Incoloy 825 กับ Inconel 625 ต้นทุนและประสิทธิภาพที่สมดุล

รายงานนี้ให้ข้อมูลเปรียบเทียบที่เข้มงวดและขับเคลื่อนด้วยข้อมูลของวิศวกร ผู้จัดการฝ่ายจัดซื้อ และผู้ซื้อทางเทคนิคของ Incoloy 825 (UNS N08825) และ Inconel 625 (UNS N06625) - ซูเปอร์อัลลอยนิกเกิล-เหล็ก-โครเมียมสองรายการในตลาดโลหะพิเศษระดับโลก

โลหะผสมทั้งสองให้ความต้านทานการกัดกร่อนที่โดดเด่นเกินกว่าความสามารถของเหล็กกล้าไร้สนิมมาตรฐาน

ความแตกต่างที่สำคัญอยู่ที่ต้นทุน-การแลกเปลี่ยนประสิทธิภาพ-:อินคอลอยย์ 825ให้ความสามารถในการสึกกร่อนประมาณ 80–90% ของ Inconel 625 ที่ประมาณ 40–55% ของต้นทุน ทำให้เป็นตัวเลือก-เมื่องบประมาณมีจำกัดและเงื่อนไขการบริการมีความต้องการแต่ไม่มากเกินไป Inconel 625 เหนือกว่าด้วยความต้านทานที่เหนือกว่าต่อการกัดกร่อนแบบรูพรุน การกัดกร่อนตามรอยแยก และสภาพแวดล้อมการออกซิไดซ์ รวมกับความแข็งแรงเชิงกลที่สูงขึ้นอย่างมาก และเพดานอุณหภูมิการใช้งานที่สูงขึ้น 400 องศา

โลหะผสมเหล่านี้คืออะไร?

โลหะผสมทั้งสองอยู่ในกลุ่มนิกเกิลซูเปอร์อัลลอย - ที่ออกแบบมาเพื่อสภาพแวดล้อมที่ทำลายโลหะทั่วไป การทำความเข้าใจประวัติของพวกเขาทำให้โปรไฟล์ประสิทธิภาพของพวกเขาใช้งานง่ายในทันที

อินคอลอยย์ 825

Incoloy 825 ได้รับการพัฒนาในปี 1950 โดย International Nickel Company (INCO) โดยเฉพาะเพื่อต้านทานกรดซัลฟิวริกและฟอสฟอริก - สารเคมีสองชนิดที่มีการทำลายล้างมากที่สุดในอุตสาหกรรม ปรัชญาการออกแบบเป็นแบบเน้นการปฏิบัติ: ให้ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยมในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงที่หลากหลาย ขณะเดียวกันก็รักษาปริมาณนิกเกิล (และต้นทุน) ให้ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ด้วย Ni 38–46% จึงบรรลุเป้าหมายนี้ได้อย่างน่าชื่นชม

การเติมไททาเนียมจะทำให้โครงสร้างจุลภาคมีความเสถียรต่อการแพ้ระหว่างการเชื่อม ซึ่งเป็นคุณลักษณะที่สำคัญสำหรับอุปกรณ์ที่ประดิษฐ์ขึ้น

อินโคเนล 625

อินโคเนล 625ได้รับการพัฒนาในช่วงทศวรรษ 1960 โดยเริ่มแรกสำหรับ-ท่อไอน้ำอุณหภูมิสูงในการผลิตกระแสไฟฟ้า วิศวกรค้นพบว่าการรวมกันของนิกเกิลสูง (มากกว่าหรือเท่ากับ 58%) โครเมียม (20–23%) และโดยเฉพาะอย่างยิ่งโมลิบดีนัม (8–10%) บวกกับไนโอเบียมทำให้เกิดโลหะผสมที่มีความต้านทานการกัดกร่อนเกือบทั่วถึง - และมีความแข็งแรงเชิงกลที่ดีเยี่ยมอย่างไม่คาดคิดจากสารละลาย-ของแข็งและการตกตะกอน-ผลกระทบในการทำให้แข็งแกร่งขึ้น ปัจจุบันเป็นโลหะผสมนิกเกิล-โครเมียม-โมลิบดีนัมที่มีความอเนกประสงค์มากที่สุดในโลก และอยู่ในรายการข้อกำหนดเฉพาะของ NACE, ASME, ASTM และ API มากกว่าเกรดเดี่ยวอื่นๆ เกือบทั้งหมด

ตัวเลือกระหว่าง 825 และ 625 แทบจะไม่เคยเกี่ยวกับโลหะผสมตัวไหนที่ 'ดีกว่า' เลย มันอยู่ที่ว่าโลหะผสมชนิดใดที่ให้ประสิทธิภาพที่เพียงพอสำหรับสภาพแวดล้อมเฉพาะของคุณโดยมีต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของที่ดีที่สุด รายงานนี้ออกแบบมาเพื่อตอบคำถามนั้นอย่างเป็นกลาง

องค์ประกอบทางเคมี

องค์ประกอบเป็นรากฐานของความแตกต่างด้านประสิทธิภาพทั้งหมด โลหะผสมทั้งสองมีฐานนิกเกิล-โครเมียมออสเทนนิติกร่วมกัน แต่มีความแตกต่างกันอย่างมากในเรื่องปริมาณนิกเกิล ระดับโมลิบดีนัม และการเติมโลหะผสมที่สำคัญ

คุณสมบัติทางกล

ความแข็งแรงทางกลถือเป็นข้อพิจารณารองสำหรับการเลือก-โลหะผสมที่ขับเคลื่อนด้วยการกัดกร่อนส่วนใหญ่ แต่จะกลายเป็นปัจจัยในการตัดสินใจในการใช้งานที่มีแรงดันสูง- โหลดสูง- หรือความล้า-

ความต้านทานการกัดกร่อน

ความต้านทานการกัดกร่อนเป็นเหตุให้วิศวกรระบุโลหะผสมมากกว่าเหล็กกล้าไร้สนิม การทำความเข้าใจความแตกต่างทางสิ่งแวดล้อมถือเป็นสิ่งสำคัญในการตัดสินใจเลือกสิ่งที่ถูกต้อง

คุณสมบัติทางกายภาพ

โลหะผสมทั้งสองมีคุณสมบัติทางกายภาพที่คล้ายคลึงกันในวงกว้างตามที่คาดไว้จากโลหะผสมนิกเกิล-ออสเทนไนต์เมทริกซ์ ค่าการนำความร้อนที่สูงขึ้นเล็กน้อยที่ 825 (11.1 เทียบกับ 9.8 W/m·K) สามารถเป็นประโยชน์ในการใช้งานตัวแลกเปลี่ยนความร้อน-ซึ่งความต้านทานต่อการเปรอะเปื้อนเป็นสิ่งสำคัญ ความหนาแน่นที่ต่ำกว่า 825 (8.14 เทียบกับ 8.44 g/cm³) ช่วยให้ลดน้ำหนักได้เล็กน้อย - ไม่ค่อยเป็นปัจจัยในการตัดสินใจในกระบวนการผลิต แต่มีความโดดเด่นในการใช้งานนอกชายฝั่งบางแห่ง

ความสามารถในการเชื่อมและการประดิษฐ์

โลหะผสมทั้งสองได้รับการพิจารณาว่าสามารถเชื่อมได้ง่ายด้วยกระบวนการมาตรฐาน (GTAW / TIG, GMAW / MIG, SMAW) โดยไม่ต้องใช้ความร้อนก่อน- และไม่ต้องผ่านการบำบัดความร้อนด้วยการเชื่อม (PWHT) หลังการเชื่อม (PWHT) ในการใช้งานส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตามมีความแตกต่างที่สำคัญอยู่

การผลิต Incoloy 825

การรักษาเสถียรภาพของไทเทเนียม (0.6–1.2% Ti) ป้องกันการไวต่อความร้อน-โซนที่ได้รับผลกระทบ - ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งเป็นกลไกความล้มเหลวในการเชื่อมที่สำคัญสำหรับโลหะผสมนิกเกิล-ที่ไม่เสถียร ซึ่งหมายความว่า 825 ไม่ต้องการสารละลาย-การอบอ่อนหลังการเชื่อมในการใช้งานในโรงงานเคมีส่วนใหญ่

ตัวเติม AWS ERNiFeCr-1 (Alloy 65) คือตัวเติมที่เข้ากันมาตรฐาน สำหรับการต่อ 825 กับเหล็กสเตนเลส มีการใช้ ERNiCrMo-3 (ตัวเติมชนิด 625) กันอย่างแพร่หลาย

เครื่องจักร 825 เครื่องที่ประมาณ 35% ของอัตราการตัดเฉือน 316L SS - ท้าทายแต่สามารถใช้งานได้กับเครื่องมือคาร์ไบด์ อัตราป้อนต่ำ และการไหลของน้ำหล่อเย็นสูง

หมายเหตุการผลิต Inconel 625

625 มีความสามารถในการเชื่อมโดยธรรมชาติที่ดีเยี่ยม ปริมาณไนโอเบียมที่สูงจะช่วยลด-ความไวต่อการแตกร้าวจากความร้อนโดยการควบคุมการก่อตัวของเฟสเดลต้า AWS ERNiCrMo-3 คือตัวเติมที่เข้าคู่กันมาตรฐานและเป็นตัวเติมสำหรับการเชื่อมโลหะผสมนิกเกิลที่ใช้กันอย่างแพร่หลายทั่วโลก

สารตัวเติม 625 (ERNiCrMo-3) มีความทนทานต่อการกัดกร่อนมากจนมักใช้เป็นวัสดุซ้อนทับ/หุ้มบนอุปกรณ์เหล็กกล้าคาร์บอน โดยให้ความต้านทานการกัดกร่อนระดับ 625 ในราคาเพียงเศษเสี้ยวของต้นทุนของแข็ง 625

ความสามารถในการแปรรูปอยู่ที่ประมาณ 20% ของ 316L SS - ซึ่งเป็นโลหะผสมเชิงพาณิชย์ที่ตัดเฉือนได้ยากที่สุด จำเป็นต้องใช้เครื่องมือที่มีความแข็งแกร่ง เม็ดมีดแหลมคม และสารหล่อเย็นที่มีฤทธิ์รุนแรง

ข้อพิจารณาด้านต้นทุนและเชิงพาณิชย์

ส่วนต่างต้นทุนระหว่าง 825 และ 625 สาเหตุหลักมาจากองค์ประกอบของวัตถุดิบ Inconel 625 ต้องการนิกเกิลมากกว่าหรือเท่ากับ 58% (เทียบกับ 38–46% สำหรับ 825) และมีปริมาณโมลิบดีนัมสูงกว่าอย่างมีนัยสำคัญ (8–10% เทียบกับ 2.5–3.5%) ทั้งนิกเกิลและโมลิบดีนัมมีมูลค่า{13}}และมีราคาสูง{-เป็นโลหะที่ผันผวนที่ซื้อขายกันในตลาดสินค้าโภคภัณฑ์ การเพิ่มขึ้นของราคานิกเกิล LME ส่งผลกระทบต่อ 625 ประมาณ 1.4 เท่า มากกว่า 825 ในแง่สัมบูรณ์

การวิเคราะห์ต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของ (TCO) มักจะสนับสนุนการระบุโลหะผสมที่ถูกต้องมากกว่าทางเลือกที่ถูกกว่า ต้นทุนของความล้มเหลวในการกัดกร่อน - การปิดระบบโดยไม่ได้วางแผน การฟื้นฟูสิ่งแวดล้อม การลงโทษตามกฎระเบียบ การเปลี่ยนอุปกรณ์ - โดยทั่วไปแล้วจะเกินกว่าส่วนต่างต้นทุนวัสดุหลายเท่าตัว

ข้อสรุปการคัดเลือก

คำถามที่พบบ่อย

โดยทั่วไปไม่เหมาะสำหรับการใช้งานแบบแช่ต่อเนื่อง ค่า PREN ของ Incoloy 825 ที่ ~35–38 ต่ำกว่าเกณฑ์ ~40 ที่ยอมรับกันอย่างกว้างขวางว่าเป็นค่าขั้นต่ำสำหรับการต้านทานการเกิดรูพรุนที่เชื่อถือได้ในน้ำทะเลนิ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในรูปทรงที่มีรอยแยก แม้ว่า 825 จะทำงานได้อย่างเพียงพอในน้ำทะเลที่มีการเติมอากาศดี-ที่อุณหภูมิปานกลาง แต่ Inconel 625 (PREN ~52) เป็นโซลูชันที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมสำหรับบริการนอกชายฝั่ง/ใต้ทะเลตาม NORSOK M-001 และ API 6FB

คำถามที่ 2: Incoloy 825 แข็งแกร่งกว่า Inconel 625 หรือไม่

ไม่ Inconel 625 มีความต้านทานแรงดึงมากกว่าประมาณ 35% และความแข็งแรงครากมากกว่าในสภาวะอบอ่อนถึง 67% ในสภาวะการทำงาน-เย็นหรือการตกตะกอน-ที่แข็งตัว (อัลลอย 625 เกรด 2 / อัลลอย 625 Plus) ข้อได้เปรียบทางกลของ 625 จะยิ่งเพิ่มมากขึ้น Incoloy 825 ไม่มีกลไกการแข็งตัว-ตามอายุ

คำถามที่ 3: Inconel 625 เป็นตัวเลือกที่ดีกว่าเสมอไปหรือไม่

ไม่ ในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนระดับปานกลาง-หลายแห่ง - โดยเฉพาะกรดซัลฟิวริก กรดฟอสฟอริก และก๊าซเปรี้ยวที่ความดันบางส่วนเล็กน้อย - Incoloy 825 ให้ประสิทธิภาพการกัดกร่อนของบริการ-ที่เทียบเท่าที่ 40–55% ของต้นทุนวัสดุ วัตถุประสงค์ทางวิศวกรรมคือการจับคู่ความสามารถของโลหะผสมกับความต้องการในการบริการ ไม่ใช่เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของวัสดุให้สูงสุด เกิน-ข้อกำหนดเป็นรูปแบบหนึ่งของการสูญเสีย

คำถามที่ 4: ความสามารถในการเชื่อมระหว่าง 825 และ 625 แตกต่างกันอย่างไร?

โลหะผสมทั้งสองเชื่อมได้ง่ายด้วยกระบวนการมาตรฐานโดยไม่ต้องอุ่นก่อนหรือ PWHT. 825 ใช้ตัวเติม ERNiFeCr-1; 625 ใช้ ERNiCrMo-3 ตัวเติม ตัวเติม ERNiCrMo-3 (ประเภท 625-) มักใช้กับข้อต่อ 825 ไปจนถึงสเตนเลสหรือ 825 ต่อเหล็กกล้าคาร์บอน เพื่อให้แน่ใจว่าโลหะเชื่อมจะไม่กลายเป็นจุดอ่อน โลหะผสมทั้งสองมีความไวต่อการแตกร้าวจากความร้อนต่ำ แม้ว่า 625 จะให้อภัยได้ดีกว่าเล็กน้อยเมื่อใช้ความร้อนสูงเนื่องจากมีปริมาณไนโอเบียมสูงกว่า

คำถามที่ 5: มีโลหะผสมขั้นกลางระหว่าง 825 ถึง 625 หรือไม่

ใช่. Incoloy 925 (UNS N09925) และ Alloy 716 มีความต้านทานการกัดกร่อนปานกลางและ-ความแข็งแรงในการชุบแข็งตามอายุ - มีประโยชน์สำหรับเครื่องมือหลุมเจาะน้ำมัน-และ-ที่ต้องใช้ทั้งความแข็งแกร่งที่เพิ่มขึ้นและความต้านทานการกัดกร่อนในระดับปานกลาง ล้อแม็ก 28 (UNS N08028) ครองตำแหน่งประสิทธิภาพด้านต้นทุน-ระหว่างสเตนเลส 316L และ 825 สำหรับการให้บริการที่เป็นกรดอ่อนกว่า