金属中的贵族三——Inconel系列合金

Inconel合金是镍基合金中最具代表性的一类，高低温均具有极好的耐应力腐蚀开裂和点蚀的能力，是强腐蚀介质常用的材料，本文全面介绍了Inconel合金的种类、焊接性及其耐蚀性，希望对以后因科镍合金相关设备的选材、制造提供指导。...



金属中的贵族三—— Inconel系列合金

Inconel合金最初由美国The International Nickel Co.公司研发、制造，它完美的继承了镍元素的各项特性，因此价格也普遍偏高，若单从生产成本角度考虑选材，人们往往会忽视其性能而着眼于它的高成本，这样也必然会导致选材的错误及不可预计的损失。实际上，由于其高温下的耐蚀性和高强度，超出的生产成本可以从延长设备使用寿命和减免设备维修开支来得到弥补。因此，随着近年来现代工业生产技术的不断提升，无论是海工装备、航天工程，或电力、环保及汽车制造业都不乏它的身影。Inconel系列合金是镍-铬-铁合金,后接以不同的三位数字，表示不同的化学成分的合金，如Inconel625、Inconel718等，第一位为偶数时，表示固溶强化型合金，奇数则表示沉淀强化型合金。2.1 Inconel625基本性能

Inconel625是以钼、铌为主要强化元素的固溶强化型镍基变形高温合金，化学成分及物理性能见表1、2[1]，具有优良的耐腐蚀和抗氧化性能，从低温到980℃均具有良好的拉伸性能和疲劳性能，并且耐盐雾气氛下的应力腐蚀。因此，可广泛用于制造航空发动机零部件、宇航结构部件和化工设备。该合金用于制造发动机机匣、导向叶片、安装边和筒体、燃油总管等零部件，已通过实际应用考核，最高使用温度为950℃，且合金在550～700℃长期使用后有一定的时效硬化现象，会导致合金塑性有一些下降。

2.2Inconel625耐蚀性能

Inconel625合金在很多介质中都表现出极好的耐腐蚀性。在氯化物介质中具有出色的抗点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀和侵蚀的性能。具有很好的耐无机酸腐蚀性，如硝酸、磷酸、硫酸、盐酸等，同时在氧化和还原环境中也具有耐碱和有机酸腐蚀的性能，有效的抗氯离子还原性应力腐蚀开裂。在海水和工业气体环境中几乎不产生腐蚀，对海水和盐溶液具有很高的耐腐蚀性[2]，在高温时也一样。

提高金属材料的耐点蚀性，往往通过合金化的途径，Inconel625合金正是利用了这一点，合金中的镍元素可以使氧化膜结晶变细，增加氧化膜的致密度，抑制氯离子入侵，对抗氯离子腐蚀十分有效。铬元素的存在，可以保持钝化膜的高度稳定，并且在钝化膜遭到破坏后能及时进行修补，文献表明，当铬含量在25%左右时，点腐蚀速度会显著降低，但对于其他强腐蚀介质，铬只有与镍、钼、硅等元素共同作用时，才能抑制阳极熔解，来达到抗点蚀的目的。另外，Inconel625合金中含有8%~10%的钼元素，它主要集中在靠近基体的钝化膜中，当遇到高浓度的氯化物溶液时，以MoO4-2形式溶解到腐蚀溶液中，若钝化膜局部遭到破坏，MoO4-2将吸附在其表面，成功抑制合金的再溶解，提高耐点腐蚀能力。3.1 Inconel718基本性能

Inconel718是一种高强耐蚀用-253到704℃之间的镍-铬-铁合金，典型的合金成分如表3以所示。这种可硬化的合金具有很好的塑性，甚至能加工成各种复杂的零部件，而且具有很好的焊接特性，尤其是能有效一直焊接破裂现象的产生，效果比较明显。

另外，Inconel718合金具还有良好的塑性、延展性、疲劳特性、蠕变特性、抗拉强度，所以被广泛的用于各个领域，比较典型的是应用于液体火箭、防护套和各种各样飞行器上的成型钣金件、地上的燃气涡轮发动机、低温储存罐等。

Inconel718合金的物理常数列于表2中，杨氏模量、扭转系数等列于表4、5中，这些表格中的数值由于化学含量和测试环境的不同可能会有稍微的出入[3]。

3.2 Inconel718耐蚀性能[4]

a)均匀腐蚀

均匀腐蚀是在接触腐蚀介质的全表面或大部分表面均匀进行的腐蚀，它也是考核材料耐腐蚀性能的主要指标。Inconel718合金具有优良的抗均匀腐蚀性能，实验发现氯离子的出现对合金的均匀腐蚀影响较轻，但Inconel718合金会发生明显的镍的选择性溶解腐蚀，引起较严重的点蚀现象。

b)应力腐蚀

应力腐蚀开裂（SCC）是指敏感金属或合金在一定的拉应力（施加的外应力或残余应力）和一定的腐蚀介质共同作用下产生的一种特殊开裂方式。高温高压含湿硫化氢油气环境下Inconel718合金组织演变对其耐SCC性能影响的相关研究较少，在实际过程中，Inconel718合金一般用作石油钻探设备的关键部位，长期在高温高压环境下引发组织的相态变化会对合金的性能产生根本影响，由此导致材料失效，造成巨大的经济损失。

c)电偶腐蚀

在井下环境中很容易满足电偶腐蚀发生所需的3个条件：电解质溶液、两种拥有不同自腐蚀点位的金属且存在电接触、两种金属同时与电解质溶液有电接触。在油气井生产管柱结构中，低合金钢与Inconel718高合金钢耦合后，Inconel718合金作为阴极会受到保护而腐蚀减缓，低合金钢作为阳极会加速腐蚀，应当避免出现大阴极小阳极的不利面积比，在模拟酸性油气井中采用组合套管设计，即在腐蚀严重井段采用Inconel718合金，其余部分采用抗硫钢材可靠性较高。

d)热腐蚀

热腐蚀是金属材料在高温含硫的燃气工作条件下与沉积在其表面的盐发生反应而引起的高温腐蚀形态，通常可将热腐蚀分为两种类型，即高温热腐蚀和低温热腐蚀，影响两种热腐蚀过程的主要参数包括：合金成分、工艺条件、腐蚀介质成分、腐蚀气氛的流动速度、热循环温度以及燃气组成等。Inconel718合金因在中低温具有优良的综合力学性能以及耐氯化和耐热腐蚀性能而广泛用于涡轮发动机关键部位。

Inconel系列合金具有单相组织，焊接时存在与奥氏体不锈钢相类似的问题，如焊接热裂纹、焊缝气孔、焊接接头的晶间腐蚀等倾向。

4.1焊接热裂纹敏感性

Inconel系列合金的焊接有时产生焊缝的宏观裂纹、微裂纹或二者同时存在。热裂纹是由于硫、铅、磷或低熔点金属混入，形成晶间薄膜引起高温下的严重脆化，一般是由于夹杂物从表面沿晶间渗透而引起的。焊接过程中，微量元素硫、磷和碳会向晶界偏聚，碳促进硫、磷偏析，同时合金中大量的镍极易在晶界位置与硫化合生成硫化镍，镍和硫化镍的产物（NiS+Ni）熔点仅为630℃，属于低熔点共晶物，这是形成焊接热裂纹的主要原因之一。另外，焊接线能量较大，使焊接接头过热产生粗大晶粒，在粗大的柱状晶粒边界上集中了一些低熔点共晶体，它们的强度低、脆性大，在焊接应力作用下很容易形成热裂纹。收弧时没有填满弧坑和电流衰减时间较短、收弧处熔敷金属量少，出现凹坑，其强度薄弱，下易在相变应力和拘束应力的作用产生收弧处微裂纹。

4.2焊接气孔敏感性

Inconel系列合金液态金属流动性差，不易润湿展开，易产生咬边和未熔合等缺陷 即使增大焊接电流，也不能改进液态焊缝金属的流动性，反而带来副作用，过大的焊接电流，不仅使焊接熔池过热，增加热裂纹产生几率，而且会使焊缝金属脱氧剂过分蒸发增加气孔率。氧气、氢气、氮气、二氧化碳、一氧化碳气体在熔化的液态Inconel系列合金中溶解度极大，而在固态下溶解度大大减小，合金焊接过程中从高温变冷时气体在熔敷金属中的溶解度也随之下降，游离出来的气体在流动性较差的液态合金中不能在焊缝凝固前完全溢出而形成气孔。(1)Inconel系列合金主要包括固溶强化型和沉淀强化型两类合金。

(2)Inconel系列合金耐腐蚀性能优越，工程实际中，要根据腐蚀介质的

性质合理选择。

[1] 秦建，王丽，黑鹏辉. Inconel625堆焊接头组织与性能分析［J］. 机械制造文摘：焊接分册，2015 ( 1) :16-19.

[2] 张海兵，刘广义，邢路阔，闫永贵，等． Inconel625合金堆焊层在海水中的腐蚀行为［J］.材料开发与应用， 2015,30( 1) :50-53

[3] 田党. 国内生产的INCONEL718合金——GH169合金[J]. 特殊钢，1986(5).

[4] 葛锋，王春光，张玉碧，等.  Inconel718合金耐腐蚀性能研究及基于电化学方法的腐蚀评价综述[J].材料导报，2013,27(11):102-106.点击下方“阅读原文”查看更多

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