Inconel 600 vs Incoloy 800: Wybór stopu niklu na elementy pieca do obróbki cieplnej

Czym są Inconel 600 i Incoloy 800 i czym różni się ich skład?

Inconel 600 to stop niklu-chromu-żelaza zbudowany na bazie bogatej w nikiel-(minimum 72%), podczas gdy Incoloy 800 to zasadniczo stop na bazie żelaza-zawierający tylko 30-35% niklu -. Jest to przemyślany, historycznie udokumentowany wybór projektu, który umieszcza te dwa stopy na przeciwnych końcach koszt-w porównaniu-wysoki-zakres temperatur i wydajności.

Źródło: biuletyny techniczne Special Metals Corporation SMC-027 (stop INCONEL 600) i SMC-046 (stop INCOLOY 800).

Incoloy 800 wprowadzono w latach pięćdziesiątych XX wieku specjalnie po to, aby zaspokoić zapotrzebowanie na stop odporny- i korozję-o stosunkowo niskiej zawartości niklu, ponieważ nikiel był wówczas uznawany za metal strategiczny. To nie jest przypadkowa historia -. To logika projektowania, która do dziś oddziela te dwa stopy. Wysoka zawartość niklu w Inconie 600 zapewnia mu doskonałą odporność na warunki redukujące i praktycznie uodpornia go na pękanie korozyjne-naprężenia jonowego-; Dodatki aluminium i tytanu zawarte w Incoloy 800 (występujące w 600 jedynie w śladowych ilościach, jeśli w ogóle) tworzą wzmacniające osady, które częściowo kompensują niższą zawartość niklu w podwyższonej temperaturze.

Który stop ma wyższą maksymalną temperaturę pracy elementów pieca?

Inconel 600 ma wyższą podstawową-sufitową temperaturę - ciągłego użytkowania do 2000 stopni F (1093 stopni) -, podczas gdy standardowy Incoloy 800 jest powszechnie używany ze względu na jego właściwości wytrzymałościowe do około 1500 stopni F (816 stopni); w przypadku pracy pieca powyżej tego punktu, wysokotemperaturowe-warianty firmy Incoloy, 800H i 800HT, wypełniają większość tej luki.

Firma Special Metals opisuje wszechstronność Inconel 600 jako obejmującą „temperatury od kriogenicznego do ponad 2000 stopni F (1095 stopni)” i bezpośrednio stwierdza, że ​​wytrzymałość stopu i odporność na utlenianie w wysokiej temperaturze sprawiają, że jest on przydatny do retort, mufli, trzonów walcowych i innych elementów pieców. Z kolei firma Special Metals twierdzi, że Incoloy 800 „jest używany ze względu na swoje właściwości wytrzymałościowe w temperaturach roboczych do około 1500 stopni F (816 stopni)” oraz że „w zastosowaniach wymagających dużej wytrzymałości na pełzanie lub zrywanie stosuje się zamiast tego stopy INCOLOY 800H lub 800HT”.

Zarówno 800H, jak i 800H T charakteryzują się kontrolowanym zakresem zawartości węgla (odpowiednio 0,05-0,10% i 0,06-0,10%) i grubszym minimalnym uziarnieniem (ASTM 5 lub grubsze) specjalnie zaprojektowanym w celu zwiększenia wytrzymałości na pełzanie i zrywanie naprężeniowe poza to, co zapewnia standard 800, rozszerzając praktyczny zakres temperatur pracy pieca rodziny 800 znacznie poza zakres stopu bazowego Punkt projektowy 1500 stopni F.

Który stop jest lepiej odporny na nawęglanie w atmosferze pieca?

Inconel 600 pochłania wymiernie mniej węgla niż Incoloy 800HT w identycznych warunkach nawęglania: własny 100-godzinny-test nawęglania gazowego firmy Special Metals w atmosferze wodoru i 2% metanu pokazuje, że Inconel 600 zyskuje 2,66–12,30 mg/cm2 w porównaniu z 4,94–21,58 mg/cm2 w przypadku Incoloy 800HT – mniej więcej połowa przyrostu masy w obu testowanych temperaturach.

Źródło: Special Metals Corporation, testy nawęglania gazowego (100 h) w atmosferze wodoru/2% metanu (atmosfera testowa 1700 stopni F zawierała również 5% argonu), biuletyn techniczny stopu INCONEL 600 SMC-027.

Ten-porównawczy-test jest jednym z niewielu miejsc, w których specjalista-odbierający specyfikację komponentów pieca może zobaczyć pomiary Inconel 600 i Incoloy 800HT w porównaniu z tą samą ekspozycją na nawęglanie w jednym, kontrolowanym eksperymencie. Nawęglanie ma w tym zastosowaniu ogromne znaczenie, ponieważ atmosfera pieca zawierająca węglowodory-(gaz endotermiczny, krakowany amoniak i podobne środowiska nawęglania stosowane w-piecach do hartowania i nawęglania gazowego) wprowadza węgiel w powierzchnię armatury pieca, tworząc wewnętrzne węgliki, które powodują kruchość metalu i skracają żywotność osprzętu. Niższe pochłanianie węgla przekłada się bezpośrednio na dłuższą żywotność koszy, tac i osprzętu, które wielokrotnie przechodzą przez atmosferę nawęglania.

Który stop jest lepiej odporny na cykliczne utlenianie i spalację kamienia?

Własne badania cyklicznego utleniania przeprowadzone przez Special Metals w temperaturze 1800 stopni F (980 stopni) - przy powtarzających się 15-minutowych cyklach ogrzewania i 5-minutowych cyklach chłodzenia w powietrzu przez 1000 godzin - bezpośrednio porównują Inconel 600 ze stalą nierdzewną typu 304, stalą nierdzewną typu 309 i Incoloy 800HT i wykazują, że Inconel 600, będący kompozycją niklu, chromu i żelaza, zachowuje swoją ochronną warstwę tlenku znacznie lepiej niż dwie stale nierdzewne pod wpływem powtarzających się cykli termicznych.

Cykliczna, a nie stała-odporność na utlenianie jest bardziej realistycznym testem dla osprzętu pieca, który nagrzewa się i schładza przy każdej partii produkcyjnej, zamiast przebywać w jednej temperaturze wygrzewania przez czas nieokreślony. Powtarzające się cykle termiczne powodują, że ochronny kamień-tlenku chromu na dowolnym stopie pęka i odpryskuje w wyniku rozszerzalności cieplnej i kurczenia się metalu pod spodem; stop, który najlepiej jest odporny na tę spalację, zachowuje swoją warstwę ochronną, a tym samym odporność na korozję, nawet w przypadku większej-cykli chłodzenia.

Włączenie Incoloy 800HT przez firmę Special Metals bezpośrednio do tego samego porównania - zamiast testowania go oddzielnie - podkreśla, że ​​oba stopy bogate w nikiel-opracowano z myślą o dokładnie tym trybie-awarii cyklicznej pieca, mimo że test wykazał najwyższy-stop niklu (600) z najsilniejszym zatrzymywaniem kamienia w grupie.

Który stop zapewnia lepszą odporność na azotowanie?

Inconel 600 został wyraźnie określony przez własnego producenta jako standardowy materiał do azotowania pojemników ze względu na jego odporność na absorpcję azotu w wysokiej temperaturze, co jest specyficznym, nazwanym zastosowaniem, które nie pojawia się w literaturze technicznej Incoloy 800.

Special Metals stwierdza wyraźnie, że Inconel 600 „jest standardowym materiałem do azotowania pojemników ze względu na jego odporność na azot w wysokich temperaturach”. Piece do azotowania wykorzystują atmosferę-dysocjacji amoniaku (około 25% azotu, 75% wodoru) do dyfuzji azotu do powierzchni części stalowych, a każdy osprzęt pieca wystawiony na działanie tej atmosfery sam w sobie jest narażony na ryzyko wchłonięcia azotu i kruchości. Ponieważ opublikowana literatura dotycząca Incoloy 800 nie podaje równoważnej odporności na azotowanie-, osprzęt i pojemniki do pieców do azotowania powinny w szczególności zawierać Inconel 600, chyba że dane terenowe potwierdzają alternatywę.

Porównanie obu stopów pod względem wytrzymałości na pełzanie i naprężenie-na zerwanie?

Opublikowane dane dotyczące-wytrzymałości na zerwanie Inconel 600 wyraźnie sięgają 2000 stopni F (1093 stopni), podczas gdy firma Special Metals wyraźnie stwierdza, że standardowy Incoloy 800 „nie jest zwykle używany do zastosowań, które wymagają optymalnych właściwości-przerywania przy pełzaniu” -. Rola ta przypada na Incoloy 800H i 800HT, których ograniczony skład chemiczny i grubszy rozmiar ziarna zostały zaprojektowane specjalnie w celu podniesienia długoterminowa-wytrzymałość-w wysokiej temperaturze.

Źródło: Tabela właściwości-zrywania firmy Special Metals Corporation (roztwór-poddawany obróbce w temperaturze 2050 stopni F/1121 stopni, chłodzony powietrzem-), biuletyn techniczny stopu INCONEL 600 SMC-027.

W przypadku osprzętu pieca poddawanego długotrwałemu obciążeniu w wysokiej temperaturze - podpory mufli,-walce trzonu walcowego lub wieszaki-rur promieniujących - pełzanie-zazwyczaj decydującą właściwością projektową jest wytrzymałość na zerwanie, a nie wytrzymałość na rozciąganie. Standardowy Incoloy 800 wytrzymuje naprężenia projektowe tylko do około 1500 stopni F zgodnie z normą ASME dotyczącą kotłów i zbiorników ciśnieniowych, podczas gdy Incoloy 800H i 800HT o kontrolowanej zawartości węgla 0,05-0,10% (lub 0,06-0,10%) i ASTM 5-lub-grubszych ziarnach zostały specjalnie zatwierdzone przez Komitet Kodeksu ASME ds. wyższych naprężeń projektowych w temperaturach 1100–1500 stopni F (593–816 stopni) i wyższych, po analizie 87 wytopów i 1052 punktów danych przeprowadzonej przez Radę ds. Własności Metali. Tam, gdzie priorytetem jest długotrwała praca w wysokich temperaturach, porównanie Inconel 600 z 800H lub 800HT, a nie z podstawowym Incoloy 800 -, jest technicznie poprawnym porównaniem.

Jak te dwa stopy wypadają w porównaniu pod względem-odporności na pękanie korozyjne?

Minimalna zawartość niklu w Inconel 600 wynosząca 72% sprawia, że ​​jest on praktycznie odporny na pękanie korozyjne-pod wpływem stresu jonowego-chlorku, podczas gdy niższa zawartość niklu w Incoloy 800, wynosząca 30-35%, może powodować pękanie w trudnych warunkach laboratoryjnych, chociaż odporność Incoloy 800 jest nadal na tyle wysoka, że ​​jest on powszechnie stosowany do zastępowania materiałów, które już nie działały z powodu tego właśnie rodzaju awarii.

Ma to znaczenie w przypadku wyposażenia pieca, które oprócz pracy w wysokiej-temperaturze jest okresowo narażone na zanieczyszczenia chlorkami - pozostałościami środków hartowniczych, atmosferą morską lub przemysłową lub chemikaliami czyszczącymi -. Ogólna zasada metalurgiczna, potwierdzona w literaturze Special Metals, głosi, że tendencja stopów austenitycznych do pękania w roztworach chlorków maleje wraz ze wzrostem zawartości niklu. Inconel 600 zawierający minimalną zawartość niklu 72% znajduje się na jednym końcu tego spektrum; Incoloy 800, zawierający mniej więcej połowę niklu, znajduje się dalej, ale jego wytrzymałość nadal znacznie przewyższa standardową armaturę ze stali austenitycznej serii 300, którą powszechnie zastępuje.

Czy oba stopy są podatne na uczulenie podczas cykli termicznych pieca?

Tak, - oba stopy mają tę samą podstawową wrażliwość: węgliki chromu wytrącają się na granicach ziaren w mniej więcej tym samym zakresie temperatur 1000–1400 stopni F (540–760 stopni) zarówno dla Inconel 600, jak i Incoloy 800, a osprzęt pieca, który wielokrotnie nagrzewa się w tym paśmie w każdym cyklu, jest narażony na to samo ryzyko uczulenia, niezależnie od wybranego stopu.

Literatura techniczna Special Metals dotycząca obu stopów opisuje zasadniczo ten sam mechanizm: azotki i węgliki tytanu (lub, w przypadku 600, cyjanoazotki) tworzą się niezależnie od obróbki cieplnej, podczas gdy węgliki chromu wytrącają się konkretnie w temperaturach od 1000 do 1800 stopni F (540-980 stopni) w przypadku Inconel 600 i 1000-2000 stopni F (540-1095 stopni) dla Incoloy 800, z najbardziej agresywnym zakresem uczulenia dla obu stopów w temperaturze 1000-1400 stopni F (540-760 stopni).

Firma Special Metals publikuje nawet wykresy czasowego-temperaturowego-uczulenia dla Incoloy 800 w oparciu o test Hueya (wrzący 65% ​​kwas azotowy) specjalnie w celu ilościowego określenia tego ryzyka. W praktyce firma Special Metals opisuje uczulenie jako „nie stanowiące problemu w większości-zastosowań wysokotemperaturowych” w przypadku żadnego ze stopów -. Ma to przede wszystkim znaczenie, jeśli element będzie później trawiony lub wystawiony na działanie agresywnego środowiska wodnego, będąc jeszcze w stanie uczulonym, co jest rzadkością w przypadku osprzętu pozostającego w piecu.

Jak stopy wypadają w porównaniu pod względem kosztów i strategii wyboru materiałów?

Incoloy 800 istnieje szczególnie dlatego, że wysoka zawartość niklu w Inconel 600 powodowała, że ​​był on drogi, a w latach pięćdziesiątych XX wieku strategicznie ograniczony skład chemiczny Incoloy 800 na bazie żelaza-był celowym kompromisem inżynieryjnym-w celu zapewnienia odpowiedniej odporności na ciepło i korozję przy ułamku zawartości niklu, a logika kosztów nadal dzisiaj decyduje o wyborze między tymi dwiema rodzinami stopów.

To nie jest narracja marketingowa; jest to udokumentowane pochodzenie stopu. Z własnej historii tego stopu firmy Special Metals wynika, że ​​Incoloy 800 „wprowadzono na rynek w latach pięćdziesiątych XX wieku, aby zaspokoić zapotrzebowanie na stop odporny na ciepło- i korozję-o stosunkowo niskiej zawartości niklu, ponieważ nikiel był wówczas uznawany za metal „strategiczny”.

W przypadku wyposażenia pieca, w którym w kosztach materiału dominują największe i najcięższe osprzęt (rolki-palnika, duże mufle, wiązki rur promieniujących), wybranie Incoloy 800 lub 800H/800HT tam, gdzie akceptowalna jest niższa-temperatura pracy i nieco niższa-wytrzymałość na zerwanie, może znacząco obniżyć całkowity koszt mocowania w porównaniu z całkowicie-Inconelem-600 projektu, rezerwując 600 specjalnie dla-najwyższej temperatury, większości elementów narażonych na nawęglanie lub azotowanie w tym samym piecu.

Jak wypadają stopy w produkcji i spawaniu przy produkcji osprzętu pieca?

Obydwa stopy można łatwo formować na gorąco- i-na zimno, mają prawie identyczną-szybkość utwardzania i można je spawać z INCONEL Filler Metal 82 -, co jest naprawdę wygodnym zakładem dla warsztatów wytwarzających armaturę pieców ze stopów mieszanych-, ponieważ pojedynczy spoiwo może łączyć oba stopy podstawowe lub połączenia-różnego metalu pomiędzy nimi.

Źródło: biuletyny techniczne Special Metals Corporation SMC-027 (stop INCONEL 600) i SMC-046 (stop INCOLOY 800).

Jakie normy regulują Inconel 600 i Incoloy 800 w zakresie wytwarzania elementów pieców?

Obydwa stopy zostały zatwierdzone zgodnie z normą ASME dotyczącą kotłów i zbiorników ciśnieniowych z dedykowanymi przypadkami normowymi - Inconel 600 zgodnie z normą Code Case 1827 i Incoloy 800/800H/800HT w ramach norm Code Case 1325 - z równoległymi, ale odrębnymi specyfikacjami-form produktu dla każdej rodziny stopów.

Źródło: Tabele „Dostępne produkty i specyfikacje” firmy Special Metals Corporation, biuletyny techniczne stopu INCONEL 600 i stopu INCOLOY 800.

Który stop wybrać dla elementów pieca do obróbki cieplnej?

Należy wybrać Inconel 600 w przypadku najcięższego narażenia na nawęglanie i azotowanie, najwyższych temperatur w piecu lub dowolnego elementu, w przypadku którego ryzyko-pęknięcia korozyjnego na skutek naprężeń chlorkowych stanowi realne ryzyko; wybierz Incoloy 800 (lub 800H/800HT w przypadku wyższych-temperatur i-obciążeń), gdzie temperatura pieca utrzymuje się w pobliżu lub poniżej około 1500-1800 stopni F, a priorytetem jest niższy koszt materiału.

• Wybierz Inconel 600 dla:Kontenery i osprzęt pieca do azotowania, gdzie 600 to nazwany materiał standardowy.
• Wybierz Inconel 600 dla:Atmosfery silnie nawęglane (gaz endotermiczny, piece do-utwardzania powierzchniowego), w których minimalizacja wychwytu węgla wydłuża żywotność osprzętu.
• Wybierz Inconel 600 dla:Ciągła praca powyżej około 1800-2000 stopni F, na górnej krawędzi lub poza praktycznym zakresem Incoloy 800H/800HT.
• Wybierz Inconel 600 dla:Komponenty narażone na realne zanieczyszczenie chlorkami oprócz wysokiej temperatury.
• Wybierz Incoloy 800 / 800H / 800HT dla:Duże i ciężkie osprzęty - mufle, rolki-paleniska, wsporniki rur promiennikowych -, w przypadku których koszt materiałów skaluje się w zależności od tonażu i temperatury pracy, utrzymując się w granicach zakresu rodziny 800.
• Wybierz Incoloy 800 / 800H / 800HT dla:Trwała,-nośna praca w temperaturze powyżej 1500 stopni F, gdzie 800H lub 800HT uznane przez ASME-wyższe naprężenia projektowe są wystarczające dla danego zastosowania.
• Wybierz Incoloy 800 / 800H / 800HT dla:Zastosowania, w których ryzyko pękania-naprężeniowego-korozyjnego pod wpływem chlorków jest niskie, ale nie-zero, a mimo to{4}}znaczna zawartość niklu w Incoloy 800 zapewnia odpowiednią przewagę nad alternatywami stali nierdzewnej.

W konstrukcjach pieców ze stopami mieszanymi-oba stopy naturalnie łączą się w pary: Inconel 600 do armatury i pojemników narażonych na działanie najbardziej surowej atmosfery lub najwyższej lokalnej temperatury oraz Incoloy 800/800H/800HT do większych elementów konstrukcyjnych, gdzie niższa zawartość niklu zmniejsza całkowity koszt materiałów bez pogarszania całkowitej żywotności pieca.

Często zadawane pytania

P: Jaka jest główna różnica między Inconel 600 a Incoloy 800?

A: Inconel 600 (UNS N06600) to stop na bazie niklu-o zawartości minimalnej niklu 72%, natomiast Incoloy 800 (UNS N08800) to stop na bazie żelaza-zawierający tylko 30-35% niklu. Ta różnica w składzie zapewnia Inconel 600 lepszą odporność na nawęglanie i azotowanie oraz wyższą-temperaturę pracy, podczas gdy Incoloy 800 oferuje znacznie niższy koszt materiału -, co jest kompromisem, który wywodzi się bezpośrednio z celu projektowego Incoloy 800 z lat 50. XX wieku, jakim było oszczędzanie niklu.

P: Który stop jest lepiej odporny na nawęglanie w atmosferze pieca?

A: Inconel 600. Własny 100-godzinny test nawęglania przeprowadzony przez firmę Special Metals w atmosferze wodoru i 2% metanu pokazuje, że Inconel 600 zyskuje mniej więcej połowę masy (2,66–12,30 mg/cm2) w porównaniu do Incoloy 800HT (4,94–21,58 mg/cm2) przy tej samej ekspozycji.

P: Czy Incoloy 800 można stosować w tych samych temperaturach co Inconel 600?

A: Nie całkiem. Inconel 600 jest używany w sposób ciągły w temperaturze do 2000 stopni F (1093 stopni), podczas gdy standardowy Incoloy 800 jest ogólnie ograniczony do około 1500 stopni F (816 stopni) w przypadku projektów opartych-na wytrzymałości. W przypadku-pieców pracujących w wyższych temperaturach warianty 800H i 800HT - z kontrolowaną zawartością węgla i grubszym ziarnem - rozszerzają praktyczny zakres temperatur Incoloy 800 i wypełniają znaczną część luki.

P: Czy Inconel 600 lub Incoloy 800 jest lepszy do osprzętu pieców do azotowania?

A: Inconel 600. Firma Special Metals wyraźnie określa go jako standardowy materiał do azotowania pojemników ze względu na jego odporność na absorpcję azotu w wysokiej temperaturze; Opublikowana literatura Incoloy 800 nie zawiera równoważnego twierdzenia.

P: Dlaczego Incoloy 800 ma tak niską zawartość niklu w porównaniu do Inconel 600?

A: Incoloy 800 wprowadzono na rynek w latach pięćdziesiątych XX wieku specjalnie po to, aby zmniejszyć zależność od niklu, który wówczas został sklasyfikowany jako metal strategiczny, którego podaż jest ograniczona. Skład chemiczny oparty na żelazie (30-35% niklu w porównaniu z co najmniej 72% Inconel 600) był celowym kompromisem inżynieryjnym-opartym na kosztach i podaży, a nie celem samym w sobie.

P: Czy Inconel 600 i Incoloy 800 są odporne na-pękanie korozyjne pod wpływem naprężeń chlorkowych?

A: Inconel 600 jest uważany za praktycznie odporny ze względu na wysoką zawartość niklu. Incoloy 800 może pęknąć w trudnych warunkach laboratoryjnych ze względu na niższą zawartość niklu, ale jego odporność jest nadal na tyle wysoka, że ​​jest powszechnie stosowany w celu zastąpienia materiałów, które już nie działały z tego właśnie mechanizmu.

P: Czy Inconel 600 i Incoloy 800 wykorzystują ten sam spoiwo spawalnicze?

A: W przypadku GTAW i GMAW tak, - oba stopy są powszechnie łączone za pomocą INCONEL Filler Metal 82. W przypadku spawania łukowego-metalu w osłonie, Inconel 600 zwykle wykorzystuje elektrodę spawalniczą INCONEL Welding Electrode 182, podczas gdy Incoloy 800 wykorzystuje elektrodę INCO-WELD A.