إنكونيل 718 (UNS N07718) عبارة عن مادة تتصلب بالترسيب النيكل والكروم والحديد سبيكة فائقة تجمع بين قوة الشد والإنتاجية العالية جداً مع مقاومة ممتازة للتآكل وقابلية اللحام؛ وعندما يتم توفيرها في ظروف المعالجة الحرارية API/NACE/API-6A CRA فإنها تلبي حدود الصلابة والقوة المطلوبة لمعدات النفط والغاز ذات الخدمة الحامضة، وهي إحدى السبائك الأساسية المقاومة للتآكل المستخدمة في المكونات عالية التحمل في قاع البئر والمكونات السطحية.
ما الذي يجعل Inconel 718 مختلفاً
ينشأ أداء سبيكة 718 من مصفوفة متوازنة من النيكل والقاعدة المعززة بواسطة ترسيبين رئيسيين (γ ″ وγ) يتم إنتاجهما أثناء التقادم المتحكم فيه. وتتمثل النقطة الفريدة في السبيكة في أن البنية المجهرية القابلة للمعالجة بالحرارة تسمح بزيادة كبيرة في قوة الخضوع والشد مع الحفاظ على ليونة جيدة وقابلية اللحام. وهذا يجعل من الممكن توريد مكونات تفي بحدود NACE MR0175/ISO 15156 وAPI 6A CRA للصلابة والإنتاجية - وهو أمر بالغ الأهمية لبيئات الخدمة الحامضة.
التركيب الكيميائي والخصائص المعدنية
نطاقات التركيب النموذجية (wt%) ل Inconel 718 هي تقريبًا:
| العنصر | النطاق النموذجي (wt%) |
|---|---|
| النيكل (ني) | ~50-55 |
| الكروم (Cr) | ~17-21 |
| الحديد (Fe) | الرصيد (حوالي 17-20) |
| النيوبيوم + التنتالوم (Nb+Ta) | ~4.75-5.5 |
| الموليبدينوم (Mo) | ~2.8-3.3 |
| التيتانيوم (Ti) | ~0.65-1.15 |
| الألومنيوم (Al) | ~0.2-0.8 |
| الكربون (C) | ≤ 0.08 |
| المنغنيز (Mn)، السيليكون (Si)، الكبريت (S)، الفوسفور (P) | حدود التتبع |
(يجب أن تتبع النطاقات الكيميائية التعاقدية الدقيقة المواصفات المذكورة في طلب الشراء - حيث تدرج المتغيرات API أو AMS أو ASTM تفاوتات مختلفة قليلاً).
ملاحظات معدنية
-
مراحل الترسيب: γ ″ (Ni₃Nb) هو طور التصلب الرئيسي في 718؛ ويساهم γ (Ni₃(Al،Ti)) أيضًا. ويحدد التحكم في Nb/Ti/Al والتاريخ الحراري حجم الترسيب وجزء الحجم.
-
الكربيدات ومرحلة دلتا (δ): يمكن أن يؤدي الإفراط في δ (Ni₃Nb، أو الكربيدات الخشنة) أو الكربيدات الخشنة إلى تدهور الصلابة والليونة؛ وتستخدم جداول التلدين بالمحلول والشيخوخة لتقليل المراحل الضارة.
-
ممارسة التوطيد: تُستخدم مسارات الصهر المتعددة (VIM/VAR أو ESR) للمطروقات عالية التكامل في مجال الطيران أو النفط والغاز.
الخصائص الميكانيكية - متغيرات API النموذجية والعالية القوة
يباع Inconel 718 في مجموعة من الظروف بدءًا من الملدن (أقل قوة) إلى أعلى درجات الصلابة (الأعلى). يتم تصلب درجات حقول النفط API/NACE بعمرها وغالبًا ما يتم إنتاجها لتلبية الحد الأدنى المحدد لقوة الخضوع أو حدود الصلابة.
الجدول الميكانيكي التمثيلي (العمر النموذجي/حالة الذروة)
| الممتلكات | القيمة النموذجية (ذروة العمر) |
|---|---|
| 0.2% إجهاد الإثبات (Rp0.2) | ~760-1,000 ميجا باسكال (110-145 كسي) حسب الحالة |
| قوة الشد (Rm) | ~حوالي 1,000-1,300-1,300 ميجا باسكال (145-190 كسي) |
| الاستطالة (أ في 2") | 10-25% (يعتمد على حجم القسم والمعالجة) |
| الصلابة (HRC) | عادةً ما يكون ≤ 40 HRC للامتثال لـ NACE؛ أعلى لبعض الإصدارات عالية القوة |
فئات API 6A CRA / 'API-718': تقسم ممارسات API/الموردين عادةً 718 API إلى فئات حسب الحد الأدنى للإنتاجية: ~ 120 كسي (≈827 ميجا باسكال) و ~140 كسي (≈965 ميجا باسكال) وبعض أنواع المنتجات عالية القوة تطالب بـ 150 كسي في أشكال منتجات محددة. تم تصميم هذه المتغيرات مع تقادم دقيق لتحقيق العائد المستهدف مع التحكم في الصلابة للخدمة الحامضة.
المعالجة الحرارية، والتصلب العمري والتحكم في البنية المجهرية
التسلسل النموذجي للحصول على القوة العالية هو:
-
التلدين بالمحلول (المعالجة بالمحلول): درجة حرارة عالية (≈980-1035 درجة مئوية / ≈1800-1900 درجة فهرنهايت) للتجانس ولإذابة النحاس الأصفر والمراحل الأخرى، يليها التبريد (تبريد الهواء).
-
الشيخوخة (شائعة الاستخدام على خطوتين): على سبيل المثال، دورة التقادم القياسية 718: 720 درجة مئوية (≈1320-1350 درجة فهرنهايت) لمدة 8 ساعات، ثم التبريد إلى 620 درجة مئوية (≈1150 درجة فهرنهايت) مع الثبات لمدة 8 ساعات، ثم التبريد بالهواء (توجد العديد من المتغيرات الخاصة). وينتج عن ذلك توزيع دقيق للراسبات γ/γ′′ الذي يعطي قوة الخضوع والشد العالية.
نصائح عملية
-
التحكم في الشيخوخة: تغير الانحرافات الصغيرة في درجة حرارة/وقت التعتيق من القوة والصلابة. بالنسبة للامتثال لمعيار NACE/MR0175، يستخدم المنتجون تسلسلات مصممة خصيصًا للبقاء تحت الحد الأقصى للصلابة (عادةً 40 HRC) مع تحقيق الحد الأدنى من الإنتاجية.
-
تأثيرات حجم القسم: المقاطع العرضية الأكبر حجمًا تتقدم في العمر وتبرد ببطء أكبر؛ ويمكن أن تختلف الخواص الميكانيكية باختلاف سُمك المقطع. تتطلب المواصفات في بعض الأحيان إجراء اختبارات الخصائص على أحجام المقاطع التمثيلية.
المعايير الدولية ومتطلبات معهد البترول والغاز الأمريكي للنفط والغاز API / NACE
المستندات والمواصفات الهامة التي يُستشهد بها عادةً في مجال النفط والغاز 718:
-
API 6A / API 6A CRA (ملحق): يحدد متطلبات سبائك النيكل القابلة للتقسية العمرية المستخدمة في معدات رؤوس الآبار والأشجار وقاع البئر. ويحدد توقعات المعالجة والاختبار للمواد المستخدمة في معدات الضغط.
-
NACE MR0175 / ISO 15156 (الجزء 3): يوفر متطلبات للمواد المقاومة للتشقق المستخدمة في البيئات المحتوية على H₂S؛ يمكن إدراج سبيكة 718 مع حدود درجة الحرارة/الضغط وقيود الصلابة. يتطلب الامتثال معالجة حرارية وحدود صلابة محددة (غالبًا ما تكون Rockwell C ≤ 40 في حالة التقادم).
-
AMS / ASTM / ASTM B637 / AMS5662 / AMS5663: مواصفات المشتريات الفضائية والصناعية التي تصف ظروف التلدين بالمحلول أو التقادم أو غيرها من الظروف مع اختبارات القبول المرتبطة بها.
النقاط التعاقدية الرئيسية لأوامر الشراء
-
حدد رقم UNS (UNS N07718).
-
ارجع إلى المعيار الدقيق (API 6A CRA rev X، NACE MR0175 ed Y).
-
اذكر الحد الأدنى المطلوب من المردود الأدنى والصلابة القصوى بشكل صريح.
-
تضمين الاختبارات المطلوبة (الاختبارات الميكانيكية والميكانيكية والكيميائية والكيميائية والبنية المجهرية) وإمكانية التتبع (أرقام الحرارة، وشهادات المطاحن).
سلوك التآكل والحدود البيئية
توفر سبيكة 718 مقاومة قوية للتآكل العام والتآكل الحفري والتآكل الشقوق في العديد من بيئات الكلوريد ولديها مقاومة معقولة للتشقق الناتج عن H₂S شريطة أن تفي المادة بضوابط الصلابة والمعالجة الحرارية الخاصة بـ NACE/ISO.
بيئات H₂S (الحامضة)
-
يصنّف NACE MR0175/ISO 15156 المذيبات ذات الصلابة الحامضة ويضع حدودًا لدرجة الحرارة/الضغط الجزئي. بالنسبة ل UNS N07718، يضع الجدول A.32 قيودًا على درجة الحرارة والضغط القصوى للخدمة الحامضة ويؤكد على الحاجة إلى المعالجة الحرارية الخاضعة للرقابة ومراقبة الصلابة. يزيد الفشل في الوفاء بحد الصلابة من التعرض للتشقق الإجهادي الكبريتيدي والتقصف الهيدروجيني.
البيئات الأخرى
-
مياه البحر ومحلول الكلوريد الملحي: تقاوم سبيكة 718 التنقر بشكل أفضل من العديد من أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ، ولكن لا يزال من الممكن أن تتعرض لهجوم موضعي في ظروف الكلوريد الراكدة أو شديدة العدوانية.
-
مقاومة الأكسدة: تعتبر درجات حرارة الخدمة التي تصل إلى 650-700 درجة مئوية تقريبًا (≈1200-1300 درجة فهرنهايت) نموذجية للاحتفاظ بالقوة؛ لمقاومة الأكسدة المستمرة في درجات حرارة أعلى، قد تكون سبائك النيكل الأخرى مفضلة.
التصنيع واللحام والربط
أحد أسباب استخدام 718 على نطاق واسع هو قابليتها للحام مقارنةً بالعديد من السبائك عالية القوة.
-
قابلية اللحام: يتم لحام 718 بشكل جيد باستخدام معادن حشو مطابقة؛ وتنشأ المشاكل إذا تم إهمال المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT). يعد التلدين بالمحلول بالإضافة إلى التقادم على التجميعات الملحومة أمرًا شائعًا بالنسبة للأجزاء الحرجة.
-
اختيار حشو اللحام: استخدام مواد حشو مطابقة أو معتمدة تسمح بالتعتيق بعد اللحام لإنتاج سلوك ميكانيكي وتآكل متوافق.
-
التشويه والإجهاد المتبقي: نظرًا للقوة العالية، فإن التركيبات الصحيحة والتركيبات الصحيحة وتسلسلات اللحام المضبوطة مطلوبة للأجزاء ذات التفاوت الضيق.
-
التصنيع الآلي: في حالة التقادم يكون من الصعب تصنيع 718 في حالة التقادم بسبب قوته العالية - العديد من المصنّعين يصنعونه في حالة لينة (ملدنة بالمحلول) ثم يطبقون دورة التقادم.
التطبيقات في مجال النفط والغاز والفضاء
النفط والغاز (التركيز الأساسي لـ API 6A CRA 718):
-
الحزم، والشماعات، والشماعات، والوصلات، وموصلات قاع البئر، وصمامات الأمان/التخفيف، وموانع التسرب، والمثبتات عالية القوة. إن قدرة 718 على الجمع بين القوة والقدرة على الخدمة الحامضة تجعلها دعامة أساسية لمعدات الإكمال والحفر.
الفضاء وتوربينات الغاز
-
كانت أقراص التوربينات والأعمدة والمثبتات تستخدم تاريخيًا أنواعًا قديمة من سبيكة 718 (شروط AMS). وقد أدى الطلب في مجال الفضاء الجوي إلى التطوير المبكر لهذه السبيكة بسبب مقاومتها للزحف وخصائصها المتعلقة بالتعب.
قطاعات أخرى:
-
المكونات النووية، وأعمدة المضخات ذات الضغط العالي، وبعض معدات المعالجة الكيميائية التي تحتاج إلى قوة عالية ومقاومة للتآكل.
الفحص والاختبار والتأهيل للخدمة الحامضة
تتضمن مصفوفة الاختبار الشائعة لتوريد API 718 ما يلي:
-
تحديد المواد الإيجابية (PMI): تأكيد التركيب.
-
الاختبارات الميكانيكية: الشد والخضوع والاستطالة على العينات التمثيلية.
-
اختبار الصلابة: روكويل C و/أو برينل عبر المجموعة - إلزامي للامتثال لـ NACE MR0175.
-
فحص البنية المجهرية: لتوزيع الرواسب وحجم الحبيبات وغياب الأطوار الضارة.
-
الاختبارات غير المتلفة (NDT): جسيمات مغناطيسية (للشوائب المغناطيسية)، مخترق سائل، فوق صوتي كما هو محدد.
-
فحص تقصف الهيدروجين/اختبار التقصف الهيدروجيني/اختبار SSC: مطلوب في بعض التطبيقات الحامضة؛ تشير إرشادات NACE إلى متى يكون اختبار SCC إلزاميًا.
نماذج المشتريات ووضع العلامات والتتبع
عادةً ما يوفر الموردون 718 في شكل قضبان ومطروقات وألواح وحلقات وقضبان غير ملحومة ومكونات مشكّلة آليًا. بالنسبة لطلبيات استخدام API/NACE تتطلب عادةً:
-
شهادات اختبار الطاحونة (EN 10204 من النوع 3.1 أو ما يعادلها).
-
إمكانية تتبع الرقم الحراري من الذوبان إلى القطعة النهائية.
-
توثيق دورات المعالجة الحرارية التي تم إجراؤها (درجات الحرارة/الزمن).
-
سجلات الصلابة وتقارير الاختبارات الميكانيكية لكل دفعة/دفعة.
الاختيار المقارن (718 مقابل السبائك الشائعة الأخرى)
| سبيكة | الميزة النموذجية على 718 | القيود النموذجية مقابل 718 |
|---|---|---|
| سبيكة 625 (UNS N06625) | مقاومة أفضل للتآكل والتنقر بشكل عام في الكلوريد/مياه البحر | مقاومة الخضوع في درجة حرارة الغرفة أقل من مقاومة الخضوع في ذروة العمر 718 |
| سبيكة 725 / 725API | مصممة خصيصًا لتعزيز مقاومة التآكل في العديد من الوسائط العدوانية | أكثر تكلفة؛ سلوكيات الشيخوخة المختلفة |
| 17-4 PH (غير قابل للصدأ) | أرخص، وقوة عالية في بعض نطاقات درجات الحرارة | انخفاض مقاومة التآكل في المحاليل الملحية H₂S أو الكلوريد؛ |
| 316L | تآكل عام جيد | غير مناسب للبيئات ذات القوة العالية أو البيئات الحامضة التي تمثل فيها التشنجات البقعية الحامضة خطرًا |
منطق الاختيار: عندما تكون هناك حاجة إلى قوة إنتاجية عالية جدًا مقترنة بمقاومة التآكل، يفضل استخدام متغيرات 718 API.
اعتبارات التصميم - الإرهاق والزحف ودرجة الحرارة
-
الإرهاق: يتمتع 718 بأداء إجهاد قوي في حالة التقادم؛ ومع ذلك، فإن تشطيب السطح والإجهادات المتبقية وتغيرات المعالجة الحرارية أمر بالغ الأهمية. يمكن أن تزيد المعالجات السطحية والمعالجات السطحية من عمر التعب.
-
الزحف يحتفظ 718 بمقاومة زحف مفيدة حتى ≈650-700 درجة مئوية. بالنسبة للتعرض المستمر فوق هذه النطاقات يمكن اختيار سبائك النيكل الفائقة الأخرى (على سبيل المثال، السبائك 713، 625 المتغيرة).
-
حدود درجة الحرارة للخدمة الحامضة: تعطي جداول NACE/ISO حدودًا؛ يجب على المهندسين الرجوع إلى درجة الحرارة الفعلية والضغط الجزئي H₂S لتحديد ما إذا كان 718 مسموحًا به للخدمة المحددة.
ملاحظات الحالة التمثيلية وأنماط الفشل التي يجب تجنبها
الأسباب الجذرية الشائعة عند تعطل مكونات 718 في الميدان:
-
معالجة حرارية غير مناسبة: تعتيق غير كافٍ أو تلدين غير صحيح بالمحلول مما يؤدي إما إلى انخفاض القوة أو الهشاشة الموضعية.
-
تجاوز حدود صلابة NACE: يمكن أن تعاني المكونات المقواة أعلى من HRC المسموح به أو ذات الإجهادات المتبقية العالية من التشقق الإجهادي الكبريتيدي.
-
مطابقة غير صحيحة في المعالجة الحرارية للقطعة إلى المعالجة الحرارية: تحتاج المطروقات الكبيرة إلى تعديل التقادم أو ضوابط ما بعد التصنيع لأن الخصائص تختلف باختلاف سُمك المقطع.
-
المعادن المختلطة دون عزل كلفاني مناسب: يمكن للوصلات التي تجمع بين المعادن غير المتشابهة في مياه البحر أن تشجع الهجوم الموضعي على المكون الأقل نبالة.
الجداول المرجعية السريعة
الجدول أ - التركيب الكيميائي النموذجي (مُطَبَّع)
| العنصر | التركيبة (wt%) النموذجية |
|---|---|
| ني | 50.0-55.0 |
| كر | 17.0-21.0 |
| في | الرصيد (حوالي 17-20) |
| ملحوظة + تا | 4.75-5.50 |
| مو | 2.8-3.3 |
| تي | 0.65-1.15 |
| آل | 0.20-0.80 |
| C | ≤ 0.08 |
| من | ≤ 0.35 |
| سي | ≤ 0.35 |
(تختلف نطاقات المواصفات قليلاً حسب متغيرات AMS أو ASTM أو API - حدد دائمًا المستند الذي تطلبه).
الجدول ب - مثال على دورات المعالجة الحرارية (توضيحي)
| الخطوة | درجة الحرارة | وقت الانتظار | الغرض |
|---|---|---|---|
| التلدين بالمحلول | 980-1035 درجة مئوية (≈1800-1900 درجة فهرنهايت) | 1-2 ساعة (يعتمد على القسم) | إذابة الرواسب، والتجانس |
| الشيخوخة 1 | ~720 درجة مئوية (≈1325 درجة فهرنهايت) | 8 ساعات | بدء هطول الأمطار (γ ″/γ′) |
| الشيخوخة 2 | ~620 درجة مئوية (≈1150 درجة فهرنهايت) | 8 ساعات | نمو وتوزع الرواسب |
(قد تختلف الدورات الفعلية؛ وعادةً ما يوثق الموردون ملفات المعالجة الحرارية).
الأسئلة الشائعة
1) هل Inconel 718 مناسب للخدمة الحامضة (H₂S)؟
نعم - شريطة أن يتم إنتاج المادة ومعالجتها حراريًا لتلبية متطلبات NACE MR0175 / ISO 15156-3 وISO 6A CRA (بما في ذلك حدود الصلابة القصوى والمعالجة الحرارية الموثقة). تحقق من تقارير اختبارات الموردين.
2) ما الفرق بين AMS و API 6A CRA 718؟
تحدد مواصفات AMS (على سبيل المثال، AMS5662/5663) عادةً شروط المعالجة الحرارية واختبارات القبول في مجال الطيران؛ وتضيف API 6A CRA حدود المعالجة والاختبار والصلابة الخاصة بالنفط والغاز المصممة خصيصًا للخدمة الحامضة. اختر المواصفات التي تطابق التطبيق.
3) ما هي الصلابة المقبولة للامتثال لـ NACE؟
عادةً ما يكون Rockwell C ≤ 40 في حالة التلدين بالمحلول + العمر، ولكن يجب التأكد من الإصدار والجدول المحدد للتطبيق (NACE/ISO له قيود تعتمد على درجة الحرارة).
4) هل يمكن لحام 718 والاستمرار في استخدامه في الخدمة الحامضة؟
نعم - ولكن يجب أن تتلقى التجميعات الملحومة دورات التلدين والتقادم الصحيحة (أو المعالجة الحرارية المحددة بعد اللحام) ويتم التحقق منها عن طريق فحص الصلابة والبنية المجهرية لضمان الامتثال ل NACE.
5) ما هي قيم المردود الدنيا النموذجية لفئات API 718؟
توفر الممارسة الشائعة في الصناعة فئات حول 120 كيلو باسكال و140 كيلو باسكال كسي كحد أدنى لقوة الخضوع؛ ويقدم بعض الموردين منتجًا خاصًا عالي القوة 150 كيلو باسكال كسي في أشكال مقيدة. حدد دائمًا الحد الأدنى المطلوب في أمر الشراء.
6) هل هناك حدود لدرجة حرارة 718 في الخدمة الحامضة؟
نعم. تحدد جداول NACE MR0175 / ISO 15156 إرشادات درجة الحرارة/الضغط؛ يجب على المهندسين التحقق من صحة التركيبة المحددة لدرجة الحرارة والضغط الجزئي H₂S في مقابل تلك الجداول.
7) كيف يؤثر سمك المقطع على الخواص الميكانيكية؟
المقاطع الكبيرة تبرد وتتقدم في العمر بشكل مختلف؛ يمكن أن تختلف خواص الخضوع والشد والصلابة باختلاف حجم المقطع. وغالبًا ما يختبر الموردون المقاطع التمثيلية أو يقدمون إرشادات بشأن الاستثناءات.
8) هل 718 مغناطيسية؟
في معظم الظروف، يكون 718 ضعيف المغناطيسية أو غير مغناطيسي تقريبًا بسبب مصفوفة النيكل الأوستنيتي؛ ومع ذلك، فإن العمل على البارد أو بعض توزيعات الرواسب يمكن أن تجعله مغناطيسيًا قليلًا.
9) ما هي اختبارات الفحص غير التام والاختبار التأهيلي المطلوبة عادةً للأجزاء الحرجة؟
اختبار PMI، واختبار الشد، واختبار الصلابة، وفحص البنية المجهرية، واختبار NDT المناسب (UT/MT/PT) بالإضافة إلى أي اختبار تقصف هيدروجين أو اختبار SSC الذي تفرضه مواصفات الشراء.
10) البدائل إذا كان التطبيق يتطلب مقاومة عامة أعلى للتآكل؟
إذا كانت مقاومة التنقر أو مقاومة الكلوريد أمرًا بالغ الأهمية، ففكر في السبائك مثل 625 أو 725 أو السبائك الأكثر نبلاً من السبائك ذات القوالب المعدنية النبيلة؛ وإذا كانت مقاومة الزحف في درجات الحرارة الأعلى مطلوبة، فقم بتقييم السبائك الفائقة الأخرى ذات القاعدة النيكلية المصممة خصيصًا للزحف.
AR 
EN 
JA 
KO 
DE 
IT 
ES