Inconel 600 vs Incoloy 800: selecció d'aliatge de níquel per a components de forn de tractament tèrmic

Què són l'Inconel 600 i l'Incoloy 800 i com es diferencien les seves composicions?

Inconel 600 és un aliatge de níquel-crom-ferro construït sobre una base rica en níquel-(72% com a mínim), mentre que Incoloy 800 és fonamentalment un aliatge-de ferro amb només un 30-35% de níquel {- una elecció deliberada de dos dissenys històricament oposats a l'oposat històric. cost-versus-espectre de rendiment-alta temperatura.

Font: Butlletins tècnics de Special Metals Corporation SMC-027 (aliatge INCONEL 600) i SMC-046 (aliatge INCOLOY 800).

L'Incoloy 800 es va introduir a la dècada de 1950 específicament per cobrir la necessitat d'un aliatge resistent a la calor- i la corrosió- amb un contingut relativament baix de níquel, ja que el níquel era, en aquell moment, designat com un metall estratègic. Això no és una història incidental - és la lògica del disseny que encara avui separa els dos aliatges. L'alt contingut de níquel de l'Inconel 600 li confereix una excel·lent resistència a les condicions reductores i pràcticament l'immunitza contra l'esquerda per corrosió-d'estrès-clorur; Les addicions d'alumini i titani d'Incoloy 800 (presents en 600 només en petites quantitats, si n'hi ha) formen precipitats de reforç que compensen parcialment el seu menor contingut de níquel a temperatura elevada.

Quin aliatge té la temperatura màxima de servei més alta per als components del forn?

L'Inconel 600 té un servei de titular més alt-sostre de temperatura - ús continu fins a 2.000 graus F (1.093 graus) - mentre que l'Incoloy 800 estàndard s'utilitza generalment per les seves característiques de resistència fins a uns 1.500 graus F (816 graus); per al servei del forn per sobre d'aquest punt, les variants d'alta-temperatura d'Incoloy, 800H i 800HT, tanquen gran part de la bretxa.

Special Metals descriu la versatilitat d'Inconel 600 com a "temperatures des de criogènics fins a més de 2.000 graus F (1.095 graus)" i afirma directament que la força de l'aliatge i la resistència a l'oxidació a alta temperatura el fan útil per a rèpliques, mufles, llars de rodets i altres components del forn. Per contra, Special Metals afirma que Incoloy 800 "s'utilitza per les seves característiques de resistència a temperatures de servei de fins a uns 1.500 graus F (816 graus)" i que "per a aplicacions que requereixen una gran resistència a la fluència o a la ruptura, s'utilitzen aliatges INCOLOY 800H o 800HT".

Tant el 800H com el 800H T porten un rang de carboni controlat (0,05-0,10% i 0,06-0,10%, respectivament) i una mida mínima de gra més gruixuda (ASTM 5 o més gruixuda) dissenyada específicament per augmentar la resistència a la fluïdesa i a la ruptura de tensió més enllà del que 800 ofereix el rang de temperatures pràctic de la família 800, ampliant el rang de temperatures pràctic. molt més enllà del punt de disseny de 1.500 graus F de l'aliatge base.

Quin aliatge resisteix millor la carburació a les atmosferes del forn?

L'Inconel 600 absorbeix menys carboni que l'Incoloy 800HT en condicions de carburació idèntiques: la prova de carburació de gas-de 100-hores- de Special Metals en una atmosfera d'hidrogen/2% metà mostra que l'Inconel 600 guanya 2,66-12,30 mg/cm2, en comparació amb 48-12 mg/cm2. Incoloy 800HT: aproximadament la meitat de l'augment de pes a les dues temperatures provades.

Font: Special Metals Corporation, proves de carburació de gas (100 h) en atmosfera d'hidrogen/2% metà (l'atmosfera de prova de 1.700 graus F també contenia un 5% d'argó), butlletí tècnic d'aliatge 600 INCONEL SMC-027.

Aquesta prova--costa a costat és un dels pocs llocs on un especificador de components-de forn pot veure mesurats l'Inconel 600 i l'Incoloy 800HT amb la mateixa exposició de cementació en un únic experiment controlat. La carburació és molt important en aquesta aplicació perquè les atmosferes de forn que contenen hidrocarburs-(gas endotèrmic, amoníac esquerdat i entorns de carburació similars utilitzats en forns d'enduriment i carburació de gas) introdueixen carboni a la superfície dels accessoris del forn, formant carburs interns que fragilitzen el metall i escurcen la vida útil de l'aparell. La menor absorció de carboni es tradueix directament en una vida útil més llarga per a cistelles, safates i accessoris que circulen repetidament a través d'atmosferes de cementació.

Quin aliatge resisteix millor l'oxidació cíclica i l'espal·lació de l'escala?

Les proves d'oxidació cíclica de Special Metals a 1.800 graus F (980 graus) - utilitzant cicles repetits d'escalfament de 15-minuts i 5-minuts de refrigeració a l'aire durant 1.000 hores - comparen directament Inconel 600 amb acer inoxidable tipus 3049 i acer inoxidable tipus 3049. 800HT, i demostra que la composició de níquel-crom-ferro d'Inconel 600 conserva la seva escala d'òxid protectora molt millor que els dos acers inoxidables sota cicles tèrmics repetits.

La resistència a l'oxidació cíclica, més que no pas en estat estacionari-, és la prova més realista per als accessoris de forn, que s'escalfen i es refreden amb cada lot de producció en comptes de mantenir-se a una sola temperatura de remull indefinidament. El cicle tèrmic repetit fa que l'escala protectora d'òxid de crom-de qualsevol aliatge s'esquerde i s'esquilli per l'expansió i contracció tèrmica del metall subjacent; l'aliatge que millor resisteix aquesta espal·lació conserva la seva capa protectora i, per tant, la seva resistència a la corrosió, durant més cicles de calor-fredda.

La inclusió d'Incoloy 800HT d'Special Metals directament en aquesta mateixa comparació - en comptes de provar-la per separat - subratlla que tots dos aliatges rics en níquel-es van desenvolupar tenint en compte aquest mode de fallada de cicle exacte del forn-, tot i que la prova mostra la retenció d'escala més alta- amb l'aliatge d'escala més fort del grup 600.

Quin aliatge ofereix una millor resistència a la nitruració?

Inconel 600 es posiciona explícitament pel seu propi fabricant com el material estàndard per als envasos de nitruració a causa de la seva resistència a l'absorció de nitrogen a alta temperatura, una aplicació específica i denominada que no apareix a la literatura tècnica pròpia d'Incoloy 800.

Special Metals afirma clarament que Inconel 600 "és el material estàndard per a envasos de nitruració per la seva resistència al nitrogen a altes temperatures". Els forns de nitruració utilitzen atmosferes de dissociació d'amoníac-(aproximadament un 25% de nitrogen, un 75% d'hidrogen) per difondre nitrogen a les superfícies de les peces d'acer, i qualsevol dispositiu de forn exposat a aquesta atmosfera corre el risc de captació i fragilitat de nitrogen. Com que la literatura publicada de l'Incoloy 800 no fa una afirmació de resistència a la nitruració-equivalent, els accessoris i els contenidors per als forns de nitruració específicament haurien de ser Inconel 600 per defecte, tret que les dades de camp admetin una alternativa.

Com es comparen els dos aliatges en la resistència a la fluència i la tensió{0}}la ruptura?

Les dades de resistència-de ruptura publicades d'Inconel 600 s'estenen clarament fins a 2.000 graus F (1.093 graus), mentre que Special Metals expressa que l'Incoloy 800 estàndard "normalment no s'utilitza per a aplicacions que requereixen propietats de ruptura de fluència{{7} òptimes" - aquest paper pertany a Incoloy 800H, 800H i coloy restringits. la química i la mida del gra més gruixut es van dissenyar específicament per augmentar la resistència a la temperatura-alta-a llarg termini.

Font: taula de propietats-de ruptura de Special Metals Corporation (solució-tractada a 2.050 graus F/1.121 graus, refrigerada per aire-), butlletí tècnic d'aliatge 600 d'INCONEL SMC-027.

Per a instal·lacions de forn amb càrrega sostinguda a alta temperatura, - suports de mufla, rodets-rodelles de sol o-penjadors radiants de tubs - fluència-la resistència a la ruptura, no la resistència a la tracció, sol ser la propietat de disseny rector. L'Incoloy 800 estàndard només admet tensions de disseny d'aproximadament 1.500 graus F sota el codi de calderes i recipients a pressió ASME, mentre que els Incoloy 800H i 800HT controlen el 0,05-0,10% (o el 0,06-0,10%{23}}0,10}%) o el contingut de carboni{28}}{28}}{28}}{28}}{28}}{28}}gra gruixut i ASTM{28}}5% La mida va ser aprovada específicament pel Comitè del Codi ASME per a tensions de disseny més altes a 1.100-1.500 graus F (593-816 graus) i més enllà, després de l'anàlisi de 87 calors i 1.052 punts de dades per part del Metals Property Council. Quan el servei de suport de càrrega sostingut a alta temperatura és la prioritat, comparar Inconel 600 amb 800H o 800HT específicament, no l'Incoloy base 800 - és la comparació tècnicament correcta.

Com es comparen els dos aliatges en la resistència a l'estrès del clorur-per corrosió?

El contingut mínim de níquel del 72% de l'Inconel 600 el fa pràcticament immune a l'esquerda per corrosió-d'ions de clorur-, mentre que el contingut de níquel inferior del 30-35% de l'Incoloy 800 pot permetre l'esquerdament en condicions severes de laboratori, tot i que la resistència de l'Incoloy 800 ja és prou comú com per reemplaçar-lo en els materials que ja no s'utilitzen com per a reemplaçar-lo. mode de fallada exacta.

Això és important per als equips de forn que veuen una exposició intermitent a la contaminació amb clorurs - atenuant residus, atmosferes marines o industrials o productes químics de neteja - a més del servei d'alta-temperatura. La regla general metal·lúrgica, confirmada a la pròpia literatura de Special Metals, és que la tendència dels aliatges austenítics a trencar-se en solucions de clorur disminueix a mesura que augmenta el contingut de níquel. Inconel 600, amb un 72% de níquel mínim, es troba a un extrem d'aquest espectre; L'Incoloy 800, amb aproximadament la meitat del contingut de níquel, es troba més lluny, però la seva resistència encara supera substancialment la dels accessoris estàndard d'acer inoxidable austenític de la sèrie 300 que substitueix habitualment.

Els dos aliatges són propensos a sensibilitzar-se durant el cicle tèrmic del forn?

Sí - tots dos aliatges comparteixen la mateixa vulnerabilitat fonamental: els carburs de crom precipiten als límits del gra en aproximadament el mateix rang de 1.000-1.400 graus F (540-760 graus ) tant per a Inconel 600 com per a Incoloy 800, i els accessoris de forn que s'exposen repetidament a la calor a través d'aquesta banda, tenint en compte el mateix risc de calor a través d'aquesta banda, s'exposa a cada cicle sense sentit. escollit.

La literatura tècnica de Special Metals per a tots dos aliatges descriu essencialment el mateix mecanisme: els nitrurs i els carburs de titani (o, en el cas del 600, els cianotrurs) es formen independentment del tractament tèrmic, mentre que els carburs de crom precipiten específicament entre 1.000 graus F i 1.800 graus F (540-980 graus F i 60 graus F). 1.000-2.000 graus F (540-1.095 graus) per a Incoloy 800, amb la banda de sensibilització més agressiva per als dos aliatges a 1.000-1.400 graus F (540-760 graus).

Special Metals fins i tot publica diagrames de sensibilització de temps-temperatura-per a Incoloy 800 basats en la prova de Huey (ebullició d'àcid nítric al 65%) específicament per quantificar aquest risc. A la pràctica, Special Metals descriu la sensibilització com "no és un problema en la majoria d'aplicacions d'alta-temperatura" per a qualsevol aliatge - importa principalment si l'aparell serà posteriorment decapat o exposat a un entorn aquós agressiu mentre encara es troba en la condició de sensibilització, cosa que és poc freqüent per als accessoris que romanen en servei del forn.

Com es comparen els aliatges en l'estratègia de selecció de costos i materials?

L'Incoloy 800 existeix específicament perquè l'alt contingut de níquel de l'Inconel 600 el va fer car i, a la dècada de 1950, la química estratègicament restringida - Incoloy 800 a base de ferro-era un comerç d'enginyeria deliberat-per oferir un contingut adequat de níquel, una corrosió i una resistència a la corrosió, la calor i la corrosió lògics adequats. governa avui l'elecció entre aquestes dues famílies d'aliatges.

Això no és una narrativa de màrqueting; és l'origen documentat de l'aliatge. La pròpia història de l'aliatge de Special Metals afirma que Incoloy 800 "va ser introduït al mercat als anys 50 per cobrir la necessitat d'un aliatge resistent a la calor- i la corrosió- amb un contingut de níquel relativament baix, ja que el níquel era, en aquell moment, designat com un metall "estratègic".

Per a equips de forn on els accessoris més grans i més pesats (rodelles-de rodets, mufles grans, paquets de tubs radiants) dominen el cost del material, especificant Incoloy 800 o 800H/800HT allà on el seu sostre de temperatura de servei més baix-i una mica més baixa de resistència a la ruptura de l'arranjament són acceptables, amb una resistència a la ruptura total acceptable. tot el disseny d'-Inconel-600, tot i que es reserva 600 específicament per a la temperatura més alta-, la majoria de cementació o els components exposats a la nitruració del mateix forn.

Com es comparen els aliatges en la fabricació i la soldadura per a la fabricació d'accessoris de forn?

Tots dos aliatges es formen fàcilment- i en fred-, comparteixen una velocitat d'enduriment de treball- gairebé idèntica i tots dos es poden soldar amb INCONEL Filler Metal 82 -, una superposició realment convenient per a botigues que fabriquen accessoris de forn d'aliatge mixt{-, ja que un únic aliatge{5} pot unir ambdós aliatges de base{5} o una unió{5} dissimilar. ells.

Font: Butlletins tècnics de Special Metals Corporation SMC-027 (aliatge INCONEL 600) i SMC-046 (aliatge INCOLOY 800).

Quines normes regeixen l'Inconel 600 i l'Incoloy 800 per a la fabricació de components del forn?

Tots dos aliatges estan aprovats sota el codi de caldera i recipient a pressió ASME amb casos de codi dedicats - Inconel 600 sota el cas de codi 1827 i Incoloy 800/800H/800HT sota el cas de codi 1325 - amb especificacions de forma de producte-paral·leles però diferents per a cada família d'aliatges.

Font: Taules "Productes i especificacions disponibles" de Special Metals Corporation, butlletins tècnics d'aliatge INCONEL 600 i aliatge INCOLOY 800.

Quin aliatge hauríeu d'especificar per als components del forn de tractament tèrmic?

Especifiqueu Inconel 600 per a l'exposició a la cementació i nitruració més severa, les temperatures més altes del forn o qualsevol component on l'esquerda per corrosió per tensió de clorur-és un risc realista; especifiqueu Incoloy 800 (o 800H/800HT per a més -temperatura, càrrega-deure) on les temperatures del forn es mantenen a prop o per sota d'aproximadament 1.500-1.800 graus F i un cost de material més baix és una prioritat.

• Trieu Inconel 600 per a:Contenidors i accessoris del forn de nitruració, on 600 és el material estàndard anomenat.
• Trieu Inconel 600 per a:Atmosferes molt cementants (gas endotèrmic, forns d'enduriment{0}) on minimitzar la recollida de carboni allarga la vida útil de l'aparell.
• Trieu Inconel 600 per a:Servei continu per sobre d'aproximadament 1.800-2.000 graus F, a la vora superior o més enllà del rang pràctic d'Incoloy 800H/800HT.
• Trieu Inconel 600 per a:Components amb qualsevol exposició realista a la contaminació amb clorurs a més de la calor elevada.
• Trieu Incoloy 800 / 800H / 800HT per a:Fixacions grans i pesades - mufles, rodets-de sol, suports per a tubs radiants - on el cost del material s'escala amb tonatge i temperatura de servei es manté dins de l'embolcall de 800 famílies.
• Trieu Incoloy 800 / 800H / 800HT per a:Servei sostingut i de càrrega-per sobre de 1.500 graus F, on l'aplicació 800H o 800HT's ASME-reconeix que les tensions de disseny més altes són suficients per a l'aplicació.
• Trieu Incoloy 800 / 800H / 800HT per a:Aplicacions on l'esquerda per corrosió provocada per l'estrès-clorur-és un risc baix però no{2}}zero, i el contingut encara-substancial de níquel d'Incoloy 800 ofereix un marge adequat respecte a les alternatives d'acer inoxidable.

En els dissenys de forns d'aliatge mixt{0}, els dos aliatges es combinen de manera natural: Inconel 600 per als accessoris i contenidors exposats a l'atmosfera més severa o a la temperatura local més alta, i Incoloy 800/800H/800HT per als accessoris estructurals més grans on el seu menor contingut de níquel redueix el cost total del material sense comprometre la vida útil total del forn.

Preguntes freqüents

P: Quina és la diferència principal entre Inconel 600 i Incoloy 800?

A: Inconel 600 (UNS N06600) és un aliatge a base de níquel-amb un 72% mínim de níquel, mentre que Incoloy 800 (UNS N08800) és a base de ferro- amb només un 30-35% de níquel. Aquesta diferència de composició ofereix a l'Inconel 600 una millor resistència a la carburació i nitruració i un sostre de temperatura de servei més alt-, mentre que l'Incoloy 800 ofereix un cost de material substancialment més baix -, una compensació que es remunta directament a l'objectiu de disseny de la dècada de 1950 de l'Incoloy 800 de conservar níquel.

P: Quin aliatge resisteix millor la carburació en atmosferes de forn?

A: Inconel 600. La prova de carburació de 100 hores de Special Metals en una atmosfera d'hidrogen/2% metà mostra que l'Inconel 600 guanya aproximadament la meitat del pes (2,66-12,30 mg/cm2) que guanya Incoloy 800HT (4,94-21,58 mg/cm2) sota la mateixa exposició.

P: Es pot utilitzar Incoloy 800 a les mateixes temperatures que l'Inconel 600?

A: No del tot. L'Inconel 600 s'utilitza contínuament fins a 2.000 graus F (1.093 graus ), mentre que l'Incoloy 800 estàndard generalment es limita a uns 1.500 graus F (816 graus ) per a un disseny basat en la força-. Per a un servei de forn de temperatura més alta-, les variants 800H i 800HT - amb contingut de carboni controlat i mida de gra més gruixuda - amplien el rang de temperatura pràctic de l'Incoloy 800 i tanquen gran part de la bretxa.

P: És millor l'Inconel 600 o l'Incoloy 800 per a accessoris de forn de nitruració?

A: Inconel 600. Special Metals l'anomena explícitament com el material estàndard per a envasos de nitruració per la seva resistència a l'absorció de nitrogen a alta temperatura; La literatura publicada de la pròpia Incoloy 800 no fa una afirmació equivalent.

P: Per què l'Incoloy 800 té un contingut de níquel tan baix en comparació amb l'Inconel 600?

A: L'Incoloy 800 es va introduir a la dècada de 1950 específicament per reduir la dependència del níquel, que llavors es va classificar com un metall estratègic amb un subministrament limitat. La seva química basada en ferro-(30-35% de níquel versus el 72% mínim d'Inconel 600) va ser una compensació deliberada de costos i subministrament-d'enginyeria, no un objectiu de rendiment en si mateix.

P: L'Inconel 600 i l'Incoloy 800 són tots dos resistents a les esquerdes per corrosió-d'estrès de clorur?

A: L'Inconel 600 es considera pràcticament immune pel seu alt contingut de níquel. L'Incoloy 800 es pot fer trencar en condicions severes de laboratori a causa del seu menor contingut de níquel, però la seva resistència encara és prou alta que s'utilitza habitualment per substituir materials que ja han fallat en servei d'aquest mecanisme exacte.

P: Inconel 600 i Incoloy 800 utilitzen el mateix metall d'aportació de soldadura?

A: Per a GTAW i GMAW, sí - tots dos aliatges s'ajunten habitualment amb INCONEL Filler Metal 82. Per a la soldadura d'arc de metall blindat-, Inconel 600 normalment utilitza INCONEL Welding Electrode 182, mentre que Incoloy 800 utilitza INCO-WELD A Electrode.