インコネル 718 API 高強度ニッケルクロム合金 (UNS N07718)

インコネル718（UNS N07718） は析出硬化性である。 ニッケルクロム鉄 API/NACE/API-6AのCRA熱処理条件で供給された場合、サワーサービスの石油・ガス機器に要求される硬度と強度の限界を満たし、高荷重のダウンホールや地表部品に使用される主要な耐食合金の一つである。

インコネル718の特徴

合金718の性能は、制御された時効処理中に生成される2つの重要な析出物（γ″とγ′）によって強化されたバランスのとれたニッケル基マトリックスから生まれます。この合金のユニークな点は、熱処理可能な微細構造により、良好な延性と溶接性を保ちながら、降伏強度と引張強度を大幅に向上させることができる点です。これにより、NACE MR0175/ISO 15156およびAPI 6A CRAの硬度と降伏の制限を満たす部品を供給することが可能になります。

化学組成と冶金的特徴

インコネル718の典型的な組成範囲（wt%）はおよそ次の通りである：

(正確な契約化学物質範囲は、発注書に記載された仕様に従うべきである。API、AMS、ASTMの各仕様には、若干異なる許容差が記載されている)

冶金ノート

• 降水相： γ″(Ni₃Nb)は718の主硬化相であり、γ′(Ni₃(Al,Ti))も寄与している。Nb/Ti/Alの制御と熱履歴が析出物のサイズと体積率を決定する。

• 炭化物とδ（デルタ）相： 過剰なδ（Ni₃Nb、斜方晶）や粗大な炭化物は、靭性や延性を低下させる。溶体化処理と時効処理スケジュールは、有害な相を最小限に抑えるために用いられる。

• 固化の練習： 複数の溶解ルート（VIM/VARまたはESR）は、高信頼性の航空宇宙または石油・ガス鍛造品に使用される。

機械的特性 - 一般的なAPIタイプと高強度APIタイプ

インコネル718は、アニール処理（低強度）からピーク時効処理（最高強度）まで、さまざまな条件で販売されている。API/NACE油田用鋼種は時効硬化型で、多くの場合、指定された最小降伏強度または硬度限界を満たすように製造される。

代表的なメカニカルテーブル（典型的なエージング／ピーク状態）

API 6A CRA / 'API-718'クラス： API/サプライヤーの慣例では、718APIを最低降伏量でクラス分けするのが一般的で、～120ksi (≈827 MPa)と～140ksi (≈965 MPa)があり、高強度製品の中には特定の製品形状で150ksiを主張するものもある。これらの品種は、酸欠サービス用に硬度をコントロールしながら、目標とする歩留まりを達成するために正確な時効処理によって設計されています。

熱処理、時効硬化、組織制御

高い強度を得るための典型的な手順は以下の通りである：

1. ソリューションアニール（溶体化処理）： 高温（≒980～1035 °C/≒1800～1900°F）で均質化し、Nbと他の相を溶解させた後、冷却（空冷）。

2. エージング（2段階が一般的）： 例えば、718の標準的な時効サイクル：720℃（≈1320-1350 °F）で8時間、620℃（≈1150 °F）まで冷却して8時間保持した後、空冷する（独自の時効サイクルも多数存在する）。これにより、γ″/γ′の微細な析出物分布が形成され、高い降伏強度と引張強度が得られる。

実践的なヒント

• 老化のコントロール： 時効温度／時間のわずかな偏差が、強度と硬度を変化させる。NACE/MR0175に適合させるため、製造業者は最小歩留まりを達成しながら最大硬度制限（一般的には40HRC）以下に抑えるよう、調整されたシーケンスを使用します。

• セクションサイズの効果： 断面が大きいと老化や冷却が遅いため、機械的特性は断面の厚さによって変化します。規格では、代表的な断面寸法の特性試験を要求することがある。

国際規格および石油・ガスAPI / NACE要件

石油・ガス業界の718について一般的に引用される重要な文書と仕様：

• API 6A / API 6A CRA（補足）： は、坑口、ツリー、坑内装置に使用される時効硬化性ニッケル合金の要件を定義しています。圧力機器に使用される材料の加工と試験に関する期待事項を定めています。

• NACE MR0175 / ISO 15156（パート3）： H₂Sを含む環境で使用される耐クラック性材料に対する要求事項を規定している。合金718は、温度/圧力限界と硬度制約を記載することができる。適合には特定の熱処理と硬度限界（多くの場合、時効状態でロックウェルC≤40）が必要。

• アムス / アストム / アストム B637 / アストム B637 / アストム B637 / アストム B637 AMS5662 / AMS5663: 航空宇宙および産業調達仕様書には、溶体化焼鈍、エージング、またはその他の条件と関連する受入試験が記載されている。

発注書の主な契約ポイント

• UNS番号（UNS N07718）を指定する。

• 正確な規格（API 6A CRA rev X、NACE MR0175 ed Y）を参照すること。

• 要求される最小降伏と最大硬度を明示すること。

• 必要な試験（機械、PMI/化学、NDT、微細構造）およびトレーサビリティ（ヒートナンバー、ミル証明書）を含む。

腐食挙動と環境限界

合金718は、多くの塩化物環境において、一般腐食、孔食、隙間腐食に対して強固な耐性を示し、NACE/ISOの硬度と熱処理管理を満たせば、H₂S誘起クラックに対して相応の耐性を有する。

H₂S（酸っぱい）環境

• NACE MR0175/ISO 15156はCRAを分類し、温度/部分圧力の制限を定めている。UNS N07718の場合、表A.32は酸洗サービスの最高温度と圧力に制約を設け、熱処理と硬度監視を管理する必要性を強調している。硬度制限を満たさないと、硫化物応力割れや水素脆化 が発生しやすくなる。

その他の環境

• 海水と塩化物塩水： 合金718は、多くのステンレス鋼よりも耐孔食性に優れるが、塩化物が滞留していたり、非常に攻撃的な条件下では、局所的な攻撃を受けることがある。

• 耐酸化性： 強度を維持するためには、使用温度は～650～700 °C（≒1200～1300°F）が一般的である。より高い温度で耐酸化性を持続させるためには、他のニッケル合金が好ましい。

製造、溶接、接合

718が広く使用されている理由の一つは、多くの高強度合金に比べて溶接性が高いことである。

• 溶接性： 718は、適合する金属フィラーを用いるとよく 溶接されるが、溶接後熱処理（PWHT）を怠ると問 題が生じる。重要な部品には、溶体化処理と時効処理 を溶接組立品に施すのが一般的である。

• 溶接フィラーの選択： 溶接後のエージングが可能で、機械的および腐食的挙動が適合する、適合または認可された充填剤を使用する。

• 歪みと残留応力： 高強度であるため、公差の厳しい部品には、正しい固定方法と制御された溶接順序が要求される。

• 機械加工： 時効処理した状態の718は強度が高いため加工が難しく、多くの加工業者は軟質（溶体化処理）状態で加工し、その後時効処理サイクルを適用している。

石油・ガスおよび航空宇宙分野での用途

石油・ガス（API 6A CRA 718が主な対象）：

• パッカー、ハンガー、カップリング、ダウンホールコネクター、安全/リリーフバルブ、シール、高強度ファスナー。718の強度とサワーサービス能力の組み合わせにより、完成および掘削装置の主力製品となっている。

航空宇宙とガスタービン

• タービンのディスク、シャフト、ファスナーには、歴史的に古いタイプの718（AMS条件）が使用されてきた。航空宇宙産業の需要は、その耐クリープ性と疲労特性により、この合金の初期開発を推進しました。

その他のセクター

• 原子力部品、高圧ポンプシャフト、高強度と耐食性を必要とする特定の化学処理装置。

サワーサービスのための検査、試験、資格認定

API 718供給用の一般的な試験マトリックスには以下のものが含まれる：

• ポジティブ・マテリアル・アイデンティフィケーション（PMI）： 組成を確認する。

• 機械的試験： 代表的なサンプルの引張、降伏、伸び。

• 硬度試験： ロックウェルCおよび/またはブリネル - NACE MR0175適合のために必須。

• 微細構造検査： 析出物の分布、粒度、有害な相がないことを確認した。

• 非破壊検査（NDT）： 磁性粒子（強磁性介在物用）、液体浸透探傷剤、指定された超音波。

• 水素脆性スクリーニング／SSC試験： NACEガイダンスは、SCC試験が義務付けられる場合を示している。

調達フォーム、マーキング、トレーサビリティ

サプライヤーは通常、718を棒材、鍛造品、板材、リング、シームレスロッド、機械加工品で提供する。API/NACE用途では、一般的に以下のものが要求される：

• 製粉試験証明書（EN 10204 タイプ 3.1 または同等品）。

• 溶融から完成品までのヒートナンバートレーサビリティ。

• 実施した熱処理サイクルの記録（温度／時間プロファイル）。

• 各ロット／バッチの硬度記録および機械的試験報告書。

比較選択（718と他の一般的な合金の比較）

選択基準：非常に高い降伏強度と耐サワーサービス性が要求される場合は、718 API品種が好ましい。

設計上の考慮点 - 疲労、クリープ、温度

• 疲労だ： 718は、時効状態において強い疲労性能を持つが、表面仕上げ、残留応力、熱処理のばらつきが重要である。ショットピーニングと表面処理により、疲労寿命を向上させることができる。

• クリープ： 718は≈650-700℃まで有用な耐クリープ性を保持する。これらの範囲を超える連続暴露には、他のニッケル超合金（例えば、合金713、625の変種）を選択することができる。

• サワーサービスの温度限界： NACE/ISOの表は境界を示しており、エンジニアは実際の温度とH₂S分圧を照らし合わせて、718が特定のサービスに対して許容されるかどうかを判断しなければならない。

代表的な事例と回避すべき故障モード

718コンポーネントが現場で故障した場合の一般的な根本原因：

• 不適切な熱処理： 不十分な時効処理または不適切な溶体化処理により、低強度または局部的な脆性が生じる。

• NACE硬度制限を超える： 許容HRCを超えて硬化した部品や残留応力の高い部品は、硫化物応力割れを起こす可能性がある。

• セクションと熱処理のマッチングが正しくない： 大型の鍛造品は、断面の厚さによって特性が異なるため、時効処理や加工後の管理を調整する必要がある。

• 適切なガルバニック絶縁のない混合冶金： 海水中で異種金属を組み合わせると、希少性の低い成分への局所的な攻撃を助長する可能性がある。

クイックリファレンステーブル

表 A - 代表的な化学組成（正規化）

(仕様範囲はAMS、ASTM、APIのバリエーションによって若干異なります。)。

表 B - 熱処理サイクルの例（例示）

(実際のサイクルは異なる場合がある。サプライヤーは通常、熱処理プロファイルを文書化する)。

よくあるご質問

1) インコネル718はサワー(H₂S)サービスに適していますか？
ただし、材料が NACE MR0175 / ISO 15156-3 および API 6A CRA 要件（最大硬度限界と文書化された熱処理を含む）を満たすように製造され、熱処理されていることを条件とする。サプライヤーの試験報告書を確認すること。

2) AMSとAPI 6A CRA 718の違いは？
AMS規格（例：AMS5662/5663）は、一般的に航空宇宙用の熱処理条件と受入試験を規定しています。API 6A CRAは、酸欠サービス用に調整された石油・ガス特有の処理、試験、硬度制限を追加しています。用途に合わせて仕様をお選びください。

3) NACE適合のために許容される硬度は？
通常、溶体化処理＋時効処理した状態でロックウェルC≦40であるが、用途に応じた版と特定の表を確認する必要がある（NACE/ISOには温度依存の制約がある）。

4) 718は溶接してもサワー・サービスで使用できるか？
はい-しかし、溶接アセンブリは、正しい溶体化焼鈍と時効サイクル（または指定された溶接後熱処理）を受け、NACEへの適合を保証するために硬度と微細構造検査によって検証されなければならない。

5) API 718クラスの典型的な最小降伏値は？
一般的な業界慣行では、最低降伏強度が120ksiと140ksi前後のクラスが供給されています。一部のサプライヤーは、150ksiの特別な高強度製品を制限付きで提供しています。POには必ず必要最低強度を明記してください。

6) サワー・サービスにおける718の温度制限はありますか？
はい。NACE MR0175 / ISO 15156の表は、温度/圧力のガイダンスを設定しており、エンジニアはこれらの表に対して温度とH₂S分圧の特定の組み合わせを検証しなければならない。

7) 断面の厚さは機械的性質にどのように影響するか？
大きな断面では冷却と老化が異なるため、降伏特性や引張特性、硬度は断面の大きさによって異なる可能性がある。サプライヤーはしばしば代表的な断面を試験したり、減点ガイダンスを提供したりする。

8) 718は磁気を帯びているか？
ほとんどの条件下では、718はオーステナイト系ニッケル母相のため、弱磁性またはほぼ非磁性であるが、冷間加工や特定の析出物分布により、わずかに磁性を帯びることがある。

9) 重要部品には通常、どのようなNDTと適格性試験が必要か？
PMI、引張試験、硬さ試験、微細構造検査、適切なNDT（UT/MT/PT）に加え、購入仕様で義務付けられている水素脆化試験やSSC試験。

10) より高い一般耐食性が要求される場合の代替案は？
耐孔食性や耐塩化物性が最優先される場合 は、625、725、またはより高貴なCRAのような合金を 検討し、より高い耐熱クリープ性が要求される場合 は、クリープ用に調整された他のニッケル基超合金 を評価する。