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钛合金由于密度小、比强度高、耐腐蚀性能好，其管材在航空航天、海洋工程、石油化工等领域的管路系统上有着重要的应用。基于现有中强钛合金冷轧成形性差，管材加工技术不成熟，难以制备中强薄壁钛管的问题，本课题以Ti-Al-Zr-Mo-V系合金为研究对象，借助正交试验法，并结合铝当量和钼当量的合金设计理论，通过合金成分优化拟发展一种适合中强薄壁钛管生产的中强钛合金（抗拉强度=800-1000 MPa，塑性=20％）。围绕该研究目标，课题主要开展了以下几方面的工作: 采取三水平四因素正交试验法设计了9种成分不同的Ti-Al-Zr-Mo-V合金，采用真空自耗熔炼、单相区开坯锻造+两相区锻造工艺路线制备了规格为Φ100×800 mm的棒材。对各合金棒材取样，分别在相变点以下30℃完成热处理后，进行显微组织表征和力学性能测试。通过对正交试验结果进行极差分析，研究了Al、Mo、V、Zr四种合金元素对本试验成分范围内的Ti-Al-Zr-Mo-V合金组织和性能的影响规律。结果表明:1）Al元素对应变速率敏感指数影响最显著，其含量增加时，合金的应变速率敏感指数明显降低，合金强度逐渐升高;Zr元素含量变化时，初生α相体积分数、抗拉强度、延伸率、应变速率敏感指数四个指标的变化均不明显;Mo元素对初生α相体积分数、抗拉强度和延伸率的影响均最为显著，其百分含量增加时，合金强度显著升高，但初生α相百分含量和延伸率明显下降;V元素增加时，抗拉强度和延伸率的变化与Mo含量影响规律一致。2）通过极差分析，得到抗拉强度最高的合金成分为:Ti-5Al-3Zr-4Mo-3V;延伸率最高的合金成分为:Ti-4Al-1Zr-2Mo-1V;应变速率敏感指数最高的合金成分为:Ti-3Al-3 Zr-2Mo-2V;这与实验设计的Ti-5Al-3Zr-4Mo-3V、Ti-5Al-1 Zr-2Mo-1V和Ti-3Al-3 Zr-2Mo-2V三种合金成分接近。 重点选用Ti-5Al-3Zr-4Mo-3V、Ti-5Al-1Zr-2Mo-1V和Ti-3Al-3 Zr-2Mo-2V三种合金，运用X射线衍射、金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等表征技术，研究热处理温度对本试验成分范围内Ti-Al-Zr-Mo-V合金显微组织和力学性能的影响规律，为后续加工过程中热处理工艺提供参考依据。结果表明:1）随着热处理温度的升高，合金原始锻态组织中的条状初生α相等轴化程度增加，且其体积分数逐渐降低，组织逐渐演变为双态组织和魏氏组织，合金在相变点以下30-80℃热处理时可获得最佳的强度和塑性匹配，在相变点以下较低温度(670-720℃)热处理时，合金呈现出较低的强度和优良的塑性，具有较好的加工性能，可以根据实际需求对Ti-Al-Zr-Mo-V系合金选择合适的热处理制度;2）Ti-5Al-3Zr-4Mo-3V合金在790-830℃热处理后，合金中存在亚稳β相，在室温拉伸过程中发生应力诱发马氏体相变，拉伸曲线呈现出“双屈服”现象。 采用三辊冷轧机对Ti-5Al-1Zr-2Mo-1V合金进行了管材的轧制探索试验，通过5道次的冷轧工艺得到了规格为Φ12.67×0.57×658 mm的管材，管材抗拉强度为962.6MPa，延伸率为20.40％。采用背散射电子衍射技术对Ti-5 Al-1Zr-2Mo-1V合金管材轧制过程中的织构变化进行了表征，结果表明:经过第1道次轧制，织构类型由原始的B型基面织构转变为T型横向织构，经过第2、3道次的轧制，管材织构逐渐演变为双峰织构。在管材轧制减壁和减径的过程中，随着轧制道次的增加，<10(1)0>//AD织构持续增强，<0001>//RD织构占主导地位，管材内部形成明显的径向织构。 同时，本文将Ti-5Al-1Zr-2Mo-1V合金与常用TA15（Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V）、TC4ELI(Ti-6Al-4V)中强钛合金进行了管材冷轧性能的对比，结果表明:TAl5合金与TC4ELI合金在冷轧变形过程中均易发生开裂，冷轧成形性差，Ti-5Al-1Zr-2Mo-1V合金强度略低但塑性优良，在管材轧制中呈现出优异的冷加工性能。