δ＝23％，ψ＝50％，αk＝100KJ/m，与日本神户制钢所开发的KS50Ta(Ti-5Ta)合金相比，在腐蚀性能、工艺性能相当的条件下，强度高出100-200MPa。

本发明的550MPa级抗硝酸腐蚀钛合金的制造方法，是将海绵钛、铝-钼和钛-钽中间合金、纯铝根据所需的合金成份配制合金料，压成电极，再把数根电极焊接成自耗电极，经二次真空电弧熔炼后，经开坯、锻造、轧制、退火制得本发明的抗腐蚀钛合金，工艺条件为：开坯温度为900-1100℃，锻造温度为850-1050℃，轧制温度为750-950℃，退火温度为650-750℃。

本发明的抗腐钛蚀合金其成份控制范围为(重量％)0.1％～0.7％Al，0.2％-0.6％Mo，3％-7％Ta，其余为Ti。Al和Mo含量底于下限强度不够，高于上限，材料塑性和耐腐蚀性能下降，钽含量低于下限耐蚀性下降，太高会增加成本。

实施例1

用海绵钛，Al-60％Mo，Ti-40％Ta中同合金，纯铝为原料，按5％Ta，0.5％Al，0.5％Mo配制Ti-55C-1合金料，压成电极，再把数根电极焊接成自耗电极，经二次真空电弧熔炼后，在950-1100℃开坯，再加工成材，总变形量控制在60-90％之间。其力学性能见表1。

实施例2

用海绵钛、Al-60％Mo、Ti-40％Ta中间合金，纯铝为原料，按6％Ta、0.3％Al、0.3％Mo配制Ti-55C-2合金料，压成电极，再把数根电极焊接成自耗电极，经二次真空电弧熔炼后，在900-1050℃开坯，压力加工成材。合金的力学性能见表2。

本发明的550MPa级抗硝酸腐蚀钛合金(Ti-55C合金)的抗腐蚀性能见表3-6。

本发明的550MPa级抗硝酸腐蚀钛合金(Ti-55C合金)与国外同类合金性能比较见表7。

               表1 T-55C-1合金力学性能

                    力      学      性       能

编号 状    态  σ_b    σ_0.2   δ             ψ                α_k

               (MPa)   (MPa)   (％)    (％)    (KJ/m²)

 1   棒材退火   556     479    25.5     615     1490

 2   板材退火   670     451    29.0

 3   焊接接头   591     519    170

           表2 T-55C 2合金力学性能