[发明专利]一种耐硝酸腐蚀的Ti35钛合金

说明书

本发明公开了一种耐硝酸腐蚀的Ti35钛合金，其特征在于，由以下质量含量的成分组成：钽5.5％～6.5％，氧0.07％～0.15％，余量为钛及不可避免的杂质。本发明的Ti35钛合金通过控制钽的质量含量为5.5％～6.5％，在兼顾材料低成本的同时，保证了Ti35钛合金具有稳定可靠的低腐蚀速率；同时采用氧作为间隙原子添加到钛合金中并控制氧的质量含量为0.07％～0.15％，有效提高Ti35钛合金的抗拉强度至350MPa以上，且Ti35钛合金的延伸率保持在25％以上，从而有效调控了Ti35钛合金的强塑性，方法简单，便于工业化应用。

技术领域

本发明属于有色金属合金材料领域，具体涉及一种耐硝酸腐蚀的Ti35钛合金。

背景技术

核电厂产生的乏燃料通过后处理重新制成核燃料循环利用，可有效减少放射性物质的排放和污染，提高铀资源的利用率。国际通用的普雷克斯后处理流程是采用硝酸溶解燃料芯块，去除核裂变产物，回收核燃料的化学过程，该过程中的溶解器、蒸发器等关键设备长期服役于含有多种金属阳离子的放射线高温浓硝酸中，服役环境极为恶劣，这就对设备材料的力学性能、工艺性能及耐腐蚀性能提出了极高的要求。

一般不锈钢材料在沸腾硝酸溶液中会由于晶间贫铬而发生腐蚀，对于耐硝酸腐蚀的超低碳不锈钢材料，如000Cr25Ni20，在含有金属阳离子的沸腾硝酸溶液中，因金属阳离子的高氧化性导致超低碳不锈钢会发生强烈的晶间腐蚀。钛在硝酸中具有良好的耐蚀性，其机理是通过在钛表面形成一层保护性的氧化膜来阻隔腐蚀液与金属基体的相互作用，进而降低金属基体的腐蚀速率。但在高温浓硝酸中，由于单纯的钛氧化膜致密性及结合强度较低，使得钛的耐腐蚀性能显著下降，工业纯钛在沸腾的65％的硝酸溶液中年平均腐蚀速率超过1.0mm/a，不能满足工程设计的要求。在应用实践中，通过向Ti中添加Ta元素获得Ti-Ta二元合金，具有良好的耐硝酸腐蚀性。

日本神户制钢所研制的KS50Ta(Ti-5Ta)合金，其通过在纯钛中添加4wt％～6wt％的钽元素来增强工业纯钛的耐蚀性，该合金在沸腾硝酸溶液中的年平均腐蚀速率为0.1～0.2mm/a，抗拉强度为330MPa，延伸率为23％，其缺点是强度、塑性不高，耐腐蚀性能稍差。

日本神户制钢所在昭61-42473公开了一种具优异耐硝酸腐蚀性能的Ti-Ta-Si系合金，其通过在钛中添加重量比1％～6％的钽及0.01％～0.5％的硅，形成一种三元耐蚀钛合金，通过硅元素的少量添加来抑制Ti-Ta基合金的腐蚀，但抑制效果有限，且硅元素的添加对Ti-Ta基材料的塑性及加工性能会造成不利的影响。

专利号为ZL95101399.8的发明专利公开了一种550MPa级抗硝酸腐蚀钛合金，其通过在钛中添加重量比3％～7％的钽、0.1％～0.7％的铝及0.2％～0.6％的钼，形成一种四元耐蚀钛合金，其强度提升到550MPa，腐蚀速率达到0.1mm/a，但延伸率仅为23％，材料的塑性还需进一步提高。

核化工设备用材料必需具有高的塑性，以降低设备及材料加工的难度，同时，为保证设备使用的高安全稳定性及提升设备的使用年限，还需提高材料的耐蚀性。

发明内容

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，提供一种耐硝酸腐蚀的Ti35钛合金。该Ti35钛合金通过控制钽的质量含量为5.5％～6.5％，在兼顾材料低成本的同时，保证了Ti35钛合金具有稳定可靠的低腐蚀速率；同时采用氧作为间隙原子添加到钛合金中并控制氧的质量含量为0.07％～0.15％，有效提高Ti35钛合金的抗拉强度至350MPa以上，且Ti35钛合金的延伸率保持在25％以上，从而有效调控了Ti35钛合金的强塑性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种耐硝酸腐蚀的Ti35钛合金，其特征在于，由以下质量含量的成分组成：钽5.5％～6.5％，氧0.07％～0.15％，余量为钛及不可避免的杂质。