石油化工、舰船、核电和海洋环境存在高温、高压、强腐蚀等恶劣因素，对材料的性能，特别是耐腐蚀性能要求较高。钛及钛合金具有低密度、高强韧性、高比强度等特点。此外，钛的致钝电位低，易形成致密的钝化膜，抑制基体腐蚀溶解，从而表现出良好的耐腐蚀性能。但是钝化膜易被强还原酸和无水强氧化剂破坏，因此钛合金抗还原性酸腐蚀性能仍有待提高。此外，钛合金零部件连接存在缝隙时，缝隙内钛合金缺乏氧化性物质而易阳极氧化，发生缝隙腐蚀[9]。为解决上述钛合金抗腐蚀性能的不足，国外相继开发了Ti-0.2Pd (质量分数，下同)合金和Ti-0.3Mo-0.8Ni(国内牌号TA10，以下简称TA10)钛合金，前者耐蚀性能好，但含有稀贵金属Pd而导致成本高，后者不含稀贵金属，加工性能好，在还原性酸和高温氯化物的耐蚀性能、抗缝隙腐蚀性能相对普通钛合金明显提高，因此在石油、化工、舰船、海洋工程、核燃料废物处理等领域广泛应用。

较高的成本是制约钛合金广泛应用的重要因素，这主要归因于海绵钛原材料贵、钛合金多次真空熔炼成本高和钛合金加工工艺流程长。采用电子束熔炼制备钛合金方坯，利用带钢热轧制机组连续轧制生产钛合金带卷可显著缩短钛合金加工流程，提高成材率，降低加工成本，这是近年来发展的一种新型大卷重钛带卷生产工艺。TA10钛合金为α钛合金，加工变形相对容易，但合金中Ni和Mo元素易形成Ti2Ni和β相，其形貌与体积含量对耐蚀性能有着重要影响。而TA10合金的显微组织与热加工工艺密切相关，因此有必要评估TA10钛合金热连轧板材显微组织及其性能。

沈阳工业大学联合中科院金属所、云南钛业研究团队在2023年第43卷第4期《特种铸造及有色合金》期刊上发表了题为“TA10钛合金热连轧板材显微组织及其性能”。文章研究了930℃下的热连轧对Ti-0.3Mo-0.8Ni钛合金板材显微组织与室温力学性能的影响。结果表明,热连轧有效破碎了α-TA10钛合金中α+Ti2Ni层片组织,获得了α 基体、晶界Ti2Ni颗粒、α 基体内弥散分布细小β相颗粒的显微组织,其中晶界Ti2Ni和基体内β颗粒平行于轧向呈带状分布。相对于铸态组织,热连轧板材中Ti2Ni颗粒周边存在贫Mo过渡区,而α-Ti基体内发现细小弥散分布的β颗粒,其周边无明显贫Mo过渡区。变形组织中α 基体具有较强的织构,相应板材室温力学性能表现出较强的各向异性,横向杨氏模量、屈服强度和抗拉强度都高于轧向的。

【试验方法】

采用电子束冷床炉熔炼Ti-0.3Mo-0.8Ni（TA10）钛合金板坯，板坯经铣削修磨后尺寸为200 mm×1 050 mm×8 100 mm。对修磨无缺陷板坯进行防氧化处理，预热至930 ℃，保温8 h，采用1450 mm热连轧机轧制，最终板坯出口温度为650~680℃，厚度为3 mm，轧制完成后空冷至室温。TA10热连轧板材(以下简称TA10p)合金成分检测结果见表1，金相法检测其β相变点为890 ℃。

图1为TA10p显微组织与拉伸性能检测取样位置。其中轧向(RD)和法向(ND)截面定义为L截面，横向(TD)与法向(ND)截面定义为T截面。L截面和T截面试样在研磨、抛光后，采用Kroll试剂腐蚀，在Axiovert 200MAT金相显微镜观察金相组织。采用FEI Apero扫描电镜观察铸态试样(TA10-cast)和L截面试样显微组织，并采用X射线能谱EDS分析检测典型位置的元素含量。TA10p试样经研磨、机械抛光后，采用体积比为6：59：35的HClO4、甲醇和正丁醇混合溶液在-30~-20 ℃下电解抛光制备EBSD试样，EBSD扫描步长为0.15 μm，扫描面积为80 μm×60 μm。利用CHANNEL 5软件分析显微组织Kikuchi带衬度(Band Contrast, BC Map)和小角度晶界分布图，物相分布图(Phase Map)，取向成像图(IPF Map)和取向波动图(Kernel Average Misorientation, KAM)，分析α相织构，获得相应极图和反极图。在TA10p试样L截面切取试片，经研磨、电解双喷后制备出透射电镜试样，在Tecnai G2 20透射电镜观察物相形貌和衍射斑点，套取细小弥散相衍射斑点采集暗场像，并采用透射电镜配置的X射线能谱仪EDS采集局部区域的元素分布图。在TA10p轧向和横向各抽取3支板状拉伸试样，工作段厚度2.5mm，标距35mm，按照GB/T 228标准在配有BT2-EXAMCWD.H04引伸计的Zwick Z150电子拉力试验机上检测室温力学性能，屈服前横梁位移速率为0.7 mm/min，屈服后横梁位移速率为4.9 mm/min。从TA10-cast和TA10p试样上切取20 mm×10 mm×2.4 mm块状试样，经水磨砂纸逐级研磨并抛光至2 mm厚，采用游标卡尺测量试样尺寸，使用石油醚和酒精清洗试样，冷风吹干，采用Mettler AE240高精度天平称量，存放在干燥器皿中备用。

图1 TA10钛合金热连轧板材组织观察与性能检测取样位置示意图

【图文结果】

TA10钛合金930℃热连轧板材形成短棒状Ti2Ni颗粒带状分布于α晶界，球形β相和纳米Ti2Ni颗粒弥散分布于α基体内的显微组织。

TA10钛合金热连轧板材晶界Ti2Ni相周边存在贫Mo过渡区，α基体内β相和纳米Ti2Ni颗粒周边无明显贫Mo区，前者Mo含量高，Ni含量略高于基体，而后者Ni含量高，Mo含量与基体接近。

TA10钛合金热连轧板材中α相基体具有较强的织构，相应板材室温力学性能表现出较强的各向异性，横向杨氏模量、屈服强度和抗拉强度都高于轧向。

图2 TA10钛合金铸锭显微组织

图3 TA10钛合金热连轧板材L截面背散射电子像

图4 TA10钛合金热连轧板材L截面EBSD分析

（ａ）极图

（b）反极图

图5 TA10钛合金热连轧板材中α相极图和反极图

图6 TA10热连轧板材典型组织透射电镜明场像与不同位置选区衍射斑点

图7 TA10钛合金热连轧板材晶粒内细小颗粒透射电镜明场像及其能谱面扫描分析

图8 TA10钛合金连轧板材不同方向试样拉伸工程应力-应变曲线