本發明屬于高強鈦合金技術領域，具體涉及一種屈服強度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金。
背景技術：
鈦合金質輕、高強、耐蝕，特別耐海水和海洋大氣腐蝕，是優異的輕型結構材料，被稱為“海洋金屬”。目前，我國應用在海洋工程上的高強鈦合金牌號主要為前蘇聯航空材料研究院于1974年研制成功的一種高強鈦合金，牌號為BT22，名義成分為Ti-5A1-5Mo-5V-1Cr-1Fe。其在室溫下的抗拉強度一般在1000MPa左右，屈服強度一般低于1000MPa，難以滿足海洋工程用高強鈦合金的應用需求。因此，亟需開發出一種屈服強度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種屈服強度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金。該鈦合金的加工塑性良好，其在室溫下的抗拉強度Rm＞1200MPa，屈服強度Rp0.2＞1000MPa，延伸率A＞10％，斷面收縮率Z＞25％，強度和塑性優良匹配，性能顯著高于BT22合金，適用于海洋工程用高強鈦合金的工業化生產。
為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種屈服強度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金，其特征在于，由以下質量百分比的成分組成：Al 4.4％～5.7％，Mo 4.0％～5.5％，V 0.5％～1.5％，Cr 0.5％～1.5％，Fe 0.5％～1.5％，Nb 0.5％～1.8％，Zr 1.0％～2.5％，余量為Ti及不可避免的雜質。
上述的一種屈服強度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金，其特征在于，由以下質量百分比的成分組成：Al 5.0％，Mo 5.0％，V 1.0％，Cr 1.0％，Fe 1.0％，Nb 1.0％，Zr 2.0％，余量為Ti及不可避免的雜質。
上述的一種屈服強度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金，其特征在于，由以下質量百分比的成分組成：Al 5.7％，Mo 5.0％，V 0.5％，Cr 1.5％，Fe 1.5％，Nb 0.5％，Zr 1.0％，余量為Ti及不可避免的雜質。
上述的一種屈服強度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金，其特征在于，由以下質量百分比的成分組成：Al 5.5％，Mo 4.5％，V 1.5％，Cr 1.2％，Fe 1.0％，Nb 1.5％，Zr 2.5％，余量為Ti及不可避免的雜質。
上述的一種屈服強度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金，其特征在于，由以下質量百分比的成分組成：Al 4.5％，Mo 5.0％，V 0.5％，Cr 1.0％，Fe 1.2％，Nb 1.0％，Zr 1.5％，余量為Ti及不可避免的雜質。
上述的一種屈服強度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金，其特征在于，由以下質量百分比的成分組成：Al 5.4％，Mo 5.0％，V 1.0％，Cr 1.0％，Fe 0.8％，Nb 1.8％，Zr 2.5％，余量為Ti及不可避免的雜質。
本發明海洋工程用鈦合金的制備方法為鈦合金的常規制備方法，具體制備過程為：根據需要選擇鋁釩中間合金、鋁鉬中間合金、鋁鈮中間合金、鋁豆、鐵釘、電解鉻、海綿鋯與海綿鈦按設計成分混合壓制電極，經真空自耗電弧爐三次熔煉得到鈦合金鑄錠，鈦合金鑄錠經表面扒皮并切去冒口后，在液壓鍛造機或鍛錘等自由鍛設備上個進行開坯鍛造及多火次高溫鍛造，再根據需要進行棒材鍛造、板材軋制、棒絲、材軋制等熱加工工藝制成成品，成品經退火后得到屈服強度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金。
本發明與現有技術相比具有以下優點：
1、本發明合理地控制了Al元素含量，其質量百分比精確到0.1％。精確合理的Al含量可以防止鈦合金中亞穩β相分解產生ω相而產生脆性，同時降低了垂直徑和常數與底面晶格常數的比值，增加了α相的滑移系，提高鈦合金的加工塑形。
2、由于保障鈦合金強度的兩個重要條件：一是多組元合金元素的固溶強化；二是復雜合金的過飽和固溶體析出高度彌散析出相的彌散強化。因此，本發明鈦合金中除了Ti的主元素外，在鈦合金中，主要使用Al合金化。由于Al元素的比重相較鈦元素較小,在Ti元素中添加Al元素可降低鈦合金的比重有效提高其比強度，且在合金中Al元素含量控制在7％以下時，可有效提高鈦合金的強度與塑性。
2、本發明鈦合金中加入了較高質量百分含量的β同晶型穩定元素Mo，由于Mo元素在鈦合金中的擴散速度相對較緩慢，可起到細晶強化的效果，且不易形成脆性金屬間化合物，從而使鈦合金強度大大提升。V、Cr、Fe、Nb元素的添加可在鈦合金內部產生較大的晶格畸變，從而細化組織晶粒，提高強度和韌性，Zr元素的添加可增強鈦合金的塑性以及焊接性能。
3、本發明鈦合金的室溫抗拉強度Rm＞1200MPa，屈服強度Rp0.2＞1000MPa，延伸率A＞10％，斷面收縮率Z＞25％，強度和塑性優良匹配。
4、本發明鈦合金可加工成棒材、板材、管材、絲材、鍛件等成品，適用于海洋工程用高強鈦合金的工業化生產，具有廣泛的應用前景。
下面通過實施例，對本發明的技術方案做進一步詳細描述。
具體實施方式
本發明設計了一種屈服強度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金，該鈦合金由以下質量百分比的成分組成：Al 4.4～5.7％、Mo 4.0～5.5％、V 0.5～1.5％、Cr 0.5～1.5％、Fe 0.5～1.5％、Nb 0.5～1.5％、Zr 1.5～2.5％，余量為Ti及不可避免的雜質。該鈦合金所涉及的原料包括鋁釩中間合金、鋁鉬中間合金、鋁鈮中間合金、鋁豆、鐵釘、電解鉻、海綿鋯和0級海綿鈦。具體制備過程為：將原料按所設計的成分配比在混料機內均勻混合后于油壓機內壓制成電極，經真空自耗電弧爐的三次熔煉后得到鈦合金鑄錠，合金鑄錠經表面扒皮及切去冒口，在液壓鍛造機或鍛錘等自由鍛造設備上經開坯和多火次鍛造，在熱軋機上進行軋制，最后退火得到海洋工程用高強鈦合金。所述開坯鍛造在1050℃～1100℃下進行，多火次的鍛造溫度為1050℃～1150℃；所述開坯鍛造和每火次高溫鍛造均為三墩三拔，且變形量為30％～50％；所述軋制溫度為850℃～900℃，且變形量為50％～70％；所述退火熱處理制度為：溫度850℃～880℃，固溶1h，空冷；最后經550℃～600℃時效6h空冷。合金成品經退火熱處理后其室溫抗拉強度Rm＞1200MPa，屈服強度Rp0.2＞1000MPa，延伸率A＞10％，斷面收縮率Z＞25％。
實施例1
本實施例屈服強度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金由以下質量百分比的成分組成：Al 5.0％、Mo 5.0％、V 1.0％、Cr 1.0％、Fe 1.0％、Nb 1.0％、Zr 2.0％，余量為Ti及不可避免的雜質。
本實施例屈服強度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金的制備方法為：將Al-83.5V合金、Al-62.29Mo合金、Al-72.1Nb合金、鋁豆、鐵釘、電解鉻、海綿鋯與0級海綿鈦按設計成分混合壓制成電極后，使用真空自耗電弧爐經三次熔煉鑄成合金錠，合金鑄錠經表面扒皮并切去冒口后，使用液壓鍛造機在1050℃下對合金鑄錠進行開坯鍛造及3個火次的高溫鍛造，所述開坯鍛造溫度為1050℃；所述高溫鍛造溫度為1150℃。然后經軋機在850℃下軋制成具有圓形橫截面、截面直徑為20mm的棒材，再經880℃固溶1h空冷；最后經550℃時效6h空冷，得到鈦合金成品棒材。
本實施例海洋工程用鈦合金棒材經退火熱處理后的室溫抗拉強度Rm＝1280MPa，屈服強度Rp0.2＝1150MPa，延伸率A＝12％，斷面收縮率Z＝33％，強度和塑性優良匹配。
實施例2
本實施例屈服強度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金由以下質量百分比的成分組成：Al 5.7％、Mo 5％、V 0.5％、Cr 1.5％、Fe 1.5％、Nb 0.5％、Zr 1.0％，余量為Ti及不可避免的雜質。
本實施例屈服強度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金的制備方法為：將Al-83.5V合金、Al-62.29Mo合金、Al-72.1Nb合金、鋁豆、鐵釘、電解鉻、海綿鋯與0級海綿鈦按設計成分混合壓制成電極后，使用真空自耗電弧爐經三次熔煉鑄成合金錠，合金鑄錠經表面扒皮并切去冒口后，使用液壓鍛造機在1060℃下對合金鑄錠進行開坯鍛造及3個火次的高溫鍛造，所述開坯鍛造溫度為1060℃；所述高溫鍛造溫度為1120℃。然后經軋機在860℃下軋制成具有圓形橫截面、截面直徑為20mm的棒材，再經870℃固溶1h空冷；最后經560℃時效6h空冷，得到鈦合金成品棒材。
本實施例海洋工程用鈦合金棒材經退火熱處理后的室溫抗拉強度Rm＝1300MPa，屈服強度Rp0.2＝1210MPa，延伸率A＝10％，斷面收縮率Z＝30％，強度和塑性優良匹配。
實施例3
本實施例屈服強度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金由以下質量百分比的成分組成：Al 5.5％、Mo 4.5％、V 1.5％、Cr 1.2％、Fe 1.0％、Nb 1.5％、Zr 2.5％，余量為Ti及不可避免的雜質。
本實施例屈服強度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金的制備方法為：將Al-83.5V合金、Al-62.29Mo合金、Al-72.1Nb合金、鋁豆、鐵釘、電解鉻、海綿鋯與0級海綿鈦按設計成分混合壓制成電極后，使用真空自耗電弧爐經三次熔煉鑄成合金錠，合金鑄錠經表面扒皮并切去冒口后，使用液壓鍛造機在1080℃下對合金鑄錠進行開坯鍛造及3個火次的高溫鍛造，所述開坯鍛造溫度為1080℃；所述高溫鍛造溫度為1000℃。然后經軋機在870℃下軋制成具有圓形橫截面、截面直徑為20mm的棒材，再經860℃固溶1h空冷；最后經570℃時效6h空冷，得到鈦合金成品棒材。
本實施例海洋工程用鈦合金棒材經退火熱處理后的室溫抗拉強度Rm＝1250MPa，屈服強度Rp0.2＝1180MPa，延伸率A＝12％，斷面收縮率Z＝34％，強度和塑性優良匹配。
實施例4
本實施例屈服強度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金由以下質量百分比的成分組成：Al 4.5％、Mo 5.0％、V 0.5％、Cr 1.0％、Fe 1.2％、Nb 1.0％、Zr 1.5％，余量為Ti及不可避免的雜質。
本實施例屈服強度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金的制備方法為：將Al-83.5V合金、Al-62.29Mo合金、Al-72.1Nb合金、鋁豆、鐵釘、電解鉻、海綿鋯與0級海綿鈦按設計成分混合壓制成電極后，使用真空自耗電弧爐經三次熔煉鑄成合金錠，合金鑄錠經表面扒皮并切去冒口后，使用液壓鍛造機在1090℃下對合金鑄錠進行開坯鍛造及3個火次的高溫鍛造，所述開坯鍛造溫度為1090℃；所述高溫鍛造溫度為1080℃。然后經軋機在880℃下軋制成具有圓形橫截面、截面直徑為20mm的棒材，再經860℃固溶1h空冷；最后經590℃時效6h空冷，得到鈦合金成品棒材。
本實施例海洋工程用鈦合金棒材經退火熱處理后的室溫抗拉強度Rm＝1320MPa，屈服強度Rp0.2＝1200MPa，延伸率A＝11.0％，斷面收縮率Z＝33％，強度和塑性優良匹配。
實施例5
本實施例屈服強度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金由以下質量百分比的成分組成：Al 5.4％、Mo 5.0％、V 1.0％、Cr 1.0％、Fe 0.8％、Nb 1.8％、Zr 2.5％，余量為Ti及不可避免的雜質。
本實施例屈服強度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金的制備方法為：將Al-83.5V合金、Al-62.29Mo合金、Al-72.1Nb合金、鋁豆、鐵釘、電解鉻、海綿鋯與0級海綿鈦按設計成分混合壓制成電極后，使用真空自耗電弧爐經三次熔煉鑄成合金錠，合金鑄錠經表面扒皮并切去冒口后，使用液壓鍛造機在1050℃下對合金鑄錠進行開坯鍛造及3個火次的高溫鍛造，所述開坯鍛造溫度為1050℃；所述高溫鍛造溫度為1150℃。然后經軋機在900℃下軋制成具有圓形橫截面、截面直徑為20mm的棒材，再經850℃固溶1h空冷；最后經600℃時效6h空冷，得到鈦合金成品棒材。
本實施例海洋工程用鈦合金棒材經退火熱處理后的室溫抗拉強度Rm＝1250MPa，屈服強度Rp0.2＝1130MPa，延伸率A＝12.5％，斷面收縮率Z＝35％，強度和塑性優良匹配。
實施例6
本實施例屈服強度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金由以下質量百分比的成分組成：Al 4.4％、Mo 4.0％、V 0.9％、Cr 0.5％、Fe 0.5％、Nb 1.2％、Zr 1.8％，余量為Ti及不可避免的雜質。
本實施例屈服強度高于1000MPa的海洋工程用鈦合金的制備方法為：將Al-83.5V合金、Al-62.29Mo合金、Al-72.1Nb合金、鋁豆、鐵釘、電解鉻、海綿鋯與0級海綿鈦按設計成分混合壓制成電極后，使用真空自耗電弧爐經三次熔煉鑄成合金錠，合金鑄錠經表面扒皮并切去冒口后，使用液壓鍛造機在1050℃下對合金鑄錠進行開坯鍛造及3個火次的高溫鍛造，所述開坯鍛造溫度為1050℃；所述高溫鍛造溫度為1150℃。然后經軋機在900℃下軋制成具有圓形橫截面、截面直徑為20mm的棒材，再經850℃固溶1h空冷；最后經600℃時效6h空冷，得到鈦合金成品棒材。
本實施例海洋工程用鈦合金棒材經退火熱處理后的室溫抗拉強度Rm＝1230MPa，屈服強度Rp0.2＝1150MPa，延伸率A＝12.0％，斷面收縮率Z＝34％，強度和塑性優良匹配。
以上所述，近視本發明的較佳實施例，并非對本發明做任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本發明技術方案的保護范圍。