【摘 要】
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钛合金材料具有低密、高强、耐腐蚀、抗疲劳等特点,是未来轻量化、高性能油气井管材用主流材料之一。本文以一种油气井钻杆用新型α+β双相钛合金—Ti5Al4Mo4VCrFe为研究对象,研究了不同退火温度、炉冷保温温度和保温时间对该合金组织、力学性能、耐蚀性能和摩擦磨损性能的影响,得到了热处理工艺对合金组织、性能的影响规律,探讨了合金的强韧化机理,为研制出强韧性匹配优异、耐腐蚀及耐磨性能良好的Ti5Al4
【基金项目】
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国家重点研发计划,项目《苛刻环境能源井钻采用高性能钛合金管材研发及应》（项目编号:2021YFB3700800）；
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钛合金材料具有低密、高强、耐腐蚀、抗疲劳等特点,是未来轻量化、高性能油气井管材用主流材料之一。本文以一种油气井钻杆用新型α+β双相钛合金—Ti5Al4Mo4VCrFe为研究对象,研究了不同退火温度、炉冷保温温度和保温时间对该合金组织、力学性能、耐蚀性能和摩擦磨损性能的影响,得到了热处理工艺对合金组织、性能的影响规律,探讨了合金的强韧化机理,为研制出强韧性匹配优异、耐腐蚀及耐磨性能良好的Ti5Al4Mo4VCrFe钛合金钻杆材料提供实验支撑和理论基础。热处理工艺试验研究结果表明,在865℃/2h/FC→730℃/2h/AC+600℃/6h/AC工艺下,Ti5Al4Mo4VCrFe钛合金的显微组织是由初生α相、条状α相和βt组织构成的三态组织,三态组织可以兼顾钛合金的强度、塑性以及韧性;在裂纹扩展过程中,钛合金中等轴α相具有协调的作用,能够推迟裂纹的萌生和扩展,提高了钛合金得塑性;条状α相会增加合金显微组织中的相界面,从而提高钛合金的强度与抗蠕变能力,同时增加裂纹扩展路径的曲折程度,改善了钛合金的韧性。通过Ti5Al4Mo4VCrFe钛合金的耐腐蚀性能研究发现,随着酸化浸泡温度的升高,钛合金的腐蚀速率急剧增大,随着第一重退火温度的升高,腐蚀速率也逐渐增大。在酸化浸泡温度为 120℃时,强韧性匹配优异的双重退火工艺865℃/2h/FC→730℃/2h/AC+600℃/6h/AC 下,钛合金腐蚀速率为 613.23mm/a,约为目前常用的钢制G105钻杆和S135钻杆腐蚀速率（6332.28mm/a、7215.95mm/a）的十分之一,具有优良的耐腐蚀性能。通过Ti5Al4Mo4VCrFe钛合金的摩擦磨损性能研究表明,随着第一重退火温度的升高,钛合金的磨损量依次增大;随着退火保温温度的升高和退火保温时间的延长,钛合金的磨损量均是先增大后减小。不同双重退火工艺处理后,合金的摩擦系数基本一致,磨损机理均包括黏着磨损和磨粒磨损。
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