Inconel 600 vs. Incoloy 800: Auswahl einer Nickellegierung für Wärmebehandlungsofenkomponenten

Was sind Inconel 600 und Incoloy 800 und wie unterscheiden sich ihre Zusammensetzungen?

Inconel 600 ist eine Nickel-Chrom-Eisenlegierung, die auf einer nickel-reichen Basis (mindestens 72 %) aufgebaut ist, während Incoloy 800 grundsätzlich eine Eisen-basierte Legierung mit nur 30-35 % Nickel - ist, eine bewusste, historisch dokumentierte Designentscheidung, die die beiden Legierungen an entgegengesetzten Enden platziert Kosten-versus-hohes-Temperatur-Leistungsspektrum.

Quelle: Technische Bulletins der Special Metals Corporation SMC-027 (INCONEL-Legierung 600) und SMC-046 (INCOLOY-Legierung 800).

Incoloy 800 wurde in den 1950er Jahren speziell eingeführt, um den Bedarf an einer hitze- und korrosionsbeständigen Legierung mit einem relativ niedrigen Nickelgehalt zu decken, da Nickel damals als strategisches Metall galt. Dies ist keine Nebengeschichte -, sondern die Designlogik, die die beiden Legierungen auch heute noch trennt. Der hohe Nickelgehalt von Inconel 600 verleiht ihm eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber reduzierenden Bedingungen und macht es praktisch immun gegen Chlorid--Ionenbelastung-Korrosionsrissbildung; Die Aluminium- und Titanzusätze von Incoloy 800 (in 600, wenn überhaupt, nur in Spuren vorhanden) bilden festigende Ausscheidungen, die den geringeren Nickelgehalt bei erhöhter Temperatur teilweise ausgleichen.

Welche Legierung hat die höhere maximale Betriebstemperatur für Ofenkomponenten?

Inconel 600 verfügt über eine höhere Temperaturobergrenze - bei Dauergebrauch bis 2.000 Grad F (1.093 Grad) -, während Standard-Incoloy 800 aufgrund seiner Festigkeitseigenschaften im Allgemeinen bis zu etwa 1.500 Grad F (816 Grad) verwendet wird; Für den Ofenbetrieb über diesem Punkt schließen Incoloys eigene Hochtemperaturvarianten 800H und 800HT einen Großteil der Lücke.

Special Metals beschreibt die Vielseitigkeit von Inconel 600 als „Temperaturbereich von kryogen bis über 2.000 Grad F (1.095 Grad)“ und gibt direkt an, dass die Festigkeit und Oxidationsbeständigkeit der Legierung bei hohen Temperaturen sie für Retorten, Muffeln, Rollenherde und andere Ofenkomponenten geeignet machen. Im Gegensatz dazu gibt Special Metals an, dass Incoloy 800 „wegen seiner Festigkeitseigenschaften bei Betriebstemperaturen bis zu etwa 1.500 Grad F (816 Grad) verwendet wird“ und dass „für Anwendungen, die eine hohe Kriech- oder Bruchfestigkeit erfordern, stattdessen INCOLOY-Legierungen 800H oder 800HT verwendet werden“.

Sowohl 800H als auch 800H T verfügen über einen kontrollierten Kohlenstoffbereich (0,05-0,10 % bzw. 0,06-0,10 %) und eine gröbere Mindestkorngröße (ASTM 5 oder gröber), die speziell entwickelt wurde, um die Kriech- und Spannungsbruchfestigkeit über die Standardwerte von 800 hinaus zu erhöhen und so den praktischen Ofentemperaturbereich der 800er-Familie weit über den Wert von 1.500 der Grundlegierung hinaus zu erweitern Designpunkt Grad F.

Welche Legierung widersteht der Aufkohlung in Ofenatmosphären besser?

Inconel 600 absorbiert unter identischen Aufkohlungsbedingungen messbar weniger Kohlenstoff als Incoloy 800HT: Der 100-{3}stündige Gasaufkohlungstest von Special Metals in einer Atmosphäre aus Wasserstoff und 2 % Methan zeigt, dass Inconel 600 2,66–12,30 mg/cm2 zunimmt, verglichen mit 4,94–21,58 mg/cm2 für Incoloy 800HT – etwa die Hälfte der Gewichtszunahme bei beiden getesteten Temperaturen.

Quelle: Special Metals Corporation, Gasaufkohlungstests (100 Stunden) in einer Atmosphäre aus Wasserstoff/2 % Methan (1.700 °F-Testatmosphäre enthielt auch 5 % Argon), INCONEL Alloy 600 Technical Bulletin SMC-027.

Dieser Side-{0}}by-Test ist einer der wenigen Orte, an denen ein Ofenkomponenten--Spezifizierer sehen kann, wie Inconel 600 und Incoloy 800HT in einem einzigen, kontrollierten Experiment gegen die gleiche Aufkohlungsbelastung gemessen werden. Die Aufkohlung ist bei dieser Anwendung von enormer Bedeutung, da kohlenwasserstoffhaltige Ofenatmosphären (endothermes Gas, gekracktes Ammoniak und ähnliche Aufkohlungsumgebungen, die in Hart- und Gasaufkohlungsöfen verwendet werden) Kohlenstoff in die Oberfläche der Ofenbefestigungen treiben und interne Karbide bilden, die das Metall verspröden und die Lebensdauer der Vorrichtungen verkürzen. Eine geringere Kohlenstoffaufnahme führt direkt zu einer längeren Lebensdauer von Körben, Tabletts und Vorrichtungen, die wiederholt durch Aufkohlungsatmosphären laufen.

Welche Legierung widersteht zyklischer Oxidation und Abplatzung von Ablagerungen besser?

Der eigene zyklische Oxidationstest von Special Metals bei 1.800 Grad F (980 Grad) - mit wiederholten 15{{8}minütigen Erhitzungs- und 5{13}minütigen Abkühlzyklen an der Luft über 1.000 Stunden - vergleicht Inconel 600 direkt mit Edelstahl vom Typ 304, Edelstahl vom Typ 309 und Incoloy 800HT und zeigt, dass die Die Nickel-Chrom-Eisen-Zusammensetzung von Inconel 600 behält seine schützende Oxidschicht bei wiederholten Temperaturwechseln weitaus besser als die beiden rostfreien Stähle.

Die zyklische Oxidationsbeständigkeit ist anstelle der stationären Oxidationsbeständigkeit der realistischere Test für Ofenvorrichtungen, die sich bei jeder Produktionscharge aufheizen und abkühlen, anstatt auf unbestimmte Zeit bei einer einzigen Haltetemperatur zu bleiben. Wiederholte Temperaturwechsel führen dazu, dass die schützende Chromoxidschicht auf jeder Legierung aufgrund der thermischen Ausdehnung und Kontraktion des darunter liegenden Metalls reißt und abplatzt. Die Legierung, die dieser Abplatzung am besten widersteht, behält ihre Schutzschicht und damit ihre Korrosionsbeständigkeit über mehrere Hitze-{3}}Kältezyklen hinweg.

Die direkte Einbeziehung von Incoloy 800HT durch Special Metals in denselben Vergleich - statt es separat zu testen - unterstreicht, dass beide nickel{3}}reichen Legierungen genau unter Berücksichtigung dieses Fehlermodus im Ofen-entwickelt wurden, auch wenn der Test die höchste-Nickellegierung (600) mit der stärksten Zunderretention der Gruppe zeigt.

Welche Legierung bietet eine bessere Nitrierbeständigkeit?

Inconel 600 wird von seinem eigenen Hersteller aufgrund seiner Beständigkeit gegen Stickstoffabsorption bei hohen Temperaturen ausdrücklich als Standardmaterial für Nitrierbehälter positioniert, eine spezifische, benannte Anwendung, die in der eigenen technischen Literatur von Incoloy 800 nicht aufgeführt ist.

Special Metals gibt klar und deutlich an, dass Inconel 600 „aufgrund seiner Beständigkeit gegenüber Stickstoff bei hohen Temperaturen das Standardmaterial für Nitrierbehälter ist.“ Nitrieröfen verwenden Ammoniak-Dissoziationsatmosphären (ungefähr 25 % Stickstoff, 75 % Wasserstoff), um Stickstoff in die Oberflächen von Stahlteilen zu diffundieren, und alle Ofenvorrichtungen, die dieser Atmosphäre ausgesetzt sind, sind selbst dem Risiko einer Stickstoffaufnahme und Versprödung ausgesetzt. Da in der eigenen veröffentlichten Literatur von Incoloy 800 keine entsprechende Nitrierbeständigkeit behauptet wird, sollten Vorrichtungen und Behälter für Nitrieröfen speziell standardmäßig auf Inconel 600 basieren, es sei denn, die Felddaten unterstützen eine Alternative.

Wie vergleichen sich die beiden Legierungen hinsichtlich der Kriech- und Spannungs-Bruchfestigkeit?

Die veröffentlichten Daten zur Bruchfestigkeit von Inconel 600 reichen eindeutig bis 2.000 Grad F (1.093 Grad), während Special Metals ausdrücklich darauf hinweist, dass Standard-Incoloy 800 „normalerweise nicht für Anwendungen verwendet wird, die optimale Kriech-{7}Brucheigenschaften erfordern“ -, diese Rolle gehört Incoloy 800H und 800HT, deren eingeschränkte Chemie und gröbere Korngröße speziell für die Erhöhung entwickelt wurden langfristige-Hochtemperaturfestigkeit.

Quelle: Tabelle der Brucheigenschaften der Special Metals Corporation (Lösung-behandelt bei 2.050 Grad F/1.121 Grad, luftgekühlt), INCONEL Alloy 600 Technical Bulletin SMC-027.

Bei Ofenbefestigungen unter anhaltender Belastung bei hohen Temperaturen ist - Muffelstützen, Rollen-Herdrollen oder Strahlungsrohraufhängungen - Kriechfestigkeit-normalerweise die Bruchfestigkeit und nicht die Zugfestigkeit die maßgebliche Konstruktionseigenschaft. Standardmäßiges Incoloy 800 unterstützt Auslegungsspannungen nur bis etwa 1.500 Grad F gemäß dem ASME Boiler and Pressure Vessel Code, während der kontrollierte Kohlenstoffgehalt von Incoloy 800H und 800HT auf 0,05-0,10 % (oder 0,06{23}}0,10 %) und die gröbere Korngröße ASTM 5-oder- ausdrücklich genehmigt wurden das ASME Code Committee für höhere Entwurfsspannungen bei 1.100–1.500 Grad F (593–816 Grad) und darüber hinaus, nach Analyse von 87 Schmelzen und 1.052 Datenpunkten durch das Metals Property Council. Wenn die dauerhafte Belastbarkeit bei hohen Temperaturen Priorität hat, ist der Vergleich von Inconel 600 speziell mit 800H oder 800HT – und nicht mit Basis-Incoloy 800 - – der technisch korrekte Vergleich.

Wie vergleichen sich die beiden Legierungen hinsichtlich der Chloridspannung-Korrosionsrissbeständigkeit?

Der Nickelgehalt von Inconel 600 von mindestens 72 % macht es praktisch immun gegen Korrosionsrisse durch Chlorid-Ionenbelastung-, während der niedrigere Nickelgehalt von Incoloy 800 von 30{6}}35 % unter harten Laborbedingungen zu Rissen führen kann – obwohl die Beständigkeit von Incoloy 800 immer noch hoch genug ist, dass es häufig zum Ersatz von Materialien verwendet wird, die aufgrund genau dieser Fehlerart bereits ausgefallen sind.

Dies ist wichtig für Ofenanlagen, die zusätzlich zum Einsatz bei hohen-Temperaturen zeitweilig Chloridverunreinigungen - Abschreckmittelrückständen, Meeres- oder Industrieatmosphären oder Reinigungschemikalien - ausgesetzt sind. Die allgemeine metallurgische Regel, die in der eigenen Literatur von Special Metals bestätigt wird, besagt, dass die Neigung austenitischer Legierungen zur Rissbildung in Chloridlösungen mit zunehmendem Nickelgehalt abnimmt. Inconel 600 mit mindestens 72 % Nickel liegt am einen Ende dieses Spektrums; Incoloy 800 liegt mit etwa der Hälfte des Nickelgehalts weiter oben, aber seine Widerstandsfähigkeit übertrifft die der standardmäßigen austenitischen Edelstahlbefestigungen der Serie 300, die es üblicherweise ersetzt, immer noch erheblich.

Sind beide Legierungen anfällig für eine Sensibilisierung während des thermischen Zyklus im Ofen?

Ja - beide Legierungen weisen die gleiche grundsätzliche Anfälligkeit auf: Chromkarbide scheiden sich an den Korngrenzen in etwa im gleichen Bereich von 1.000–1.400 Grad F (540–760 Grad) für Inconel 600 und Incoloy 800 aus, und Ofenvorrichtungen, die bei jedem Zyklus wiederholt durch dieses Band erhitzen, sind unabhängig von der gewählten Legierung dem gleichen Sensibilisierungsrisiko ausgesetzt.

Die technische Literatur von Special Metals für beide Legierungen beschreibt im Wesentlichen den gleichen Mechanismus: Titannitride und -carbide (oder im Fall von 600 Cyanonitriden) bilden sich unabhängig von der Wärmebehandlung, während Chromcarbide speziell zwischen 1.000 und 1.800 Grad F (540–980 Grad) für Inconel 600 und 1.000–2.000 Grad F ausfallen (540-1.095 Grad) für Incoloy 800, wobei die aggressivste Sensibilisierungsbande für beide Legierungen bei 1.000-1.400 Grad F (540-760 Grad) liegt.

Special Metals veröffentlicht sogar Zeit-{0}}Temperatur--Sensibilisierungsdiagramme für Incoloy 800, die auf dem Huey-Test (kochende 65 %ige Salpetersäure) basieren, um speziell dieses Risiko zu quantifizieren. In der Praxis wird die Sensibilisierung von Special Metals als „bei den meisten Hochtemperaturanwendungen kein Problem“ für beide Legierungen beschrieben. - Es spielt vor allem eine Rolle, ob die Vorrichtung später gebeizt oder einer aggressiven wässrigen Umgebung ausgesetzt wird, während sie sich noch im sensibilisierten Zustand befindet, was bei Vorrichtungen, die im Ofenbetrieb bleiben, ungewöhnlich ist.

Wie vergleichen sich die Legierungen in Bezug auf Kosten und Materialauswahlstrategie?

Incoloy 800 existiert speziell deshalb, weil der hohe Nickelgehalt von Inconel 600 es teuer machte und in den 1950er Jahren strategisch eingeschränkt war. - Die auf Eisen- basierende Chemie von Incoloy 800 war ein bewusster technischer Kompromiss-, um bei einem Bruchteil des Nickelgehalts eine angemessene Hitze- und Korrosionsbeständigkeit zu bieten, und diese Kostenlogik bestimmt auch heute noch die Wahl zwischen diesen beiden Legierungsfamilien.

Dies ist keine Marketingerzählung; es ist der dokumentierte Ursprung der Legierung. In der Geschichte der Legierung von Special Metals heißt es, dass Incoloy 800 „in den 1950er Jahren auf den Markt gebracht wurde, um den Bedarf an einer hitze- und korrosionsbeständigen Legierung mit einem relativ niedrigen Nickelgehalt zu decken, da Nickel damals als „strategisches“ Metall galt.“

Bei Ofenanlagen, bei denen die größten und schwersten Vorrichtungen (Rollenherdwalzen, große Muffeln, Strahlrohrbündel) die Materialkosten dominieren, kann die Angabe von Incoloy 800 oder 800H/800HT überall dort, wo die niedrigere Betriebstemperaturobergrenze und die etwas geringere Kriech-{5}Bruchfestigkeit akzeptabel sind, die Gesamtkosten für die Vorrichtung im Vergleich zu einem Voll-Inconel-600-Design erheblich senken. während 600 speziell für die Komponenten mit der höchsten -Temperatur und der stärksten Aufkohlung oder Nitrierung im selben Ofen reserviert sind.

Wie vergleichen sich die Legierungen bei der Herstellung und beim Schweißen für die Herstellung von Ofenvorrichtungen?

Beide Legierungen lassen sich leicht warm- und kalt-umformen, weisen eine nahezu identische Kaltverfestigungsrate auf und können beide mit INCONEL-Füllmetall geschweißt werden 82 - eine wirklich praktische Überschneidung für Betriebe, die Ofenvorrichtungen aus gemischten{4}Legierungen herstellen, da ein einziges Zusatzmetall beide Basislegierungen oder eine unähnliche{5}Metallverbindung zwischen ihnen verbinden kann.

Quelle: Technische Bulletins der Special Metals Corporation SMC-027 (INCONEL-Legierung 600) und SMC-046 (INCOLOY-Legierung 800).

Welche Standards gelten für Inconel 600 und Incoloy 800 für die Herstellung von Ofenkomponenten?

Beide Legierungen sind gemäß dem ASME Boiler and Pressure Vessel Code mit speziellen Code Cases - zugelassen. Inconel 600 unter Code Case 1827 und Incoloy 800/800H/800HT unter Code Case 1325 - mit parallelen, aber unterschiedlichen Produkt--Formspezifikationen für jede Legierungsfamilie.

Quelle: Tabellen „Verfügbare Produkte und Spezifikationen“ der Special Metals Corporation, technische Mitteilungen zu INCONEL Alloy 600 und INCOLOY Alloy 800.

Welche Legierung sollten Sie für Komponenten von Wärmebehandlungsöfen angeben?

Geben Sie Inconel 600 für die härteste Aufkohlungs- und Nitrierbelastung, die höchsten Ofentemperaturen oder alle Komponenten an, bei denen Chloridspannung-Korrosionsrisse ein realistisches Risiko darstellen; Geben Sie Incoloy 800 (oder 800H/800HT für höhere -Temperaturen und Belastungen) an, wenn die Ofentemperaturen nahe oder unter etwa 1.500–1.800 °F bleiben und niedrigere Materialkosten Priorität haben.

• Wählen Sie Inconel 600 für:Nitrierofenbehälter und -vorrichtungen, wobei 600 als Standardmaterial genannt wird.
• Wählen Sie Inconel 600 für:Stark aufkohlende Atmosphären (endothermes Gas, Einsatzhärtungsöfen), bei denen die Minimierung der Kohlenstoffaufnahme die Lebensdauer der Vorrichtung verlängert.
• Wählen Sie Inconel 600 für:Dauerbetrieb über etwa 1.800–2.000 Grad F, am oberen Rand des praktischen Bereichs von Incoloy 800H/800HT oder darüber hinaus.
• Wählen Sie Inconel 600 für:Komponenten, die neben hoher Hitze auch einer Chloridverunreinigung ausgesetzt sind.
• Wählen Sie Incoloy 800 / 800H / 800HT für:Große, schwere Vorrichtungen - Muffeln, Rollen-Herdrollen, Strahlrohrhalterungen -, bei denen die Materialkosten mit der Tonnage und der Betriebstemperatur im Rahmen der 800er-Familie bleiben.
• Wählen Sie Incoloy 800 / 800H / 800HT für:Dauerhafter, lasttragender Betrieb über 1.500 Grad F, wobei gemäß 800H oder 800HT ASME-höhere Konstruktionsbelastungen für die Anwendung ausreichend sind.
• Wählen Sie Incoloy 800 / 800H / 800HT für:Anwendungen, bei denen durch Chlorid hervorgerufene Spannungsrisse-ein geringes, aber nicht-Nullrisiko darstellen und der immer noch-erhebliche Nickelgehalt von Incoloy 800 einen ausreichenden Spielraum gegenüber Edelstahlalternativen bietet.

Bei Ofenkonstruktionen mit gemischten -Legierungen passen die beiden Legierungen auf natürliche Weise zusammen: Inconel 600 für die Vorrichtungen und Behälter, die der härtesten Atmosphäre oder der höchsten lokalen Temperatur ausgesetzt sind, und Incoloy 800/800H/800HT für die größeren strukturellen Vorrichtungen, bei denen der geringere Nickelgehalt die Gesamtmaterialkosten senkt, ohne die Gesamtlebensdauer des Ofens zu beeinträchtigen.

Häufig gestellte Fragen

F: Was ist der Hauptunterschied zwischen Inconel 600 und Incoloy 800?

A: Inconel 600 (UNS N06600) ist eine Legierung auf Nickelbasis mit mindestens 72 % Nickel, während Incoloy 800 (UNS N08800) auf Eisenbasis mit nur 30 {10}}35 % Nickel basiert. Dieser Zusammensetzungsunterschied verleiht Inconel 600 eine bessere Aufkohlungs- und Nitrierungsbeständigkeit sowie eine höhere Betriebstemperaturobergrenze, während Incoloy 800 wesentlich niedrigere Materialkosten bietet - ein Kompromiss, der direkt auf das Designziel von Incoloy 800 aus den 1950er Jahren zurückzuführen ist, Nickel einzusparen.

F: Welche Legierung widersteht der Aufkohlung in Ofenatmosphären besser?

A: Inconel 600. Der 100-Stunden-Aufkohlungstest von Special Metals in einer Atmosphäre aus Wasserstoff und 2 % Methan zeigt, dass Inconel 600 bei gleicher Belastung etwa halb so viel Gewicht zunimmt (2,66–12,30 mg/cm2) wie Incoloy 800HT (4,94–21,58 mg/cm2).

F: Kann Incoloy 800 bei den gleichen Temperaturen wie Inconel 600 verwendet werden?

A: Nicht ganz. Inconel 600 wird kontinuierlich bis zu 2.000 Grad F (1.093 Grad) verwendet, während Standard-Incoloy 800 für festigkeitsbasierte Konstruktionen im Allgemeinen auf etwa 1.500 Grad F (816 Grad) begrenzt ist. Für den Ofeneinsatz bei höheren-Temperaturen erweitern die 800H- und 800HT-Varianten - mit kontrolliertem Kohlenstoffgehalt und gröberer Korngröße - den praktischen Temperaturbereich von Incoloy 800 und schließen einen Großteil der Lücke.

F: Ist Inconel 600 oder Incoloy 800 besser für Nitrierofenvorrichtungen geeignet?

A: Inconel 600. Special Metals nennt es aufgrund seiner Beständigkeit gegen Stickstoffabsorption bei hohen Temperaturen ausdrücklich als Standardmaterial für Nitrierbehälter. In der eigenen veröffentlichten Literatur von Incoloy 800 wird kein gleichwertiger Anspruch erhoben.

F: Warum hat Incoloy 800 im Vergleich zu Inconel 600 einen so niedrigen Nickelgehalt?

A: Incoloy 800 wurde in den 1950er Jahren speziell eingeführt, um die Abhängigkeit von Nickel zu verringern, das damals als strategisches Metall mit begrenztem Angebot eingestuft wurde. Seine eisenbasierte Chemie (30-35 % Nickel gegenüber mindestens 72 % Inconel 600) war ein bewusster kosten- und angebotsorientierter technischer Kompromiss und kein Leistungsziel an sich.

F: Sind Inconel 600 und Incoloy 800 beide beständig gegen Chloridstress-Korrosionsrisse?

A: Inconel 600 gilt aufgrund seines hohen Nickelgehalts als nahezu immun. Incoloy 800 kann aufgrund seines geringeren Nickelgehalts unter harten Laborbedingungen zum Reißen gebracht werden, aber seine Beständigkeit ist immer noch so hoch, dass es üblicherweise als Ersatz für Materialien verwendet wird, die aufgrund genau dieses Mechanismus bereits ausgefallen sind.

F: Verwenden Inconel 600 und Incoloy 800 das gleiche Schweißzusatzmetall?

A: Für GTAW und GMAW, ja - werden beide Legierungen üblicherweise mit INCONEL Filler Metal 82 verbunden. Für das Lichtbogenschweißen mit abgeschirmtem Metall- verwendet Inconel 600 normalerweise die INCONEL-Schweißelektrode 182, während Incoloy 800 die INCO{6}}WELD A-Elektrode verwendet.