镍合金是以镍为主要元素的合金，可用于管道以及工业阀门的不同部分，例如阀体，阀盖，球，阀座，阀杆，螺栓，弹簧等。

       阀门是管道系统的一部分，它们被定义为流体流中用于不同目的的组件。这些目的可能涉及停止/启动流量，控制流量，转移流量，防止回流并释放压力[1] [2]。图1示出了球阀，该球阀为旋转阀，其中球形关闭构件旋转90°以接合或脱离阀[2]的端口孔。图1中的球与通孔接合，从而使阀门保持打开状态。

                          图1.球阀处于打开位置。

阀门和组件介绍

       本文提到的阀门的不同部分定义如下[3]：

        阀体：阀体-也称为阀壳-是阀组件中较重要的部分，将所有零件像框架一样保持在一起。阀体是接收流体压力的第一压力边界。阀体端部设计用于将阀连接到管道。

       阀盖：阀盖是第二重要的压力承受部分；它覆盖阀体，并用与阀体相同的材料制造。

        球：阀的球，也称为“关闭件” [4]或“压力控制部件” [4]，用于停止或启动流体。当阀门关闭时，全部流体压力作用于球的一侧，因此该部分被视为阀门[3]的第三重要压力包含部分。

       阀座：阀座为封闭件提供阀座表面。

         阀杆：阀杆是阀关闭件和操作员之间的连接器，为钢球提供必要的运动以关闭和打开阀。阀杆从一侧连接到手轮，杠杆或致动器，从另一侧连接到阀关闭件。执行器是负责自动移动阀内部的组件。阀杆需要很高的机械强度，尤其是在致动的情况下，才能承受从致动器侧施加的载荷。

         螺栓：螺栓也是阀门的承压部件，用于将阀体或阀盖件连接在一起。

            图2.覆盖在碳钢管内的Inconel 625。

为什么要指定镍合金？

       为阀门和内部零件指定镍合金有多种原因。这些总结如下：

       内部腐蚀：在腐蚀性环境中，碳钢管道可能用3mm镍合金（例如Inconel 625）覆盖（内部覆盖）以减少腐蚀的风险[5]。

         图3.管道上的CO 2（左）和H 2 S（右）腐蚀。。

        镍合金的内部覆盖层可用于包含大量腐蚀性化合物（例如CO2和硫化氢（H2S））的流体服务。如图3所示，CO2和H2S腐蚀攻击以金属损失和裂纹的形式表现出来。

         固态镍合金，Inconel 625管道，在油气行业的海上部门中，在含大量H2S的碳氢化合物服务中也很常见。

        因此，在世界上一些地区，例如中东，原油中含有高浓度的H2S，可以在Inconel 625中选择在海上油气项目中使用的阀体，而不是22Cr双相体。然而，在挪威海上石油和天然气中不含H2S或含量极低的海上工业中，管道和阀门中22Cr双相钢是非常普遍的选择[6]。另外，用碳钢制造的球阀的密封区域和阀座腔可以覆盖Inconel 625，以避免缝隙腐蚀。缝隙腐蚀是指对存在缝隙，缝隙或凹槽的金属表面的局部侵蚀。

        外部腐蚀：超级双相螺栓是挪威海上工业中以22Cr双相制造的阀门的常用材料选择。

       图4.带Inconel 625螺栓和螺塞的22Cr双联体阀

         在海上环境中，未涂层的超级双相材料（例如，螺栓连接）的较高允许工作温度为110°C [7]，以避免外部氯离子应力导致海洋环境中的裂纹破裂。因此，对于工作温度在110°C以上的22Cr双工阀，超级双相螺栓（螺栓和螺母）已升级到Inconel 625，如图4所示。

      外部凹槽，例如位于阀的环形接头（RTJ）面上的凹槽碳钢材料制成的阀体法兰上覆盖有Inconel 625，以避免在海上项目中出现外部缝隙腐蚀。

     磨损和摩擦：擦伤是由两个表面摩擦在一起引起的磨损形式。有多种避免磨损的策略，例如润滑，降低粗糙度并在两个滑动表面之间产生硬度差。图4所示的螺纹塞用于排出积聚在球阀体腔中的流体。塞子的踩踏部分在打开和关闭时会与阀体产生摩擦和磨损。因此，在Inconel 625中选择塞子材料，以与阀体产生硬度差，从而减少磨损和摩擦。

      机械强度：致动的阀门会在阀杆上产生很高的负载。因此，驱动阀的阀杆应采用高强度材料制造，例如用于碳钢的Inconel 718，不锈钢316和22Cr双联阀体。Inconel 718也可用于球和螺栓连接组件，尤其是在海底阀门中。

图5.带Inconel X750弹簧的22Cr双工中的双板止回阀

        循环和疲劳应力： 止回阀中通常使用弹簧将圆盘移回其原始位置并关闭阀。许多止回阀的开合率很高（循环）。因此，因康耐尔X750弹簧材料具有良好的耐循环性和疲劳应力，因此被广泛用于止回阀。图5显示了一个双板止回阀，它具有碳钢阀体和马氏体不锈钢盘，它们通过Inconel X750弹簧关闭。

镍合金材料 因科镍合金

       625 （Alloy 625）是具有高耐腐蚀性和机械强度的镍基合金。这种材料的铬含量为22％，钼含量为9％，镍含量约为58％。这种材料的强度来自钼和铌对其镍铬基体的强化作用。钼含量较高。

      Inconel 718是一种高强度，相对高度耐腐蚀的镍铬合金。该材料具有大约52.5％的镍，20％的铬和3％的钼。 这种合金的制造和焊接很容易，并且具有良好的抗疲劳性。该合金的两种常见热处理是固溶退火和时效硬化。  铬镍铁合金X750是另一种具有高耐腐蚀性和高强度的镍铬合金。该合金包含至少70％的镍和平均15％的铬。通过对该合金进行不同的热处理，可以实现不同的机械性能。这种合金是除石油和天然气外，还广泛用于各种行业的经济选择，例如燃气轮机和火箭发动机。

结论与建议

Inconel合金（例如Inconel 625、718和X750）广泛用于海上领域的管道和阀门。球阀的阀体，阀盖，阀座，球，螺栓，旋塞和弹簧通常由上述合金制成。尽管镍合金广泛用于内部和外部耐腐蚀，但它们具有不同的应用，例如增加机械强度，减少摩擦和磨损，促进循环并减轻疲劳应力。