Inconel 600 vs Incoloy 800: Seleção de liga de níquel para componentes de forno de tratamento térmico

O que são Inconel 600 e Incoloy 800 e como suas composições diferem?

O Inconel 600 é uma liga de níquel-cromo-de ferro construída sobre uma base rica em-níquel (mínimo de 72%), enquanto o Incoloy 800 é fundamentalmente uma liga à base de ferro-com apenas 30-35% de níquel - uma escolha de projeto deliberada e historicamente documentada que coloca as duas ligas em extremidades opostas do espectro de custo-versus{11}}alta-temperatura-desempenho.

Fonte: Boletins técnicos da Special Metals Corporation SMC-027 (liga INCONEL 600) e SMC-046 (liga INCOLOY 800).

O Incoloy 800 foi introduzido na década de 1950 especificamente para atender à necessidade de uma liga resistente ao calor- e à corrosão-com um teor relativamente baixo de níquel, já que o níquel era, na época, designado como um metal estratégico. Esta não é uma história acidental - é a lógica de design que ainda hoje separa as duas ligas. O alto teor de níquel do Inconel 600 proporciona excelente resistência a condições redutoras e praticamente o imuniza contra trincas por corrosão por tensão-íon cloreto-; As adições de alumínio e titânio do Incoloy 800 (presentes no 600 apenas em pequenas quantidades, se houver) formam precipitados fortalecedores que compensam parcialmente seu menor teor de níquel em temperaturas elevadas.

Qual liga tem a temperatura máxima de serviço mais alta para componentes do forno?

O Inconel 600 oferece um serviço de título mais alto-teto de temperatura - uso contínuo até 2.000 graus F (1.093 graus) - enquanto o Incoloy 800 padrão é geralmente usado por suas características de resistência até cerca de 1.500 graus F (816 graus); para trabalhos em fornos acima desse ponto, as próprias-variantes de alta temperatura do Incoloy, 800H e 800HT, preenchem grande parte da lacuna.

A Special Metals descreve a versatilidade do Inconel 600 como abrangendo "temperaturas desde criogênicas até acima de 2.000 graus F (1.095 graus)" e afirma diretamente que a resistência da liga e a resistência à oxidação em altas temperaturas a tornam útil para retortas, muflas, lareiras de rolos e outros componentes de fornos. Por outro lado, a Special Metals afirma que o Incoloy 800 "é usado por suas características de resistência em temperaturas de serviço de até cerca de 1.500 graus F (816 graus)" e que "para aplicações que exigem alta resistência à fluência ou ruptura, as ligas INCOLOY 800H ou 800HT são usadas".

Tanto o 800H quanto o 800H T carregam uma faixa de carbono controlada (0,05-0,10% e 0,06-0,10%, respectivamente) e um tamanho de grão mínimo mais grosso (ASTM 5 ou mais grosso) projetado especificamente para aumentar a resistência à fluência e à ruptura por tensão além do que o padrão 800 oferece, estendendo a faixa prática de temperatura de serviço no forno da família 800 muito além da liga de base. Ponto de projeto de 1.500 graus F.

Qual liga resiste melhor à carburação em atmosferas de forno?

O Inconel 600 absorve mensuravelmente menos carbono do que o Incoloy 800HT sob condições de cementação idênticas: o próprio teste de carburação a gás de 100-horas-da Special Metals em uma atmosfera de hidrogênio/2% de metano mostra que o Inconel 600 ganha 2,66-12,30 mg/cm2, em comparação com 4,94-21,58 mg/cm2 do Incoloy 800HT - aproximadamente metade do ganho de peso em ambas as temperaturas testadas.

Fonte: Special Metals Corporation, testes de carburação a gás (100 h) em atmosfera de hidrogênio/2% de metano (a atmosfera de teste de 1.700 graus F também continha 5% de argônio), boletim técnico da liga INCONEL 600 SMC-027.

Este teste{0}}a{1}}lado é um dos poucos lugares em que um especificador de componentes-de forno pode ver o Inconel 600 e o Incoloy 800HT medidos em relação à mesma exposição à cementação em um único experimento controlado. A carburação é extremamente importante nesta aplicação porque as atmosferas de forno contendo hidrocarbonetos (gás endotérmico, amônia craqueada e ambientes de cementação semelhantes usados ​​em fornos de cementação-e de cementação a gás) conduzem carbono para a superfície dos acessórios do forno, formando carbonetos internos que fragilizam o metal e encurtam a vida útil do acessório. A menor absorção de carbono se traduz diretamente em maior vida útil para cestos, bandejas e acessórios que circulam repetidamente pelas atmosferas de cementação.

Qual liga resiste melhor à oxidação cíclica e à fragmentação de incrustações?

O próprio teste de oxidação cíclica da Special Metals a 1.800 graus F (980 graus) - usando repetidos ciclos de aquecimento de 15-minutos e 5-minutos de resfriamento ao ar durante 1.000 horas - compara diretamente o Inconel 600 com o aço inoxidável Tipo 304, o aço inoxidável Tipo 309 e o Incoloy 800HT, e demonstra que o A composição de níquel-cromo-ferro do Inconel 600 retém sua incrustação protetora de óxido muito melhor do que os dois aços inoxidáveis sob repetidos ciclos térmicos.

A resistência à oxidação cíclica, em vez de estado{0}}estacionário, é o teste mais realista para acessórios de forno, que aquecem e esfriam a cada lote de produção, em vez de permanecerem em uma única temperatura de imersão indefinidamente. Os ciclos térmicos repetidos fazem com que a incrustação protetora de óxido de cromo - em qualquer liga rache e se lasque devido à expansão e contração térmica do metal subjacente; a liga que melhor resiste a essa fragmentação retém sua camada protetora e, portanto, sua resistência à corrosão, durante mais ciclos de calor-resfriamento.

A inclusão do Incoloy 800HT pela Special Metals diretamente nesta mesma comparação - em vez de testá-lo separadamente - ressalta que ambas as ligas ricas em-níquel foram desenvolvidas com esse exato modo de falha do ciclo-do forno em mente, embora o teste mostre a liga de níquel-mais alta (600) com a maior retenção de incrustações do grupo.

Qual liga oferece melhor resistência à nitretação?

O Inconel 600 é explicitamente posicionado por seu próprio fabricante como o material padrão para recipientes de nitretação devido à sua resistência à absorção de nitrogênio em altas temperaturas, uma aplicação específica e nomeada que não aparece na literatura técnica do próprio Incoloy 800.

A Special Metals afirma claramente que o Inconel 600 “é o material padrão para recipientes de nitretação devido à sua resistência ao nitrogênio em altas temperaturas”. Os fornos de nitretação usam atmosferas de{2} dissociação de amônia (aproximadamente 25% de nitrogênio, 75% de hidrogênio) para difundir o nitrogênio nas superfícies das peças de aço, e qualquer acessório de forno exposto a essa atmosfera corre o risco de captação de nitrogênio e fragilização. Como a própria literatura publicada do Incoloy 800 não faz uma declaração equivalente de resistência-à nitretação, os acessórios e recipientes para fornos de nitretação especificamente devem usar como padrão o Inconel 600, a menos que os dados de campo suportem uma alternativa.

Como as duas ligas se comparam em termos de resistência à fluência e à tensão-à ruptura?

Os dados de resistência de ruptura{1}}publicados do Inconel 600 se estendem de forma limpa até 2.000 graus F (1.093 graus), enquanto a Special Metals é explícita que o padrão Incoloy 800 "normalmente não é usado para aplicações que exigem propriedades de ruptura de fluência-ótimas" - essa função pertence ao Incoloy 800H e 800HT, cuja química restrita e tamanho de grão mais grosso foram projetados especificamente para aumentar resistência a-alta{12}}temperatura e longo prazo.

Fonte: tabela de propriedades-de ruptura da Special Metals Corporation (solução-tratada a 2.050 graus F/1.121 graus, resfriada-a ar), boletim técnico da liga 600 da INCONEL SMC-027.

Para acessórios de forno sob carga sustentada em alta temperatura, - suportes de mufla, rolos-rolos de soleira ou suportes de tubos-radiantes - resistência à fluência-resistência à ruptura, e não resistência à tração, geralmente é a propriedade governante do projeto. O Incoloy 800 padrão suporta tensões de projeto apenas de aproximadamente 1.500 graus F de acordo com o código ASME para caldeiras e vasos de pressão, enquanto os Incoloy 800H e 800HT controlavam 0,05-0,10% (ou 0,06-0,10%) de conteúdo de carbono e ASTM 5-ou-tamanhos de grãos mais grossos foram especificamente aprovados pelo Comitê do Código ASME para tensões de projeto mais altas em 1.100-1.500 graus F (593-816 graus) e além, após análise de 87 corridas e 1.052 pontos de dados pelo Metals Property Council. Onde o serviço sustentado de carga em alta temperatura é a prioridade, comparar o Inconel 600 com o 800H ou 800HT especificamente - e não o Incoloy básico 800 - é a comparação tecnicamente correta.

Como as duas ligas se comparam em termos de resistência ao estresse por cloreto-à fissuração por corrosão?

O teor mínimo de 72% de níquel do Inconel 600 o torna virtualmente imune à fissuração por corrosão-de estresse de íons de cloreto-, enquanto o teor inferior de 30-35% de níquel do Incoloy 800 pode permitir fissuras sob condições severas de laboratório - embora a resistência do Incoloy 800 ainda seja alta o suficiente para ser comumente usado para substituir materiais que já falharam em serviço devido a esse modo exato de falha.

Isso é importante para equipamentos de fornos que apresentam exposição intermitente à contaminação por cloretos - resíduos de têmpera, atmosferas marinhas ou industriais ou produtos químicos de limpeza - além de serviços em altas-temperaturas. A regra metalúrgica geral, confirmada na própria literatura da Special Metals, é que a tendência das ligas austeníticas de racharem em soluções de cloreto diminui à medida que o teor de níquel aumenta. O Inconel 600, com um mínimo de 72% de níquel, fica em uma extremidade desse espectro; O Incoloy 800, com aproximadamente metade do teor de níquel, fica mais adiante, mas sua resistência ainda excede substancialmente a das luminárias de aço inoxidável austenítico padrão da série 300 que ele comumente substitui.

Ambas as ligas são propensas à sensibilização durante o ciclo térmico do forno?

Sim - ambas as ligas compartilham a mesma vulnerabilidade fundamental: carbonetos de cromo precipitam nos limites dos grãos aproximadamente na mesma faixa de 1.000-1.400 graus F (540-760 graus) para Inconel 600 e Incoloy 800, e acessórios de forno que aquecem repetidamente através desta faixa em cada ciclo são expostos ao mesmo risco de sensibilização, independentemente da liga escolhida.

A literatura técnica da Special Metals para ambas as ligas descreve essencialmente o mesmo mecanismo: nitretos e carbonetos de titânio (ou, no caso de 600, cianonitretos) formam-se independentemente do tratamento térmico, enquanto carbonetos de cromo precipitam especificamente entre 1.000 graus F e 1.800 graus F (540-980 graus) para Inconel 600, e 1.000-2.000 graus F (540-1.095 graus) para Incoloy 800, com a faixa de sensibilização mais agressiva para ambas as ligas situada em 1.000-1.400 graus F (540-760 graus).

A Special Metals até publica diagramas de sensibilização de tempo{0}}temperatura-para o Incoloy 800 com base no teste de Huey (ácido nítrico a 65% em ebulição) especificamente para quantificar esse risco. Na prática, a sensibilização é descrita pela Special Metals como "não é um problema na maioria das aplicações de alta-temperatura" para qualquer liga -, importa principalmente se o acessório for posteriormente decapado ou exposto a um ambiente aquoso agressivo enquanto ainda estiver na condição sensibilizada, o que é incomum para acessórios que permanecem em serviço no forno.

Como as ligas se comparam na estratégia de seleção de custos e materiais?

O Incoloy 800 existe especificamente porque o alto teor de níquel do Inconel 600 o tornou caro e, na década de 1950, a química baseada em ferro do - Incoloy 800-estrategicamente restrita foi uma troca deliberada de engenharia-para fornecer resistência adequada ao calor e à corrosão com uma fração do teor de níquel, e essa lógica de custo ainda rege a escolha entre essas duas famílias de ligas hoje.

Esta não é uma narrativa de marketing; é a origem documentada da liga. A própria história da liga da Special Metals afirma que o Incoloy 800 "foi introduzido no mercado na década de 1950 para suprir a necessidade de uma liga resistente ao calor- e à corrosão-com um teor de níquel relativamente baixo, já que o níquel era, na época, designado como um metal 'estratégico'."

Para equipamentos de forno onde os acessórios maiores e mais pesados (rolos-de soleira, muflas grandes, feixes de tubos radiantes) dominam o custo do material, especificar Incoloy 800 ou 800H/800HT sempre que seu teto de temperatura-de serviço mais baixo e resistência à ruptura-de fluência um pouco menor forem aceitáveis pode reduzir significativamente o custo total do acessório em comparação com um projeto totalmente-Inconel-600, reservando 600 especificamente para a temperatura mais-mais alta, a maioria dos componentes expostos à cementação ou à nitretação no mesmo forno.

Como as ligas se comparam na fabricação e soldagem para fabricação de acessórios para fornos?

Ambas as ligas são facilmente formadas a quente- e a frio-, compartilham uma taxa de endurecimento-de trabalho quase idêntica e podem ser soldadas com metal de adição INCONEL 82 - uma sobreposição genuinamente conveniente para oficinas que fabricam acessórios de forno de ligas-mistas, já que um único metal de adição pode unir ambas as ligas de base ou uma junta de metal-diferente entre elas.

Fonte: Boletins técnicos da Special Metals Corporation SMC-027 (liga INCONEL 600) e SMC-046 (liga INCOLOY 800).

Quais padrões regem o Inconel 600 e o Incoloy 800 para fabricação de componentes de fornos?

Ambas as ligas são aprovadas pelo código ASME para caldeiras e vasos de pressão com casos de código dedicados - Inconel 600 sob o código Case 1827 e Incoloy 800/800H/800HT sob o Code Case 1325 - com especificações de forma de produto paralelas, mas distintas-para cada família de liga.

Fonte: Tabelas de "Produtos e Especificações Disponíveis" da Special Metals Corporation, boletins técnicos da liga INCONEL 600 e liga INCOLOY 800.

Qual liga você deve especificar para componentes de fornos de tratamento térmico?

Especifique o Inconel 600 para a exposição mais severa à cementação e nitretação, às temperaturas mais altas do forno ou a qualquer componente onde a trinca por corrosão por tensão-de cloreto seja um risco realista; especifique Incoloy 800 (ou 800H/800HT para maior-temperatura e serviço de carga-), onde as temperaturas do forno permanecem próximas ou abaixo de aproximadamente 1.500-1.800 graus F e menor custo de material é uma prioridade.

• Escolha Inconel 600 para:Recipientes e acessórios para fornos de nitretação, onde 600 é o material padrão nomeado.
• Escolha Inconel 600 para:Atmosferas altamente cementadas (gás endotérmico, fornos de endurecimento-), onde a minimização da captação de carbono prolonga a vida útil do equipamento.
• Escolha Inconel 600 para:Serviço contínuo acima de aproximadamente 1.800-2.000 graus F, na borda superior ou além da faixa prática do Incoloy 800H/800HT.
• Escolha Inconel 600 para:Componentes com qualquer exposição realista à contaminação por cloretos, além de altas temperaturas.
• Escolha Incoloy 800 / 800H / 800HT para:Acessórios grandes e pesados ​​- muflas, rolos-rolos de soleira, suportes de tubos radiantes - onde o custo do material varia de acordo com a tonelagem e a temperatura de serviço permanece dentro do envelope de 800 famílias.
• Escolha Incoloy 800 / 800H / 800HT para:Serviço sustentado de-carga acima de 1.500 graus F, onde tensões de projeto mais altas reconhecidas pela ASME de 800H ou 800HT-são suficientes para a aplicação.
• Escolha Incoloy 800 / 800H / 800HT para:Aplicações em que a fissuração por corrosão-impulsionada por cloreto-é um risco baixo, mas diferente de{2}}zero, e o teor substancial de níquel do Incoloy 800 ainda-fornece margem adequada em relação às alternativas de aço inoxidável.

Em projetos de fornos com ligas-mistas, as duas ligas combinam naturalmente: Inconel 600 para acessórios e recipientes expostos à atmosfera mais severa ou à temperatura local mais alta, e Incoloy 800/800H/800HT para acessórios estruturais maiores, onde seu menor teor de níquel reduz o custo total do material sem comprometer a vida útil geral do forno.

Perguntas frequentes

P: Qual é a principal diferença entre o Inconel 600 e o Incoloy 800?

A: O Inconel 600 (UNS N06600) é uma liga à base de-níquel com um mínimo de 72% de níquel, enquanto o Incoloy 800 (UNS N08800) é uma liga à base de ferro-com apenas 30-35% de níquel. Essa diferença de composição proporciona ao Inconel 600 melhor resistência à carburação e nitretação e um teto de temperatura-de serviço mais alto, enquanto o Incoloy 800 oferece um custo de material substancialmente mais baixo - uma compensação que remonta diretamente ao objetivo do projeto do Incoloy 800 na década de 1950 de conservar o níquel.

P: Qual liga resiste melhor à carburação em atmosferas de forno?

A: Inconel 600. O próprio teste de carburação de 100 horas da Special Metals em uma atmosfera de hidrogênio/2% de metano mostra que o Inconel 600 ganha aproximadamente metade do peso (2,66-12,30 mg/cm2) que o Incoloy 800HT ganha (4,94-21,58 mg/cm2) sob a mesma exposição.

P: O Incoloy 800 pode ser usado nas mesmas temperaturas que o Inconel 600?

A: Não exatamente. O Inconel 600 é usado continuamente até 2.000 graus F (1.093 graus), enquanto o Incoloy 800 padrão é geralmente limitado a cerca de 1.500 graus F (816 graus) para projetos baseados em resistência. Para-fornos com temperaturas mais altas, as variantes 800H e 800HT - com conteúdo de carbono controlado e tamanho de grão mais grosso - ampliam a faixa prática de temperatura do Incoloy 800 e fecham grande parte da lacuna.

P: O Inconel 600 ou o Incoloy 800 são melhores para acessórios de fornos de nitretação?

A: Inconel 600. Special Metals o nomeia explicitamente como o material padrão para recipientes de nitretação devido à sua resistência à absorção de nitrogênio em altas temperaturas; A própria literatura publicada do Incoloy 800 não faz uma afirmação equivalente.

P: Por que o Incoloy 800 tem um teor de níquel tão baixo comparado ao Inconel 600?

A: O Incoloy 800 foi introduzido na década de 1950 especificamente para reduzir a dependência do níquel, que era então classificado como um metal estratégico com oferta limitada. Sua química-baseada em ferro (30-35% de níquel contra o mínimo de 72% do Inconel 600) foi uma compensação deliberada de engenharia-de custo e fornecimento, e não uma meta de desempenho em si.

P: O Inconel 600 e o Incoloy 800 são resistentes à fissuração por corrosão por tensão-de cloreto?

A: O Inconel 600 é considerado praticamente imune devido ao seu alto teor de níquel. O Incoloy 800 pode quebrar sob condições severas de laboratório devido ao seu menor teor de níquel, mas sua resistência ainda é alta o suficiente para ser comumente usado para substituir materiais que já falharam em serviço devido a esse mecanismo exato.

P: O Inconel 600 e o Incoloy 800 usam o mesmo metal de adição para soldagem?

A: Para GTAW e GMAW, sim - ambas as ligas são comumente unidas com metal de adição INCONEL 82. Para soldagem a arco de metal blindado-, o Inconel 600 normalmente usa o eletrodo de soldagem INCONEL 182, enquanto o Incoloy 800 usa o eletrodo INCO-WELD A.