Inconel 600 vs Incoloy 800: selección de aleaciones de níquel para componentes de hornos de tratamiento térmico

¿Qué son Inconel 600 e Incoloy 800 y en qué se diferencian sus composiciones?

Inconel 600 es una aleación de níquel-cromo-hierro construida sobre una base rica en níquel-(mínimo 72%), mientras que Incoloy 800 es fundamentalmente una aleación a base de hierro-con solo 30-35% de níquel - una elección de diseño deliberada e históricamente documentada que coloca las dos aleaciones en extremos opuestos de la costo-frente-alta-espectro de temperatura-rendimiento.

Fuente: Boletines técnicos de Special Metals Corporation SMC-027 (aleación INCONEL 600) y SMC-046 (aleación INCOLOY 800).

Incoloy 800 se introdujo en la década de 1950 específicamente para satisfacer la necesidad de una aleación resistente al calor- y a la corrosión-con un contenido de níquel relativamente bajo, ya que, en ese momento, el níquel estaba designado como metal estratégico. Esta no es una historia incidental -, es la lógica de diseño que todavía separa las dos aleaciones en la actualidad. El alto contenido de níquel de Inconel 600 le confiere una excelente resistencia a las condiciones reductoras y prácticamente lo inmuniza contra el agrietamiento por corrosión-estrés de iones-cloro; Las adiciones de aluminio y titanio de Incoloy 800 (presentes en 600 solo en pequeñas cantidades, en todo caso) forman precipitados fortalecedores que compensan en parte su menor contenido de níquel a temperatura elevada.

¿Qué aleación tiene la temperatura máxima de servicio más alta para los componentes del horno?

Inconel 600 tiene un servicio principal más alto-techo de temperatura - uso continuo de 2000 grados F (1093 grados) - mientras que el Incoloy 800 estándar se usa generalmente por sus características de resistencia de hasta aproximadamente 1500 grados F (816 grados); para el funcionamiento del horno por encima de ese punto, las variantes de alta temperatura-de Incoloy, 800H y 800HT, cierran gran parte de la brecha.

Special Metals describe la versatilidad del Inconel 600 como que abarca "temperaturas desde criogénicas hasta superiores a 2000 grados F (1095 grados)" y afirma directamente que la resistencia de la aleación y la resistencia a la oxidación a altas temperaturas la hacen útil para retortas, muflas, hogares de rodillos y otros componentes de hornos. Por el contrario, Special Metals afirma que Incoloy 800 "se utiliza por sus características de resistencia a temperaturas de servicio de hasta aproximadamente 1.500 grados F (816 grados)" y que "para aplicaciones que requieren alta resistencia a la fluencia o a la rotura, se utilizan en su lugar las aleaciones INCOLOY 800H o 800HT".

Tanto el 800H como el 800H T tienen un rango de carbono controlado (0,05-0,10% y 0,06-0,10% respectivamente) y un tamaño de grano mínimo más grueso (ASTM 5 o más grueso) diseñado específicamente para aumentar la resistencia a la fluencia y a la rotura por tensión más allá de lo que ofrece el estándar 800, extendiendo el rango práctico de temperatura de servicio en horno de la familia 800 mucho más allá de la aleación base. Punto de diseño de 1.500 grados F.

¿Qué aleación resiste mejor la carburación en atmósferas de horno?

Inconel 600 absorbe considerablemente menos carbono que Incoloy 800HT en condiciones de carburación idénticas: la prueba de carburación con gas de 100-horas-de Special Metals en una atmósfera de hidrógeno/metano al 2 % muestra que Inconel 600 gana entre 2,66 y 12,30 mg/cm2, en comparación con los 4,94-21,58 mg/cm2 de Incoloy 800HT: aproximadamente la mitad del aumento de peso a ambas temperaturas probadas.

Fuente: Special Metals Corporation, pruebas de carburación de gas (100 h) en atmósfera de hidrógeno/2 % de metano (la atmósfera de prueba de 1700 grados F también contenía 5 % de argón), boletín técnico INCONEL aleación 600 SMC-027.

Esta prueba-en paralelo-es uno de los pocos lugares en los que un especificador de componentes-de un horno puede ver Inconel 600 e Incoloy 800HT medidos frente a la misma exposición a la carburación en un único experimento controlado. La carburación es muy importante en esta aplicación porque las atmósferas de los hornos que contienen hidrocarburos-(gas endotérmico, amoníaco craqueado y entornos de carburación similares utilizados en los hornos de endurecimiento-y de carburación con gas) impulsan el carbono hacia la superficie de los accesorios del horno, formando carburos internos que fragilizan el metal y acortan la vida útil de los accesorios. Una menor absorción de carbono se traduce directamente en una vida útil más larga para cestas, bandejas y accesorios que pasan repetidamente por atmósferas de carburación.

¿Qué aleación resiste mejor la oxidación cíclica y la espalación por incrustaciones?

Las pruebas de oxidación cíclica propias de Special Metals a 1800 grados F (980 grados) - utilizando ciclos repetidos de calentamiento de 15-minutos y ciclos de enfriamiento de 5-minutos en aire durante 1000 horas - comparan directamente el Inconel 600 con el acero inoxidable Tipo 304, el acero inoxidable Tipo 309 y el Incoloy 800HT, y demuestran que La composición de níquel-cromo-hierro de Inconel 600 conserva su capa protectora de óxido mucho mejor que los dos aceros inoxidables bajo ciclos térmicos repetidos.

La resistencia a la oxidación cíclica, en lugar de un estado-estable, es la prueba más realista para los accesorios de los hornos, que se calientan y enfrían con cada lote de producción en lugar de permanecer indefinidamente a una sola temperatura de remojo. Los ciclos térmicos repetidos hacen que la incrustación protectora de óxido de cromo-de cualquier aleación se agriete y se descascarille debido a la expansión y contracción térmica del metal subyacente; la aleación que mejor resiste esta espalación conserva su capa protectora y, por lo tanto, su resistencia a la corrosión, durante más ciclos de calor-frío.

La inclusión de Incoloy 800HT por parte de Special Metals directamente en esta misma comparación - en lugar de probarlo por separado - subraya que ambas aleaciones ricas en níquel-se desarrollaron teniendo en mente exactamente este modo de falla cíclica del horno-, aunque la prueba muestra la aleación de níquel más alta-(600) con la retención de incrustaciones más fuerte del grupo.

¿Qué aleación ofrece mejor resistencia a la nitruración?

Su propio fabricante posiciona explícitamente el Inconel 600 como el material estándar para recipientes de nitruración debido a su resistencia a la absorción de nitrógeno a alta temperatura, una aplicación específica con nombre que no aparece en la propia literatura técnica del Incoloy 800.

Special Metals afirma claramente que Inconel 600 "es el material estándar para recipientes de nitruración debido a su resistencia al nitrógeno a altas temperaturas". Los hornos de nitruración utilizan atmósferas de disociación de amoníaco-(aproximadamente 25% de nitrógeno, 75% de hidrógeno) para difundir nitrógeno en las superficies de las piezas de acero, y cualquier elemento del horno expuesto a esta atmósfera corre el riesgo de captación de nitrógeno y fragilización. Debido a que la propia literatura publicada sobre Incoloy 800 no hace una afirmación equivalente sobre resistencia a la nitruración-, los accesorios y contenedores para hornos de nitruración específicamente deben usar Inconel 600 por defecto, a menos que los datos de campo respalden una alternativa.

¿Cómo se comparan las dos aleaciones en cuanto a resistencia a la fluencia y a la tensión-rotura?

Los datos publicados sobre la resistencia a la rotura-de Inconel 600 se extienden claramente hasta 2000 grados F (1093 grados), mientras que Special Metals es explícito en que el Incoloy 800 estándar "normalmente no se utiliza para aplicaciones que requieren propiedades óptimas de ruptura por fluencia-" - esa función pertenece a Incoloy 800H y 800HT, cuya química restringida y tamaño de grano más grueso fueron diseñados específicamente para aumentar la resistencia a altas temperaturas-a largo plazo-.

Fuente: Tabla de propiedades de ruptura-de Special Metals Corporation (solución-tratada a 2050 grados F/1121 grados, enfriada-por aire), boletín técnico INCONEL aleación 600 SMC-027.

Para accesorios de hornos sometidos a carga sostenida a alta temperatura, - soportes de mufla, rodillos-rollos de solera o colgadores de tubos radiantes- fluencia-la resistencia a la rotura, no la resistencia a la tracción, suele ser la propiedad de diseño que rige. El Incoloy 800 estándar soporta tensiones de diseño solo hasta aproximadamente 1500 grados F según el Código de calderas y recipientes a presión de ASME, mientras que el Incoloy 800H y 800HT controlaban un contenido de carbono de 0,05-0,10% (o 0,06-0,10%) y un tamaño de grano ASTM 5-o-más grueso fueron aprobados específicamente por Comité del Código ASME para tensiones de diseño más altas a 1100-1500 grados F (593-816 grados) y más, luego del análisis de 87 calores y 1052 puntos de datos por parte del Metals Property Council. Cuando la prioridad es el servicio de soporte de carga sostenido a alta temperatura, comparar Inconel 600 con 800H o 800HT específicamente, no con Incoloy base 800 - es la comparación técnicamente correcta.

¿Cómo se comparan las dos aleaciones en cuanto a resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión-de cloruro?

El contenido mínimo de níquel del 72% del Inconel 600 lo hace prácticamente inmune al agrietamiento por corrosión-estrés de iones de cloruro-, mientras que el contenido inferior de níquel del 30-35% del Incoloy 800 puede permitir el agrietamiento en condiciones severas de laboratorio, aunque la resistencia del Incoloy 800 sigue siendo lo suficientemente alta como para usarse comúnmente para reemplazar materiales que ya han fallado en servicio debido a este modo de falla exacto.

Esto es importante para los equipos de hornos que sufren exposición intermitente a contaminación por cloruro - residuos de enfriamiento, atmósferas marinas o industriales o productos químicos de limpieza - además del servicio a alta-temperatura. La regla metalúrgica general, confirmada en la propia literatura de Special Metals, es que la tendencia de las aleaciones austeníticas a agrietarse en soluciones de cloruro disminuye a medida que aumenta el contenido de níquel. Inconel 600, con un mínimo de 72% de níquel, se encuentra en un extremo de ese espectro; Incoloy 800, con aproximadamente la mitad del contenido de níquel, se encuentra más adelante, pero su resistencia aún supera sustancialmente la de los accesorios estándar de acero inoxidable austenítico de la serie 300 que comúnmente reemplaza.

¿Ambas aleaciones son propensas a la sensibilización durante el ciclo térmico del horno?

Sí, - ambas aleaciones comparten la misma vulnerabilidad fundamental: los carburos de cromo se precipitan en los límites de los granos en aproximadamente el mismo rango de 1000 a 1400 grados F (540 a 760 grados) tanto para Inconel 600 como para Incoloy 800, y los accesorios de los hornos que calientan repetidamente esta banda en cada ciclo están expuestos al mismo riesgo de sensibilización independientemente de la aleación elegida.

La literatura técnica de Special Metals para ambas aleaciones describe esencialmente el mismo mecanismo: los nitruros y carburos de titanio (o, en el caso del 600, cianonitruros) se forman independientemente del tratamiento térmico, mientras que los carburos de cromo precipitan específicamente entre 1000 y 1800 grados F (540-980 grados) para Inconel 600, y entre 1000 y 2000 grados F. (540-1095 grados) para Incoloy 800, con la banda de sensibilización más agresiva para ambas aleaciones entre 1000-1400 grados F (540-760 grados).

Special Metals incluso publica diagramas de sensibilización de tiempo-temperatura-para Incoloy 800 basados ​​en la prueba de Huey (ebullición de ácido nítrico al 65 %) específicamente para cuantificar este riesgo. En la práctica, Special Metals describe la sensibilización como "no es un problema en la mayoría de las -aplicaciones de alta temperatura" para cualquiera de las aleaciones -; importa principalmente si el dispositivo será posteriormente decapado o expuesto a un ambiente acuoso agresivo mientras aún está en la condición sensibilizada, lo cual es poco común para los accesorios que permanecen en servicio de horno.

¿Cómo se comparan las aleaciones en cuanto a costos y estrategia de selección de materiales?

Incoloy 800 existe específicamente porque el alto contenido de níquel del Inconel 600 lo encarecía y, en la década de 1950, restringió estratégicamente la química basada en hierro de - Incoloy 800-fue una compensación de ingeniería deliberada-para ofrecer una resistencia adecuada al calor y a la corrosión a una fracción del contenido de níquel, y esa lógica de costos aún rige la elección entre estas dos familias de aleaciones en la actualidad.

Esta no es una narrativa de marketing; es el origen documentado de la aleación. La propia historia de la aleación de Special Metals afirma que Incoloy 800 "se introdujo en el mercado en la década de 1950 para satisfacer la necesidad de una aleación resistente al calor- y a la corrosión-con un contenido relativamente bajo de níquel, ya que el níquel era, en ese momento, designado como metal 'estratégico'".

Para equipos de hornos donde los accesorios más grandes y pesados (rodillos-rodillos de solera, muflas grandes, haces de tubos radiantes) dominan el costo del material, especificar Incoloy 800 o 800H/800HT siempre que su techo de menor temperatura de servicio-y una resistencia a la rotura por fluencia algo menor-son aceptables puede reducir significativamente el costo total de los accesorios en comparación con un -Inconel-600. diseño, reservando 600 específicamente para los componentes de temperatura más alta-, más carburados o expuestos a nitruración en el mismo horno.

¿Cómo se comparan las aleaciones en la fabricación y soldadura para la fabricación de accesorios para hornos?

Ambas aleaciones se forman fácilmente en caliente- y en frío-, comparten una tasa de endurecimiento por trabajo-casi idéntica y ambas pueden soldarse con INCONEL Filler Metal 82 - una superposición realmente conveniente para los talleres que fabrican accesorios de hornos de aleaciones mixtas-, ya que un solo metal de aportación puede unir ambas aleaciones base o una unión de metal-diferente entre ellas.

Fuente: Boletines técnicos de Special Metals Corporation SMC-027 (aleación INCONEL 600) y SMC-046 (aleación INCOLOY 800).

¿Qué normas rigen el Inconel 600 y el Incoloy 800 para la fabricación de componentes de hornos?

Ambas aleaciones están aprobadas según el Código ASME para calderas y recipientes a presión con casos de código dedicados - Inconel 600 según el caso de código 1827 e Incoloy 800/800H/800HT según el caso de código 1325 - con especificaciones de forma de producto- paralelas pero distintas para cada familia de aleaciones.

Fuente: Tablas de "Productos y especificaciones disponibles" de Special Metals Corporation, boletines técnicos INCONEL aleación 600 e INCOLOY aleación 800.

¿Qué aleación debería especificar para los componentes de hornos de tratamiento térmico?

Especifique Inconel 600 para la exposición más severa a la carburación y nitruración, las temperaturas más altas del horno o cualquier componente donde el agrietamiento por corrosión bajo tensión-de cloruro sea un riesgo realista; especifique Incoloy 800 (o 800H/800HT para mayor-temperatura y carga-carga) donde las temperaturas del horno se mantienen cerca o por debajo de aproximadamente 1500-1800 grados F y el menor costo del material es una prioridad.

• Elija Inconel 600 para:Contenedores y accesorios de hornos de nitruración, donde 600 es el material estándar denominado.
• Elija Inconel 600 para:Atmósferas altamente carburantes (gas endotérmico, hornos de cementación-) donde minimizar la captación de carbón extiende la vida útil del accesorio.
• Elija Inconel 600 para:Servicio continuo por encima de aproximadamente 1800-2000 grados F, en el borde superior o más allá del rango práctico de Incoloy 800H/800HT.
• Elija Inconel 600 para:Componentes con una exposición realista a la contaminación por cloruro además de altas temperaturas.
• Elija Incoloy 800 / 800H / 800HT para:Accesorios grandes y pesados ​​- muflas, rodillos-rodillos de hogar, soportes de tubos radiantes - donde el costo del material aumenta con el tonelaje y la temperatura de servicio se mantiene dentro del límite de 800 familias.
• Elija Incoloy 800 / 800H / 800HT para:Servicio de carga sostenido-por encima de 1500 grados F, donde las tensiones de diseño más altas reconocidas por ASME-de 800H o 800HT son suficientes para la aplicación.
• Elija Incoloy 800 / 800H / 800HT para:Aplicaciones en las que el agrietamiento por corrosión-estresado-inducido por cloruro tiene un riesgo bajo pero distinto de-cero, y el aún{4}}contenido sustancial de níquel de Incoloy 800 proporciona un margen adecuado sobre las alternativas de acero inoxidable.

En los diseños de hornos de aleaciones mixtas-, las dos aleaciones se combinan naturalmente: Inconel 600 para los accesorios y contenedores expuestos a la atmósfera más severa o a la temperatura local más alta, e Incoloy 800/800H/800HT para los accesorios estructurales más grandes donde su menor contenido de níquel reduce el costo total del material sin comprometer la vida útil general del horno.

Preguntas frecuentes

P: ¿Cuál es la principal diferencia entre Inconel 600 e Incoloy 800?

A: Inconel 600 (UNS N06600) es una aleación a base de níquel-con un mínimo de 72 % de níquel, mientras que Incoloy 800 (UNS N08800) es a base de hierro-con solo un 30-35 % de níquel. Esta diferencia de composición le da al Inconel 600 una mejor resistencia a la carburación y nitruración y un techo de temperatura de servicio-más alto, mientras que el Incoloy 800 ofrece un costo de material sustancialmente menor - una compensación que se remonta directamente al objetivo de diseño del Incoloy 800 de la década de 1950 de conservar el níquel.

P: ¿Qué aleación resiste mejor la carburación en atmósferas de hornos?

A: Inconel 600. La prueba de carburación de 100 horas de Special Metals en una atmósfera de hidrógeno/metano al 2% muestra que Inconel 600 gana aproximadamente la mitad del peso (2,66-12,30 mg/cm2) que gana Incoloy 800HT (4,94-21,58 mg/cm2) bajo la misma exposición.

P: ¿Se puede utilizar Incoloy 800 a las mismas temperaturas que Inconel 600?

A: No exactamente. Inconel 600 se usa continuamente hasta 2000 grados F (1093 grados), mientras que el Incoloy 800 estándar generalmente se limita a aproximadamente 1500 grados F (816 grados) para un diseño basado en la resistencia-. Para trabajos de horno a mayor-temperatura, las variantes 800H y 800HT - con contenido de carbono controlado y tamaño de grano más grueso - amplían el rango de temperatura práctico de Incoloy 800 y cierran gran parte de la brecha.

P: ¿Inconel 600 o Incoloy 800 son mejores para los accesorios de los hornos de nitruración?

A: Inconel 600. Special Metals lo nombra explícitamente como material estándar para recipientes de nitruración debido a su resistencia a la absorción de nitrógeno a alta temperatura; La propia literatura publicada por Incoloy 800 no hace una afirmación equivalente.

P: ¿Por qué Incoloy 800 tiene un contenido de níquel tan bajo en comparación con Inconel 600?

A: Incoloy 800 se introdujo en la década de 1950 específicamente para reducir la dependencia del níquel, que entonces se clasificaba como un metal estratégico con suministro limitado. Su química basada en hierro-(30-35 % de níquel frente al 72 % mínimo de Inconel 600) fue una compensación deliberada de ingeniería impulsada por el costo y el suministro-, no un objetivo de rendimiento en sí mismo.

P: ¿Inconel 600 e Incoloy 800 son resistentes al agrietamiento por corrosión bajo tensión-de cloruro?

A: Inconel 600 se considera prácticamente inmune debido a su alto contenido de níquel. Se puede hacer que Incoloy 800 se agriete en condiciones severas de laboratorio debido a su menor contenido de níquel, pero su resistencia sigue siendo lo suficientemente alta como para usarse comúnmente para reemplazar materiales que ya han fallado en servicio con este mecanismo exacto.

P: ¿Inconel 600 e Incoloy 800 utilizan el mismo metal de aportación para soldadura?

A: Para GTAW y GMAW, sí, - ambas aleaciones se unen comúnmente con INCONEL Filler Metal 82. Para soldadura por arco de metal-protegido, Inconel 600 generalmente usa el electrodo de soldadura INCONEL 182, mientras que Incoloy 800 usa el electrodo INCO-WELD A.