燃气轮机涡轮转子用Inconel713C铸棒 900℃以下高强度抗热疲劳

一、牌号定位与化学成分设计

Inconel 713C是美标AMS 5391、UNS N07713型镍铬钼铝钛铌系沉淀硬化铸造高温合金，商用名Inconel 713C，国标最常用对应K418（旧K18）、GB/T 14992、GJB 5512.1，德标近似W.Nr.2.4663，低铌/低碳改型为IN713LC，属不可锻造的等轴晶熔模精密铸造型材料。它的强化逻辑与变形合金718、X-750不同：不靠锻轧与冷作，而以高体积分数γ′相［Ni₃(Al,Ti,Nb)］（可达约50%以上）＋枝晶间(γ+γ′)共晶＋MC/M₆C/M₂₃C₆碳化物＋B、Zr晶界净化协同，获得900℃以下高强度、抗蠕变、抗热疲劳与组织稳定性，成本低于含钴的738、MAR-M系，是航空/工业燃机与增压器热端铸件的主力经济牌号。成分以镍为基体（余量，约60%—76%，K418常取72%—76%）：铬11.0—14.0%（典型约12%—13%）形成Cr₂O₃＋部分Al₂O₃混合膜，提供约1000℃以下抗氧化与燃气/盐雾热腐蚀抗力；钼3.5—5.5%（K418约3.8—4.8%）固溶强化、提升高温强度与抗蠕变；铝5.5—6.5%为γ′主形成元素并助长Al₂O₃膜，是高温强度与抗氧化双核心；钛0.25—1.25%（K418约0.5—1.0%）与铝协同入γ′、细化组织；铌（＋钽）1.5—2.8%稳定γ′、形成MC型碳化物（NbC/TiC）强化晶界与枝晶间；碳0.08—0.20%（K418约0.08—0.16%）供碳化物、控制共晶与晶界；硼0.005—0.020%、锆0.05—0.15%净化并强化晶界、延长持久寿命；铁≤1.0—5.0%（依美标/国标分档）、硅≤1.0%、锰≤1.0%为受控残余；磷、硫低控（S≤0.015%、P≤0.015%）。其辨识指纹为“Ni余-Cr约12%-Mo约4%-Al约6%-Nb约2%-C约0.12%＋γ′共晶铸造”，采购须与变形718、625（可锻可焊）、738（含Co更高承温）、IN713LC（低碳低铌）及K418B区分，并锁定铸态/HIP态/固溶时效态与试棒取向（等轴晶、单晶不适用同数据）。

二、组织、热处理与力学行为

713C为面心立方γ奥氏体基体＋γ′沉淀＋枝晶共晶＋碳化物，室温至使用温区基本无磁，属铸造-only材料，铸态硬度高、塑性低，几乎不能热/冷加工成形，补焊需在固溶态谨慎进行（应变时效开裂敏感），加工以熔模精铸→热处理→磨削/电加工为主。典型组织：γ基体枝晶、枝晶间(γ+γ′)共晶约10%—15%、初生MC碳化物、晶界M₆C/M₂₃C₆及B、Zr偏聚。常用制度：铸态直接使用；或应力消除760—870℃×8—16h空冷；固溶约1150—1180℃×2—4h空冷/氩/真空（溶初生相、改善持久）；时效/稳定化约850—930℃×16—24h空冷以优化二次γ′（约0.2μm）；高质量转动件采用HIP（热等静压，约1120—1200℃/100—150MPa）＋时效消除疏松、提升致密度与疲劳寿命。需注意：固溶可提高980℃持久寿命，但在约730℃高应力下可能降低持久与塑性，制度须按服役温区选定。

力学随铸造质量、试棒位置、热处理显著波动（以下为铸态/精铸试棒典型参考，非统一保证值）：室温抗拉Rm约900—1100MPa、屈服Rp0.2约700—850MPa（AMS 5391类下限约Rm≥760—758MPa、Rp0.2≥689—700MPa）、断后延伸率δ约2%—10%（铸态常3%—8%、HIP＋时效可升至6%—10%）、断面收缩率ψ约3%—12%、硬度HRC33—37（时效可达约35—40HRC、HB约300—400）。高温段为设计主据：760℃ Rm约900MPa、Rp0.2约760MPa；800℃ Rm约350—450MPa、Rp0.2约280—380MPa、δ约8%—12%；900℃ Rm约250—320MPa、Rp0.2约200—260MPa；1000℃ Rm约180—250MPa、Rp0.2约120—180MPa。持久/蠕变：870℃/276MPa断裂寿命常＞100h；980℃/150MPa约30—100h（依质量与热处理）；800℃/200MPa级可至数千小时；抗热疲劳与冷热循环裂纹萌生抗力优于多数同级别铸造合金。物理上密度约7.9—8.0g/cm³、熔点约1260—1345℃、无磁，20—100℃线膨胀系数约12.6×10⁻⁶/℃、20—800℃约14.7×10⁻⁶/℃，导热约10—12W/(m·K)，弹性模量E室温约144—200GPa（铸态约150—190GPa）。其抗压强度无独立标准保证值，作为γ′强化铸造镍基，工程校核可近似取与拉伸屈服同量级或略高（铸态室温抗压屈服常估约700—900MPa），正式设计以铸件本体取样压缩试验及持久/低周疲劳评定为准。

三、供应形态与典型应用场景

以熔模精密铸件为主：等轴晶涡轮工作叶片、导向叶片、整体叶轮、涡轮盘/涡轮轮盘、导向器、机匣内环、增压器涡轮叶轮、燃烧室小件、高温密封环、喷嘴环、赛车排气门与涡轮壳镶件、热处理夹具及按图精铸件；也可供母合金锭、重熔料、粗车铸棒（非锻棒）与HIP坯，执行AMS 5391（铸态件）、ASTM A744类、GB/T 14992（K418）、GJB 5512.1、HB 7763（精铸试棒）及客户铸造规范，可按需做VIM（真空感应）熔炼、熔模铸造、HIP、荧光/射线/超声、晶粒度、γ′评级、铸态/时效拉伸与持久检验，交货以铸态、应力消除态、HIP态、固溶＋时效态协议标注。主战场为900℃以下、高离心应力＋热循环＋燃气氧化环境：航空发动机与直升机动力涡轮叶片、导向叶片、整铸涡轮；工业燃气轮机热端静止/转动件；汽车与工程机械涡轮增压器叶轮（高转速、小尺寸复杂件核心用途）；赛车/高性能发动机排气阀、涡轮壳；核电与化工高温承力铸件（非一回路耐Cl-SCC主材）；高温炉辊、料筐、工装。其竞争力是“γ′高体积分数＋良好铸造流动性＋无钴/低Co成本＋900℃抗蠕变抗热疲劳＋HIP可修复致密度”的组合，是经济型热端精铸件基准选材。选材边界须明确：它是铸造合金，不可锻造、焊接性差的（补焊需固溶态＋去应力），追求高塑性/可焊/可锻应改718、625、X-750；常温耐氯离子腐蚀一般，含高浓度Cl⁻高温水或核电一回路环境存在SCC风险，不宜直接选用；承温长期≤900℃、短峰约950℃，更高承温转向738、 René、单晶路线；铸件性能高度依赖铸造致密度与热处理，转动件建议HIP＋时效并做本体取样。采购应锁定N07713/K418对照、C≈0.12%—0.16%、Al≈6%、Nb≈2%、铸态/HIP/时效状态、等轴晶试棒分组力学、持久（如800℃/980℃）验收及无损检测要求。

Inconel 713C（UNS N07713 / K418 / 2.4663）是一款无钴（或极低钴）、γ′＋碳化物强化的镍基铸造高温合金，长期使用约900℃、短峰约950℃，以高体积分数γ′、良好熔模铸造性、抗蠕变、抗热疲劳与成本优势，专用于涡轮叶片、导向叶片、整体叶轮、增压器涡轮叶轮及高温精铸承力件。它属铸态/HIP/时效调控型热端材料，非变形、非可焊主线；抗压强度无国标单列，工程可参照同状态拉伸Rp.2同量级。正式选材应绑定AMS 5391、GB/T 14992（K418）、GJB 5512.1、HB 7763、铸造工艺（VIM＋熔模＋HIP）、热处理制度、等轴晶试棒拉伸/持久验收及射线/荧光/超声无损要求，并在713C、IN713LC、718（可锻）、738（含Co高承温）、625之间按承温、塑性、可焊性、致密度与成本综合权衡。

UNS N06600、Inconel600、Alloy600、UNS N06601、Inconel601、Alloy601、UNS N06625、Inconel625、Alloy625、Inconel690、Inconel718、InconelX-750

二、英科：

UNS NO8800、Incoloy800、Alloy800UNS NO8810、Incoloy800H、Alloy800H/800HT、UNS NO8825、Incoloy825、Alloy825

三、Carpenter20合金：

Alloy20cb-3、UNS NO8020

四、蒙乃尔：

Monel400NO4400Alloy400MonelK500NO5500

五、哈氏合金：

Hastelloy C-276、C-22、C-4、Hastelloy B、B-2、B-3、Hastelloy X、G、G2、G3、Hastelloy G30

六、固溶强化性铁镍基合金：

NS111、NS112、NS113、NS131、NS141、NS142、NS143

七、固溶强化型镍基合金：

NS311、NS312、NS313、NS314、NS315、NS321、NS322、NS331、NS332、NS333、NS334、

NS335、NS336、NS341

八、时效强化型镍基合金：

NS411

九、固溶强化型铁基合金：

GH1015、GH1035、GH1040、GH1131、GH1140

十、时效硬化性铁基合金：

GH2018、GH2036、GH2038、GH2130、GH2132/SUH660、GH2135、GH2136、GH2302

十一、固溶强化型镍基合金：

GH3030、GH3039、GH3044、GH3028

十二、时效硬化型镍基合金：

GH4033、GH4037、GH4043、GH4049、GH4133、GH4133B、GH4169

十三、奥氏体不锈钢:

904L（UNS N08904）、Nitronic60(S21800）、nitronic50(XM-19)/S20910、304L、316Ti、316N、316LN、316Mod、317L、317LN、309S、310S、304N

十四、复合式不锈钢：

SAF2205（F51）、SAF2507（F53）、S32760、254SMo（F44、DIN1.4529）、329J1（0Cr26Ni5Mo2）、SAF2506、0Cr17Mn13Mo2N(A4钢)

十五、沉淀硬化不锈钢

17－4PH(SUS630、S17400、0Cr17NiCu4Nb)、17-7PH（SUS631、0Cr17Ni7Al)、15-7Mo（SUS632、0Cr15Ni7Mo2Al）、15-5PH VAR(S15500、0Cr15Ni5Cu3Nb)

十六、其它：

可伐合金4J29 Kovar，Invar合金4J36 Invar合金、4J34，4J46，4J32，4J42