一种港口起重机用高强耐蚀钛合金丝材的快速制备方法技术

本发明专利技术属于起重机材料技术领域，公开了一种港口起重机用高强耐蚀钛合金丝材的快速制备方法，其成分为V：8.0%～10.0%，Mn：2.0%～3.0%，Fe：1.0%～1.2%，W：0.8%～1.0%，Ni：0.6%～0.8%，La：0.08%～0.10%，Pr：0.06%～0.08%，C≤0.08%，N≤0.03%，H≤0.001%，O≤0.06%，余量为Ti。本发明专利技术通过对钛合金成分及热处理工艺的创新设计，增强了钛合金丝成形过程中TWIP效应（孪生诱发塑性变形），提高高强钛合金丝拉拔成形速度至140m/min以上，从而实现了高强钛合金丝材的高效制备，为钛合金绳索在港口起重机上的应用起到了推动作用。的应用起到了推动作用。的应用起到了推动作用。

【技术实现步骤摘要】
一种港口起重机用高强耐蚀钛合金丝材的快速制备方法


[0001]本专利技术属于起重机材料
，尤其涉及一种港口起重机用钛合金丝材的快速制备方法。

技术介绍

[0002]钢丝绳具有强度高、自重轻、弹性好、承载能力强以及在运行和卷绕工作中无噪声、不易骤然整根折断、工作平稳可靠等优点，广泛运用在各类起重机。港口所处的环境由于盐雾、高温、高湿、海风、日照等使钢丝绳极易受潮锈蚀，特别是盐雾中的氯离子，对钢丝绳有强烈的腐蚀穿透能力，很容易穿透金属表面的氧化层和防护层，导致钢丝绳腐蚀断裂，从而引起重大的起重伤害事故，危及人员、设备的安全。在实际使用中腐蚀对钢丝绳力学性能的影响远远超过断丝和磨损的影响，已成为影响港口起重设备安全可靠性的主要因素之一。
[0003]钛合金质轻、高强、无磁、耐蚀，特别突出的是耐海水和海洋大气腐蚀，被称为“海洋金属”。钛及钛合金在海洋工程中具有广泛的用途，对提高海洋工程装备的作业能力、安全性、可靠性及技术水平具有十分重要的意义，是先进高性能海洋工程装备的关键材料，是建设海洋强国的重要战略材料之一。采用钛合金绳索代替钢丝绳，首先可以保证起重设备运行安全性，同时大幅降低维护和更换成本；其次，钛合金比强度高，与钢相同强度级别，采用钛丝绳可实现减重40%左右。因此，钛合金是一种理想的海洋大气及恶劣环境下起重装备用绳索材料。
[0004]然而，钛合金延展性差、加工硬化效应弱的特点使得钛合金材料拉拔成形工艺性差。钛合金丝材拉拔成形时必须严格控制拉拔速度，速度过快会导致丝材断裂，这使得传统钛合金丝制备效率低下。如中国专利CN110387486A公开了一种海洋工程用钛合金绳同钛合金丝材的制备工艺，所述钛合金丝材拉拔速度≤12m/min；中国专利CN113249993A公开了一种起重机用轻质超高强耐蚀可焊钛合金绳用钛合金丝材的制备方法，所述钛合金丝拉拔速度≤10m/min。钛合金丝制备效率低下，这导致了钛合金丝成本居高不下。作为捻制钛合金绳的原料，钛合金丝成本高限制了钛合金丝绳的推广应用。因此，专利技术出高延展性的钛合金材料、提高钛合金丝材的拉拔速度，是降低钛合金丝成本、推广钛合金绳应用的关键。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题和不足，本专利技术的目的旨在提供一种可以实现高速拉拔成形的绳索用钛合金材料及制备方法。
[0006]本专利技术通过以下技术方案实现：本专利技术首先提供了一种钛合金材料，其钛合金丝材的成分，按质量百分数：V：8.0%～10.0%，Mn：2.0%～3.0%，Fe：1.0%～1.2%，W：0.8%～1.0%， Ni：0.6%～0.8%，La：0.08%～0.10%，Pr：0.06%～0.08%，杂质元素含量，按质量百分数：C≤0.08%，N≤0.03%，H≤0.001%，O≤0.06%；余量为Ti。
[0007]本专利技术还提供了一种钛合金丝的快速制备方法，包括以下步骤：(1) 铸锭熔炼：按上述的钛合金成分组成进行配料，将材料混合均匀后制成电极。电极在氩气罩保护下组焊在一起，然后经真空熔炼3次，制成合金铸锭；然后采用普通车床对铸锭进行扒皮处理。
[0008](2) 铸锭锻造：在液压机上对铸锭进行开坯锻造，开坯锻造加热温度为850~950℃，终锻温度不低于700℃，总锻造比不小于3.5，得到方坯。然后对方坯进行改锻，方坯改锻加热温度为800~850℃，终锻温度不低于700℃，总锻造比不小于3.0，获得Ф50~60mm的钛合金棒。
[0009](3) 盘条制备及机加工：采用盘条轧机将钛合金棒轧制成Ф8.5~9.5mm的盘条，盘条轧制加热温度为800~850℃；然后采用无心车床对盘条进行扒皮处理，获得Ф7.0~8.0mm的钛合金丝材。
[0010](4) 丝材冷轧成形：采用轧丝机逐道次缩减丝材直径，道次截面缩减率为22~25%，轧制速度为80
‑
100m/min，轧制温度为室温。
[0011](5) 丝材冷拉拔成形：当丝材直径在3.5mm至4.0mm时，由轧制成形转为冷拉拔成形。冷拉拔之前进行组织预处理，预处理方法为加热至800~850℃保温30~45min水冷至室温。采用孔模冷拉伸的方法逐道次缩减丝材直径，直至丝材规格达到要求。丝材冷拉拔速度为140~180m/min，道次截面缩减率为15~20%。冷拉拔3~4道次之后对丝材进行中间热处理，工艺为加热至800~850℃保温30~45min水冷至室温。丝材冷拉拔过程中采用工业皂粉进行润滑，丝材进入孔模前穿过工业皂粉，使润滑剂附着在丝材表面。逐道次将钛合金丝材直径拉拔至0.3
‑
0.8mm，满足钛合金绳捻制需要。
[0012]本专利技术通过以下方面的技术创新，将耐蚀高强钛合金丝材的拉拔成形速度提高至140m/min以上，实现高强钛合金丝的高效率制备，从而推广钛合金丝和绳在港口起重机上的应用。
[0013](1) 通过添加一定量的β稳定元素V、Mn、Fe、W、Ni，获得近β型钛合金，在800~850℃下固溶处理时即可将体心立方的β相全部保留至室温。单一的亚稳定β相为钛合金丝材成形过程中TWIP效应（孪生诱发塑性变形）创造了组织条件。
[0014](2) V主要溶于β相中，同时在α相中也具有约3%的固溶度，在α相自然时效析出后对α相起到固溶强化作用。Mn和Fe对钛合金固溶强化效应最显著，但过量添加会析出化合物相、降低塑性，本专利技术通过适量的添加保证固溶强化效应的同时具有较好的塑性。
[0015](3)合金元素Ni的加入有利于强化钝化膜，提高钛合金在海洋盐雾环境中的耐缝隙腐蚀性能和耐均匀腐蚀性能。适量W的加入降低了位错的钉扎作用，不易出现由位错塞积引起的裂纹萌生，使得合金塑性得到改善。
[0016](4)微量稀土元素La、Pr的加入，降低了β相的层错能。钛合金中层错能的降低对位错的攀移和交滑移不利，这将导致更多孪晶的产生，显著增大塑性成形过程中TWIP效应，如图1所示。依靠TWIP效应钛合金的塑性得到大幅提高，从而实现钛合金丝的快速拉拔成形。
[0017](5)钛合金丝当中除了Ti之外的其他合金元素总含量达到12.4%以上，固溶强化效应和冷加工硬化强化效应叠加，可以使得钛合金丝获得高强度。
[0018]本专利技术获得的有益效果：本专利技术的钛合金丝材拉拔速度达到140m/min以上，钛合金丝抗拉强度≥1450MPa。
在60℃海水中浸泡，均匀腐蚀率和0.025~0.1mm敏感宽度范围缝隙腐蚀率均小于0.001mm/a。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的实施例1钛合金丝材成形过程中的TWIP效应。
具体实施方式
[0020]下面结合具体实施例本专利技术作进一步的详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容实施例1一种港口起重机用高强耐蚀钛合金，合金元素含量（质量百分数）为：V：8.0%，Mn：3.0%，Fe：1.0%，W：1.0%，Ni：0.6%，La：0.08%，Pr：0.06%，C≤0.08%，N≤0.03%本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种港口起重机用高强耐蚀钛合金丝材的快速制备方法，其特征在于，所述的钛合金丝材的成分，以质量百分数计：V：8.0%～10.0%，Mn：2.0%～3.0%，Fe：1.0%～1.2%，W：0.8%～1.0%，Ni：0.6%～0.8%，La：0.08%～0.10%，Pr：0.06%～0.08%，杂质元素含量，以质量百分数计：C≤0.08%，N≤0.03%，H≤0.001%，O≤0.06%，余量为Ti。2.如权利要求1所述的一种港口起重机用高强耐蚀钛合金丝材的快速制备方法，其特征在于,制备方法包括以下步骤：(1) 铸锭熔炼：按上述的钛合金成分组成进行配料，将材料混合均匀后制成电极，电极在氩气罩保护下组焊在一起，经真空熔炼3次，制成合金铸锭；然后采用普通车床对铸锭进行扒皮处理；(2) 铸锭锻造：在液压机上对铸锭进行开坯锻造，开坯锻造加热温度为850~950℃，终锻温度不低于700℃，总锻造比不小于3.5，得到方坯，然后对方坯进行改锻，方坯改锻加热温度为800~850℃，终锻温度不低于700℃，总锻造比不小于3.0，获得Ф50~60mm的钛合金棒；...

【专利技术属性】
技术研发人员：于卫新，李晓芬，侯树森，曹鋆汇，王广龙，张杰，
申请(专利权)人：新乡学院，
类型：发明
国别省市：