Inconel 600 vs Incoloy 800: scelta delle leghe di nichel per i componenti dei forni per il trattamento termico

Cosa sono Inconel 600 e Incoloy 800 e in cosa differiscono le loro composizioni?

Inconel 600 è una lega di nichel-cromo-ferro costruita su una base ricca di nichel- (72% minimo), mentre Incoloy 800 è fondamentalmente una lega a base di ferro-con solo il 30-35% di nichel - una scelta progettuale deliberata e storicamente documentata che colloca le due leghe alle estremità opposte della costo-rispetto a-alta-temperatura-spettro di prestazioni.

Fonte: Bollettini tecnici Special Metals Corporation SMC-027 (lega INCONEL 600) e SMC-046 (lega INCOLOY 800).

Incoloy 800 è stato introdotto negli anni '50 appositamente per soddisfare la necessità di una lega resistente al calore- e alla corrosione-con un contenuto di nichel relativamente basso, poiché all'epoca il nichel era considerato un metallo strategico. Questa non è storia casuale - è la logica di progettazione che ancora oggi separa le due leghe. L'elevato contenuto di nichel dell'Inconel 600 gli conferisce un'eccellente resistenza alle condizioni riducenti e lo immunizza virtualmente contro la rottura da corrosione-da stress da ioni di cloruro-; Le aggiunte di alluminio e titanio dell'Incoloy 800 (presenti nel 600 solo in tracce, se non del tutto) formano precipitati rinforzanti che compensano in parte il suo contenuto inferiore di nichel a temperatura elevata.

Quale lega ha la temperatura di servizio massima più elevata per i componenti del forno?

L'Inconel 600 offre un servizio principale più elevato-temperatura massima - uso continuo fino a 2.000 gradi F (1.093 gradi) - mentre l'Incoloy 800 standard viene generalmente utilizzato per le sue caratteristiche di resistenza fino a circa 1.500 gradi F (816 gradi); per il funzionamento dei forni al di sopra di quel punto, le varianti ad alta-temperatura di Incoloy, 800H e 800HT, colmano gran parte del divario.

Special Metals descrive la versatilità dell'Inconel 600 come "temperature da criogeniche a oltre 2.000 gradi F (1.095 gradi)" e afferma direttamente che la forza della lega e la resistenza all'ossidazione ad alta temperatura lo rendono utile per storte, muffole, piani a rulli e altri componenti di forni. Al contrario, Special Metals afferma che Incoloy 800 "è utilizzato per le sue caratteristiche di resistenza a temperature di servizio fino a circa 1.500 gradi F (816 gradi)" e che "per applicazioni che richiedono elevata resistenza allo scorrimento o alla rottura, vengono invece utilizzate le leghe INCOLOY 800H o 800HT".

Sia 800H che 800H T presentano un intervallo di carbonio controllato (rispettivamente 0,05-0,10% e 0,06-0,10%) e una dimensione minima del grano più grossolana (ASTM 5 o più grossolana) specificatamente progettata per aumentare la resistenza allo scorrimento viscoso e alla rottura da stress oltre quanto offerto dallo standard 800, estendendo l'intervallo di temperature pratiche di utilizzo in forno della famiglia 800 ben oltre quello della lega di base Punto di progettazione di 1.500 gradi F.

Quale lega resiste meglio alla carburazione nelle atmosfere del forno?

Inconel 600 assorbe significativamente meno carbonio rispetto a Incoloy 800HT in condizioni di cementazione identiche: il test di carburazione a gas di 100-ore-di Special Metals in un'atmosfera di idrogeno/2% di metano mostra che Inconel 600 guadagna 2,66-12,30 mg/cm2, rispetto a 4,94-21,58 mg/cm2 per Incoloy 800HT - circa la metà dell'aumento di peso ad entrambe le temperature testate.

Fonte: Special Metals Corporation, test di carburazione a gas (100 ore) in atmosfera di idrogeno/2% di metano (l'atmosfera di prova di 1.700 gradi F conteneva anche il 5% di argon), bollettino tecnico INCONEL lega 600 SMC-027.

Questo test fianco a fianco-a- è uno dei pochi casi in cui un selezionatore di componenti-di una fornace può vedere Inconel 600 e Incoloy 800HT misurati rispetto alla stessa esposizione alla cementazione in un unico esperimento controllato. La carburazione è estremamente importante in questa applicazione perché le atmosfere dei forni contenenti idrocarburi-(gas endotermico, ammoniaca crackizzata e ambienti di carburazione simili utilizzati nei forni per cementazione-e carburazione a gas) spingono il carbonio nella superficie delle strutture del forno, formando carburi interni che infragiliscono il metallo e riducono la durata delle attrezzature. Un minore assorbimento di carbonio si traduce direttamente in una maggiore durata di servizio di cestelli, vassoi e dispositivi che attraversano ripetutamente atmosfere cementanti.

Quale lega resiste meglio all'ossidazione ciclica e alla spallazione delle incrostazioni?

I test di ossidazione ciclica condotti da Special Metals a 1.800 gradi F (980 gradi ) - utilizzando ripetuti cicli di riscaldamento di 15-minuti e 5-minuti di raffreddamento in aria per oltre 1.000 ore - confrontano direttamente Inconel 600 con l'acciaio inossidabile Tipo 304, l'acciaio inossidabile Tipo 309 e Incoloy 800HT e dimostrano che il La composizione nichel-cromo-ferro dell'Inconel 600 mantiene le incrostazioni protettive di ossido molto meglio dei due acciai inossidabili sottoposti a ripetuti cicli termici.

La resistenza all'ossidazione ciclica, anziché stazionaria-, è il test più realistico per i dispositivi dei forni, che si riscaldano e si raffreddano con ogni lotto di produzione invece di restare a una singola temperatura di immersione indefinitamente. Ripetuti cicli termici provocano la rottura e la scheggiatura della scaglia protettiva di ossido di cromo-su qualsiasi lega a causa dell'espansione e contrazione termica del metallo sottostante; la lega che meglio resiste a questa spallazione mantiene il suo strato protettivo, e quindi la sua resistenza alla corrosione, per più cicli di calore-freddo.

L'inclusione di Incoloy 800HT da parte di Special Metals direttamente in questo stesso confronto - anziché testarlo separatamente - sottolinea che entrambe le leghe ricche di nichel-sono state sviluppate pensando a questa esatta modalità di guasto ciclico in forno-, anche se il test mostra la lega di nichel più alta-(600) con la più forte ritenzione di scala del gruppo.

Quale lega offre una migliore resistenza alla nitrurazione?

Inconel 600 è esplicitamente posizionato dal proprio produttore come il materiale standard per i contenitori di nitrurazione a causa della sua resistenza all'assorbimento di azoto ad alta temperatura, un'applicazione specifica e denominata che non appare nella letteratura tecnica dell'Incoloy 800.

Special Metals afferma chiaramente che l'Inconel 600 "è il materiale standard per i contenitori di nitrurazione a causa della sua resistenza all'azoto alle alte temperature". I forni di nitrurazione utilizzano atmosfere di dissociazione dell'ammoniaca- (circa 25% di azoto, 75% di idrogeno) per diffondere l'azoto nelle superfici delle parti in acciaio e qualsiasi attrezzatura del forno esposta a questa atmosfera è di per sé a rischio di accumulo di azoto e infragilimento. Poiché la letteratura pubblicata sull'Incoloy 800 non fornisce una dichiarazione equivalente sulla resistenza alla nitrurazione-, gli impianti e i contenitori per i forni di nitrurazione dovrebbero specificamente utilizzare Inconel 600 per impostazione predefinita, a meno che i dati sul campo non supportino un'alternativa.

Come si confrontano le due leghe in termini di resistenza al creep e alla sollecitazione-alla rottura?

I dati pubblicati sulla resistenza alla rottura-di Inconel 600 si estendono perfettamente fino a 2.000 gradi F (1.093 gradi), mentre Special Metals specifica esplicitamente che l'Incoloy 800 standard "non viene normalmente utilizzato per applicazioni che richiedono proprietà ottimali di scorrimento"-alla rottura" - quel ruolo appartiene a Incoloy 800H e 800HT, la cui chimica limitata e la dimensione dei grani più grossolani sono stati progettati specificatamente per aumentare la resistenza a lungo-termine e alle alte-temperature.

Fonte: tabella delle proprietà-di rottura della Special Metals Corporation (soluzione-trattata a 2.050 gradi F/1.121 gradi, raffreddata ad aria-), bollettino tecnico INCONEL lega 600 SMC-027.

Per i dispositivi del forno sotto carico sostenuto ad alta temperatura, - supporti per muffola, rulli-rulli del focolare o supporti per tubi radianti- - la resistenza allo scorrimento-alla rottura, non la resistenza alla trazione, è solitamente la proprietà di progettazione determinante. Lo standard Incoloy 800 supporta sollecitazioni di progettazione solo fino a circa 1.500 gradi F secondo il codice ASME per caldaie e recipienti a pressione, mentre il contenuto di carbonio controllato di 0,05-0,10% (o 0,06-0,10%) di Incoloy 800H e 800HT e ASTM 5-o-granulometria più grossa sono stati specificatamente approvati da il Comitato del Codice ASME per sollecitazioni di progettazione più elevate a 1.100-1.500 gradi F (593-816 gradi) e oltre, a seguito dell'analisi di 87 colate e 1.052 punti dati da parte del Metals Property Council. Laddove il servizio di carico sostenuto ad alta temperatura è la priorità, confrontare specificamente Inconel 600 con 800H o 800HT - non Incoloy base 800 - è il confronto tecnicamente corretto.

Come si confrontano le due leghe in termini di resistenza allo stress da cloruro-alla fessurazione e alla corrosione?

Il contenuto minimo di nichel del 72% di Inconel 600 lo rende praticamente immune alla fessurazione da corrosione-da stress da ioni di cloruro-, mentre il contenuto di nichel inferiore del 30-35% di Incoloy 800 può consentire la fessurazione in condizioni di laboratorio severe, sebbene la resistenza di Incoloy 800 sia ancora sufficientemente elevata da essere comunemente utilizzata per sostituire materiali che hanno già fallito in servizio a causa di questa esatta modalità di guasto.

Ciò è importante per le apparecchiature dei forni che subiscono un'esposizione intermittente alla contaminazione da cloruri - residui di tempra, atmosfere marine o industriali o prodotti chimici per la pulizia - oltre al servizio ad alta-temperatura. La regola metallurgica generale, confermata nella stessa letteratura di Special Metals, è che la tendenza delle leghe austenitiche a rompersi nelle soluzioni di cloruro diminuisce all'aumentare del contenuto di nichel. Inconel 600, con il 72% minimo di nichel, si trova a un'estremità di questo spettro; Incoloy 800, con circa la metà del contenuto di nichel, si trova più avanti, ma la sua resistenza supera ancora sostanzialmente quella degli impianti standard in acciaio inossidabile austenitico della serie 300 che comunemente sostituisce.

Entrambe le leghe sono soggette a sensibilizzazione durante il ciclo termico del forno?

Sì - entrambe le leghe condividono la stessa vulnerabilità fondamentale: i carburi di cromo precipitano ai bordi dei grani all'incirca nello stesso intervallo di 1.000-1.400 gradi F (540-760 gradi) sia per Inconel 600 che per Incoloy 800, e i dispositivi del forno che si riscaldano ripetutamente attraverso questa banda ad ogni ciclo sono esposti allo stesso rischio di sensibilizzazione indipendentemente dalla lega scelta.

La letteratura tecnica di Special Metals per entrambe le leghe descrive essenzialmente lo stesso meccanismo: nitruri e carburi di titanio (o, nel caso della 600, cianonitruri) si formano indipendentemente dal trattamento termico, mentre i carburi di cromo precipitano specificamente tra 1.000 e 1.800 gradi F (540-980 gradi) per Inconel 600 e 1.000-2.000 gradi F. (540-1.095 gradi) per Incoloy 800, con la banda di sensibilizzazione più aggressiva per entrambe le leghe che si trova a 1.000-1.400 gradi F (540-760 gradi).

Special Metals pubblica anche diagrammi di sensibilizzazione tempo-temperatura-per Incoloy 800 basati sul test Huey (acido nitrico al 65% bollente) appositamente per quantificare questo rischio. In pratica, la sensibilizzazione è descritta da Special Metals come "non un problema nella maggior parte delle- applicazioni ad alta temperatura" per entrambe le leghe - è importante soprattutto se l'attrezzatura verrà successivamente decapata o esposta a un ambiente acquoso aggressivo mentre è ancora nella condizione sensibilizzata, il che è raro per le attrezzature che rimangono in servizio in fornace.

Come si confrontano le leghe nella strategia di selezione dei costi e dei materiali?

Incoloy 800 esiste specificamente perché l'alto contenuto di nichel dell'Inconel 600 lo rendeva costoso e, negli anni '50, vincolare strategicamente la - chimica a base di ferro dell'Incoloy 800-era un deliberato compromesso ingegneristico-per fornire un'adeguata resistenza al calore e alla corrosione con una frazione del contenuto di nichel, e quella logica di costo governa ancora oggi la scelta tra queste due famiglie di leghe.

Questa non è una narrazione di marketing; è l'origine documentata della lega. La storia della lega di Special Metals afferma che Incoloy 800 "fu introdotto sul mercato negli anni '50 per soddisfare la necessità di una lega resistente al calore- e alla corrosione-con un contenuto di nichel relativamente basso poiché il nichel era, all'epoca, designato come un metallo 'strategico'."

Per le apparecchiature dei forni in cui i dispositivi più grandi e pesanti (rulli a rulli-del focolare, grandi muffole, fasci di tubi radianti) dominano il costo del materiale, specificando Incoloy 800 o 800H/800HT laddove la sua minore temperatura di servizio-soffitto di temperatura e una resistenza allo scorrimento leggermente inferiore-alla rottura sono accettabili può ridurre significativamente il costo totale dei dispositivi rispetto a un tutto-Inconel-600 design, riservandone 600 specificatamente per i componenti a-temperatura più alta, per la maggior parte dei componenti sottoposti a cementazione o esposti alla nitrurazione nello stesso forno.

Come si confrontano le leghe nella fabbricazione e nella saldatura per la produzione di dispositivi per forni?

Entrambe le leghe sono facilmente formabili a caldo- e a freddo-, condividono un tasso di indurimento di lavoro quasi identico- e possono entrambe essere saldate con il metallo d'apporto INCONEL 82 - una sovrapposizione davvero conveniente per le officine che fabbricano attrezzature per forni in leghe miste-, poiché un singolo metallo d'apporto può unire entrambe le leghe di base o un giunto metallico-diverso tra di loro.

Fonte: Bollettini tecnici Special Metals Corporation SMC-027 (lega INCONEL 600) e SMC-046 (lega INCOLOY 800).

Quali standard regolano Inconel 600 e Incoloy 800 per la fabbricazione di componenti di forni?

Entrambe le leghe sono approvate secondo il codice ASME per caldaie e recipienti a pressione con casi di codice dedicati - Inconel 600 sotto caso di codice 1827 e Incoloy 800/800H/800HT sotto caso di codice 1325 - con specifiche di forma del prodotto parallele ma distinte-per ciascuna famiglia di leghe.

Fonte: tabelle "Prodotti disponibili e specifiche" di Special Metals Corporation, bollettini tecnici della lega INCONEL 600 e della lega INCOLOY 800.

Quale lega dovresti specificare per i componenti del forno per il trattamento termico?

Specificare Inconel 600 per l'esposizione più severa alla cementazione e alla nitrurazione, alle temperature del forno più elevate o qualsiasi componente in cui la rottura da stress da cloruro-corrosivo è un rischio realistico; specificare Incoloy 800 (o 800H/800HT per carichi di-temperatura e-carico più elevati) dove la temperatura del forno rimane vicina o inferiore a circa 1.500-1.800 gradi F e il costo del materiale inferiore è una priorità.

• Scegli Inconel 600 per:Contenitori e attrezzature per forni di nitrurazione, dove 600 è il materiale standard denominato.
• Scegli Inconel 600 per:Atmosfere fortemente cementate (gas endotermico, forni per cementazione-) in cui la riduzione al minimo dell'assorbimento di carbonio prolunga la durata delle attrezzature.
• Scegli Inconel 600 per:Servizio continuo superiore a circa 1.800-2.000 gradi F, al limite superiore o oltre la gamma pratica di Incoloy 800H/800HT.
• Scegli Inconel 600 per:Componenti con qualsiasi esposizione realistica alla contaminazione da cloruro oltre al calore elevato.
• Scegli Incoloy 800 / 800H / 800HT per:Impianti grandi e pesanti - muffole, rulli-rulli per focolari, supporti per tubi radianti - dove il costo dei materiali varia in base al tonnellaggio e alla temperatura di servizio rimane all'interno dell'involucro di una famiglia di 800 persone.
• Scegli Incoloy 800 / 800H / 800HT per:Servizio di carico sostenuto-superiore a 1.500 gradi F, dove le sollecitazioni di progettazione più elevate riconosciute da ASME-800H o 800HT sono sufficienti per l'applicazione.
• Scegli Incoloy 800 / 800H / 800HT per:Applicazioni in cui la-stress dovuta a cloruro-la fessurazione da corrosione è un rischio basso ma non{2}zero zero e il contenuto di nichel ancora-sostanziale di Incoloy 800 offre un margine adeguato rispetto alle alternative in acciaio inossidabile.

Nei progetti di forni in leghe miste-, le due leghe si accoppiano naturalmente: Inconel 600 per gli impianti e i contenitori esposti all'atmosfera più severa o alla temperatura locale più elevata, e Incoloy 800/800H/800HT per gli impianti strutturali più grandi dove il suo contenuto inferiore di nichel riduce il costo totale del materiale senza compromettere la durata complessiva del forno.

Domande frequenti

D: Qual è la differenza principale tra Inconel 600 e Incoloy 800?

A: Inconel 600 (UNS N06600) è una lega a base di nichel-con il 72% minimo di nichel, mentre Incoloy 800 (UNS N08800) è a base di ferro-con solo il 30-35% di nichel. Questa differenza di composizione conferisce a Inconel 600 una migliore resistenza alla carburazione e alla nitrurazione e un limite massimo di temperatura di servizio-più elevato, mentre Incoloy 800 offre un costo del materiale sostanzialmente inferiore - un compromesso che risale direttamente all'obiettivo progettuale di Incoloy 800 degli anni '50 di conservazione del nichel.

D: Quale lega resiste meglio alla carburazione nelle atmosfere dei forni?

A: Inconel 600. Il test di carburazione di 100 ore di Special Metals in un'atmosfera di idrogeno/2% di metano mostra che Inconel 600 guadagna circa la metà del peso (2,66-12,30 mg/cm2) rispetto a Incoloy 800HT (4,94-21,58 mg/cm2) con la stessa esposizione.

D: È possibile utilizzare Incoloy 800 alle stesse temperature di Inconel 600?

A: Non proprio. Inconel 600 viene utilizzato continuamente fino a 2.000 gradi F (1.093 gradi), mentre l'Incoloy 800 standard è generalmente limitato a circa 1.500 gradi F (816 gradi) per la progettazione basata sulla resistenza-. Per applicazioni in forni a-temperature più elevate, le varianti 800H e 800HT - con contenuto di carbonio controllato e granulometria più grossa - estendono l'intervallo di temperatura pratico di Incoloy 800 e colmano gran parte del divario.

D: Inconel 600 o Incoloy 800 sono migliori per gli impianti dei forni di nitrurazione?

A: Inconel 600. Special Metals lo nomina esplicitamente come materiale standard per i contenitori di nitrurazione a causa della sua resistenza all'assorbimento di azoto ad alta temperatura; La letteratura pubblicata da Incoloy 800 non fa un'affermazione equivalente.

D: Perché Incoloy 800 ha un contenuto di nichel così basso rispetto a Inconel 600?

A: Incoloy 800 è stato introdotto negli anni '50 appositamente per ridurre la dipendenza dal nichel, allora classificato come metallo strategico in fornitura limitata. La sua composizione chimica a base di ferro-(30-35% di nichel contro il 72% minimo di Inconel 600) era un compromesso ingegneristico deliberatamente basato sui costi e sull'offerta-, non un obiettivo di prestazioni in sé.

D: Inconel 600 e Incoloy 800 sono entrambi resistenti alle crepe da corrosione da stress da cloruri?

A: Inconel 600 è considerato praticamente immune grazie al suo alto contenuto di nichel. Incoloy 800 può essere fatto rompere in condizioni di laboratorio severe a causa del suo basso contenuto di nichel, ma la sua resistenza è ancora sufficientemente elevata da essere comunemente utilizzato per sostituire materiali che hanno già ceduto in servizio a causa di questo meccanismo esatto.

D: Inconel 600 e Incoloy 800 utilizzano lo stesso metallo d'apporto per saldatura?

A: Per GTAW e GMAW, sì - entrambe le leghe sono comunemente unite con il metallo d'apporto INCONEL 82. Per la saldatura ad arco di metalli schermati-, Inconel 600 utilizza in genere l'elettrodo per saldatura INCONEL 182, mentre Incoloy 800 utilizza l'elettrodo INCO-WELD A.