Incoloy 800 vs Incoloy 825 – 成分、熱処理、特性、および用途

はじめに

インコロイ800およびインコロイ825は、化学処理、発電、石油精製で広く使用されているニッケル-鉄-クロム合金の2種類です。エンジニア、調達マネージャー、製造プランナーは、これらの選択時に腐食性能、高温安定性、溶接性、コストのトレードオフを考慮することが一般的です。典型的な意思決定の文脈には、高温の酸化環境用のグレードを選択することと、厳しい酸性または塩化物を含むプロセス流体用の材料を選択することが含まれます。

主な機能的な違いは、攻撃的な水性環境における腐食性能です：インコロイ825は、還元性酸および塩化物による腐食に対する耐性を向上させるために合金化されており（MoおよびCuの添加による）、一方、インコロイ800は、高温強度および酸化/腐食抵抗を最適化した固体溶液オーステナイト合金です。このため、設計者が酸/塩化物耐性と高温サービスおよび予算制約のバランスを取る必要がある場合、これらの2つのグレードはしばしば比較されます。

1. 規格と指定

主要な仕様および一般的な指定：

• ASTM/ASME:
• インコロイ800: UNS N08800; 一般的な仕様にはASTM B409/B409M（パイプ）、B407（冷間加工）、およびASME SB-163の参照が含まれます。
• インコロイ825: UNS N08825; 一般的にはASTM B407/B409、ASME SB-163、およびB444に従って供給されます。
• EN: 同等品は化学ファミリーおよび用途によって参照されることが多いです; 特定の製品形状についてはENリストを確認してください。
• JIS / GB: 同等品は地域的に存在しますが、常にUNS番号に対して化学的および機械的要件を確認してください。
• 分類: 両者はオーステナイトニッケル-鉄-クロム合金（Ni-Fe-Cr）であり、すなわち合金/ステンレスファミリーに属します—どちらも低合金炭素鋼、工具鋼、またはHSLAには分類されません。

2. 化学組成と合金戦略

以下は、ミル仕様および材料データシートで一般的に見られる代表的な組成範囲（wt%）です。値は製品形状および仕様によって異なるため、調達のために製品証明書で確認してください。

元素	インコロイ800（典型的範囲、wt%）	インコロイ825（典型的範囲、wt%）
C	≤ 0.10	≤ 0.05
Mn	≤ 1.0	≤ 1.0
Si	≤ 0.5	≤ 0.5
P	≤ 0.02	≤ 0.02
S	≤ 0.015	≤ 0.015
Cr	19.0 – 23.0	19.5 – 23.5
Ni	30.0 – 35.0	38.0 – 46.0
Mo	— / 微量	2.5 – 3.5
Cu	— / 微量	1.0 – 2.0
Ti / Al（安定剤）	小さな制御添加（合計）	Ti ≤ 0.6（N/CB制御）
Nb, V, B	通常なし	通常なし
N	微量 – 低	微量 – 低
Fe	バランス	バランス

合金戦略と効果： - Niはオーステナイトマトリックスを安定化させ、靭性と成形性を付与します。825の高いNiは全体的な腐食抵抗と延性を向上させます。 - Crは酸化および一般的な腐食抵抗を提供します。両グレードは類似のCrを持っているため、基本的なステンレスの挙動は比較可能です。 - 825のMoおよびCuは、局所的な腐食（ピッティング、クレバス）および還元酸攻撃（硫酸、リン酸様化学）に対する耐性を大幅に改善し、多くの場合、塩化物による応力腐食割れに対する感受性を低下させます。 - インコロイ800は、Fe–Ni–Cr固体溶液および制御されたAl/Tiに依存して高温での安定化を図ります（炭化物の析出を制限するため）。これは、強化された酸耐性のために主に合金化されているわけではありません。

3. 微細構造と熱処理応答

微細構造： - 両方の合金はオーステナイト（面心立方）です。製造されたままの微細構造は、安定した窒化物またはTi/Alベースの相が重要な量で存在する場合を除き、単相のオーステナイトです。 - インコロイ800のバリアント（800H/800HT）は、炭素（800Hは高C）と熱安定性を制御することによってクリープ抵抗のために調整されています—これらのバリアントは、高温での粒成長および炭化物の析出に対してより良い抵抗を示します。 - インコロイ825は、Niによる固体溶液強化を伴う安定したオーステナイトのままであり、極端な熱サイクルにさらされない限り、二次相は一般的ではありません。

熱処理応答： - 両方の合金は通常、析出物を溶解し延性を回復するためにアニーリング/ソリューション処理された状態で供給されます。ソリューションアニーリングの後に急冷することで、炭化物および金属間化合物の形成を最小限に抑えます。 - 中間温度（400–850°C）での熱暴露は、炭化物または金属間化合物の析出を促進する可能性があります（炭化窒化物またはシグマ相は時間と組成に依存します）；800と825は合金成分のため感受性が異なります—825のMoは、特定の長期暴露下で二次相の形成を促進する可能性があります。 - 炭素鋼に使用される正規化/焼入れおよび焼戻しサイクルは、これらのオーステナイトニッケル合金には関連しません；機械的特性は、ソリューションアニーリングおよび制御された冷間加工、特定のサブグレード（800H/HT）の選択によって調整されます。

4. 機械的特性

代表的な機械的特性（アニーリング状態）。実際の値は製品形状、厚さ、および熱処理に依存します—ミル証明書を使用してください。

特性（アニーリング）	インコロイ800（典型的）	インコロイ825（典型的）
引張強度（MPa）	~480 – 700	~480 – 700
降伏強度0.2%（MPa）	~200 – 350	~200 – 350
伸び（%）	~30 – 50	~30 – 50
靭性（衝撃）	良好、RTでノッチに影響されない	良好、RTでノッチに影響されない
硬度（HB）	~140 – 220	~140 – 220

解釈： - 室温の機械的特性は、オーステナイトマトリックスのおかげでアニーリング状態で広く類似しています。違いはより応用特有です：800H/HTバリアントは、制御された炭素および加工により高温でのクリープ強度を提供します；825は高クリープ用途には意図されていません。 - 靭性と延性は一般的に比較可能です；ニッケル含有量は低温での延性の維持と脆性破壊に対する抵抗を助けます。

5. 溶接性

両方の合金は標準的な溶接および抵抗法によって溶接可能と見なされていますが、サービス性能のためには手順および溶接後の処理に注意が必要です。

溶接性要因： - 低炭素含有量は、熱影響部での硬化の感受性を低下させます；残留元素（Mo、Cu）は、凝固亀裂挙動および溶接金属組成に影響を与えます。 - 両者は低硬化性のオーステナイト合金であるため、予熱は一般的に不要ですが、重要なサービスには溶接手順の資格が必要です。

有用な炭素等価および溶接性指数（定性的に解釈）： $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ および $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

• 解釈：高い$CE_{IIW}$および$P_{cm}$は、冷間亀裂のリスクが高く、制御された予熱/溶接後熱処理の必要性を示唆します。両方の合金は通常、良好な溶接性を示す領域にプロットされますが、825の高いNiおよびMo/Cuの存在は、800に対して指数をわずかに上昇させます。
• 実用的な注意：腐食および機械的特性の互換性のために、供給者が推奨するマッチまたはオーバーマッチのフィラー金属を使用してください；溶接中はインターパス温度を制御し、過度の希釈を避けてください。

6. 腐食および表面保護

• 非ステンレス処理の場合：該当なし—両者は腐食抵抗合金（ステンレス/HP Ni合金）です。表面コーティング（塗装、熱スプレー、クラッディング）は、追加の機械的または美的保護に使用できますが、腐食性媒体における合金選択の代わりにはなりません。
• 局所的な腐食抵抗は、ステンレス合金に対してPRENを使用して近似できます： $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• PRENの適用：MoおよびNがピッティング抵抗を強く向上させるオーステナイトステンレス鋼に最も有用です。測定可能なMoを持つインコロイ825は、Moがほとんどないインコロイ800よりも高いPRENを示し、塩化物を含む環境でのピッティングおよびクレバス腐食に対するより良い抵抗を示します。
• 定性的な腐食の概要：
• インコロイ825：還元性酸（硫酸、リン酸）に対する優れた耐性、多くのプロセス条件における塩化物による応力腐食割れに対する良好な耐性、Mo + Cuによるピッティング/クレバス耐性の向上。
• インコロイ800：高温での優れた酸化および一般的な腐食抵抗、炭化/酸化雰囲気に対する良好な耐性；攻撃的な酸性または局所的な腐食環境では825よりも劣ります。

7. 製造、加工性、および成形性

• 成形：両方の合金はアニーリング状態で合理的に成形および曲げることができ、低い弾性率と高いスプリングバックのために、軟鋼よりも大きな曲げ半径を必要とします。冷間成形は作業硬化を増加させ、厳しい成形には中間アニーリングが必要になる場合があります。
• 加工性：ニッケル合金はフェライト鋼よりも加工が難しく、熱伝導率が低く、強度が高く、作業硬化が要求されるため、頑丈な工具、低い切削速度、良好なチップ制御、および冷却剤が必要です。インコロイ825（高いNi）は、いくつかの高ニッケル合金よりもわずかに加工しやすいことが多いですが、炭素鋼と比較すると依然として難しいです；インコロイ800は同等です。
• 仕上げ：表面研削、研磨、および溶接関連の仕上げは標準的なニッケル合金の実践に従います；パッシベーションはステンレス鋼ほど関連性が低いですが、製造後に腐食性能を回復するために制御された洗浄および酸洗いが必要になる場合があります。

8. 典型的な用途

インコロイ800（一般的な用途）	インコロイ825（一般的な用途）
高温炉部品、熱交換器、および蒸気発生器のチューブ（酸化雰囲気）	硫酸、リン酸、および有機酸を扱う化学プロセス機器
発電所のチューブおよびパイプ（中程度の腐食、高温）	酸洗い、肥料、およびオフショアシステムのパイプ、容器、およびフィッティング
石油化学リフォーマー、放射管の要素	塩化物/ピッティング耐性が必要な熱交換器、フランジ、および溶接オーバーレイ
炭化および酸化に対する安定性が必要な部品	還元条件および局所的な腐食が懸念される湿式化学プロセス環境

選択の理由： - 高温強度、酸化抵抗、およびコスト効率が優先され、プロセス流体が攻撃的に還元的または塩化物が豊富でない場合はインコロイ800を選択してください。 - 還元酸における水性腐食、塩化物の存在、または局所的な腐食抵抗が主な要件である場合はインコロイ825を選択してください。

9. コストと入手可能性

• 相対コスト：インコロイ825は、より高いNiおよびMoおよびCuの追加により、通常インコロイ800よりも高価です。市場価格はニッケルおよびモリブデン市場に応じて変動します。
• 入手可能性：両方のグレードは、プレート、シート、コイル、パイプ、チューブ、およびバーで世界中で一般的に入手可能です。インコロイ800（およびその高温バリアント）は、発電および石油化学供給チェーンで広く使用されています；825は化学およびオフショア供給チェーンでの標準的な選択です。特殊な製品形状や大口径または厚さの場合、リードタイムが長くなることがあります。

10. 概要と推奨

概要表（定性的）：

属性	インコロイ800	インコロイ825
溶接性	非常に良好（標準手順）	非常に良好（手順の管理が推奨される）
強度–靭性	高い熱安定性（特に800H/HT）	良好な靭性；高クリープには不向き
腐食（酸/塩化物）	中程度（一般的な腐食/酸化）	優れた（還元酸、ピッティング/クレバス耐性）
コスト	低い	高い

推奨： - 次の条件に該当する場合はインコロイ800を選択してください： - サービス温度または酸化抵抗が主要な要因である場合（例：高温熱交換器、放射管）。 - プロセス環境が強く還元的または塩化物を含まず、予算の圧力が低コストのニッケル-鉄-クロム合金を支持する場合。 - クリープ抵抗が必要な場合（800H/800HTバリアントを選択）。

• 次の条件に該当する場合はインコロイ825を選択してください：
• サービスが還元酸（硫酸、リン酸）または局所的な腐食やSCCが懸念される重要な塩化物濃度を含む場合。
• ピッティング、クレバス腐食、および酸攻撃に対する優れた耐性が必要であり、プレミアムコストがメンテナンスの削減および長寿命によって正当化される場合。
• MoおよびCuの添加が明確な利点を提供する混合酸化および還元化学が関与する場合。

最終的な注意：両方の合金は堅牢なエンジニアリング選択肢であり、正しい選択はプロセス化学、温度、機械的負荷（クリープを含む）、製造制約、およびライフサイクルコストの慎重なレビューに依存します。常にミル証明書で正確な化学的および機械的要件を確認し、重要または新しいプロセス環境については腐食専門家に相談してください。