Inconel 718，也被称为“合金 718”，被命名为 UNS N07718 或 W.Nr.2.4668（中国等级：GH4169）。 它是一种时效硬化的 Ni-Cr-Fe 高温合金，含有大量的铁、铌和钼以及少量的铝和钛。 添加钛和铌是为了克服焊接和焊缝修复过程中的应变时效裂纹问题。 铬镍铁合金 718 结合了耐腐蚀性和高强度，并具有优异的可焊性，包括焊后的抗裂性。 这种合金在高达 1300 °F [700 °C] 的温度下具有优异的蠕变断裂强度。
Inconel 718 合金在 -253°C ~ 700°C 的温度范围内具有优异的总性能，这是由于体心四方 γ' 相和 FCC γ' 相沉淀。 低于 650 °C 的屈服强度是锻造高温合金中最高的。 具有良好的抗疲劳性、耐辐射性、抗氧化性和耐腐蚀性，并具有良好的机械加工性、焊接性和长期结构稳定性。 它可以生产各种形状复杂的零件，在上述温度范围内广泛应用于航空航天、核能和石油工业。
ASTM B564 （UNS N06718） Inconel 718 锻造戒指
Inconel 718 是一种含铌和镍铬合金的沉淀硬化钼合金，在 700°C 时具有高强度、高韧性，在高低温环境下具有优异的耐腐蚀性。 它可以在固溶处理或沉淀硬化状态下运输。
易于加工。
它在 700°C 时具有很高的拉伸强度、疲劳强度、蠕变强度和断裂强度。
1000°C 时的抗氧化性。
即使在低温下也能保持稳定的化学成分。
它的特点是焊接性好。
718 合金在高温和低温环境中均具有出色的抗应力腐蚀开裂和点蚀性能。 718 合金在高温下特别耐氧化。
合金的化学成分可分为XNUMX类：标准组分、优质组分和高纯度组分。 高质量的成分可以在标准成分的基础上减少碳和增加铌，从而减少碳化铌的量，减少疲劳来源，增加增强阶段的数量，提高抗疲劳性和材料强度。 同时，它降低了有害杂质和气体的含量。 高纯度成分基于高质量标准降低硫和有害杂质的含量，提高材料的纯度和整体性能。
必须控制用于核能应用的 Inconel 718 合金的硼含量（其他元素不变），具体含量由双方协商确定。 对于 ω （b） ≤ 0.002%，合金牌号为 Inconel 718A，与航空航天工业中使用的 Inconel 718 合金不同。
分类C铬镍公司莫铝钛铁
标准≤0.0817.0-21.050.0-55.0≤1.02.80-3.300.30-0.700.75-1.15
高质量0.02-0.0617.0-21.050.0-55.0≤1.02.80-3.300.30-0.700.75-1.15
高纯度0.02-0.0617.0-21.050.0-55.0≤1.02.80-3.300.30-0.700.75-1.15
分类铌B毫克锰四PS铜钙
≤
标准4.75-5.500.0060.010.350.350.0150.0150.300.01
高质量5.00-5.500.0060.010.350.350.0150.0150.300.01
高纯度5.00-5.500.0060.0050.350.350.0150.0020.300.005
分类碧锡铅银硒特TlNO
≤
标准–-0.0005–0.0003––––
高质量0.0010.0050.0010.0010.0003––0.010.01
高纯度0.000030.0050.0010.0010.00030.000050.00010.010.005
密度，磅/英寸3熔融范围70°F 时的比热，Btu/lb°F居里温度，°F （°C）在 200 Oersted 和 70°F 下透明
退火°F21°C、J/kg °C）退火材料退火材料
0.2962300-24370.104（435）<-320（<-196）1.0013
密度 （g/cm）3)弹性模量 （GPa）熔点 （°C）)
8.24 204.91260-1320
Thermal Conductivity （导热系数）硬度 热放大系数 （21 – 93°C）
（W（m•°C))（哈佛商学院）°C 时为 10-6×m/m
14.7346-45013.0
棒材、棒材、线材ASTM B166
板材、片材、条ASTM B168、ASTM B906
无缝管和管ASTM B167、ASTM B829
焊接管ASTM B472
焊接管ASTM B564
产品形态标准
合金具有不同的热处理系统，可以控制晶粒大小、形状、分布和δ相的数量，以获得不同的机械性能。 合金的热处理方案可分为以下XNUMX种：
（1） （1010 – 1065） °C±10°C，1 小时，油冷，风冷或水冷 +720°C±5°C，8 小时，炉冷 50°C/h~620°C±5°C，8 小时，风冷。 结果表明：加工物的粒径较粗，晶界和晶粒无δ相，对缺口敏感，但有利于改善冲击性能和抵抗低温氢脆。
（2） （950~980）°C±10°C，1h，油冷、风冷或水冷+720°C±5°C，8h，炉冷50°C/h~620°C±5°C，8h，风冷。 它是最常用的热处理系统，也称为标准热处理系统。
（3） 以 620°C/h 的速度冷却 5 小时至 8°C ±50°C，然后冷却 8 小时。 加工后，材料中的δ相减少，材料的强度和冲击性能得到改善。 这种方法也称为直接时效热处理法。
在空气介质中 100 小时后的氧化速率如表所示。
θ/°C6007008009001000
氧化速率 / （（g / （m2·h））0.01760.02770.03510.09610.1620
由于 Inconel 718 合金的铌含量高，合金中的铌偏析成分与冶金过程直接相关。 电渣重熔和真空电弧熔炼的熔化速率和电极棒的质量状态直接影响材料的质量。 它具有快速的溶解速度，容易形成富含铌的黑点。 缓慢的熔化速度会导致形成铌中贫乏的白点。 如果电极棒的表面质量差，电极棒内部存在裂纹，则容易发生白癜风。 因此，提高电极棒质量、控制熔化速率、提高钢锭凝固速率是冶炼过程中的重要因素。 为避免钢锭中元素的过度离析，目前使用的钢锭直径不超过 508 毫米。 在均质过程中，必须确保钢锭中的 L 相完全溶解。 钢锭的两级均质和中间坯的二次均质化的时间由钢锭和中间坯的直径决定。 均质过程的控制与材料中铌的偏析程度直接相关。
目前生产的均质工艺为1160°C、20h+1180°C、44h不足以去除钢锭中心的偏析，因此
，建议使用以下工艺：
50°C-1160°C、20h-30h+1180°C-1190°C、110h-130h;
60°C，24 小时 +1200°C，70 小时。
均质化处理后，合金表现出良好的热加工性能。 钢锭开口的加热温度不应超过1120°C。 锻造工艺应根据锻件的用途和应用要求来确定。 锻件，结合生产工厂的条件。 开坯生产锻件时，应根据军用零件所需的微观组织和性能来确定中间退火温度和最终温度。 通常，锻件的终端温度控制在 930°C~950°C。 每个锻件的锻造温度和变形程度如下表所示。
锻造类初级锻造初级锻造二次锻造二次锻造粒度和等级粒度和等级
加热温度/°C变形量/%加热温度/°C变形量/%基本粒度单独的大颗粒
常规1065-1090-1040-1065–4-6允许以下操作：
高强度1040-1065–1010-104030-508≥2
直接处方995-1025> 50970-995> 5010≥2
Incoloy 718 合金的适宜热作温度为 1120~900°C，冷却方式可以是水淬或其他淬火方法。 为保证最佳性能，热加工后必须及时进行退火。 在热加工过程中，必须将材料加热到加工温度的上限。 为了确保加工过程中的塑性，变形达到 20% 的最终加工温度不应低于 960°C。
固溶处理后应进行冷作。 Incoloy 718 的加工硬化率高于奥氏体不锈钢，因此需要对加工设备进行相应调整，并且在冷加工过程中需要一个中间退火工艺。
不同的固溶处理和时效处理工艺具有不同的材料性能。 由于 γ 相的扩散速率相对较慢，长期时效处理提供了 Incoloy 718 合金的最佳机械性能。
Incoloy 718 工件焊缝附近的氧化物比不锈钢更难去除，必须用细砂带抛光。 在用硝酸和氢氟酸的混合物进行酸洗之前，用砂纸去除氧化物或在盐浴中进行预处理。
镍和钴基耐腐蚀、耐温和耐磨合金，例如 Inconel 718，在加工时被归类为中等到困难。 然而，应该强调的是，这些合金可以使用传统的制造方法以令人满意的速度进行加工。 这些合金在加工过程中会迅速硬化，在切割过程中会产生高热量，焊接到切削工具的表面，并且由于剪切强度高，因此具有很高的抗金属去除能力。 以下是加工操作过程中需要考虑的一些要点：
容量 - 机器应尽可能坚固和强大。
刚度 – 工件和工具必须紧紧握住。 最大限度地减少工具伸出。
工具锋利度 - 确保工具始终锋利。 定期用磨刀更换它，而不是根据需要更换。 0.015 英寸的耐磨压盖被认为是钝器。
工具 – 大多数加工操作使用正前角工具。 对于间歇性切割或去除大量材料，可以考虑使用负前角工具。 对于大多数应用，建议使用硬质合金刀片刀具。 即使在低生产率下也可以使用高速刀具，通常推荐用于间歇切削。
强力切削 - 要保持强力切削运动，请使用重且恒定的进给。 如果放慢进给速度并且刀具留在切削中，则会发生加工硬化，这将缩短刀具寿命并阻止获得精确的公差。
带有托盘、篮子和固定装置的热处理设备。
钢丝退火、辐射管、高速燃气燃烧器、网带炉。
氨溶罐需用 i 和催化剂支撑网格进行重整，用于硝酸生产。
硫磺酸洗厂中使用的加热管、容器、篮子和链条。
排气系统零件。
管道系统。
固体废物焚烧炉的燃烧室。
管道支架和灰烬处理部分。
排气排毒系统组件。
氧气到加热器。
热交换管。
管件。
法兰。
真空管。
品种分类：
纱线管行业可以制造各种规格的 Inconel 718 无缝管、Inconel 718 钢板、Inconel 718 圆棒、Inconel 718 锻造、Inconel 718 法兰、Inconel 718 管件、Inconel 718 焊管、Inconel 718 钢带、Inconel 718 焊丝和辅助焊接材料。
交货状态：
无缝管：固溶体+酸性白，长度可配置;
板：固溶、酸洗、修整。
焊接管：固溶体酸性白+RT%探伤;
锻造：退火 + 汽车抛光。 棒材经过锻造和轧制、表面抛光或车辆抛光。
带材在冷轧、固溶软态和脱氧后交付。
我们提供固溶体盘、直带和固溶直带，这些带材是在轻质状态下将线材精细粉碎制成的。
Inconel 718 镍基合金，高 H2S / CO2 对酸性油气田封隔器材料进行固溶处理和时效处理，研究了不同热处理工艺条件下合金的结构、力学性能和耐腐蚀性之间的关系。 结果表明，随着固溶体温度的升高δ相溶解在基体中。
近年来，随着石油工业的发展，相继发现了高硫化氢气田和二氧化碳气田。
高 H 封隔器材料2S / CO2 在气田中，要求具有优异的耐腐蚀性，并承受 70 MPa 的差压。 我们发现现有的碳钢和合金钢封隔器难以满足高 H 的要求。2S / CO2 根据住友和 NKK 的选择表，只有镍基合金适合开发高 H。2S / CO2 酸性气体田、金属材料。
Inconel 718 是一种经过时效强化的高温合金。 由于其出色的整体性能，这种合金被广泛用于航空航天应用。 据报道，约 35% 的高温合金产品由 Inconel 718 制成。 近年来，国外石油公司哈里伯顿的镍基合金Inconel 718在油田得到应用，用作封隔器的主要材料，并取得了良好的效果。 其技术完善，封隔器设计先进可靠，具有结构健全等特点。 但是，我国高酸性油气田用封隔器材料的开发在技术上仍依赖于国外公司。 在本研究中，通过各种热处理工艺分析了 Inconel 718 镍基合金的微观组织和机械性能，以提前评估其耐腐蚀性。 鉴于其机械性能和耐腐蚀性，我们提供了合适的热处理工艺体系，为生产酸性油气田封隔器提供了理论依据。
1.1 材料准备本研究中使用的
Inconel 718 镍基合金取自封隔器本体，其化学成分如表 1 所示。 合金被轧成 3 毫米厚的板，然后在不同的温度下凝固和时效。 将各种热处理合金制备成相应尺寸的样品，用于微观结构、机械性能和耐腐蚀性测试。
1.2 实验方法 固
溶处理：将物料在炉中以200°C/h加热至940、960、980、1000、1020、1040、1060°C，保温1小时，用水冷却。 老化处理：固溶处理试件 720°C保温8h，50°C/h冷却~620°C保温8h，风冷。
表 1 Inconel 718 的化学成分（质量分数/%） 微观结构
分析：使用 S-360 扫描电子显微镜在结构中观察热处理样品，并使用 JEM-2100 透射电子显微镜评估老化沉淀相的结构。
机械性能测试：洛氏硬度用 HRS-150 测量。 将试样分为 13 组，每组 1 块，加工成 XNUMX 毫米× XNUMX 毫米细丝，经凝固+老化处理后，分别进行拉伸试验，屈服强度、拉伸强度和伸长率由平均值测定。
悬挂腐蚀实验：试样尺寸为50mm×10mm×3mm，经研磨、洗涤、干燥后，放入高温高压反应器中放置7天（168小时）进行腐蚀实验。 实验条件为 COXNUMX。
2 分压 6 MPa， H2S 分压 6 MPa，介质温度 120°C，加入 S 10 g/L。 实验完成后，取出试件记录表面的腐蚀情况，计算平均腐蚀速率。 计算平均腐蚀速率。
应力腐蚀试验：按GB/T 15970.2-2000标准试验。 腐蚀性环境为 H。2S 分压 5 MPa， CO2 分压为 11 MPa，向溶液中加入 3 g/LS，实验温度为 160°C，实验所用液体为普美津油气田的模拟水。 我们进行了高温高压 720h 应力腐蚀实验。
2.1 热处理对组织
的影响图 1 显示了 Inconel 718 合金在不同温度下固溶处理的扫描电子显微镜照片。 如图 1 所示，随着固溶体温度的升高，奥氏体晶粒会生长。 当固溶体温度低于 1000°C 时，奥氏体基体相和δ相组织起来，当固溶体温度超过 1020°C 时δ所有相都溶解在奥氏体中。 结果表明，当加热温度超过 650°C 时，合金中不稳定的 γ'' 相分解成稳定的 δ相。 能谱分析显示白色颗粒是δ相的。 合金中δ的分布和数量随着温度的升高而明显不同。 当固溶体温度 （940°C） 较低时，δ相通常分布在晶界处。 随着温度的升高（960~1000°C），δ相的数量减少，在颗粒内部可以看到颗粒状的δ相。 当温度上升到 1020°C 时，在 10,000 倍放大的照片中无法确认 δ 相的存在，可以判断所有δ相都溶解在奥氏体结构中。
图 1：在不同温度下
处理的 Inconel 718 合金的 SEM 照片 （a） 940°C 下的固溶体。 （b） 960°C 时的固溶体。 （c） 980°C 时的固溶体。 （d） 1000°C 下的固溶体。 （e） 1020°C 时的固溶体。 （f） 980°C 固溶体和能谱分析结果的“+”部分
图 2 显示了合金在 720°C ×8 h （
50°C/小时
→） 620°C×8h。 与图 1 中的结构（固溶处理）相比，没有明显的变化，时效处理没有改变δ相的分布或数量，也没有改变原始奥氏体晶粒的大小。 老化处理温度。
Inconel 718 由 γ''（Ni3Nb） 增强。 γ'' 尺寸如此之小，以至于很难用扫描电子显微镜观察。 图 3 显示了透射电子显微镜在 1020°C 下进行固溶处理和时效处理的形态和相应的衍射点。
图 2 Inconel 718 合金
720°C×8h→-620°C×8h 时效处理的 SEM 照片 （a） 940°C 固溶体 + 时效。 （b） 960°C 固溶体 + 老化。 （c） 980 英寸固溶体 + 老化。 （d） 1000°C 固溶体 + 时效处理。 （e） 1020°C 固溶体 + 老化。
从图 3（a） 中，我们可以看到矩阵包含大量的位错。 该区域的衍射分析表明只有 3 组光斑，如图 XNUMX （b） 所示。 可以计算出，与该衍射点相对应的晶体结构是面心立方晶体。
样品在 1020°C 下固溶后，所有第二相颗粒都溶解在基质中，没有 δ、γ' 或 γ'' 相。 在 720°C 和 620°C 下双重老化后，第三相的颗粒从基体中沉淀出来。 图 3（d） 显示了 20 组衍射点的采集。 基体产生一组亮相，而暗集（被分析并称为晶体结构）是体心四方晶系，被确定为 γ'' 相。 图 XNUMX（c） 显示 γ'' 相颗粒非常小，大小约为 XNUMX nm，并且大量均匀分布在基质中。
图 3 Inconel 718 合金经过各种处理
后的透射电子显微照片 （a），（b） 1020°C 固溶处理的透射电子显微照片。 （c）， （d） 固溶体 +1020°C 老化的透射电子显微照片。
2.2 热处理对机械性能
的影响2.2.1 固溶处理和时效处理后硬度的
比较 从图 4 中可以看出，洛氏硬度随着固溶体温度的升高而趋于降低。 这是因为随着固溶体温度的升高，γ'相、γ''相和δ相的材料逐渐溶解在奥氏体基体中，扩散强化作用减弱。 此外，当固溶体温度升高时，晶粒长大，晶界强化作用减弱，硬度值降低。
图 4 固溶处理和时效处理后的
硬度比较 与固溶处理的硬度值相比，时效后材料的硬度值大大提高。 时效后的硬度与初始固溶处理温度密切相关，硬度值随固溶温度的升高呈先增后减小的趋势。 当进行 1000°C 固溶 + 时效处理时，硬度非常高。
2.2.2 固溶 + 时效处理
后合金的拉伸性能图 5 显示了 Inconel 718 合金在不同温度下固溶 + 时效处理后在室温下测得的应力-应变曲线。
图 5 Inconel 718 合金在不同温度下固溶 + 时效处理后的应力-应变曲线
从图 5 中发现 Inconel 718 合金的弹性模量为 205 GPa。 表 2 显示了屈服强度、拉伸强度和伸长率。 表 2 显示，材料老化后的强度表现出一种现象，即随着固溶体温度的升高，强度先增加后降低。 这与硬度测试的结果完全一致。 屈服强度和拉伸强度在 1000°C 固溶体 + 时效时可以获得非常大的值。
表2 Inconel 718合金在不同固溶温度+时效后的力学性能
Inconel 718 合金在 γ'' 相析出后，时效后的强度和硬度显着增加。 合金的主要强化相是 γ'' 相，其尺寸非常小，在基体中分布均匀。 当固溶体温度较低时，合金中存在δ相。 时效后，δ相仍然存在，δ相中含有许多Nb元素，因此体积分数较大，导致相对少量的γ''相形成，并且随着固溶体温度的升高，γ''相的形成数量增加。 时效后析出的 γ“ 相增加，强度和硬度增加。 但当固溶温度超过1000°C时，时效后的γ''相数将不再增加，奥氏体晶粒的生长会更加明显，从而使合金的强度和硬度降低。
2.3 热处理对耐腐蚀性能
的影响2.3.1 腐蚀悬挂实验的结果
图 6 显示了 Inconel 718 镍基合金在各种热处理下的腐蚀速率。 Inconel 718 的整体腐蚀速率非常低。 固溶处理合金的腐蚀速率略低于时效后的腐蚀速率。 这主要是由于时效后合金中 XNUMX 相颗粒的析出，小相 XNUMX 颗粒充当阴极相，增加了腐蚀微孔的数量并增加了合金的失重。
图 6 各种热处理样品的腐蚀速率 通过
SEM 和 EDS 分析腐蚀产物膜。 图 7A 显示了在 1000°C 下固溶处理后样品表面的腐蚀产物膜的形成。 腐蚀不严重。 老化后样品表面的腐蚀产物膜[图 7（b）]较厚，通过 EDS 光谱分析时，主要含有 Fe、S 和 Ni 等元素。 老化后样品表面的腐蚀产物膜（图 7（c）） 不严重，老化后样品表面的腐蚀产物膜较厚。
影响 H 的因素2S / CO2 镍基合金的应力腐蚀能力包括温度 H。2S 浓度、pH 值、CO2
内容、材料因素。 在某些外部条件的情况下，材料本身在因素中也起着非常重要的作用：合金的化学成分、微观结构等因素。 镍基合金 Inconel 718 具有优异的耐腐蚀性，主要是由于镍本身的电极电位高，钝化能力强，对卤化物元素稳定性高，其次是 Cr、Mo、Cu、W 等合金元素。 优异的耐各种介质腐蚀性能。 最后，适合 Inconel 718 耐腐蚀性的热处理系统将对 Inconel 718 的耐腐蚀性产生重大影响。 固溶处理的材料比老化材料表现出更好的耐腐蚀性，但只有在固溶处理后才能达到 Inconel XNUMX 的耐腐蚀性。 该材料的机械性能不能满足油田生产的需要。 从腐蚀速率的角度来看，时效处理后的材料腐蚀速率也非常低。 它具有较高的强度和硬度，完全可以满足油田所用材料的要求。
图 7 腐蚀后固溶体和固溶体 + 老化样品的
扫描电镜 （a） 1000 °C 下的固溶体。 （b） 1000°C 固溶体 + 老化。 （c） 1000°C 固溶体 + “□” 部分老化和能谱分析结果
2.3.2 H
2S / CO2
应力腐蚀试验 图 8 显示了在高温高压 H 下进行 720 小时应力腐蚀试验后试样表面的宏观和微观形貌。2S / CO2
它含有大量的氯离子，没有应力腐蚀开裂。 合金表面有腐蚀产物，但腐蚀产物很薄，均匀分布在表面上。 用扫描电子显微镜观察时，材料加工过程中样品表面有一些不规则和划痕，但没有裂纹的痕迹。
图 8 H 后样品和样品表面的 SEM 照片
2S / CO2 高温高压
下的应力腐蚀 （a） 腐蚀后的宏观形式。 （b） 腐蚀
后的微观形貌 实验表明，热处理的 Inconel 718 具有良好的耐腐蚀性，并以良好的 H 模拟了 Uramitsu 气田的环境。2S / CO2 具有优良的耐应力腐蚀性能，可选择作为封隔器的主要材料。
（1） δ相随着固溶体温度的升高而溶解。 当温度达到 1020°C 时，δ相完全溶解在奥氏体基体中。
（2）当合金在720 °C和620 °C下进行双重时效处理16 h时，δ相的含量与固溶体中的含量基本相同。 老化后，γ '' 相以约 20 nm 的大小沉淀，并均匀分布在基质中。
（3）固溶处理后材料的硬度随温度的升高而降低，时效后材料的硬度显著增加。 固溶体温度 1000°C + 时效合金的硬度、屈服强度和抗拉强度最高。
（4） 高温高压2S / CO2 在腐蚀实验中，Inconel 718 表现出优异的均匀耐腐蚀性和耐应力腐蚀性。 考虑到材料的耐腐蚀性和机械性能，最佳热处理工艺确定如下： 1000°C 固溶 1h+720°C×8h （50°C/小时→） 620°C×8 小时老化。
