[发明专利]一种Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb高强耐蚀钛合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Ti‑Al‑Zr‑Sn‑Mo‑Nb高强耐蚀钛合金及其制备方法，所述Ti‑Al‑Zr‑Sn‑Mo‑Nb高强耐蚀钛合金按照质量百分比由下述原料制成：5.5％的Al，1.0～4.0％的Zr，0.5～2.0％的Sn，0.3～2.0％的Mo，0.4～1.5％的Nb，余量为Ti。本发明通过表征合金的室温断裂韧性、压缩强度、压缩极限应变量以及抗蚀性能，并进行正交实验设计，优化得到的Ti‑5.5Al‑4.0Zr‑1.0Sn‑0.3Mo‑1.0Nb钛合金是一种新型近α型钛合金，兼具优异的室温断裂韧性，较高的室温压缩强度、压缩极限应变量以及良好的抗蚀性能，有望应用于海洋工程装备，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种钛合金及其制备方法，具体涉及一种Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb高强耐蚀钛合金及其制备方法。

背景技术

我国是一个经济大国，对能源的需求量大。据《世界能源展望2030》预测分析，中国将是未来石油消费增长的最大用户。到2030年，中国的石油消费量将增长800万桶/日，达到1750万桶/日，超过美国而成为世界上最大的石油消费国。因此，如何解决这样巨大的供需矛盾是我国经济发展面临的重要问题。我国是一个海洋大国，海洋面积为陆地面积的1/3，陆地海岸线长度为18000多千米，享有主权和管辖权的海域面积接近300万平方千米。我国南海有十分丰富的油气资源，石油地质储量约为230～300亿吨，占我国油气资源的三分之一。因此，海洋油气开发已经成为我国能源战略的重点领域。为此，发展先进的海洋工程装备用材料具有十分重要的战略意义。

考虑到服役环境，海洋工程装备所用材料需要高强度、高韧性、抗腐蚀等特点。钛及钛合金具有密度低、比强度高、耐蚀性强等特点，尤其对海洋大气环境侵蚀的免疫能力非常出色，是一种优质的轻型结构材料，被称为“海洋金属”，是重要的战略金属材料。然而，随着海洋工程的快速发展及应用工况的日益严苛，对海洋用钛合金的性能提出了更高的要求，特别是强调其具有更优异的强度及耐海水(或耐复杂介质)腐蚀性能，因此迫切需要发展新型的高强耐腐蚀钛合金，这项工作具有重大的科研价值和经济效益，同时对建设海洋强国也具有极其重要的影响。

CN102839297A公开了一种高温钛合金及其制备方法，该钛合金为Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb钛合金体系，按质量百分比由Al：5.5％～7％、Sn：2％～4％、Zr：8％～11％、Mo：0.4％～1.2％、Nb：0.4％～1.5％、W：0.5％～1.5％、Si：0.15％～0.3％和余量的Ti制成，其发明目的是为了解决现有方法制备的高温钛合金在700℃的短时高温工作条件下抗拉强度及延伸率差的问题，并没有探究该合金体系的海洋工程应用潜力，即没有研究该合金体系的常温力学性能与腐蚀性能。

CN104018027A公开了一种新型耐热钛合金及其加工制造方法和应用，所述合金的成分按质量百分比为Al：5.4％～6.3％；Sn:3.0％～5.0％；Zr：2.5％～6.4％；Mo：0.0～0.96％；Si：0.25％～0.5％，Nb：0.2％～0.5％；Ta：0.3％～3.4％；W：0.2％～1.6％；C：0.0～0.07％；O≤0.17％；Fe≤0.03％，余量为Ti和不可避免的杂质元素，其主要也是侧重于材料的高温应用，并没有关注合金的常温力学性能与腐蚀性能。

CN107058801A公开了一种适用于560～650℃的铸造钛合金，该合金成分包括Ti、Al、Sn、Zr、Mo、Nb、Si、Ta和/或C，余量为杂质，但该合金的设计也是为了满足高温应用。

总之，Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb钛合金体系目前主要应用于高温领域，关于该合金体系在海洋工程方面的应用鲜有报道，因此，本发明的目的旨在综合衡量该合金体系的常温力学性能与腐蚀性能，以期实现其在海洋工程方面的应用。

发明内容