Что лучше, Инконел или Хастеллой?

Ни один из них не лучше, и фраза «оба превосходны» является причиной того, что вопрос постоянно задается. Два семейства сильны в противоположных направлениях, и служба, которая подходит одному, обычно вредит другому. Ответ не является ранжированием. Это чтение среды.

Чтение сводится к одному свойству среды. Окислительная среда, которая может поставлять кислород или отнимать электроны у металла, вознаграждает хром. Восстановительная среда, которая не может, вознаграждает молибден. Семейство Inconel содержит больше хрома и меньше молибдена. Семейство Hastelloy C содержит больше молибдена и меньше хрома. Эта единственная разница предсказывает большинство ответов в этой статье.

В начале следует два исправления. Первое заключается в том, что ни одно из названий не является материалом. Оба являются портфелями товарных знаков, содержащими несколько систем составов, и сравнение на уровне названия описывает два каталога. Второе заключается в том, что простое правило имеет реальные исключения, и они находятся в марках, которые были разработаны, чтобы его нарушить. Эта статья работает со стороны отказа, потому что материал выбирается по тому, чего он отказывается делать.

Два легирующих элемента задают направление, и разница между семействами достаточно велика, чтобы увидеть ее в таблице состава, а не на диаграмме коррозии.

Прочитайте столбец хрома напротив столбца молибдена, и закономерность станет видна. 625 имеет самый высокий хром в группе и примерно половину молибдена от C276. C276 имеет самый низкий хром и самый высокий молибден. 686 и C-22 находятся посередине по замыслу, и именно эти две марки делают простое правило ненадежным в хорошем смысле.

Последствия для стоимости следуют по той же колонке. Молибден является более дорогим добавлением из двух, а вольфрам в сплаве типа C добавляет к нему. Марка с 16% молибдена и 4% вольфрама несет большую стоимость легирования, чем марка с 9% молибдена и без вольфрама, и эта разница — первое, что замечает покупатель, когда приходят две котировки.

Режимы отказа являются зеркальными отражениями, и знание обоих полезнее, чем знание любой силы.

Первая и третья строки объясняют большую часть путаницы на рынке. Технический паспорт, в котором говорится об отличном коррозионном сопротивлении, описывает направление, а не диапазон, и два семейства указывают в противоположных направлениях. Соляная и азотная кислоты — обе сильные кислоты, и они требуют противоположных сплавов, потому что одна является восстановительной, а другая — окислительной.

Пятая строка — самая дорогая на практике. Труба 600 в солоноватой охлаждающей воде сопротивляется растрескиванию под действием хлоридной коррозии и все еще подвергается питтингу в щели под трубной решеткой. Это не противоречие. Сопротивление растрескиванию обусловлено никелем, а сопротивление питтингу — молибденом, а 600 имеет первое без второго.

Ниже примерно 400 °C выбор является вопросом химии. Выше этого он становится конкуренцией между коррозией и механической прочностью, и ранжирование меняется.

Семейство Inconel сохраняет свою прочность при температуре благодаря осадкам, описанным в других местах: гамма-двойной прайм в 718, гамма-прайм в X-750 и упрочнение твердым раствором в 625. Сплавы типа Hastelloy C являются сплавами твердого раствора со скромной прочностью, и их покупают для химии, а не для нагрузки. Деталь, которая должна нести нагрузку в горячем окислительном газе, поэтому является деталью Inconel, и аргумент коррозии не меняет этого.

Существует исключение, которое ловит людей, слишком хорошо выучивших правило. Семейство Hastelloy — это не только семейство коррозионностойких сплавов. Hastelloy X — это никель-хром-железо-молибденовый сплав, разработанный для высокотемпературной эксплуатации, а Hastelloy S предназначен для термической стабильности. Покупатель, который отвергает каждую марку Hastelloy как непригодную выше 700 °C, отверг две марки, которые были созданы для этого диапазона.

Комбинированный случай — самый сложный, и именно здесь 686 и C-22 оправдывают свою цену. Горячая среда, которая является одновременно окислительной и содержащей хлориды, такая как отбеливаемый поток целлюлозы или скрубберная жидкость, требует хрома для окисления и молибдена для хлоридов, и ни одно чистое семейство не обеспечивает оба.

Сведенный в рабочую таблицу, вопрос имеет короткий ответ для каждой из сред, которые встречаются в большинстве запросов.

Таблица является отправной точкой, а не одобрением. Каждая из этих строк может измениться в узком диапазоне концентрации или температуры, и коррозионный тест в реальной среде стоит больше, чем любая таблица. Что предоставляет таблица, так это причина каждого ответа, что необходимо для начала обсуждения с инженером-материаловедом.

Стоит назвать три случая, потому что правило, применяемое без них, приведет к уверенной неправильной оценке.

Первый — 686. Он несет молибден и вольфрам сплава типа C с хромом Inconel и маркируется как Inconel. Покупатель, который узнал, что Hastelloy предназначен для восстановительных кислот, а Inconel — для окисления, неправильно классифицирует его в обоих направлениях.

Второй — 625 в хлоридных средах. Его молибден составляет около 9%, что достаточно для морской воды во многих конфигурациях и недостаточно для плотной щели в горячем рассоле. Марка часто описывается как устойчивая к морской воде, и это описание верно для трубы и ложно для фланцевой поверхности с прокладкой.

Третий — температурный эффект на среду, которая выглядит безвредной при комнатной температуре. Уксусная кислота, фосфорная кислота и разбавленная серная кислота меняют свой характер с повышением температуры, и сплав, выбранный по диаграмме комнатной температуры, может выйти из строя при 80 °C в том же растворе. Правило о хроме и молибдене не меняется, а классификация среды меняется.

Перед любым названием марки три вопроса сужают ответ до нескольких кандидатов, и каждый из них может исключить семейство.

На первый вопрос чаще всего отвечают неправильно, потому что среда классифицируется по ее химии, а не по ее эксплуатации. Поток серной кислоты, который продувается воздухом, является окислительным и ведет себя совершенно иначе, чем та же кислота в герметичном резервуаре, и им могут потребоваться разные сплавы. Травление соляной кислотой, содержащее растворенный кислород из последующей реакции, больше не является чисто восстановительной нагрузкой.

На второй вопрос отвечают по чертежу, а не по техническому паспорту. Скорость равномерной коррозии, измеренная на образце, ничего не говорит о поверхности прокладки, и именно фланец является местом появления отказа.

Три утверждения появляются почти в каждом сравнении, и все три вводят в заблуждение.

Третье утверждение приводит к дорогим ошибкам, потому что диаграмма является законным документом, и ее легко принять за ответ. Испытание образца в реальной жидкости, с образцом в щели при реальной температуре, стоит доли стоимости сосуда и решает вопрос, который диаграмма не может решить.

DLX поставляет оба семейства из Чанчжоу, Цзянсу, в виде прутков, проволоки, труб, листов, а также в кованой и механически обработанной формах, с указанием марки, номера UNS и состояния на сертификате. Наличие обоих семейств на одном предприятии позволяет дать ответ в виде сравнения, а не рекомендации того, что есть в наличии.

Два вопроса решают большинство запросов. Первый — это среда и является ли она окислительной, потому что этот единственный ответ перемещает выбор из одного семейства в другое. Второй — это форма и стандарт, потому что пластина и сварная труба из одного сплава несут разные испытания и разный сертификат.

В целом, ни то, ни другое. Сплавы типа Hastelloy C более устойчивы в восстановительных кислотах и хлоридных щелях, а марки Inconel более устойчивы в окислительных кислотах и при высокотемпературном воздухе. Сравнение без указания среды не имеет ответа, и поставщик, который дает его, не спросив о среде, не понял вопроса.

В соляной кислоте и в хлоридной щели — да, потому что он содержит около 16% молибдена против 9% и добавляет вольфрам. В горячей азотной кислоте, в окислительных условиях и везде, где деталь несет нагрузку при температуре, 625 является лучшим выбором. Это не две марки одного материала. Это два ответа на две разные среды.

Потому что защитная пленка на никелевом сплаве — это оксид хрома, и она образуется только тогда, когда среда может поставлять кислород или принимать электроны. Азотная кислота сильно окисляющая и поддерживает пленку на месте, поэтому хром является полезным элементом. Соляная кислота восстановительная и растворяет пленку, поэтому сплав должен полагаться на молибден, который сам по себе устойчив к восстановительной атаке.

Частично. 686 и C-22 разработаны для этого, неся высокий хром и высокий молибден одновременно, и это марки, на которые стоит обратить внимание для смешанных потоков. Ни один из них не является универсальным ответом, оба стоят дороже, чем марки с односторонним действием, и обоим все еще требуется коррозионный тест в реальной среде, прежде чем сосуд будет выпущен для изготовления.

Да. Выше этой температуры механическая прочность сплава начинает определять конструкцию, а сплавы типа Hastelloy C являются сплавами твердого раствора со скромной прочностью при температуре. Марки Inconel были созданы для этого диапазона, а Hastelloy X является исключением в семействе Hastelloy, которое также было создано для него.

Это самая сложная комбинация, и именно поэтому существуют 686 и C-22. Хром необходим для окислительной части, а молибден — для хлоридов, и марка, сильная в одном, обычно слаба в другом. Лабораторный тест в реальной жидкости, при реальной температуре, с образцом в щели — единственный надежный способ решить это.

Вопрос лучше задать как «что из этого выживет в этой среде». Хром отвечает за окислительную половину, а молибден — за восстановительную, и два семейства намеренно взвешены в противоположных направлениях. 625 и 600 находятся на стороне хрома, C276 — на стороне молибдена, а 686 и C-22 находятся между ними по более высокой цене.

Режимы отказа зеркально отражают друг друга. Богатая хромом марка выходит из строя в соляной кислоте и в хлоридной щели. Богатая молибденом марка выходит из строя в горячей азотной кислоте и при устойчивом окислении. Покупатель, который знает, какой из этих двух отказов может произойти в его процессе, уже ответил на вопрос, и название марки следует за этим.

Haynes International, технические паспорта сплавов HASTELLOY C-276 и C-22, для состава, данных по коррозии в восстановительных и окислительных средах, а также критических температур щелевой и питтинговой коррозии.

Special Metals Corporation, технические бюллетени сплавов INCONEL 625 и 686, для состава, прочности при температуре и коррозионных характеристик, указанных для окислительной стороны.

Special Metals Corporation, бюллетень сплава INCONEL 600, для характеристик в азотной кислоте и поведения высоконикелевой марки в условиях хлоридного коррозионного растрескивания.

Haynes International, технический паспорт сплава HASTELLOY X, для высокотемпературного сплава в семействе Hastelloy.

ASTM G28, определение восприимчивости к межкристаллитной коррозии в деформированных никель-хромосодержащих сплавах, для теста, используемого для подтверждения того, что термическая обработка не оставила сенсибилизированной структуры.

ASTM G48, стойкость к питтинговой и щелевой коррозии в растворах хлорного железа, для ранжирования этих марок в хлоридных средах.

NACE MR0175 и ISO 15156, для требований к эксплуатации в кислых средах, где применяется влажная среда с сероводородом.

Все заявления о коррозии здесь носят направленный характер и описывают поведение семейств в указанных средах, при концентрациях и температурах в пределах их обычных опубликованных диапазонов. Это не скорости коррозии, а скорость в реальном производстве зависит от концентрации, температуры, аэрации, потока и геометрии щели. Марка, названная для среды, является отправной точкой для коррозионного теста, а не разрешением на использование сосуда. Диапазоны составов являются стандартными пределами, а заводской сертификат содержит фактический анализ. Исключительные марки, такие как 686, C-22 и Hastelloy X, описаны в соответствии с их конструктивным назначением, а не гарантией в какой-либо конкретной эксплуатации. Стандарты пересматриваются, и издание, указанное в заказе, имеет силу. Ничто из вышеперечисленного не является заменой инженерного разрешения или обзора материалов и коррозии фактического процесса.