Inconel 600 против Incoloy 800: выбор никелевого сплава для компонентов печи термической обработки

Что такое Inconel 600 и Incoloy 800 и чем отличаются их составы?

Inconel 600 — это сплав железа-хрома-железа, созданный на основе с высоким содержанием никеля- (минимум 72 %), тогда как Incoloy 800 по своей сути представляет собой сплав на основе железа-, содержащий всего 30 -35 % никеля -. Это преднамеренный, исторически документированный выбор конструкции, который помещает два сплава на противоположные концы сплава. цена-по сравнению с-высоким-спектром температурных характеристик.

Источник: технические бюллетени Special Metals Corporation SMC-027 (сплав INCONEL 600) и SMC-046 (сплав INCOLOY 800).

Incoloy 800 был представлен в 1950-х годах специально для удовлетворения потребности в жаро- и коррозионно-сплаве с относительно низким содержанием никеля, поскольку в то время никель считался стратегическим металлом. Это не случайная история -, это логика конструкции, которая до сих пор разделяет эти два сплава. Высокое содержание никеля в Inconel 600 придает ему превосходную устойчивость к восстановительным условиям и практически защищает его от хлоридного-ионного стресса-коррозионного растрескивания; Добавки алюминия и титана в Incoloy 800 (присутствующие в Incoloy 800 лишь в следовых количествах, если вообще присутствуют) образуют упрочняющие выделения, которые частично компенсируют более низкое содержание никеля при повышенной температуре.

Какой сплав имеет более высокую максимальную температуру эксплуатации компонентов печи?

Inconel 600 обеспечивает более высокий предел эксплуатационных температур-потолок - непрерывного использования до 2000 градусов F (1093 градусов) -, в то время как стандартный Incoloy 800 обычно используется из-за своих прочностных характеристик примерно до 1500 градусов F (816 градусов); для режима работы печи выше этой точки собственные высокотемпературные-варианты Incoloy, 800H и 800HT, почти полностью устраняют разрыв.

Компания Special Metals описывает универсальность Inconel 600 как охватывающую «температуры от криогенных до выше 2000 градусов F (1095 градусов)» и прямо заявляет, что прочность сплава и стойкость к окислению при высоких температурах делают его полезным для реторт, муфелей, роликовых подов и других компонентов печей. Компания Special Metals, напротив, заявляет, что Incoloy 800 «используется из-за своих прочностных характеристик при рабочих температурах примерно до 1500 градусов F (816 градусов)» и что «для применений, требующих высокой прочности на ползучесть или разрыв, вместо этого используются сплавы INCOLOY 800H или 800HT».

И 800H, и 800H T имеют контролируемый диапазон содержания углерода (0,05-0,10% и 0,06-0,10% соответственно) и более крупный минимальный размер зерна (ASTM 5 или крупнее), специально разработанный для повышения прочности на ползучесть и разрушение по сравнению со стандартом 800, что расширяет практический диапазон температур эксплуатации в печи семейства 800, значительно превышающий диапазон базовых сплавов. Расчетная точка 1500 градусов по Фаренгейту.

Какой сплав лучше противостоит науглероживанию в атмосфере печи?

Inconel 600 поглощает заметно меньше углерода, чем Incoloy 800HT при одинаковых условиях цементации: собственные 100-часовые испытания газовой-цементации компании Special Metals в атмосфере водорода/2 % метана показали, что Inconel 600 прибавляет 2,66–12,30 мг/см2 по сравнению с 4,94–21,58 мг/см2 для Incoloy. 800HT — прирост веса примерно вдвое меньше при обеих протестированных температурах.

Источник: Special Metals Corporation, испытания газовой цементации (100 часов) в атмосфере водорода/2% метана (испытательная атмосфера 1700 градусов по Фаренгейту также содержала 5% аргона), технический бюллетень INCONEL сплав 600 SMC-027.

Это боковое--испытание — одно из немногих случаев, когда спецификатор компонентов печи-может увидеть, как Inconel 600 и Incoloy 800HT измеряются при одинаковом воздействии цементации в одном контролируемом эксперименте. Науглероживание имеет огромное значение в этом случае, поскольку углеводородная-содержащая печная атмосфера (эндотермический газ, крекинг-аммиак и подобные среды науглероживания, используемые в печах-закалки и газовых печах цементации) выбрасывает углерод на поверхность печных приспособлений, образуя внутренние карбиды, которые делают металл хрупким и сокращают срок службы приспособлений. Меньшее поглощение углерода напрямую приводит к увеличению срока службы корзин, лотков и приспособлений, неоднократно подвергающихся воздействию цементирующих атмосфер.

Какой сплав лучше противостоит циклическому окислению и раскалыванию?

Собственные испытания компании Special Metals на циклическое окисление при температуре 1800 градусов F (980 градусов) - с использованием повторяющихся 15-минутных циклов нагрева и 5-минутных циклов охлаждения на воздухе в течение 1000 часов - напрямую сравнивают Inconel 600 с нержавеющей сталью типа 304, нержавеющей сталью типа 309 и Incoloy 800HT и демонстрируют, что Состав никель-хром-железо Inconel 600 сохраняет защитную оксидную окалину намного лучше, чем две нержавеющие стали, при многократном термоциклировании.

Циклическая, а не стационарная-устойчивость к окислению является более реалистичным испытанием для печных приспособлений, которые нагреваются и остывают с каждой производственной партией, а не постоянно находятся при одной и той же температуре выдержки. Повторяющиеся термические циклы приводят к растрескиванию и растрескиванию защитной окалины-оксида хрома в любом сплаве из-за теплового расширения и сжатия основного металла; сплав, который лучше всего противостоит этому расслоению, сохраняет свой защитный слой и, следовательно, свою коррозионную стойкость в течение более продолжительных циклов нагрева-охлаждения.

Включение компанией Special Metals сплава Incoloy 800HT непосредственно в это же сравнение -, а не отдельное тестирование -, подчеркивает, что оба сплава с высоким содержанием никеля-были разработаны с учетом именно этого режима отказа при циклическом циклировании печи, даже несмотря на то, что испытание показывает сплав с самым высоким-никелевым содержанием (600) с самым сильным удержанием окалины в группе.

Какой сплав обеспечивает лучшую стойкость к азотированию?

Inconel 600 явно позиционируется собственным производителем как стандартный материал для емкостей для азотирования из-за его устойчивости к абсорбции азота при высоких температурах - конкретное применение, которое не встречается в собственной технической литературе Incoloy 800.

Компания Special Metals прямо заявляет, что Inconel 600 «является стандартным материалом для емкостей для азотирования из-за его устойчивости к азоту при высоких температурах». В печах азотирования используется атмосфера диссоциации аммиака-(приблизительно 25 % азота, 75 % водорода) для диффузии азота на поверхности стальных деталей, и любое приспособление печи, подвергающееся воздействию этой атмосферы, само по себе подвергается риску поглощения азота и охрупчивания. Поскольку в опубликованной литературе Incoloy 800 не содержится эквивалентных заявлений о стойкости к азотированию-, в приспособлениях и контейнерах для печей азотирования по умолчанию следует использовать Inconel 600, если полевые данные не поддерживают альтернативу.

Как эти два сплава сравниваются по ползучести и-прочности на разрыв?

Опубликованные данные о прочности на разрыв -Inconel 600 явно простираются до 2000 градусов F (1093 градуса), в то время как компания Special Metals четко указывает, что стандартный Incoloy 800 "обычно не используется для применений, требующих оптимальных свойств ползучести-разрыва" -, эта роль принадлежит Incoloy 800H и 800HT, ограниченный химический состав и более крупный размер зерна которых были разработаны специально для повысить долгосрочную-высоко-температурную прочность.

Источник: Таблица свойств разрыва-Special Metals Corporation (раствор,-обработанный при температуре 2050 градусов по Фаренгейту/1121 градус, воздушное-охлаждение), технический бюллетень INCONEL 600 SMC-027.

Для печных приспособлений, подвергающихся длительной нагрузке при высокой температуре, - опоры муфеля, роликовые-подовые ролики или подвески для излучающих труб - ползучести- обычно являются определяющим свойством конструкции, а не прочность на разрыв. Стандартный Incoloy 800 выдерживает расчетные напряжения только примерно до 1500 градусов по Фаренгейту в соответствии с нормами ASME для котлов и сосудов под давлением, в то время как Incoloy 800H и 800HT контролируют содержание углерода 0,05-0,10 % (или 0,06-0,10 %) и более крупный размер зерна по ASTM 5-или-. Комитетом по нормам ASME для более высоких расчетных напряжений при температуре 1100–1500 градусов F (593–816 градусов) и выше, после анализа 87 плавок и 1052 точек данных, проведенных Советом по свойствам металлов. Если приоритетом является устойчивая работа при высоких температурах, сравнение Inconel 600 с 800H или 800HT, а не с базовым Incoloy 800 - является технически корректным сравнением.

Как сравниваются два сплава по стойкости к хлоридному-коррозионному растрескиванию?

Минимальное содержание никеля в Inconel 600 — 72 % делает его практически невосприимчивым к хлорид-ионному стрессу-коррозионному растрескиванию, тогда как Incoloy 800 с более низким содержанием никеля (30 - 35 %) в Incoloy 800 может привести к растрескиванию в суровых лабораторных условиях, хотя стойкость Incoloy 800 все еще достаточно высока, поэтому его обычно используют для замены материалов, которые уже вышли из строя именно из-за этого типа отказа.

Это важно для печного оборудования, которое подвергается периодическому воздействию хлоридов -, остатков закалки, морской или промышленной атмосферы или чистящих химикатов - в дополнение к работе при высоких-температурах. Общее металлургическое правило, подтвержденное в собственной литературе Special Metals, заключается в том, что склонность аустенитных сплавов к растрескиванию в хлоридных растворах уменьшается по мере увеличения содержания никеля. Inconel 600 с минимальным содержанием никеля 72% находится на одном конце этого спектра; Incoloy 800, содержащий примерно половину никеля, расположен дальше вдоль него, но его сопротивление по-прежнему существенно превышает сопротивление стандартных креплений из аустенитной нержавеющей стали серии 300, которые он обычно заменяет.

Склонны ли оба сплава к сенсибилизации во время термического цикла в печи?

Да, - оба сплава имеют одну и ту же фундаментальную уязвимость: карбиды хрома выпадают на границах зерен примерно в одном и том же диапазоне 1000–1400 градусов F (540–760 градусов) как для Inconel 600, так и для Incoloy 800, а печное оборудование, которое многократно нагревается в этом диапазоне в каждом цикле, подвергается одинаковому риску сенсибилизации независимо от того, какой сплав выбран.

Техническая литература Special Metals для обоих сплавов описывает по существу один и тот же механизм: нитриды и карбиды титана (или, в случае 600, цианонитриды) образуются независимо от термической обработки, тогда как карбиды хрома выделяются конкретно между 1000 и 1800 градусами F (540–980 градусов) для Inconel 600 и 1000–2000 градусов F. (540–1095 градусов) для Incoloy 800, при этом наиболее агрессивная полоса сенсибилизации для обоих сплавов находится при температуре 1000–1400 градусов F (540–760 градусов).

Компания Special Metals даже публикует диаграммы временной-температурной-чувствительности для Incoloy 800, основанные на тесте Хьюи (кипящая 65 % азотная кислота), специально для количественной оценки этого риска. На практике компания Special Metals описывает сенсибилизацию как «не являющуюся проблемой в большинстве применений при высоких-температурах» для любого сплава -. Это имеет значение в первую очередь, если приспособление впоследствии будет травлено или подвергнуто воздействию агрессивной водной среды, все еще находясь в сенсибилизированном состоянии, что является редкостью для приспособлений, находящихся в эксплуатации в печи.

Как сплавы сравниваются по стоимости и стратегии выбора материала?

Incoloy 800 существует именно потому, что высокое содержание никеля в Inconel 600 делало его дорогим, а в 1950-х годах это было стратегически ограничено - Химический состав Incoloy 800 на основе железа- был преднамеренным инженерным компромиссом-, чтобы обеспечить достаточную жаростойкость и коррозионную стойкость при незначительном содержании никеля, и эта логика затрат до сих пор определяет выбор между этими двумя семействами сплавов.

Это не маркетинговый рассказ; это документально подтвержденное происхождение сплава. В собственной истории сплава компании Special Metals говорится, что Incoloy 800 «был представлен на рынке в 1950-х годах, чтобы удовлетворить потребность в жаро- и коррозионно--стойком сплаве с относительно низким содержанием никеля, поскольку в то время никель считался «стратегическим» металлом».

Для печного оборудования, где самые большие и тяжелые приспособления (ролики-подовые валки, большие муфели, пучки радиационных труб) преобладают в стоимости материала, выбор Incoloy 800 или 800H/800HT, где допустимы более низкие эксплуатационные-потолочные температуры и несколько меньшая предел ползучести-разрыва, может существенно снизить общую стоимость приспособлений по сравнению с полностью-Inconel-600 конструкции, при этом зарезервировано 600 специально для самых высоких-температур, большинства компонентов, подвергающихся цементации или азотированию в одной печи.

Как сравниваются сплавы при изготовлении и сварке печных приспособлений?

Оба сплава легко поддаются горячей- и холодной-формовке, имеют почти одинаковую скорость-закалки и оба могут быть сварены с присадочным металлом INCONEL 82 -, что очень удобно в перекрытие для цехов, производящих печное оборудование из смешанных-сплавов, поскольку один присадочный металл может соединять как основные сплавы, так и разнородные-металлические соединения между ними.

Источник: технические бюллетени Special Metals Corporation SMC-027 (сплав INCONEL 600) и SMC-046 (сплав INCOLOY 800).

Какие стандарты регулируют использование Inconel 600 и Incoloy 800 для изготовления компонентов печей?

Оба сплава одобрены нормами ASME для котлов и сосудов под давлением со специальными кодовыми вариантами - Inconel 600 под кодовым примером 1827 и Incoloy 800/800H/800HT с кодовым корпусом 1325 - с параллельными, но разными спецификациями-формы изделия для каждого семейства сплавов.

Источник: таблицы «Доступная продукция и спецификации» Special Metals Corporation, технические бюллетени по сплаву INCONEL 600 и сплаву INCOLOY 800.

Какой сплав следует выбрать для компонентов печи для термообработки?

Выбирайте Inconel 600 для наиболее тяжелых условий цементации и азотирования, самых высоких температур в печи или для любого компонента, где коррозионное растрескивание под напряжением хлоридов -является реальным риском; используйте Incoloy 800 (или 800H/800HT для более высоких-температур и нагрузок-нагрузочной способности), где температура печи остается около или ниже примерно 1500–1800 градусов по Фаренгейту и более низкая стоимость материала является приоритетом.

• Выбирайте Инконель 600, если:Контейнеры и приспособления для печей азотирования, где 600 является названным стандартным материалом.
• Выбирайте Инконель 600, если:Атмосфера с сильной науглероживанием (эндотермический газ, цементирующие-печи), в которой минимизация поглощения углерода продлевает срок службы приспособлений.
• Выбирайте Инконель 600, если:Непрерывная эксплуатация при температуре примерно выше 1800–2000 градусов по Фаренгейту, что соответствует верхнему пределу практического диапазона Incoloy 800H/800HT или превышает его.
• Выбирайте Инконель 600, если:Компоненты, подвергающиеся реальному воздействию хлоридов, а также воздействию высоких температур.
• Выбирайте Incoloy 800/800H/800HT для:Большие, тяжелые приспособления - муфели, роликовые-подовые ролики, опоры радиационных труб -, стоимость материалов которых зависит от тоннажа, а рабочая температура остается в пределах 800-семейных размеров.
• Выбирайте Incoloy 800/800H/800HT для:Устойчивая работа-с нагрузкой выше 1500 градусов по Фаренгейту, когда ASME 800H или 800HT-признает более высокие расчетные напряжения, достаточные для данного применения.
• Выбирайте Incoloy 800/800H/800HT для:Области применения, в которых -под действием-коррозионного растрескивания под воздействием хлоридов риск низкий, но не-нулевой, а Incoloy 800 по-прежнему-значительно содержит никель, что обеспечивает достаточный запас прочности по сравнению с альтернативами из нержавеющей стали.

В конструкциях печей со смешанными-сплавами два сплава естественным образом сочетаются друг с другом: Inconel 600 для светильников и контейнеров, подвергающихся воздействию самых суровых атмосферных условий или самых высоких местных температур, и Incoloy 800/800H/800HT для более крупных конструкционных креплений, где более низкое содержание никеля снижает общую стоимость материала без ущерба для общего срока службы печи.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: В чем основная разница между Inconel 600 и Incoloy 800?

A: Inconel 600 (UNS N06600) — это сплав на-основе никеля с минимальным содержанием никеля 72 %, а Incoloy 800 (UNS N08800) — сплав на основе железа-с содержанием никеля всего 30 -}35 %. Эта разница в составе обеспечивает Inconel 600 лучшую стойкость к науглероживанию и азотированию, а также более высокий потолок эксплуатационных-температур, в то время как Incoloy 800 предлагает существенно более низкую стоимость материала - — компромисс, который напрямую связан с целью Incoloy 800 в 1950-х годах, направленной на сохранение никеля.

Вопрос: Какой сплав лучше противостоит науглероживанию в атмосфере печи?

A: Inconel 600. Собственные 100-часовые испытания компании Special Metals на цементацию в атмосфере водорода/2% метана показывают, что Inconel 600 набирает примерно половину веса (2,66–12,30 мг/см2), чем Incoloy 800HT (4,94–21,58 мг/см2) при том же воздействии.

Вопрос: Можно ли использовать Incoloy 800 при тех же температурах, что и Inconel 600?

A: Не совсем. Inconel 600 используется непрерывно при температуре до 2000 градусов F (1093 градуса), в то время как стандартный Incoloy 800 обычно ограничивается температурой около 1500 градусов F (816 градусов) для конструкций, основанных на прочности-. Для работы в печи при более высоких-температурах варианты 800H и 800HT - с контролируемым содержанием углерода и более крупным размером зерна - расширяют практический температурный диапазон Incoloy 800 и почти полностью устраняют разрыв.

Вопрос: Что лучше: Inconel 600 или Incoloy 800 для печей азотирования?

A: Inconel 600. Компания Special Metals прямо называет его стандартным материалом для емкостей для азотирования из-за его устойчивости к поглощению азота при высоких температурах; В собственной опубликованной литературе Incoloy 800 не содержится аналогичных утверждений.

Вопрос: Почему в Incoloy 800 такое низкое содержание никеля по сравнению с Inconel 600?

A: Incoloy 800 был представлен в 1950-х годах специально для снижения зависимости от никеля, который тогда был классифицирован как стратегический металл, предложение которого ограничено. Его химический состав-на основе железа (30-35 % никеля по сравнению с минимум 72 % в Inconel 600) был преднамеренным инженерным компромиссом, обусловленным затратами и предложением,-, а не целью производительности как таковой.

Вопрос: Являются ли Inconel 600 и Incoloy 800 устойчивыми к хлоридному растрескиванию под напряжением-коррозионным растрескиванием?

A: Inconel 600 считается практически невосприимчивым из-за высокого содержания никеля. Incoloy 800 может растрескиваться в суровых лабораторных условиях из-за более низкого содержания никеля, но его стойкость все еще достаточно высока, поэтому его обычно используют для замены материалов, которые уже вышли из строя из-за этого конкретного механизма.

Вопрос: Используются ли в Inconel 600 и Incoloy 800 один и тот же сварочный присадочный материал?

A: Для GTAW и GMAW да, - оба сплава обычно соединяются с присадочным металлом INCONEL 82. Для дуговой сварки экранированного металла-Inconel 600 обычно использует сварочный электрод INCONEL 182, а Incoloy 800 – электрод INCO-WELD A.