إنكونيل 600 مقابل إنكونيل 625 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

إنكونيل 600 (UNS N06600) وإنكونيل 625 (UNS N06625) هما سبيكتان شائعتان من سبائك النيكل المستخدمة في البيئات الصناعية ذات درجات الحرارة العالية والتآكل والضغط العالي. يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع غالبًا الاختيار بين الاثنين عند تحديد المواد لمبادلات الحرارة، وأنابيب العمليات، والتوربينات، والأوعية الكيميائية، والأجهزة تحت الماء. تشمل العوامل الرئيسية في اتخاذ القرار أداء التآكل مقابل التكلفة، القوة الثابتة أو قوة الزحف المطلوبة مقابل القابلية للتصنيع، وقابلية اللحام مقابل الاستقرار على المدى الطويل.

الفرق العملي الرئيسي بين السبيكتين هو استراتيجيات السبائك الخاصة بهما: إنكونيل 625 غني عمدًا بالموليبدينوم والنيوبيوم (ويحتوي على نسبة أقل من الحديد) لتوفير قوة أعلى بكثير ومقاومة محسنة للتآكل المحلي مقارنةً بإنكونيل 600، الذي هو سبيكة نيكل-حديد مستقرة بالكروم أكثر مع محتوى سبيكة أقل وقوة أقل في درجة حرارة الغرفة. بسبب هذا الاختلاف في السبائك، يتم مقارنة هذه الدرجات عادةً عندما يحتاج المصممون إلى الموازنة بين القوة ومقاومة التآكل المحلي وقابلية اللحام والتكلفة.

1. المعايير والتسميات

تشمل المعايير/الأكواد الرئيسية التي تغطي إنكونيل 600 وإنكونيل 625: - ASTM / ASME: - إنكونيل 600: ASTM B166 / ASME SB‑166 (للصفائح، الشرائط، والألواح)؛ معايير منتجات أخرى للبار، والسبائك، والأسلاك. - إنكونيل 625: ASTM B446 (أنبوب)، ASTM B443/B444/B446 لأشكال المنتجات المختلفة، والمعادلات ASME. - EN: مشمولة تحت معايير سبائك النيكل الأوروبية (مثل EN 2.4816 للسبائك المشابهة لـ 625). - JIS / GB: المعايير اليابانية والصينية لها تسميات معادلة لسبائك النيكل-الكروم؛ تحقق من الجداول الوطنية للحصول على المعادلة الدقيقة. - UNS: N06600 (إنكونيل 600)، N06625 (إنكونيل 625).

تصنيف المواد: - كلاهما سبائك مقاومة للتآكل قائمة على النيكل (ليست فولاذ كربوني، أو فولاذ أدوات، أو HSLA). يتم اعتبارها عادةً كسبائك نيكل-كروم أوستنيتيك عالية الأداء (نظائر غير قابلة للصدأ في عائلة سبائك النيكل).

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

تدرج الجدول التالي نطاقات التركيب النموذجية التي يتم الإشارة إليها عادةً في مواصفات منتجات UNS/ASTM. يتم إعطاء القيم كنسبة مئوية بالوزن وهي نطاقات نموذجية - تحقق من المعيار المنتج المعمول به أو شهادة المصنع للمشتريات.

عنصر	إنكونيل 600 (نطاق نموذجي، wt%)	إنكونيل 625 (نطاق نموذجي، wt%)
C	≤ 0.15	≤ 0.10
Mn	≤ 1.0	≤ 0.50
Si	≤ 0.50	≤ 0.50
P	≤ 0.015	≤ 0.015
S	≤ 0.015	≤ 0.015
Cr	14.0–17.0	20.0–23.0
Ni	الرصيد (≈72 دقيقة)	≈58 دقيقة
Mo	—	8.0–10.0
V	أثر / غير محدد	أثر / غير محدد
Nb (Nb+Ta)	—	3.15–4.15 (Nb بشكل رئيسي)
Ti	≤ 0.50 (غالبًا منخفضة جدًا)	≤ 0.40
B	أثر (منخفض جدًا)	أثر (منخفض جدًا)
N	≤ 0.10 (عادة منخفضة)	≤ 0.05 (عادة منخفضة)
Fe	≈6.0–10.0	≤ 5.0
Cu	≤ 0.50	≤ 0.50

كيف تؤثر السبائك على الأداء - الكروم (Cr): يوفر مقاومة للأكسدة والتآكل العام في كلا السبيكتين. يحتوي 625 على نسبة أعلى من الكروم مقارنةً بـ 600، مما يساعد على السلبية في بعض البيئات. - النيكل (Ni): العنصر الأساسي الذي يوفر المصفوفة المكعبة المركزية الوجه (الأوستنيتيك) والاستقرار عند درجات الحرارة العالية. - الموليبدينوم (Mo) والنيوبيوم (Nb): موجودان بكميات كبيرة في 625؛ يزيد الموليبدينوم من مقاومة التآكل الناتج عن الثقوب والشقوق ويحسن القوة من خلال تأثيرات الحل الصلب؛ يساهم النيوبيوم (مع النيكل) في تقوية الحل الصلب ويستقر البنية المجهرية ضد بعض رواسب الكربيد / المركبات المعدنية. - الحديد (Fe): أعلى في 600؛ يخفف من العناصر السبائكية الأخرى ويقلل التكلفة. - يؤثر الكربون والعناصر الأثرية على قابلية اللحام وإمكانية تكوين الكربيد؛ كلاهما لهما نسبة كربون مسموح بها منخفضة.

باختصار، إنكونيل 625 هو درجة أعلى من السبائك، مع محتوى أعلى من الموليبدينوم والنيوبيوم مصممة لتحقيق قوة أعلى ومقاومة محسنة للتآكل المحلي مقارنةً بإنكونيل 600.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

البنية المجهرية (كما تم تصنيعها) - كلا السبيكتين هما أساسًا محاليل صلبة أوستنيتيك (FCC) قائمة على النيكل عند درجة حرارة الغرفة. عادةً ما يظهر إنكونيل 600 مصفوفة أوستنيتيك بسيطة نسبيًا من مرحلة واحدة مع كربيدات متناثرة ممكنة عند حدود الحبوب بعد فترات طويلة من التعرض. إنكونيل 625 هو أيضًا مصفوفة أوستنيتيك من مرحلة واحدة في حالة المعالجة الحرارية، ولكنه يحتوي على كميات أعلى من الموليبدينوم والنيوبيوم التي تزيد من تقوية الحل الصلب وإمكانية تشكيل مركبات معدنية أو مراحل لافيس، أو رواسب Ni3Nb (دلتا أو غاما″/غاما′′-مثل)، تحت التعرض الحراري المطول أو علاجات الشيخوخة المحددة.

استجابة المعالجة الحرارية - إنكونيل 600: تهيمن الاستجابة على معالجة التخفيف من الضغط والمعالجة الحرارية؛ ليست سبيكة صلبة. لا تنطبق مفاهيم التطبيع/التبريد المستخدمة للفولاذ - تهدف المعالجة الحرارية إلى استعادة اللدونة وتوحيد البنية المجهرية. - إنكونيل 625: يتم توفيره عادةً في حالة معالجة حرارية (ناعمة). يتم تقويته بشكل أساسي من خلال الحل الصلب؛ لا يتم استخدام الشيخوخة المنضبطة عادةً لإنتاج حالة صلبة عالية القوة مثل إنكونيل 718. ومع ذلك، تحت بعض التعرضات الحرارية الطويلة الأمد، يمكن أن تتشكل الرواسب (مثل Ni3Nb، النيتريدات، أو مراحل لافيس)، مما قد يزيد من الصلابة ولكن يمكن أن يقلل من اللدونة والصلابة. يتم استخدام معالجة حرارية دقيقة (معالجة حرارية تليها تبريد سريع) لتجنب الرواسب الضارة حيث تكون اللدونة أو قابلية اللحام هي الأولوية.

أثر العمل الميكانيكي - يمكن معالجة كلا السبيكتين بالعمل البارد وسيتصلبان؛ يميل 625 إلى العمل على الصلابة بشكل أقوى بسبب السبائك، مما يجعل التشكيل والتشغيل أكثر تحديًا بعد الصلابة الجزئية.

4. الخصائص الميكانيكية

تعتمد الخصائص الميكانيكية على شكل المنتج (ورقة، لوح، قضيب، أنبوب)، المعالجة الحرارية، ودرجة الحرارة. الجدول أدناه يعطي نطاقات تمثيلية عند درجة حرارة الغرفة لتمكين المقارنات الهندسية؛ تأكد دائمًا من شهادة المورد.

الخاصية (RT)	إنكونيل 600 (نموذجي، معالجة حرارية)	إنكونيل 625 (نموذجي، معالجة حرارية)
قوة الشد (UTS)	~500–900 ميجا باسكال	~700–1100 ميجا باسكال
قوة العائد (0.2% إثبات)	~200–400 ميجا باسكال	~350–700 ميجا باسكال
التمدد (في 50 مم)	~30–50%	~30–50%
صلابة التأثير (شاربي، نموذجي)	جيدة - قيم معتدلة حسب الشكل	جيدة - عمومًا قابلة للمقارنة أو أعلى في الأقسام الثقيلة
الصلابة (HV / HRB)	أقل (أكثر ليونة)	أعلى (يعتمد على درجة الحرارة والشيخوخة)

التفسير - القوة: إنكونيل 625 أقوى عمومًا (أعلى UTS وقوة عائد) من إنكونيل 600 بسبب تقوية الحل الصلب من الموليبدينوم والنيوبيوم والمحتوى الكلي الأكبر من السبيكة. - اللدونة/الصلابة: تحتفظ كلا السبيكتين بلدونة جيدة وصلابة في حالة المعالجة الحرارية/المعالجة الحرارية. يمكن أن يظهر 625 صلابة مخفضة إذا تشكلت مركبات معدنية خشنة بعد التعرض المطول لدرجات الحرارة العالية. - للتطبيقات التي تتطلب قوة ثابتة/زحف أعلى ومقاومة أفضل للتآكل المحلي أو تشققات التآكل الناتجة عن الكلور، فإن 625 هو الخيار الأقوى. بالنسبة للخدمة في درجات الحرارة/الضغط المعتدلة حيث تكون التكلفة والتصنيع الأبسط هي الأولوية، غالبًا ما يتم اختيار 600.

5. قابلية اللحام

تعتمد اعتبارات قابلية اللحام على الكربون، محتوى السبيكة، والميول لتشكيل مراحل عرضة للتشقق. كلا السبيكتين قابلتان للحام باستخدام إجراءات لحام سبائك النيكل الشائعة؛ ومع ذلك، فإن الاختلافات مهمة.

• إنكونيل 600: قابلية لحام جيدة باستخدام المعادن المالئة النيكل المطابقة لـ N06600. خطر أقل من الصلابة مقارنة بالفولاذ؛ قابلية التعرض للتشقق الساخن منخفضة ولكن يجب توخي الحذر لتجنب التلوث والتحكم في إدخال الحرارة في الأقسام الثقيلة.
• إنكونيل 625: قابلية لحام ممتازة في العديد من الممارسات؛ المعادن المالئة المطابقة (مثل ERNiCrMo‑3) شائعة. يمكن أن يزيد محتوى السبيكة الأعلى من خطر تشقق التصلب إذا كانت تركيبة اللحام أو الإجراء غير صحيح؛ يُعتبر 625 عمومًا قابلًا للحام مع التقنية الصحيحة واختيار المالئ المناسب.

مؤشرات قابلية اللحام (استخدام نوعي) - يمكن استخدام مؤشرات مثال التي تنطبق على الفولاذ للتفسير النوعي لقابلية اللحام. بالنسبة للفولاذ: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ و $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ - بينما تم تطوير هذه الصيغ للفولاذ وليست قابلة للتطبيق مباشرة على سبائك النيكل، فإنها توضح دور العناصر السبائكية - زيادة النيوبيوم والموليبدينوم تزيد من المؤشرات العددية، مما يشير إلى زيادة الميل لتحديات قابلية اللحام في الفولاذ. في سبائك النيكل، يزيد الموليبدينوم والنيوبيوم من نطاق التصلب ويغير سلوك الانصهار؛ يستخدم الممارسون إرشادات لحام محددة للسبائك بدلاً من مؤشرات CE للفولاذ.

نصائح عملية - المعالجات الحرارية قبل وبعد اللحام: عادةً لا تكون مطلوبة لـ 600 و625 لمعظم التطبيقات؛ يمكن استخدام معالجة التخفيف من الضغط أو المعالجة الحرارية لحالات الخدمة المحددة. تحكم في إدخال الحرارة واستخدم أسلاك المالئة المناسبة لمطابقة خصائص التآكل والميكانيكية.

6. التآكل وحماية السطح

• إنكونيل 600: مقاومة ممتازة للتآكل العام والأكسدة حتى درجات حرارة عالية بسبب الكروم والنيكل. مقاومة جيدة للتكربن والعديد من الوسائط التآكلية؛ أقل مقاومة من 625 للتآكل الناتج عن الثقوب، والتآكل الناتج عن الشقوق والهجوم المحلي الناتج عن الكلور لأنه يفتقر إلى محتوى الموليبدينوم والنيوبيوم العالي.
• إنكونيل 625: مقاومة متفوقة للتآكل الناتج عن الثقوب، والتآكل الناتج عن الشقوق وتشققات التآكل الناتجة عن الكلور بفضل محتوى الموليبدينوم والنيوبيوم العالي. أيضًا مقاومة ممتازة للأكسدة عند درجات حرارة مرتفعة.

استخدام PREN - PREN (رقم مقاومة الثقوب المكافئ) يُستخدم عادةً للفولاذ المقاوم للصدأ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ - بالنسبة لسبائك النيكل، فإن PREN له استخدام محدود لأن أداء التآكل يت governed by a different balance of elements (Ni, Mo, Nb) and their effects on passive film chemistry. ومع ذلك، فإن صيغة PREN تسلط الضوء على سبب تحسين محتوى الموليبدينوم العالي في 625 لمقاومة التآكل المحلي.

حماية السطح - بالنسبة للمواد غير المقاومة للصدأ أو ذات السبيكة المنخفضة، فإن التغطية أو الطلاءات شائعة. بالنسبة لدرجات إنكونيل، نادرًا ما تكون هناك حاجة لتغطية السطح لمقاومة التآكل؛ ومع ذلك، بالنسبة للتآكل أو الاحتكاك، يمكن تطبيق الطلاءات الصلبة أو الطلاءات لتلبية احتياجات الخدمة المحددة.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• قابلية التشغيل: كلا السبيكتين أصعب في التشغيل من الفولاذ المقاوم للصدأ الشائع أو الفولاذ الكربوني. بشكل عام، إنكونيل 600 لديه قابلية تشغيل أفضل قليلاً من 625 لأن 625 يعمل على الصلابة بشكل أكبر ويحتوي على موليبدينوم ونيوبيوم أعلى مما يقلل من قابلية القطع. استخدم أدوات كربيد حادة أو CBN، سرعات بطيئة وتغذية ثقيلة لتقليل الصلابة؛ التحكم المستمر في المبرد ورقائق القطع مهم.
• قابلية التشكيل: يمكن تشكيل كلاهما باستخدام تقنيات تشكيل المعادن القياسية عند المعالجة الحرارية/المعالجة الحرارية. يجب إدارة الصلابة الأكبر لـ 625 - قد تكون المعالجات الحرارية المتوسطة مطلوبة للتشكيل الواسع.
• اللحام والتشكيل الحراري: استخدم إجراءات مؤهلة؛ يتطلب 625 اهتمامًا لتجنب تشقق التصلب في بعض هندسات اللحام، على الرغم من أنه يتم لحامه عادةً في الصناعة.

8. التطبيقات النموذجية

إنكونيل 600 - الاستخدامات النموذجية	إنكونيل 625 - الاستخدامات النموذجية
أغطية الأفران، سلال المعالجة الحرارية، سخانات صناعية وأجهزة معالجة	أنابيب وعاء معالجة كيميائية معرضة للكلوريدات أو البيئات الحامضية
مكونات الأجهزة، عناصر المقاومة الكهربائية	أنظمة بحرية وتحت الماء، بما في ذلك الرافعات والأحبال
أنابيب مولد البخار (تصاميم قديمة)، أجهزة مقاومة للأكسدة	مسامير عالية القوة، مكونات محركات الصواريخ والطيران، أنظمة العادم
بطانات أفران مقاومة للتآكل، مبادلات حرارية في بيئات كلوريد معتدلة	فلنجات عالية الحرارة، أعمدة، ومعدات معالجة حيث تكون مقاومة التآكل/التآكل الناتج عن الثقوب والقوة الأعلى مطلوبة

مبررات الاختيار - اختر إنكونيل 600 لمقاومة الأكسدة المعتدلة، والتصنيع الأبسط والتكلفة المنخفضة حيث لا تتطلب مقاومة التآكل المحلي العالية أو القوة العالية جدًا. - اختر إنكونيل 625 حيث تبرر القوة الثابتة/الزحف العالية، ومقاومة التآكل الناتجة عن الثقوب والشقوق، واستقرار السبيكة في البيئات العدوانية التكلفة الأعلى للمواد.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة النسبية: إنكونيل 625 عادةً ما يكون أكثر تكلفة لكل كيلوغرام من إنكونيل 600. تعكس التكلفة الأعلى محتوى الموليبدينوم والنيوبيوم والرقابة الإنتاجية الأكثر تطلبًا.
• التوافر: يتم إنتاج كلا السبيكتين عالميًا في أشكال تشمل الألواح، والصفائح، والقضبان، والأنابيب، وأنابيب ملحومة. يميل إنكونيل 600 إلى أن يكون مخزونًا واسعًا في الأشكال الشائعة بسبب تاريخه الطويل واستخدامه الصناعي الواسع. إنكونيل 625 متاح أيضًا على نطاق واسع ولكن قد تكون أشكال المنتجات الخاصة أو السبائك الكبيرة لها أوقات تسليم أطول وكميات طلب دنيا أعلى.
• نصيحة الشراء: حدد درجة UNS الدقيقة، شكل المنتج، ومتطلبات اختبار المصنع (مثل تحليل الحرارة، اختبار الشد، PMI) لتجنب البدائل.

10. الملخص والتوصية

جدول الملخص

الخاصية	إنكونيل 600	إنكونيل 625
قابلية اللحام	ممتازة في الممارسات الشائعة؛ اختيار أسهل للمالئ	ممتازة عند استخدام المالئات المناسبة من النيكل-موليبدينوم-نيوبيوم؛ مزيد من الاهتمام بالإجراء
القوة–الصلابة	قوة معتدلة، صلابة ممتازة	قوة أعلى، صلابة جيدة في حالة المعالجة الحرارية
التكلفة	أقل (أكثر اقتصادية)	أعلى (سبيكة متميزة)

التوصية النهائية - اختر إنكونيل 600 إذا: - كانت تطبيقاتك تتطلب مقاومة جيدة للأكسدة والتآكل العام عند درجات حرارة مرتفعة ولكن لا تتطلب أعلى مستوى من مقاومة الثقوب/الشقوق أو قوة ثابتة/زحف مرتفعة. - كانت بساطة التصنيع، وانخفاض تكلفة المواد، وقابلية اللحام الجيدة هي الأولويات. - الاستخدامات النموذجية: معدات المعالجة الحرارية، مكونات الأفران ذات درجات الحرارة المعتدلة، وحيث تكون تكلفة السبيكة أو توافرها قيدًا.

• اختر إنكونيل 625 إذا:
• كانت بيئة الخدمة تحتوي على كلوريدات، أو كبريتيدات، أو أنواع عدوانية أخرى حيث تكون مقاومة التآكل الناتج عن الثقوب/الشقوق ومقاومة SCC الناتجة عن الكلور مطلوبة.
• كانت هناك حاجة لقوة ثابتة، زحف أو إجهاد أعلى عند درجات حرارة مرتفعة أو محيطية وكان من المرغوب فيه تقليل سمك القسم.
• الاستخدامات النموذجية: أنظمة العمليات الكيميائية، التطبيقات تحت الماء، مكونات الطيران المعرضة للسوائل العدوانية أو الضغط الميكانيكي حيث تبرر الحياة الأطول وهوامش الأمان الأعلى تكلفة المواد الأعلى.

ملاحظة ختامية تأكد دائمًا من الاختيار النهائي من خلال تقييم مشترك للأحمال الميكانيكية، وبيانات التآكل للبيئة المستهدفة (بما في ذلك درجة الحرارة)، وخطط التصنيع واللحام، وتكلفة دورة الحياة وشهادة المورد. بالنسبة للتطبيقات الحرجة، اطلب تحليل حرارة المواد، وشهادات اختبار ميكانيكية، وإذا لزم الأمر، اختبار التآكل أو تأهيل هندسي للتجمعات الملحومة.