一种提高近α型Ti-Al-Sn-Zr-Mo-V-Nb系钛合金冲击性能的制备及热处理方法与流程

本发明属于钛合金材料加工，具体涉及一种提高近α型ti-al-sn-zr-mo-v-nb系钛合金冲击性能的制备及热处理方法。

背景技术：

1、开发深井或超深井油田时，往往会遇到co2、h2s和cl-等腐蚀介质以及温度变化导致的交变冲击，加之随着井深的增加，油管长度更长，加工更困难；结构件受力更复杂，载荷更大；材料服役环境更苛刻，耐蚀要求更高。这不仅要求油管材料具有h2s-co2-cl-共存情况的耐腐蚀性、高温强度变形能力以及低温变形断裂韧性，也需要材料满足动、静载荷下的强度，抗冲击能力以及更好地可加工性等。钛合金耐腐蚀性能优异，且密度小，比强度高，中高温力学性能好，具有优良的抗疲劳和蠕变性能，在石油化工行业有巨大的应用潜力。早在20世纪80年代，国外就已经将钛合金管材应用于石油勘探领域，包括一些高压高温、超高压高温热酸性油气井(如墨西哥湾)的套管、油管及一些井下工具的制造材料等。

2、相比于钛合金管材在国外的研发和应用，我国在钛合金油管方面的研究才刚刚起步，还处于仿照国外、探索和数据积累阶段，仅能制备常规钛合金油管，而性能优异的高强钛合金油管的制备还不能实现。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种提高近α型ti-al-sn-zr-mo-v-nb系钛合金冲击性能的制备及热处理方法。该方法通过多火次多向锻造和热挤压成型工艺，结合多级热处理，充分破碎粗大铸态晶粒，有效改善α相尺寸和形貌，将原始组织中粗大片层α相转变为细片层α相及少量弥散分布的粗短等轴α相片层结合组织，使得合金获得更高的强度及冲击韧性匹配，解决了现有缺少性能优异的高强钛合金油管的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种提高近α型ti-al-sn-zr-mo-v-nb系钛合金冲击性能的制备及热处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

3、步骤一、对近α型ti-al-sn-zr-mo-v-nb系钛合金铸锭进行多火次多向锻造，得到近α型ti-al-sn-zr-mo-v-nb系钛合金棒坯；

4、步骤二、将步骤一中得到的近α型ti-al-sn-zr-mo-v-nb系钛合金棒坯进行机加工得到挤压坯，然后进行热挤压，得到近α型ti-al-sn-zr-mo-v-nb系钛合金管材；

5、步骤三、将步骤二中的近α型ti-al-sn-zr-mo-v-nb系钛合金管材进行多级热处理，结束后空冷至室温。

6、上述的一种提高近α型ti-al-sn-zr-mo-v-nb系钛合金冲击性能的制备及热处理方法，其特征在于，步骤一所述多火次多向锻造的始锻温度为960℃～1150℃，每火次镦拔次数为2～4次，每火次累积变形量不小于100％，共锻造4～6次。通常，每火次锻造结束后空冷并进行表面修磨，避免裂纹等缺陷进入下一道次锻造。

7、上述的一种提高近α型ti-al-sn-zr-mo-v-nb系钛合金冲击性能的制备及热处理方法，其特征在于，步骤二中所述挤压坯的表面包裹铜箔后进行热挤压，热挤压温度为940℃～990℃，挤压比为4～9。

8、上述的一种提高近α型ti-al-sn-zr-mo-v-nb系钛合金冲击性能的制备及热处理方法，其特征在于，步骤三中所述多级热处理的过程为：第一步将近α型ti-al-sn-zr-mo-v-nb系钛合金管材在890℃～930℃保温1h～2h，然后以2℃/min的速度随炉冷却1.5h～2h，随后空冷至室温，第二步在500℃～540℃保温4h～6h，然后空冷至室温；所述空冷后得到的近α型ti-al-sn-zr-mo-v-nb系钛合金的室温屈服强度不小于900mpa的情况下，-20℃纵向冲击功akv≥50j。

9、本发明与现有技术相比具有以下优点：

10、1、本发明通过多火次多向锻造，并控制锻造变形量，快速并充分破碎粗大的铸态晶粒，确保变形均匀，实现对近α型ti-al-sn-zr-mo-v-nb系钛合金挤压所需棒坯组织均匀性的控制，在锻造过程中采用自由锻方式，工艺流程可控性强，可实现小批量多规格的近α型ti-al-sn-zr-mo-v-nb系钛合金管材的生产。

11、2、本发明通过热挤压成型制备管材，实现进一步对片层组织进行细化，达到细化晶粒的效果。

12、3、本发明采用的制备及多级热处理处理的方法，在获得管材型材的同时，通过改善α相尺寸和形貌，将原始组织中粗大片层α相转变为细片层α相及少量弥散分布的等轴α相，使得合金获得更高的强度及冲击韧性匹配，从而近α型ti-al-sn-zr-mo-v-nb系钛合金室温屈服强度不小于900mpa的情况下，-20℃纵向冲击功akv不小于50j。

13、4、本发明的热加工及热处理工艺可操作性强，适用于工业生产，具有良好的应用前景。

14、下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种提高近α型ti-al-sn-zr-mo-v-nb系钛合金冲击性能的制备及热处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种提高近α型ti-al-sn-zr-mo-v-nb系钛合金冲击性能的制备及热处理方法，其特征在于，步骤一所述多火次多向锻造的始锻温度为960℃～1150℃，每火次镦拔次数为2～4次，每火次累积变形量不小于100％，共锻造4～6次。

3.根据权利要求1所述的一种提高近α型ti-al-sn-zr-mo-v-nb系钛合金冲击性能的制备及热处理方法，其特征在于，步骤二中所述挤压坯的表面包裹铜箔后进行热挤压，热挤压温度为940℃～990℃，挤压比为4～9。

4.根据权利要求1所述的一种提高近α型ti-al-sn-zr-mo-v-nb系钛合金冲击性能的制备及热处理方法，其特征在于，步骤三中所述多级热处理的过程为：第一步将近α型ti-al-sn-zr-mo-v-nb系钛合金管材在890℃～930℃保温1h～2h，然后以2℃/min的速度随炉冷却1.5h～2h，随后空冷至室温，第二步在500℃～540℃保温4h～6h，然后空冷至室温；所述空冷后得到的近α型ti-al-sn-zr-mo-v-nb系钛合金的室温屈服强度不小于900mpa的情况下，-20℃纵向冲击功akv≥50j。

技术总结本发明公开了一种提高近α型Ti‑Al‑Sn‑Zr‑Mo‑V‑Nb系钛合金冲击性能的制备及热处理方法，该方法包括：一、对近α型Ti‑Al‑Sn‑Zr‑Mo‑V‑Nb系钛合金铸锭进行多火次多向锻造得到棒坯；二、将棒坯机加工得到挤压坯后进行热挤压，得到管材；三、将管材进行多级热处理，空冷至室温。本发明采用热加工制备及多级热处理工艺，通过改善α相尺寸和形貌，将原始组织中粗大片层α相转变为细片层α相及少量弥散分布的等轴α相，使合金获得更高的强度及冲击韧性匹配，且热加工及热处理工艺可操作性强，适用于工业生产，具有良好的应用前景。技术研发人员：李倩,毛成亮,贾蔚菊,李思兰,张思远,张冰洁,周伟受保护的技术使用者：西北有色金属研究院技术研发日：技术公布日：2024/8/1