インコネル 600 とインコロイ 800: 熱処理炉コンポーネント用のニッケル合金の選択

インコネル600とインコロイ800とは何ですか?またその組成はどのように異なりますか?

インコネル 600 はニッケル-クロム-を豊富に含むニッケル-ベース（最低 72%）をベースに作られた鉄合金ですが、インコロイ 800 は基本的に鉄-ベースの合金で、ニッケルが 30{8}}35%- しか含まれていません。これは、2 つの合金を両端に配置する意図的で歴史的に文書化された設計選択です。コスト-対-高温-パフォーマンス スペクトル。

出典: Special Metals Corporation の技術速報 SMC-027 (INCONEL 合金 600) および SMC-046 (INCOLOY 合金 800)。

インコロイ 800 は、当時ニッケルが戦略的金属に指定されていたため、特にニッケル含有量が比較的低い耐熱性および耐腐食性の合金のニーズを満たすために 1950 年代に導入されました。-これは付随的な歴史ではありません - 現在でも 2 つの合金を分けているのは設計ロジックです。インコネル 600 はニッケル含有量が高いため、還元条件に対する優れた耐性があり、塩化物-イオン ストレス-腐食亀裂に対して事実上耐性があります。インコロイ 800 のアルミニウムとチタンの添加物 (600 に存在するとしても微量のみ) は、高温で低いニッケル含有量を部分的に補う強化析出物を形成します。

炉コンポーネントの最高使用温度が最も高い合金はどれですか?

インコネル 600 は、より高いヘッドライン サービス-温度上限 - で 2,000 度 F (1,093 度 ) - までの連続使用に耐えますが、標準のインコロイ 800 は一般に約 1,500 度 F (816 度 ) までの強度特性で使用されます。それ以上の炉負荷については、Incoloy 独自の高温バージョンである 800H と 800HT がギャップの多くを埋めます。-

Special Metals は、インコネル 600 の多用途性を「極低温から 2,000 度 F (1,095 度) 以上の温度」にわたると説明し、高温での合金の強度と耐酸化性により、レトルト、マッフル、ローラー ハース、およびその他の炉コンポーネントに有用であると直接述べています。対照的に、Special Metals 社は、インコロイ 800 は「約 1,500 度 F (816 度) までの使用温度での強度特性のために使用され」、「高いクリープまたは破断強度が必要な用途には、代わりに INCOLOY 合金 800H または 800HT が使用される」と述べています。

800H と 800H T は両方とも、制御された炭素範囲 (それぞれ 0.05- 0.10% と 0.06- 0.10%) およびより粗い最小粒径 (ASTM 5 以上) を備えており、標準の 800 が提供する値を超えてクリープ強度と応力破断強度を高めるように特別に設計されており、800 シリーズの実際の炉使用温度範囲をベースをはるかに超えて拡張しています。合金の1,500度Fのデザインポイント。

炉雰囲気中での浸炭に対する耐性に優れている合金はどれですか?

インコネル 600 は、同一の浸炭条件下でインコロイ 800HT よりも炭素吸収量がかなり少ないです。スペシャル メタルズ独自の水素/2% メタン雰囲気での 100- 時間ガス-浸炭試験では、インコロイの 4.94～21.58 mg/cm2 と比較して、インコネル 600 は 2.66～12.30 mg/cm2 の増加を示しています。 800HT - テストした両方の温度での重量増加の約半分。

出典: Special Metals Corporation、水素/2% メタン雰囲気でのガス浸炭試験 (100 時間) (華氏 1,700 度の試験雰囲気には 5% アルゴンも含まれています)、INCONEL 合金 600 技術速報 SMC-027。

この並列テストは、炉のコンポーネントの指定者が、単一の管理された実験で同じ浸炭暴露に対して測定されたインコネル 600 とインコロイ 800HT を確認できる数少ない場所の 1 つです。-この用途では浸炭が非常に重要です。炭化水素を含む炉雰囲気（焼き入れ炉やガス浸炭炉で使用される吸熱ガス、分解アンモニア、および同様の浸炭環境）により炭素が炉治具の表面に押し込まれ、金属を脆化させ治具の寿命を縮める内部炭化物が形成されるからです。炭素吸収量の低下は、浸炭雰囲気中を繰り返し循環するバスケット、トレイ、備品の耐用年数の延長に直接つながります。

どの合金が周期酸化やスケール剥離に対してより優れた耐性を持っていますか?

Special Metals 独自の 1,800 度 (980 度) での繰り返し酸化試験 - では、空気中で 15- 分間の加熱と 5- 分間の冷却サイクルを 1,000 時間にわたって繰り返し行いました - では、インコネル 600 をタイプ 304 ステンレス鋼、タイプ 309 ステンレス鋼、およびインコロイ 800HT と直接比較し、インコネル 600 のニッケル - クロム - 鉄の組成は、繰り返しの熱サイクル下でも 2 つのステンレス鋼よりもはるかに優れた保護酸化スケールを保持します。

定常状態ではなく周期的な耐酸化性は、単一の浸漬温度を無限に維持するのではなく、製造バッチごとに加熱および冷却される炉設備のより現実的なテストです。{0}熱サイクルを繰り返すと、合金上の保護酸化クロム-スケールが、下にある金属の熱膨張と熱収縮によって亀裂や剥離を引き起こします。この破砕に最もよく耐える合金は、熱-サイクルを繰り返しても保護層を維持し、したがって耐食性を維持します。

スペシャル メタルズ社が、この同じ比較にインコロイ 800HT を個別にテストするのではなく直接含めています - -。テストでは、グループ内で最も強いスケール保持力を備えた最高のニッケル合金 (600) が示されているにもかかわらず、両方のニッケルを豊富に含む合金-がこの正確な炉サイクル故障モードを念頭に置いて開発されたことを強調しています。-

どの合金がより優れた耐窒化性を提供しますか?

インコネル 600 は、高温での窒素吸収に対する耐性があるため、自社メーカーによって窒化容器の標準材料として明示的に位置づけられています。これは、インコロイ 800 自体の技術文献には登場しない特定の名前付き用途です。

Special Metals は、インコネル 600 は「高温での窒素に対する耐性があるため、窒化容器の標準材料である」と明言しています。窒化炉では、アンモニア-解離雰囲気（約 25% 窒素、75% 水素）を使用して窒素を鋼部品の表面に拡散させます。この雰囲気にさらされた炉設備は、それ自体が窒素のピックアップと脆化の危険性があります。インコロイ 800 自身の出版された文献では、同等の耐窒化性を主張していないため、窒化炉用の治具とコンテナは、フィールド データが代替をサポートしていない限り、特にデフォルトでインコネル 600 を使用する必要があります。{7}

2 つの合金のクリープ強度と応力破断強度はどのように比較されますか?{0}?

インコネル 600 の公表された破断強度データは 2,000 度 F (1,093 度) まできれいに伸びていますが、特殊金属社は、標準のインコロイ 800 は「最適なクリープ-破断特性を必要とする用途には通常使用されない」-と明示しています。その役割は、化学的性質が制限され、粒子サイズが粗いインコロイ 800H および 800HT に属します。長期にわたる高温強度を高めるために特別に設計されています。--

出典: Special Metals Corporation の破断特性表-（溶液は 2,050 度 F/1,121 度で処理、空冷-）、INCONEL 合金 600 技術速報 SMC-027。

高温で持続的な負荷がかかる炉設備の場合、- マッフル サポート、ローラー-ハース ロール、または放射-チューブ ハンガー - クリープ-破断強度が、通常、引張強度ではなく、設計特性を支配します。標準のインコロイ 800 は、ASME ボイラーおよび圧力容器規定に基づいて設計応力を約 1,500 度 F までしかサポートしませんが、インコロイ 800H および 800HT の制御された炭素含有量は 0.05-0.10% (または 0.06-0.10%) であり、ASTM 5- または- より粗い粒度でした。金属特性評議会による 87 の熱と 1,052 のデータ ポイントの分析を経て、1,100 ～ 1,500 度 F (593 ～ 816 度) 以上のより高い設計応力について ASME コード委員会によって特に承認されました。持続的な高温耐荷重サービスが優先される場合、ベースのインコロイ 800 - ではなく、特にインコネル 600 を 800H または 800HT と比較することが技術的に正しい比較です。

2 つの合金の塩化物応力-耐腐食亀裂性はどのように比較されますか?

インコネル 600 のニッケル含有量は最低 72% であるため、実質的に塩化物-イオン応力-腐食割れの影響を受けません。一方、インコロイ 800 のニッケル含有量は 30-35% と低いため、厳しい実験室条件下でも亀裂が発生する可能性があります。ただし、インコロイ 800 の耐性は依然として十分に高いため、この正確な故障モードで使用中にすでに故障した材料の代替としてよく使用されます。

これは、高温での使用に加えて、塩化物汚染 - の急冷剤残留物、海洋または産業雰囲気、または洗浄化学物質 - に断続的にさらされる炉設備にとって重要です。スペシャル メタルズ社の文献で確認されている一般的な冶金学的規則は、ニッケル含有量が増加するにつれて、オーステナイト合金が塩化物溶液中で亀裂を生じる傾向が減少するというものです。インコネル 600 は最低 72% のニッケルを含み、その範囲の一端に位置します。ニッケル含有量が約半分のインコロイ 800 は、そのさらに上位に位置しますが、その抵抗力は、一般的に置き換えられる標準的な 300 シリーズのオーステナイト系ステンレス鋼の治具の抵抗力​​を依然として大幅に上回っています。

どちらの合金も炉の熱サイクル中に鋭敏化する傾向がありますか?

はい - 両方の合金は同じ基本的な脆弱性を共有しています。インコネル 600 とインコロイ 800 の両方で、ほぼ同じ 1,000 ～ 1,400 度 (540 ～ 760 度) の範囲で炭化クロムが結晶粒界に析出します。サイクルごとにこの帯域で繰り返し加熱する炉の設備は、どの合金を選択したかに関係なく、同じ鋭敏化のリスクにさらされます。

両方の合金に関するスペシャル メタルズの技術文献には、本質的に同じメカニズムが記載されています。窒化チタンと炭化物 (600 の場合はシアノ窒化物) は熱処理とは独立して形成されますが、クロム炭化物は特にインコネル 600 の場合は 1,000 度から 1,800 度 (540 ～ 980 度)、1,000 ～ 2,000 度の間で析出します。インコロイ 800 の場合は (540 ～ 1,095 度 )、両合金の最も鋭敏化帯域は 1,000 ～ 1,400 度 F (540 ～ 760 度 ) にあります。

Special Metals は、特にこのリスクを定量化するために、ヒューイ テスト（沸騰 65% 硝酸）に基づいたインコロイ 800 の時間{0}}温度-感作図も公開しています。実際、特殊金属社は、どちらの合金でも鋭敏化は「ほとんどの高温用途では問題ではない」と説明しています。-主に、冶具が鋭敏化された状態のまま、後で酸洗いされるか、または攻撃的な水環境にさらされるかどうかが重要ですが、炉で使用されたままの冶具ではこれはまれです。

コストと材料選択戦略において合金はどのように比較されますか?

インコロイ 800 が存在する理由は、インコネル 600 のニッケル含有量が高いため高価であり、1950 年代には、ニッケル含有量の一部で適切な耐熱性と耐食性を実現するための意図的な工学的トレードオフであり、1950 年代に戦略的に-インコロイ 800 の鉄ベースの化学を抑制していました。-そのコストの論理が、現在でもこれら 2 つの合金ファミリーの選択を左右しています。

これはマーケティングの物語ではありません。それは合金の起源が文書化されています。スペシャル メタルズ社自身のこの合金の歴史によると、インコロイ 800 は「当時、ニッケルは『戦略的』金属として指定されていたため、ニッケル含有量が比較的低い耐熱性および耐腐食性の合金の需要を満たすために 1950 年代に市場に導入されました。-」-。

最大で最も重い設備（ローラーハースロール、大型マッフル、ラジアントチューブバンドル）が材料コストの大半を占める炉設備の場合、より低い使用温度上限と若干低いクリープ-破断強度が許容できる場合は、インコロイ 800 または 800H/800HT を指定すると、炉設備と比較して総設備コストを大幅に削減できます。すべての-インコネル- 600 設計を採用していますが、同じ炉内で最高温度、最も浸炭が多い、または窒化にさらされているコンポーネント用に 600 を特別に確保しています。-

炉治具製造のための製造と溶接において合金はどのように比較されますか?

どちらの合金も熱間{0}}および冷間-成形が容易で、加工硬化率がほぼ同じであり、両方ともインコネル溶加材で溶接できます82 -。これは、単一の溶加材で両方のベース合金を接合したり、両方のベース合金を接合したり、異種金属を接合したりできるため、混合合金炉設備を製造する工場にとって非常に便利です。-

出典: Special Metals Corporation の技術速報 SMC-027 (INCONEL 合金 600) および SMC-046 (INCOLOY 合金 800)。

炉コンポーネントの製造においてインコネル 600 およびインコロイ 800 を管理する規格は何ですか?

どちらの合金も、専用のコード ケース - インコネル 600 はコード ケース 1827、インコロイ 800/800H/800HT はコード ケース 1325 - を備えた ASME ボイラーおよび圧力容器コードに基づいて承認されており、合金ファミリーごとに並行ではあるが個別の製品形式仕様が定められています。-

出典: Special Metals Corporation の「利用可能な製品と仕様」表、INCONEL 合金 600 および INCOLOY 合金 800 の技術速報。

熱処理炉のコンポーネントにはどの合金を指定する必要がありますか?

最も過酷な浸炭や窒化にさらされる場合、最高の炉温度、または塩化物応力腐食割れが現実的なリスクとなるコンポーネントの場合は、インコネル 600 を指定してください。-炉の温度が約 1,500 ～ 1,800 度 F 付近またはそれ未満に留まり、材料コストの削減が優先される場合は、Incoloy 800 (または、より高い温度、耐荷重性の場合は 800H/800HT) を指定してください。{{5}

• インコネル 600 は次の目的で選択してください。窒化炉の容器および固定具。600 が標準材質と呼ばれます。
• インコネル 600 は次の目的で選択してください。重度の浸炭雰囲気（吸熱ガス、肌焼き炉）では、炭素の付着を最小限に抑えることで治具の寿命が延びます。-
• インコネル 600 は次の目的で選択してください。インコロイ 800H/800HT の実用範囲の上限またはそれを超える、約 1,800 ～ 2,000 度 F を超える温度での連続使用。
• インコネル 600 は次の目的で選択してください。高熱に加えて塩化物汚染に現実的にさらされているコンポーネント。
• インコロイ 800 / 800H / 800HT は次の目的にお選びください。大きくて重い設備 - マッフル、ローラー-ハースロール、ラジアントチューブサポート - では、材料コストはトン数と使用温度に応じて決まりますが、800 ファミリーの範囲内に収まります。
• インコロイ 800 / 800H / 800HT は次の目的にお選びください。800H または 800HT の ASME は、{0}華氏 1,500 度を超える持続的な耐荷重サービス-で、アプリケーションにはより高い設計応力で十分であると認識しています。
• インコロイ 800 / 800H / 800HT は次の目的にお選びください。塩化物-による応力-による腐食亀裂のリスクは低いですが、-ゼロではありません。また、インコロイ 800 には依然として大量のニッケルが含まれているため、ステンレス鋼の代替品に対して十分なマージンが得られます。-

混合合金炉の設計では、2 つの合金が自然に組み合わされます。インコネル 600 は最も過酷な雰囲気や最高の局所温度にさらされる治具や容器に使用され、インコロイ 800/800H/800HT はニッケル含有量が低いため、炉全体の耐用年数を損なうことなく総材料費を削減できる大型の構造治具に使用されます。

よくある質問

Q: インコネル 600 とインコロイ 800 の主な違いは何ですか?

A: インコネル 600 (UNS N06600) は最小 72% のニッケルを含むニッケル基合金です。一方、インコロイ 800 (UNS N08800) は鉄-で、ニッケルがわずか 30-35% 含まれています。この組成の違いにより、インコネル 600 は耐浸炭性と窒化性が向上し、使用温度上限が高くなります-。一方、インコロイ 800 は材料コストが大幅に低くなります-。このトレードオフは、ニッケルを節約するというインコロイ 800 の 1950 年代の設計目標に直接遡ります。

Q: 炉雰囲気下での浸炭耐性に優れている合金はどれですか?

A: インコネル 600。スペシャル メタルズ独自の水素/2% メタン雰囲気での 100 時間浸炭テストでは、同じ曝露下でインコロイ 800HT の増加 (4.94 ～ 21.58 mg/cm2) の約半分の重量 (2.66 ～ 12.30 mg/cm2) がインコネル 600 で増加することが示されています。

Q: インコロイ 800 はインコネル 600 と同じ温度で使用できますか?

A: 完全ではありません。インコネル 600 は最大 2,000 度 F (1,093 度 ) まで継続的に使用されますが、標準のインコロイ 800 は強度- ベースの設計のため、一般に約 1,500 度 F (816 度 ) までに制限されます。より高温の炉で使用する場合は、炭素含有量を制御し、より粗い粒子サイズを備えた 800H および 800HT バリアント - - が、Incoloy 800 の実用温度範囲を拡張し、ギャップの多くを埋めます。

Q: 窒化炉の治具にはインコネル 600 とインコロイ 800 のどちらが適していますか?

A: インコネル 600。高温での窒素吸収に対する耐性により、スペシャル メタルズはこれを窒化容器の標準材料として明示しています。インコロイ 800 自身の出版文献には同等の主張はありません。

Q: インコロイ 800 のニッケル含有量がインコネル 600 に比べて非常に低いのはなぜですか?

A: インコロイ 800 は、特にニッケルへの依存を減らすために 1950 年代に導入されました。ニッケルは当時、供給が限られている戦略的金属として分類されました。鉄-ベースの化学（ニッケル 30{7}} 対、インコネル 600 の最低 72%）は、意図的なコストと供給主導のエンジニアリング トレードオフであり、それ自体が性能目標ではありません。{8}}

Q: インコネル 600 とインコロイ 800 はどちらも塩化物応力-腐食割れに対して耐性がありますか?

A: インコネル 600 は、ニッケル含有量が高いため、実質的に影響を受けないと考えられています。インコロイ 800 は、ニッケル含有量が低いため、厳しい実験室条件下でも亀裂が発生する可能性がありますが、その耐性は依然として十分に高いため、この正確なメカニズムで既に使用できなくなった材料の代替として一般的に使用されています。

Q: インコネル 600 とインコロイ 800 は同じ溶接フィラー金属を使用していますか?

A: GTAW と GMAW の場合、はい - 両方の合金は通常、INCONEL Filler Metal 82 で接合されます。シールド金属-アーク溶接の場合、インコネル 600 は通常 INCONEL 溶接電極 182 を使用し、Incoloy 800 は INCO-WELD A 電極を使用します。