钛合金因拥有优异的耐侵蚀机能和较高的比强度等特点，被宽泛利用于航空航天、船舶和生物医疗等行业
。20世纪90年代，国表就已经实现了钛合金管材在石油天然气行业的利用[1-3]
。

目前，在日本、美国和欧洲等国度和地域，钛焊管在好多领域在逐步取代钛无缝管和其他管材，被宽泛利用在石油能源工业、冶金工业、汽车工业等工程中[4]
。另表，水资源不足已成为全世界最为关注和火急必要解决的沉要问题之一，在解决沿海地域淡水资源严重的诸多步骤中，海水淡化是一种切实可行的有效步骤，而钛焊管是蒸馏海水淡化换热管的首选资料[5]
。由于钛焊管拥有优异的耐侵蚀性，可将其用于石油精辟的热互换器、蒸馏塔、反映器等，会大幅度降低设备的维建守护成本，提高设备的使用寿命，因而钛焊管在石油化工行业的利用将成为必然的发展趋向[6-7]
。随着我国的经济飞速发展，也火急必要在石油天然气的开采中使用更耐侵蚀的管材，因而近年来也致力尝试将钛焊管利用于石化行业
。

我国对钛合金焊管在石油天然气方面的利用还处于初始阶段，在研造和利用中还存在好多问题，2015年超深高含硫气井才初次使用钛合金油管[8-9]
。本钻研以TB5钛合金为钻研对象，分析钻研了热处置对TB5钛合金电化学侵蚀机能的影响，通过试验得出更合理的热处置工艺，为TB5钛合金在石油天然气焊管中的利用提供肯定的参考凭据
。

1、试验资料与步骤

1.1试验资料

从TB5钛合金管材上截取试样，其化学成分见表1
。

1.2试验步骤

凭据TB5钛合金α-β相转变温度区间（755~800℃），将TB5钛合金试样分为7组来别离做固溶和时效处置，热处置的工艺参数见表2
。

使用布鲁克D8ADVANCE系列衍射仪对7组试样进行物相分析来获得TB5钛合金的物相组成；试样经过造样、打磨、抛光处置后使用徕卡DMi8金相显微韭反观察各组TB5钛合金试样的微观组织结构；电化学试验选取的仪器是RST5000系列电化学工作站，试验过程中OCP、EIS、Tafel试验所用到的溶液均为质量分数3.5%的氯化钠溶液，点蚀用到的溶液是5mol/L的盐酸溶液，盐酸溶液的配置要使用市场上36%的工业盐酸与去离子水以体积比1∶2.4进行配置，最终获得分歧热处置前提下试样耐侵蚀机能数据
。

2、试验了局与分析

2.1XRD分析

图1所示为3组固溶数据和4组时效数据的XRD分析图，可看出XRD图谱由β相和次生α相组两种衍射峰组成，固溶处置的3组样品以实时效温度为400℃和450℃时试样XRD衍射峰中满是β相，晶面指数别离为（110）、（200）、（211），无α相衍射峰出现
。其时效温度为500℃时图谱中出现了显著的α相衍射峰，晶面指数别离为（100）、（101）、（102）、（110）
。图2所示为XRD图谱的部门放大图，能够看到其时效温度达到550℃时，晶面指数为（100）和（101）的次生α相衍射峰强度较500℃时降低
。并且晶面指数为（102）和（110）的次生相根基齐全溶化
。注明次生α相含量随着时效温度的升高先增多，到500℃时含量达到最 多，大于500℃后次生相的含量釉祓头削减
。

2.2金相分析

图3所示为固溶处置试样的金相照片，可看出TB5钛合金固溶处置后为单一的β相组织，这与理论相吻合，凭据钛合金的相变点公式能够算出其相变点温度约莫为755℃[10]，为确保固溶温度在其相变点之上，试验最低固溶温度取为800℃，此时钛合金中的α相齐全转造成β相
。

此表还能够看出，随着固溶温度的升高，TB5钛合金的晶粒尺寸越来越大，800℃固溶时晶粒尺寸为86μm，950℃固溶时晶粒尺寸增大到了210μm，由此可见在TB5钛合金相变点以上的固溶处置成效为扭转晶粒尺寸，且固溶温度越高晶粒尺寸越大
。

图4所示为时效处置后的各组金相照片，当固溶温度过高时会导致β晶粒迅速长大，晶界体积相应削减，这样会使TB5钛合金试样一些机能降低，并且可能产生β脆性相[11]
。为了保障试样优良的力学机能，以便对其之后的耐侵蚀机能的钻研，拔取800℃为固溶温度，在此固溶温度基础上进行时效
。凭据金相照片，400℃时效处置的组织仍为单一的β相组织，这是由于时效温度较低，析出次生α相是一个很慢的过程，组织反映速度慢，β相还来不及析出次生α相[12-13]；其时效温度达到500℃时能够观察出晶粒组织中析出大量的α相，并且散布均匀，险些弥漫了全数的晶界；持续提高时效温度，其时效温度为550℃时，次生相的含量比500℃时少了好多，这是由于TB5钛合金在时效过程中同时存在次生相的析出和溶化，其时效温度过大时次生相的溶化速度将会大于其析出速度[10]，在之前晶粒中存在的弥散的次生相将会沉新溶化到β相中
。

2.3电化学测试分析

表3和图5为Tafel测试了局，测试溶液为质量分数3.5%的NaCl溶液
Ｄ芄豢吹焦倘艿3组试样侵蚀电位和侵蚀电流密杜仔显著的趋向，随着固溶温度的升高，侵蚀电位越来越低，侵蚀电流密度越来越高，批注晶粒越幼越耐侵蚀，这是由于晶界面积越大，晶界体积分数越高，必然会提供更多的活性位点，迅速形成；ざ刍鉡11-15]
。

通过对比4组时效Tafel数据与3组固溶数据，能够发现时效后的试样侵蚀电位根基都有显著的提升，另表侵蚀电流密度也有显著降落
。对比时效的4组数据能够看出，资料的耐侵蚀性随着时效温度的升高出现出先升高后降落的趋向
。综合上述法规能够看出，TB5钛合金经过期效后的耐侵蚀性优于固溶处置，且耐侵蚀性强弱与次生相的几多有关，次生相越多TB5钛合金的耐侵蚀机能越好
。

图6所示为7组试样经过拟合后的阻抗谱Nyqust图，能够看出时效处置后的TB5钛合金的圆弧曲率半径均比固溶处置的圆弧半径大，代表着时效后的试样耐侵蚀机能更好
。从3条固溶圆曲线来看，耐侵蚀机能的强弱由大到幼对应的固溶温度顺次为800℃、850℃和950℃，这与Tafel测试得到的结论一致
。图6中圆弧曲率半径最大的是500℃时效的试样，出现出的法规为随着时效温度的提高，资料的耐侵蚀机能先增大后减幼，有一个峰值，这与此前的Tafel测试了局也切合
。

3、结论

（1）随着固溶温度的提高，TB5钛合金的晶粒尺寸逐步变大，950℃固溶处置比800℃固溶的尺寸增大了约125μm，TB5钛合金的耐侵蚀性随晶粒尺寸的增大而降低
。

（2）由于次生α相的析出，TB5试样经过期效后的耐侵蚀机能要比经过固溶处置的显著提升，样品耐侵蚀机能随时效温度的提高出现先上升后降落的趋向
。

（3）耐电化学侵蚀机能最优的热处置工艺是800℃固溶+500℃时效、保温1h，侵蚀速度为1.44×10-3mm/a
。

参考文件：

[1] SCHUTZ R W ， WATKINS H B. Recent developments in titanium alloy application in the energy industry[J]. Mate-rials Science and Engineering A ， 1998 ， 243 （ 1-2 ）： 305-315.

[2] 刘强，宋生印，李德君，等 . 钛合金油井管的耐侵蚀机能及利用钻研进展 [J]. 石油矿场机械， 2014 ， 43 （ 12 ）：88-94.

[3] 谢祎，罗求能，吴芝华，等 . 国内钛焊管的发展及其在石化行业的利用 [J]. 焊管， 2016 （ 3 ）： 12-15.

[4] 郭鲤，何伟霞，周鹏，等 . 我国钛脊合金产品的钻研近况及发展远景 [J]. 热加工工艺， 2020 ， 49 （ 22 ）： 22-28.

[5] 谢祎 . 超薄壁钛焊管在蒸馏海水淡化中的利用 [J]. 焊管， 2018 ， 41 （ 10 ）： 30-35.

[6] 屠振密，李宁，朱永明 . 钛脊合金表表处置技术和利用 [M]. 北京：国防工业出版社， 2010.

[7] 李献军，王镐，羊玉兰，等 . 钛脊合金在油气开采中的利用 [J]. 中国金属传递， 2012 （ 38 ）： 22-23.

[8] 史雪芝，周幼虎 . 钛合金油井管机能钻研及利用评价近况 [J]. 钢管， 2015 ， 44 （ 1 ）： 10-14.

[9] 张峰，等 . 钛合金油井管利用钻研近况及进展 [J]. 焊管， 2017 ， 40 （ 11 ）： 7-11

[10] 张虎 . 一种新型 β 钛合金的固溶处置试验钻研 [J].热加工工艺， 2014 ， 43 （ 22 ）： 206-207.

[11] 胡志杰，冯军宁，马忠贤，等 . 我国钛脊合金热处置尺度近况 [J]. 金属热处置， 2021 ， 46 （ 3 ）： 243-246.

[12] 鹿超龙，杨文成，权国政，等 . 固溶 + 时效处置对 TB6 钛合金组织的影响 [J]. 热加工工艺， 2021 ， 45(12): 24-28.

[13] 刘洋，王颖，刘崇智，等 . Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al 钛合金固溶 - 时效过程的析出行为 [J]. 罕见金属资料与工程，2019 ， 48 （ 6 ）： 1936-1943.

[14] 罗检，张勇，钟庆东，等 . 晶粒度对一些常用金属耐侵蚀机能的影响 [J]. 侵蚀与防护， 2012 ， 33 （ 4 ）： 349-352 ， 356.

[15] TING K. Grain size effects on the corrosion behavior of Ni 50.5 Ti 49.5 and Ni 45.6 Ti 49.3 Al 5.1 films[J]. Journal of Electro-analytical Chemistry ， 2008 ， 68 （ 14 ）： 454-461.

作者简介： 孟亚阁 （ 1998 —）， 男， 克拉玛依铁路大学在读硕士钻研生， 重要钻研钛合金的侵蚀与防护
。