Inconel 600 проти Incoloy 800: вибір нікелевого сплаву для компонентів печі для термообробки

Що таке Inconel 600 і Incoloy 800 і чим відрізняються їхні склади?

Inconel 600 – це нікель-хром-залізний сплав, виготовлений на основі, багатій-нікелем (мінімум 72%), тоді як Incoloy 800 є фундаментально сплавом на основі-заліза лише з 30-35% нікелю - свідомий, історично задокументований вибір конструкції, який ставить два сплави на протилежні кінці вартості-порівнянню-високотемпературного-спектра ефективності.

Джерело: технічні бюлетені Special Metals Corporation SMC-027 (сплав INCONEL 600) і SMC-046 (INCOLOY сплав 800).

Incoloy 800 був представлений у 1950-х роках, щоб задовольнити потребу в жаростійкому- та корозійно-сплаві з відносно низьким вмістом нікелю, оскільки нікель на той час вважався стратегічним металом. Це не випадкова історія - це логіка дизайну, яка все ще розділяє два сплави сьогодні. Високий вміст нікелю в Inconel 600 забезпечує чудову стійкість до відновлювальних умов і практично захищає від хлорид-напруги-корозійного розтріскування; Добавки алюмінію та титану Incoloy 800 (присутні в 600 лише в незначних кількостях, якщо взагалі присутні) утворюють зміцнюючі опади, які частково компенсують низький вміст нікелю при високій температурі.

Який сплав має вищу максимальну робочу температуру для компонентів печі?

Inconel 600 забезпечує вищу експлуатаційну-температурну стелю - безперервне використання до 2000 градусів F (1093 градусів) -, тоді як стандартний Incoloy 800 зазвичай використовується за своїми характеристиками міцності приблизно до 1500 градусів F (816 градусів); для роботи печі вище цієї точки, власні високотемпературні-варіанти Incoloy, 800H і 800HT, скорочують значну частину розриву.

Спеціальні метали описують універсальність Inconel 600 як охоплюючу «температуру від кріогенних до вище 2000 градусів F (1095 градусів)» і прямо стверджують, що міцність і стійкість до окислення при високій температурі сплаву роблять його корисним для реторт, муфелів, роликових подів та інших компонентів печей. Навпаки, Спеціальні метали стверджують, що Incoloy 800 «використовується за його характеристики міцності при робочих температурах приблизно до 1500 градусів F (816 градусів)» і що «для застосувань, які вимагають високої міцності на повзучість або розрив, замість нього використовуються сплави INCOLOY 800H або 800HT».

Як 800H, так і 800H T мають контрольований діапазон вмісту вуглецю (0,05-0,10% і 0,06-0,10% відповідно) і більш грубий мінімальний розмір зерна (ASTM 5 або більш грубий), спеціально розроблений для підвищення повзучості та міцності на розрив понад те, що забезпечує стандарт 800, розширюючи практичний температурний діапазон роботи в печі Сімейство 800 значно перевищує розрахункову температуру основного сплаву 1500 градусів F.

Який сплав краще протистоїть науглерожуванню в атмосфері печі?

Inconel 600 поглинає помітно менше вуглецю, ніж Incoloy 800HT за ідентичних умов науглерожування: власний 100-годинний газо-тест на науглерожування Special Metals в атмосфері водню/2% метану показує, що Inconel 600 набирає 2,66-12,30 мг/см2 у порівнянні з 4,94-21,58 мг/см2 для Incoloy 800HT - приблизно половина збільшення ваги за обох температур.

Джерело: Special Metals Corporation, випробування на науглерожування газом (100 год) в атмосфері водню/2% метану (випробувальна атмосфера 1700 градусів F також містила 5% аргону), технічний бюлетень INCONEL сплав 600 SMC-027.

Цей-о-тест — одне з небагатьох місць, де специфікатор-компонентів печі може побачити Inconel 600 та Incoloy 800HT, виміряні проти того самого впливу науглерожування в одному контрольованому експерименті. Науглерожування має велике значення в цьому застосуванні, оскільки вуглеводневі-атмосфери печі (ендотермічний газ, крекінг-аміак та подібні науглерожуючі середовища, що використовуються в-печах для нагартування та газового науглерожування) виганяють вуглець на поверхню кріплень печі, утворюючи внутрішні карбіди, які окрихчують метал і скорочують термін служби кріплень. Нижче поглинання вуглецю безпосередньо призводить до довшого терміну служби для кошиків, лотків і пристосувань, які неодноразово змінюються через науглерожувальну атмосферу.

Який сплав краще протистоїть циклічному окисленню та розколюванню?

Власне циклічне випробування на окислення Special Metals при 1800 градусах F (980 градусах) - з використанням повторюваних 15-хвилинних циклів нагрівання та 5-хвилинних циклів охолодження на повітрі протягом 1000 годин - безпосередньо порівнює Inconel 600 з нержавіючої сталлю типу 304, нержавіючої сталі типу 309 та Incoloy 800HT, і демонструє, що композиція нікель-хром-залізо Inconel 600 зберігає захисну оксидну накип набагато краще, ніж дві нержавіючі сталі під час багаторазового термічного циклу.

Стійкість до окислення в циклічному, а не в стаціонарному -стані є більш реалістичним тестом для приладів печей, які нагріваються та охолоджуються з кожною виробничою партією, а не перебувають при одній температурі замочування нескінченно довго. Повторні термічні цикли спричиняють тріщини й відколювання захисної окалини -оксиду хрому на будь-якому сплаві внаслідок теплового розширення та звуження основного металу; сплав, який найкраще протистоїть цьому відколюванню, зберігає свій захисний шар, а отже, і стійкість до корозії протягом більшої кількості циклів нагрівання-охолодження.

Безпосереднє включення Incoloy 800HT компанією Special Metals у це порівняння - замість окремого тестування - підкреслює, що обидва-багаті нікелем сплави були розроблені з урахуванням саме цього-режиму відмови в печі, незважаючи на те, що тест показує найвищий-нікелевий сплав (600) із найсильнішим утриманням накипу в групі.

Який сплав забезпечує кращу стійкість до азотування?

Inconel 600 чітко позиціонується його власним виробником як стандартний матеріал для контейнерів для азотування через його стійкість до поглинання азоту при високій температурі, конкретне застосування, яке не згадується у власній технічній літературі Incoloy 800.

Special Metals прямо заявляє, що Inconel 600 «є стандартним матеріалом для азотування контейнерів через його стійкість до азоту при високих температурах». Печі для азотування використовують атмосферу-дисоціації аміаку (приблизно 25% азоту, 75% водню) для дифузії азоту в поверхні сталевих частин, і будь-яке пристосування печі, яке піддається впливу цієї атмосфери, само по собі ризикує поглинанням азоту та окрихченням. Оскільки у власній опублікованій літературі Incoloy 800 не міститься еквівалентна заява щодо стійкості-до азотування, пристосування та контейнери для печей для азотування мають за замовчуванням використовувати Inconel 600, якщо польові дані не підтримують альтернативу.

Як ці два сплави порівнюють міцність на повзучість і -напруження на розрив?

Опубліковані дані щодо міцності на розрив-Inconel 600 чітко поширюються на 2000 градусів F (1093 градуси), тоді як Special Metals чітко зазначає, що стандартний Incoloy 800 «зазвичай не використовується для застосувань, які вимагають оптимальних{7}}властивостей на розрив» - ця роль належить Incoloy 800H і 800HT, чиї обмежені хімічний склад і більш грубий розмір зерен розроблено спеціально для підвищення довготривалої -міцності при високих{12}}температурах.

Джерело: Таблиця-властивостей розриву від Special Metals Corporation (розчин-оброблено при 2050°F/1121°, повітря-охолодження), технічний бюлетень INCONEL сплав 600 SMC-027.

Для арматури печі під тривалим навантаженням при високій температурі - муфельні опори, роликові-подові ролики або випромінювальні{2}}підвіски трубок - повзучість-міцність на розрив, а не міцність на розтяг, зазвичай є керівною властивістю конструкції. Стандартний Incoloy 800 витримує проектні навантаження лише приблизно до 1500 градусів за Фаренгейтом згідно з Кодексом котлів і посудин під тиском ASME, тоді як Incoloy 800H і 800HT контролюють 0,05-0,10% (або 0,06-0,10%) вміст вуглецю та ASTM 5-або-більший розмір зерна були спеціально схвалені Комітетом ASME Code для вищих розрахункових навантажень при 1100-1500 градусів F (593-816 градусів) і вище, після аналізу 87 нагрівань і 1052 точок даних Радою з властивостей металів. Там, де пріоритетом є довготривала експлуатація високотемпературного навантаження, порівняння Inconel 600 із 800H або 800HT конкретно – а не базовий Incoloy 800 - є технічно правильним порівнянням.

Як два сплави відрізняються за стійкістю до корозійного розтріскування-під напругою хлориду?

Мінімальний 72% вміст нікелю в Inconel 600 робить його практично стійким до корозійного розтріскування під дією хлорид-іонів-, тоді як менший вміст нікелю в Incoloy 800 — 30-35% нікелю може призвести до розтріскування в суворих лабораторних умовах, хоча стійкість Incoloy 800 все ще достатньо висока, тому його зазвичай використовують для заміни матеріалів, які вже вийшли з ладу обслуговування саме з цього режиму збою.

Це важливо для пічного обладнання, яке періодично зазнає впливу забруднення хлоридами - залишків загартовувачів, морської чи промислової атмосфери або очисних хімікатів - на додаток до високо-температури. Загальне металургійне правило, підтверджене у власній літературі Special Metals, полягає в тому, що схильність аустенітних сплавів до розтріскування в хлоридних розчинах зменшується зі збільшенням вмісту нікелю. Inconel 600 з мінімальним вмістом нікелю 72% знаходиться на одному кінці цього спектру; Incoloy 800, з вмістом нікелю приблизно вдвічі, знаходиться далі вздовж нього, але його опір все ще значно перевищує стійкість стандартних світильників з аустенітної нержавіючої сталі серії 300, які він зазвичай замінює.

Чи обидва сплави схильні до сенсибілізації під час термоциклування в печі?

Так - обидва сплави мають однакову фундаментальну вразливість: карбіди хрому осідають на межах зерен приблизно в однаковому діапазоні 1000-1400 градусів F (540-760 градусів) для Inconel 600 та Incoloy 800, а кріплення печі, які постійно нагріваються через цю смугу під час кожного циклу, піддаються однаковій дії ризик сенсибілізації незалежно від обраного сплаву.

Технічна література Special Metals для обох сплавів описує, по суті, той самий механізм: нітриди та карбіди титану (або, у випадку 600-х років, ціанонітриди) утворюються незалежно від термічної обробки, тоді як карбіди хрому випадають в осад між 1000 і 1800 градусами F (540-980 градусів) для Inconel 600, і 1000-2000 градусів F (540-1095 градусів ) для Incoloy 800, з найбільш агресивною смугою сенсибілізації для обох сплавів 1000-1400 градусів F (540-760 градусів ).

Спеціальні метали навіть публікують діаграми сенсибілізації від часу-температури- для Incoloy 800 на основі тесту Хьюї (кип’ятіння 65% азотної кислоти) спеціально для кількісної оцінки цього ризику. На практиці Спеціальні метали описують сенсибілізацію як «не є проблемою для більшості високо-температурних застосувань» для будь-якого сплаву - головним чином має значення те, чи пристосування пізніше буде протравлено або піддано впливу агресивного водного середовища, поки воно все ще перебуває в сенсибілізованому стані, що є рідкістю для пристосувань, які залишаються в печі.

Як сплави порівнюють вартість і стратегію вибору матеріалу?

Incoloy 800 існує саме тому, що високий вміст нікелю в Inconel 600 зробив його дорогим, а в 1950-х роках стратегічно обмеженим - Incoloy 800-на основі заліза-хімія була навмисним інженерним компромісом-для забезпечення достатньої термостійкості та стійкості до корозії за частки вмісту нікелю, і ця логіка витрат досі керує вибір між цими двома сімействами сплавів сьогодні.

Це не маркетинговий наратив; це задокументоване походження сплаву. У власній історії сплаву Special Metals зазначено, що Incoloy 800 «був представлений на ринку в 1950-х роках, щоб задовольнити потребу в жаростійкому- та корозійно-сплаві з відносно низьким вмістом нікелю, оскільки на той час нікель вважався «стратегічним» металом».

Для пічного обладнання, де найбільші, найважчі кріплення (роликові -подові ролики, великі муфелі, пучки радіаційних труб) домінують у витратах на матеріали, вказуючи Incoloy 800 або 800H/800HT, де є прийнятні його нижча експлуатаційна-температурна стеля та дещо нижча повзучість-міцність до розриву, можна суттєво зменшити загальну вартість кріплення у порівнянні з конструкцією-Inconel-600, при цьому зарезервувавши 600 спеціально для найвищих{10}}температур, найбільш схильних до цементації або азотування компонентів у тій самій печі.

Як сплави порівнюються у виробництві та зварюванні для виробництва печі?

Обидва сплави легко піддаються гарячому- та холодному-формуванню, мають майже однакову -швидкість зміцнення, і обидва можуть бути зварені за допомогою наповнювача INCONEL 82 - справді зручного перекриття для цехів, які виготовляють кріплення для печей із змішаних-сплавів, оскільки один наповнювач може з’єднувати обидва основні сплави або різнорідний-металевий з’єднання між ними.

Джерело: технічні бюлетені Special Metals Corporation SMC-027 (сплав INCONEL 600) і SMC-046 (INCOLOY сплав 800).

Які стандарти регулюють Inconel 600 та Incoloy 800 для виготовлення компонентів печі?

Обидва сплави схвалені відповідно до Кодексу ASME для котлів і посудин під тиском із специфікацією коду - Inconel 600 відповідно до коду 1827 та Incoloy 800/800H/800HT згідно коду 1325 - з паралельними, але різними специфікаціями-форми продукту для кожної групи сплавів.

Джерело: Таблиці «Доступні продукти та специфікації» корпорації Special Metals, технічні бюлетені зі сплаву INCONEL 600 і INCOLOY сплаву 800.

Який сплав слід вибрати для компонентів печі для термообробки?

Використовуйте Inconel 600 для найсильнішого впливу цементації та азотування, найвищих температур печі або будь-якого компонента, де хлоридна напруга-корозійне розтріскування є реальним ризиком; вказуйте Incoloy 800 (або 800H/800HT для вищої-температури, -несучої навантаження), де температура в печі залишається близькою або нижчою приблизно 1500-1800 градусів за Фаренгейтом і нижча вартість матеріалів є пріоритетом.

• Виберіть Inconel 600 для:Контейнери та пристосування для азотованих печей, де 600 є названим стандартним матеріалом.
• Виберіть Inconel 600 для:Атмосфера з інтенсивним науглерожуванням (ендотермічний газ, печі для цементування), де мінімізація поглинання вуглецю подовжує термін служби кріплення.
• Виберіть Inconel 600 для:Безперервна робота вище приблизно 1800-2000 градусів F, на верхньому краю практичного діапазону Incoloy 800H/800HT або за ним.
• Виберіть Inconel 600 для:Компоненти з будь-яким реалістичним впливом забруднення хлоридами на додаток до високої температури.
• Виберіть Incoloy 800 / 800H / 800HT для:Великі, важкі пристосування - муфелі, ролики-подові ролики, опори радіаційних труб -, де витрати на матеріали з тоннажем і робочою температурою залишаються в межах 800 сімейств.
• Виберіть Incoloy 800 / 800H / 800HT для:Стійкі-несучі навантаження при температурах вище 1500 градусів за Фаренгейтом, де 800H або 800HT ASME-визнані вищі проектні напруги є достатніми для застосування.
• Виберіть Incoloy 800 / 800H / 800HT для:Застосування, де корозійне-розтріскування-зумовлене хлоридом-є низьким, але не{2}}нульовим ризиком, а значний вміст нікелю в Incoloy 800-забезпечує адекватну перевагу порівняно з альтернативами з нержавіючої сталі.

У конструкціях печей зі змішаних{0}}сплавів два сплави природно поєднуються: Inconel 600 для арматури та контейнерів, які піддаються впливу найсуворішої атмосфери або найвищої місцевої температури, та Incoloy 800/800H/800HT для більших структурних арматур, де нижчий вміст нікелю знижує загальну вартість матеріалу без шкоди для загального терміну служби печі.

Часті запитання

Q: Яка основна відмінність між Inconel 600 та Incoloy 800?

A: Inconel 600 (UNS N06600) є сплавом на основі-нікелю з мінімальним вмістом нікелю 72%, тоді як Incoloy 800 (UNS N08800) є сплавом на основі-заліза лише з 30-35% нікелю. Ця різниця в складі дає Inconel 600 кращу стійкість до науглерожування та азотування та вищу межу-температури експлуатації, тоді як Incoloy 800 пропонує значно нижчу вартість матеріалу - компроміс, який прямо сходить до мети розробки Incoloy 800 1950-х років щодо збереження нікелю.

З: Який сплав краще протистоїть науглерожуванню в атмосфері печі?

A: Inconel 600. Власне 100-годинне випробування Special Metals на науглерожування в атмосфері водню/2% метану показує, що Inconel 600 набирає приблизно половину ваги (2,66-12,30 мг/см2), ніж Incoloy 800HT (4,94-21,58 мг/см2) за такого ж впливу.

З: Чи можна використовувати Incoloy 800 при тих же температурах, що й Inconel 600?

A: Не зовсім. Inconel 600 використовується безперервно до 2000 градусів F (1093 градусів), тоді як стандартний Incoloy 800 зазвичай обмежується приблизно 1500 градусами F (816 градусів) для-конструкції на основі міцності. Для роботи в печі з вищою{12}}температурою варіанти 800H і 800HT - з контрольованим вмістом вуглецю та більш грубим розміром зерна - розширюють практичний температурний діапазон Incoloy 800 і закривають значну частину прогалини.

Питання: Inconel 600 чи Incoloy 800 краще для кріплення печей для азотування?

A: Inconel 600. Спеціальні метали чітко називають його стандартним матеріалом для азотування контейнерів через його стійкість до поглинання азоту при високій температурі; У власній опублікованій літературі Incoloy 800 немає еквівалентної заяви.

З: Чому Incoloy 800 має такий низький вміст нікелю порівняно з Inconel 600?

A: Incoloy 800 був представлений у 1950-х роках спеціально для зменшення залежності від нікелю, який тоді класифікували як стратегічний метал з обмеженою пропозицією. Його хімічний склад-на основі заліза (30-35% нікелю проти мінімум 72% Inconel 600) був навмисним інженерним компромісом,-зумовленим ціною та пропозицією, а не метою продуктивності.

З: Чи обидва Inconel 600 та Incoloy 800 стійкі до хлоридного стресу-корозійного розтріскування?

A: Inconel 600 вважається практично стійким через високий вміст нікелю. Incoloy 800 можна змусити тріснути в суворих лабораторних умовах через низький вміст нікелю, але його стійкість все ще достатньо висока, щоб його зазвичай використовували для заміни матеріалів, які вже вийшли з ладу через цей механізм.

Питання: Чи використовують Inconel 600 та Incoloy 800 однаковий присадний метал для зварювання?

A: Для GTAW і GMAW, так - обидва сплави зазвичай з’єднуються за допомогою наповнювача INCONEL 82. Для дугового зварювання в екранованому металі-Inconel 600 зазвичай використовує зварювальний електрод INCONEL 182, тоді як Incoloy 800 використовує електрод INCO-WELD A.