Alloy 725, UNS N07725, Inconel® 725 - stop niklu

Alloy 725, UNS N07725, Inconel® 725 - stop niklu według ASTM B805, ISO 21457

Alloy 725, Inconel® 725 – opis

Alloy 725 (N07725) to utwardzany wydzieleniowo stop niklowo-chromowo-żelazowo-molibdenowy z dodatkiem stopowym niobu. Może być postrzegany jako utwardzalna starzeniowo odmiana alloy 625, o porównywalnej odporności na korozję, ale wyższej wytrzymałości.

Odporny na korozję ogólną, wżery, odsiarczkowe pękanie naprężeniowe, pękanie wodoropochodne i korozyjne pękanie naprężeniowe w środowisku występującym w odwiertach gazu ziemnego.

Zastosowanie

Elementy maszyn do wydobywania gazu ziemnego i ropy naftowej, wysokowytrzymałe elementy złączne do zastosowań morskich, matryce do wytłaczania polimerów.

Własności fizyczne i mechaniczne

Własności fizyczne w temperaturze pokojowej:

• Gęstość: 8,31 g/cm³
• Temperatura topnienia: 1271-1343 °C
• Przenikalność magnetyczna: <1,001

Współczynnik rozszerzalności cieplnej w podwyższonej temperaturze, od 20°C do:

• 100°C: 13,0 μm/m⋅K
• 200°C: 13,1 μm/m⋅K
• 300°C: 13,4 μm/m⋅K
• 400°C: 13,7 μm/m⋅K
• 500°C: 14,1 μm/m⋅K
• 600°C: 14,4 μm/m⋅K

Współczynnik przewodzenia ciepła:

• 20°C: 10,631 W/m · K
• 100°C: 11,827 W/m · K
• 200°C: 13,544 W/m · K
• 300°C: 15,122 W/m · K
• 400°C: 16,843 W/m · K
• 500°C: 18,152 W/m · K
• 600°C: 20,037 W/m · K
• 700°C: 22,424 W/m · K
• 800°C: 23,062 W/m · K
• 900°C: 23,812 W/m · K
• 1000°C: 25,361 W/m · K
• 1100°C: 27,038 W/m · K
• 1200°C: 29,604 W/m · K

Oporność elektryczna:

• 20°C: 1,144 μΩ·m
• 100°C: 1,158 μΩ·m
• 200°C: 1,179 μΩ·m
• 300°C: 1,206 μΩ·m
• 400°C: 1,226 μΩ·m
• 500°C: 1,251 μΩ·m
• 600°C: 1,265 μΩ·m
• 700°C: 1,273 μΩ·m
• 800°C: 1,302 μΩ·m

Ciepło właściwe:

• 20°C: 430 J/kg⋅K
• 100°C: 447 J/kg⋅K
• 200°C: 468 J/kg⋅K
• 300°C: 589 J/kg⋅K
• 400°C: 508 J/kg⋅K
• 500°C: 519 J/kg⋅K
• 600°C: 552 J/kg⋅K
• 700°C: 604 J/kg⋅K
• 800°C: 609 J/kg⋅K
• 900°C: 618 J/kg⋅K
• 1000°C: 639 J/kg⋅K
• 1100°C: 654 J/kg⋅K
• 1200°C: 673 J/kg⋅K

Moduł sprężystości wzdłużnej:

• 20°C: 204 GPa
• 100°C: 200 GPa
• 200­°C: 194 GPa
• 300°C: 188 GPa
• 400°C: 182 GPa
• 500°C: 177 GPa
• 600°C: 169 GPa
• 700°C: 160 GPa
• 800°C: 150 GPa

Moduł sprężystości poprzecznej:

• 20°C: 78 GPa
• 100°C: 76 GPa
• 200­°C: 74 GPa
• 300°C: 71 GPa
• 400°C: 69 GPa
• 500°C: 67 GPa
• 600°C: 63 GPa
• 700°C: 61 GPa
• 800°C: 56 GPa

Liczba Poissona:

• 20°C: 0,31
• 500°C: 0,32
• 600°C: 0,35
• 700°C: 0,32
• 800°C: 0,33

Własności mechaniczne prętów ze stopu Inconel® 725 wedle wskazań producenta:

• W stanie przesyconym:
  • Granica plastyczności: 427 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 855 MPa
  • Wydłużenie: 57 %
  • Twardość: 5 Rc
• W stanie utwardzonym wydzieleniowo:
  • Granica plastyczności: 917 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 1241 MPa
  • Wydłużenie: 30 %
  • Twardość: 36 Rc
  • Praca łamania: 92 J

Własności mechaniczne rur ze stopu Inconel® 725 wedle wskazań producenta:

• W stanie przesyconym:
  • Granica plastyczności: 334 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 783 MPa
  • Wydłużenie: 60 %
  • Twardość: 5 Rc
• W stanie utwardzonym wydzieleniowo:
  • Granica plastyczności: 921 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 1268 MPa
  • Wydłużenie: 27 %
  • Twardość: 39 Rc

Wysokotemperaturowe własności wytrzymałościowe prętów o grubości 16-165mm ze stopu Inconel® 725 utwardzonych do pracy przy wydobyciu gazu ziemnego (opis w dalszej części artykułu):

• 20°C:
  • Granica plastyczności: 892 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 1254 MPa
  • Wydłużenie: 32 %
  • Przewężenie względne: 48,4 %
• 93°C:
  • Granica plastyczności: 868 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 1230 MPa
  • Wydłużenie: 29,6 %
  • Przewężenie względne: 47,0 %
• 204°C:
  • Granica plastyczności: 824 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 1170 MPa
  • Wydłużenie: 30,7 %
  • Przewężenie względne: 52,4 %
• 316°C:
  • Granica plastyczności: 782 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 1099 MPa
  • Wydłużenie: 32,4 %
  • Przewężenie względne: 54,2 %
• 427°C:
  • Granica plastyczności: 818 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 1106 MPa
  • Wydłużenie: 29,6 %
  • Przewężenie względne: 49,6 %
• 538°C:
  • Granica plastyczności: 778 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 1058 MPa
  • Wydłużenie: 31,0 %
  • Przewężenie względne: 47,7 %

Odporność na korozję

Alloy 725 jest wysoce odporny na środowisko występujące w odwiertach gazu ziemnego i na inne media zawierające dwutlenek węgla, chlorki i siarkowodór. Jest również wysoce odporny na solankę, wodę morską i inne media korozyjne.

Kwasy mineralne - bardzo dobra odporność. Średnia prędkość korozji dla stopu Inconel® 725 w różnych kwasach mineralnych (czas trwania testu 2 tygodnie) w zależności od obróbki cieplnej:

• W stanie przesyconym (1038°C):
  • Kwas solny (HCl) 3%, w temp. 66°C: 0,01 mm/rok
  • 5%, w temp. 66°C: 0,01 mm/rok
  • 10%, w temp. 66°C: 2,67 mm/rok
  • Kwas siarkowy (H₂SO₄) 10%, wrzący: 0,64 mm/rok
  • Kwas azotowy (HNO₃) 10%, wrzący: 0,01 mm/rok
  • Kwas fosforowy (H₃PO₄) 30%, wrzący: 0,08 mm/rok
  • 85%, wrzący: 1,85 mm/rok
• W stanie przesyconym (1038°C) i utwardzonym wydzieleniowo (starzenie w 760°C przez 6 godzin i chłodzenie powietrzem):
  • Kwas solny (HCl) 3%, w temp. 66°C: 0,01 mm/rok
  • 5%, w temp. 66°C: 0,01 mm/rok
  • 10%, w temp. 66°C: 6,81 mm/rok
  • Kwas siarkowy (H₂SO₄) 10%, wrzący: 0,64 mm/rok
  • Kwas azotowy (HNO₃) 10%, wrzący: 0,01 mm/rok
  • Kwas fosforowy (H₃PO₄) 30%, wrzący: 0,13 mm/rok
  • 85%, wrzący: 1,57 mm/rok
• W stanie przesyconym (1038°C) i utwardzonym wydzieleniowo (starzenie w 746°C przez 8 godzin, chłodzenie w piecu w tempie 56°C/h do 620°C, starzenie 620°C przez 8h i chłodzenie powietrzem):
  • Kwas solny (HCl) 3%, w temp. 66°C: 0,01 mm/rok
  • 5%, w temp. 66°C: 0,01 mm/rok
  • 10%, w temp. 66°C: 6,35 mm/rok
  • Kwas siarkowy (H₂SO₄) 10%, wrzący: 0,64 mm/rok
  • Kwas azotowy (HNO₃) 10%, wrzący: 0,01 mm/rok
  • Kwas fosforowy (H₃PO₄) 30%, wrzący: 0,08 mm/rok
  • 85%, wrzący: 1,14 mm/rok
• W stanie przesyconym (1038°C) i utwardzonym wydzieleniowo (starzenie w 732°C przez 8 godzin, chłodzenie w piecu w tempie 56°C/h do 620°C, starzenie 620°C przez 8h i chłodzenie powietrzem):
  • Kwas solny (HCl) 3%, w temp. 66°C: 0,01 mm/rok
  • 5%, w temp. 66°C: 0,01 mm/rok
  • 10%, w temp. 66°C: 5,54 mm/rok
  • Kwas siarkowy (H₂SO₄) 10%, wrzący: 0,71 mm/rok
  • Kwas azotowy (HNO₃) 10%, wrzący: 0,01 mm/rok
  • Kwas fosforowy (H₃PO₄) 30%, wrzący: 0,05 mm/rok
  • 85%, wrzący: 0,89 mm/rok

Odporność na korozyjne pękanie naprężeniowe w środowisku gazu ziemnego - wysoka. Poniżej wyniki trwających 14 dni testów na obecność pęknięć w próbce w kształcie C wykonanej ze stopu Inconel® 725 w stanie utwardzonym wydzieleniowo w zależności od granicy plastyczności. Środowisko testowe to 25% roztwór NaCl + 0,5% kwas mrówkowy + 1g/l siarki + 827 kPa H₂S.

• Granica plastyczności: 811 MPa
  • 177-218°C - bez pęknięć
  • 232°C - bez pęknięć
  • 246°C - jedna z dwóch próbek miała pęknięcia
  • 260°C - bez pęknięć
• Granica plastyczności: 887 MPa
  • 177-218°C - bez pęknięć
  • 232°C - obie próbki miały pęknięcia
• Granica plastyczności: 916 MPa
  • 177-218°C - bez pęknięć
  • 232°C - bez pęknięć
  • 246°C - bez pęknięć
  • 260°C - bez pęknięć
• Granica plastyczności: 917 MPa
  • 177-218°C - bez pęknięć
  • 232°C - bez pęknięć
  • 246°C - jedna z dwóch próbek miała pęknięcia
  • 260°C - bez pęknięć

Spawanie

Alloy 725 jest dobrze spawalny. Zaleca się spawanie metodami MIG i TIG. Wybór materiałów spawalniczych:

• ERNiCrMo-17 / SG-NiCr23Mo16Cu (drut spawalniczy)

Dla optymalnych rezultatów, części spawane należy wyżarzyć przed spawaniem, a po spawaniu poddać przesycaniu i utwardzaniu wydzieleniowemu.

Obróbka cieplna, plastyczna i obróbka skrawaniem

Obróbka na gorąco - stop może być kuty na gorąco, walcowany, wyciskany i formowany w zakresie temperatur 900-1120°C. W ostatniej części operacji metal powinien być obrabiany równomiernie ze stopniowo obniżającą się temperaturą. Aby uniknąć dupleksowej struktury ziarna, alloy 725 powinien być poddawany równomiernym redukcjom. Końcowe redukcje o minimum 20% powinny być stosowane w przypadku pracy z matrycą otwartą i minimum 10% w przypadku pracy z matrycą zamkniętą. Chłodzenie powietrzem.

Wyżarzanie przesycające polega na podgrzaniu do temperatury 1040°C i schłodzeniu w powietrzu. Wyższa temperatura w wysokości 1060°C powoduje zwiększenie udarności, generalnie jednak zalecane jest 1040°C.

Utwardzanie wydzieleniowe dotyczy elementów, które zostały poddane wyżarzaniu przesycającemu. Literatura opisuje kilka procedur wyżarzania wydzieleniowego, jednakże dla części stosowanych przy wydobyciu gazu ziemnego rekomendowana procedura to:

• Starzenie: 730°C; 8h
• Chłodzenie w piecu: 56°C/h
• Starzenie: 620°C 8h
• Chłodzenie powietrzem

Obróbka skrawaniem - grupa D-2, co oznacza dużą wytrzymałość na ścieranie i trudną obróbkę skrawaniem. Elementy z tego stopu powinny być obrobione zgrubnie w stanie zmiękczonym, a następnie poddane obróbce wykańczającej po starzeniu. Podczas obróbki zgrubnej należy uwzględnić skurcz do 0,07%, który następuje podczas starzenia. Zalecane parametry toczenia węglikiem spiekanym z twardą warstwą:

• Obróbka zgrubna stopu w stanie wyżarzonym:
  • Głębokość skrawania: 6,35 mm
  • Posuw: 0,25 mm/obr
  • Prędkość skrawania: 244 m/min
• Obróbka wykańczająca w stanie umocnionym:
  • Głębokość skrawania: 1,02 mm
  • Posuw: 0,13 mm/obr
  • Prędkość skrawania: 35 m/min

Wiercenie wiertłami krętymi ze stali szybkotnącej zaleca się wykonać przy następujących parametrach:

• W stanie wyżarzonym:
  • Średnica wiertła: 9,5-11 mm
  • Posuw: 0,25 mm/obr
  • Prędkość skrawania: 3-4 m/min
• W stanie umocnionym:
  • Głębokość skrawania: 13-17 mm
  • Posuw: 0,13 mm/obr
  • Prędkość skrawania: 2-3 m/min

Dla wyżej wymienionych gatunków dostarczamy:

• Pręty według ASTM B 805 / ASME SB.805, ASME Code Case 2217
• Odkuwki według SMC specification HA91, ASME Code Case 2217
• Materiały do pracy z gazem ziemnym według NACE International MR-01-75, API Standard 6ACRA

Zamienniki, odpowiedniki i inne oznaczenia gatunku:

Inconel® alloy 725, Inconel® 725, Alloy 725, BNi7725, N07725, Ni6200, Ni7725, NiCr21Mo8Nb3Ti, NiCr23Mo16Cu2, SNi7725, ASTM B 1007 (N07725) / ASME SB-1007 (N07725), ASTM B 637 (N07725) / ASME SB-637 (N07725), ASTM B 805 (N07725) / ASME SB-805 (N07725), ASTM B 872 (N07725) / ASME SB-872 (N07725), ASTM B 983 (N07725) / ASME SB-983 (N07725), N07725 API Standard 6ACRA-2015, Nickelvac W-722