深海工程用TC4钛合金管的性能特点

钛合金具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等优异的综合性能，被广泛用于航空航天、海洋工程、石油钻探、医疗设备等领域，其产品以锻件、型材、棒材、板材、管材等为主。近年来，随着石油、天然气钻探和开采、海洋军事的迅猛发展，对具有高强高韧、高耐海水腐蚀性能的钛及钛合金材料需求越来越大，特别是针对大直径管材φ230~600mm) 的需求日益增加。因此研制各项性能指标满足该领域使用要求的大直径管材是非常必要的。

TC4ELI属于中强高韧型低间隙钛合金，它最早是以“ 损伤容限” 的概念在飞机结构设计中提出的，是国外应用最为广泛的钛合金。国内也相继对其进行了研究与开发，但TC4ELI钛合金加工变形抗力较大，其产品多以板材、锻件居多，而在大直径管材制备方面鲜有报道。关于TC4ELI常规材料组织与性能的研究较多，相关文献报道称，断裂韧性与热处理制度有很大关系，随着固溶处理温度的升高，断裂韧性提高；如果空冷后时效，这种效应会加强；还有文献称β区热处理相对于β变形具有更高的断裂韧性，归结为区热处理后显微组织的特点是更大的β晶粒尺寸和晶内片状α相的织构性；前期作者团队对TC4-DT钛合金锻件进行了组织和力学性能研究，结果表明随着温度的升高，断裂韧性得到提高，但相变点以上温度淬火+ 时效处理会导致冲击韧性急剧下降。

为了获得具有较好强韧性匹配的TC4ELI大直径钛合金管材（直径>φ350mm， 预期指标Rm≥800 MPa 、Kic≥90MPa.m1/2、ak≥60J/cm2) ，为深海工程用大规格管材的生产做好技术准备，对其进行热处理以实现强度、塑性、断裂韧性以及冲击韧性之间的匹配。参考相关文献并结合作者团队前期实验结果，本文选择了普通退火、高温退火、α+β两相区退火+不同温度时效4种热处理制度。前两种退火制度用来探索强度、断裂韧性和冲击韧性的变化范围（后两种制度旨在提高强度， 同时观察断裂韧性和冲击韧性的变化情况。通过对4 种热处理制度处理后的合金组织、力学性能进行对比分析，探索获得较好强韧性匹配的热处理工艺制度， 为大直径TC4ELI钛合金管材的制备提供实际技术依据。

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