Inconel 600 so với Inconel 625 – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

Inconel 600 (UNS N06600) và Inconel 625 (UNS N06625) là hai hợp kim gốc niken được sử dụng rộng rãi trong môi trường công nghiệp nhiệt độ cao, ăn mòn và ứng suất cao. Các kỹ sư, quản lý mua sắm và nhà hoạch định sản xuất thường phải đối mặt với sự lựa chọn giữa hai loại vật liệu này khi chỉ định vật liệu cho bộ trao đổi nhiệt, đường ống quy trình, tua-bin, bình chứa hóa chất và phần cứng ngầm. Các yếu tố quyết định điển hình là hiệu suất chống ăn mòn so với chi phí, độ bền tĩnh hoặc độ bền rão yêu cầu so với khả năng chế tạo, và khả năng hàn so với độ ổn định lâu dài.

Sự khác biệt thực tế chính giữa hai hợp kim này nằm ở chiến lược hợp kim hóa của chúng: Inconel 625 được làm giàu molypden và niobi một cách có chủ đích (và có hàm lượng sắt thấp hơn) để mang lại độ bền cao hơn đáng kể và khả năng chống ăn mòn cục bộ tốt hơn so với Inconel 600, một hợp kim niken-sắt được ổn định bằng crom hơn với hàm lượng hợp kim thấp hơn và độ bền ở nhiệt độ phòng thấp hơn. Do sự khác biệt về hợp kim hóa này, các mác thép này thường được so sánh khi các nhà thiết kế cần cân nhắc giữa độ bền, khả năng chống ăn mòn cục bộ, khả năng hàn và chi phí.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

Các tiêu chuẩn/quy chuẩn chính áp dụng cho Inconel 600 và Inconel 625 bao gồm: - ASTM / ASME: - Inconel 600: ASTM B166 / ASME SB‑166 (dành cho tấm, dải và tấm); các tiêu chuẩn sản phẩm khác dành cho thanh, sản phẩm rèn, dây. - Inconel 625: ASTM B446 (ống), ASTM B443/B444/B446 cho nhiều dạng sản phẩm khác nhau và các sản phẩm tương đương của ASME. - EN: được quy định trong các tiêu chuẩn hợp kim niken của Châu Âu (ví dụ: EN 2.4816 đối với các hợp kim tương tự như 625). - JIS / GB: Tiêu chuẩn Nhật Bản và Trung Quốc có các ký hiệu tương đương cho hợp kim niken-crom; kiểm tra bảng quốc gia để biết sự tương đương chính xác. - UNS: N06600 (Inconel 600), N06625 (Inconel 625).

Phân loại vật liệu: - Cả hai đều là hợp kim chống ăn mòn gốc niken (không phải thép cacbon, thép dụng cụ hoặc HSLA). Chúng thường được coi là hợp kim austenit niken-crom hiệu suất cao (tương tự thép không gỉ trong họ hợp kim niken).

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Bảng sau đây liệt kê các phạm vi thành phần điển hình thường được trích dẫn trong thông số kỹ thuật sản phẩm của UNS/ASTM. Các giá trị được đưa ra dưới dạng phần trăm trọng lượng và là các phạm vi điển hình — hãy đối chiếu với tiêu chuẩn sản phẩm hiện hành hoặc giấy chứng nhận nhà máy để mua sắm.

Yếu tố	Inconel 600 (phạm vi điển hình, wt%)	Inconel 625 (phạm vi điển hình, 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	Cân bằng (≈72 phút)	≈58 phút
Mo	—	8,0–10,0
V	dấu vết / không xác định	dấu vết / không xác định
Nb (Nb+Ta)	—	3,15–4,15 (chủ yếu là Nb)
Ti	≤ 0,50 (thường rất thấp)	≤ 0,40
B	dấu vết (rất thấp)	dấu vết (rất thấp)
N	≤ 0,10 (thường thấp)	≤ 0,05 (thường thấp)
Fe	≈6,0–10,0	≤ 5.0
Cu	≤ 0,50	≤ 0,50

Hợp kim ảnh hưởng đến hiệu suất như thế nào - Crom (Cr): mang lại khả năng chống oxy hóa và chống ăn mòn nói chung cho cả hai hợp kim. 625 có Cr cao hơn 600, hỗ trợ tính thụ động ở một số môi trường. - Niken (Ni): nguyên tố cơ bản cung cấp ma trận lập phương tâm mặt (austenit) và độ ổn định ở nhiệt độ cao. - Molypden (Mo) và Niobi (Nb): có trong số lượng đáng kể trong 625; Mo làm tăng khả năng chống rỗ và ăn mòn khe hở và cải thiện độ bền thông qua hiệu ứng dung dịch rắn; Nb (với Ni) góp phần tăng cường dung dịch rắn và ổn định cấu trúc vi mô chống lại một số chất kết tủa cacbua/liên kim loại. - Sắt (Fe): cao hơn ở 600; pha loãng các nguyên tố hợp kim khác và giảm chi phí. - Cacbon và các nguyên tố vi lượng ảnh hưởng đến khả năng hàn và khả năng hình thành cacbua; cả hai đều có C cho phép thấp.

Tóm lại, Inconel 625 là loại hợp kim cao hơn, có hàm lượng Mo/Nb cao hơn được thiết kế để có độ bền cao hơn và khả năng chống ăn mòn cục bộ được cải thiện so với Inconel 600.

3. Cấu trúc vi mô và phản ứng xử lý nhiệt

Cấu trúc vi mô (khi sản xuất) - Cả hai hợp kim về cơ bản đều là dung dịch rắn gốc niken austenit (FCC) ở nhiệt độ phòng. Inconel 600 thường thể hiện một nền austenit đơn pha tương đối đơn giản với các cacbua phân tán có thể xuất hiện ở ranh giới hạt sau thời gian dài tiếp xúc. Inconel 625 cũng là một nền austenit đơn pha trong điều kiện ủ dung dịch nhưng chứa hàm lượng Mo và Nb cao hơn, làm tăng độ bền dung dịch rắn và khả năng hình thành các pha liên kim loại hoặc pha Laves, hoặc kết tủa Ni3Nb (delta hoặc gamma″/gamma′′‑), dưới tác động nhiệt kéo dài hoặc các phương pháp xử lý lão hóa đặc biệt.

Phản ứng xử lý nhiệt - Inconel 600: Phản ứng chủ yếu được thực hiện bằng ủ khử ứng suất và ủ dung dịch; đây không phải là hợp kim làm cứng kết tủa. Các khái niệm chuẩn hóa/làm nguội được sử dụng cho thép không áp dụng được—xử lý nhiệt nhằm mục đích khôi phục độ dẻo và đồng nhất cấu trúc vi mô. - Inconel 625: Thường được cung cấp ở dạng ủ dung dịch (mềm). Nó chủ yếu được gia cường bằng dung dịch rắn; phương pháp lão hóa có kiểm soát không thường được sử dụng để tạo ra trạng thái kết tủa cường độ cao như Inconel 718. Tuy nhiên, dưới một số điều kiện tiếp xúc lâu dài ở nhiệt độ cao, các kết tủa (ví dụ: Ni3Nb, nitrua hoặc pha Laves) có thể hình thành, làm tăng độ cứng nhưng có thể làm giảm độ dẻo và độ dai. Quá trình xử lý nhiệt cẩn thận (ủ dung dịch sau đó làm nguội nhanh) được sử dụng để tránh các kết tủa có hại khi độ dẻo hoặc khả năng hàn là ưu tiên hàng đầu.

Tác động của hoạt động cơ học - Cả hai hợp kim đều có thể gia công nguội và sẽ cứng lại khi gia công; 625 có xu hướng cứng lại khi gia công mạnh hơn do hợp kim, khiến việc tạo hình và gia công trở nên khó khăn hơn sau khi tôi một phần.

4. Tính chất cơ học

Tính chất cơ học phụ thuộc vào hình dạng sản phẩm (tấm, tấm, thanh, ống), xử lý nhiệt và nhiệt độ. Bảng dưới đây cung cấp phạm vi nhiệt độ phòng tiêu biểu để so sánh kỹ thuật; luôn xác nhận với chứng nhận của nhà cung cấp.

Bất động sản (RT)	Inconel 600 (điển hình, ủ)	Inconel 625 (điển hình, ủ trong dung dịch)
Độ bền kéo (UTS)	~500–900 MPa	~700–1100 MPa
Độ bền kéo dài (độ bền 0,2%)	~200–400 MPa	~350–700 MPa
Độ giãn dài (tính bằng 50 mm)	~30–50%	~30–50%
Độ bền va đập (Charpy, điển hình)	Tốt — giá trị trung bình tùy thuộc vào hình thức	Tốt — nhìn chung tương đương hoặc cao hơn ở những đoạn nặng
Độ cứng (HV / HRB)	Thấp hơn (mềm hơn)	Cao hơn (phụ thuộc vào nhiệt độ và độ lão hóa)

Diễn giải - Độ bền: Inconel 625 thường bền hơn (UTS và độ bền kéo cao hơn) so với Inconel 600 do được gia cường bằng dung dịch rắn từ Mo và Nb và tổng hàm lượng hợp kim lớn hơn. - Độ dẻo/độ dai: Cả hai hợp kim đều giữ được độ dẻo và độ dai tốt trong điều kiện ủ/ủ dung dịch. 625 có thể có độ dai giảm nếu các kim loại liên kết thô hình thành sau thời gian dài tiếp xúc với nhiệt độ cao. - Đối với các ứng dụng yêu cầu độ bền tĩnh/độ rão cao hơn và khả năng chống ăn mòn cục bộ hoặc nứt do ăn mòn ứng suất clorua tốt hơn, 625 là lựa chọn tốt hơn. Đối với ứng dụng nhiệt độ/áp suất trung bình, ưu tiên chi phí và chế tạo đơn giản hơn, 600 thường được chọn.

5. Khả năng hàn

Các cân nhắc về khả năng hàn phụ thuộc vào hàm lượng carbon, hợp kim và xu hướng hình thành các pha dễ nứt. Cả hai hợp kim đều có thể hàn bằng các quy trình hàn hợp kim niken thông thường; tuy nhiên, sự khác biệt vẫn rất quan trọng.

• Inconel 600: Khả năng hàn tốt khi sử dụng kim loại độn niken phù hợp với N06600. Rủi ro tôi cứng thấp hơn so với thép; khả năng nứt nóng thấp nhưng cần cẩn thận để tránh nhiễm bẩn và kiểm soát lượng nhiệt đầu vào trên các tiết diện nặng.
• Inconel 625: Khả năng hàn tuyệt vời trong nhiều ứng dụng; kim loại hàn phù hợp (ví dụ: ERNiCrMo‑3) rất phổ biến. Hàm lượng hợp kim cao hơn có thể làm tăng nguy cơ nứt đông đặc nếu thành phần hoặc quy trình hàn không chính xác; 625 thường được coi là có thể hàn được với kỹ thuật và lựa chọn vật liệu hàn phù hợp.

Chỉ số khả năng hàn (sử dụng định tính) - Các chỉ số ví dụ áp dụng cho thép có thể được sử dụng để giải thích định tính khả năng hàn. Đối với thép: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ Và $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ - Mặc dù các công thức này được phát triển cho thép và không áp dụng trực tiếp cho hợp kim niken, nhưng chúng minh họa vai trò của các nguyên tố hợp kim—Nb và Mo cao hơn làm tăng chỉ số số, cho thấy khả năng hàn thép dễ gặp vấn đề hơn. Trong hợp kim niken, Mo/Nb cao hơn làm tăng phạm vi đông đặc và thay đổi đặc tính nóng chảy; các chuyên gia sử dụng hướng dẫn hàn dành riêng cho hợp kim thay vì chỉ số CE của thép.

Lời khuyên thực tế - Xử lý nhiệt trước và sau khi hàn: Thông thường không bắt buộc đối với thép 600 và 625 trong hầu hết các ứng dụng; có thể sử dụng phương pháp giảm ứng suất hoặc ủ dung dịch cho các trường hợp làm việc cụ thể. Kiểm soát lượng nhiệt đầu vào và sử dụng dây hàn phù hợp để phù hợp với đặc tính ăn mòn và cơ học.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• Inconel 600: Khả năng chống ăn mòn và oxy hóa tuyệt vời ở nhiệt độ cao nhờ Cr và Ni. Khả năng chống thấm cacbon và nhiều môi trường ăn mòn tốt; khả năng chống rỗ, ăn mòn khe hở và ăn mòn cục bộ do clorua kém hơn Inconel 625 vì thiếu hàm lượng Mo và Nb cao.
• Inconel 625: Khả năng chống rỗ, ăn mòn khe hở và nứt do ăn mòn clorua vượt trội nhờ hàm lượng Mo và Nb cao. Khả năng chống oxy hóa tuyệt vời ở nhiệt độ cao.

Sử dụng PREN - PREN (Chỉ số tương đương khả năng chống rỗ) thường được sử dụng cho thép không gỉ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N}$$ - Đối với hợp kim niken, PREN ít được sử dụng vì hiệu suất ăn mòn bị chi phối bởi sự cân bằng khác nhau của các nguyên tố (Ni, Mo, Nb) và ảnh hưởng của chúng đến hóa học màng thụ động. Tuy nhiên, công thức PREN làm nổi bật lý do tại sao hàm lượng Mo cao hơn trong hợp kim niken 625 lại cải thiện khả năng chống ăn mòn cục bộ.

Bảo vệ bề mặt - Đối với vật liệu không phải thép không gỉ hoặc hợp kim thấp hơn, mạ kẽm hoặc sơn là phổ biến. Đối với thép Inconel, lớp phủ bề mặt hiếm khi cần thiết để chống ăn mòn; tuy nhiên, đối với các yêu cầu về khả năng chống mài mòn hoặc mài mòn, có thể áp dụng lớp phủ cứng hoặc lớp mạ cho các nhu cầu sử dụng cụ thể.

7. Chế tạo, Khả năng gia công và Khả năng định hình

• Khả năng gia công: Cả hai hợp kim đều khó gia công hơn thép không gỉ hoặc thép cacbon thông thường. Nhìn chung, Inconel 600 có khả năng gia công tốt hơn một chút so với Inconel 625 vì Inconel 625 có độ cứng gia công cao hơn và chứa hàm lượng Mo/Nb cao hơn, làm giảm khả năng cắt. Sử dụng dụng cụ carbide hoặc CBN sắc bén, tốc độ chậm và bước tiến lớn để giảm thiểu quá trình tôi cứng gia công; việc kiểm soát phoi và làm mát đồng đều là rất quan trọng.
• Khả năng tạo hình: Cả hai đều có thể được tạo hình bằng các kỹ thuật tạo hình kim loại tiêu chuẩn khi ủ/ủ dung dịch. Cần phải quản lý quá trình làm cứng lớn hơn của 625—có thể cần phải ủ trung gian để tạo hình rộng rãi.
• Hàn và tạo hình nhiệt: Sử dụng các quy trình đủ tiêu chuẩn; 625 cần được chú ý để tránh nứt đông đặc ở một số hình dạng mối hàn, mặc dù nó thường được hàn trong công nghiệp.

8. Ứng dụng điển hình

Inconel 600 — Công dụng điển hình	Inconel 625 — Công dụng điển hình
Lò nung, giỏ xử lý nhiệt, lò sưởi công nghiệp và lò thanh trùng	Đường ống và bình chứa xử lý hóa chất tiếp xúc với clorua hoặc môi trường chua
Linh kiện thiết bị, phần tử điện trở	Hệ thống biển và dưới biển, bao gồm ống đứng và ống rốn
Ống dẫn hơi nước (thiết kế cũ), phần cứng chống oxy hóa	Chốt cường độ cao, động cơ tên lửa và các thành phần hàng không vũ trụ, hệ thống xả
Lớp lót lò chống ăn mòn, bộ trao đổi nhiệt trong môi trường clorua vừa phải	Mặt bích, cột và thiết bị xử lý chịu nhiệt độ cao, nơi cần khả năng chống rỗ/ăn mòn và độ bền cao hơn

Cơ sở lựa chọn - Chọn Inconel 600 để có khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ vừa phải, chế tạo đơn giản hơn và chi phí thấp hơn khi không yêu cầu khả năng ăn mòn cục bộ cao hoặc độ bền rất cao. - Chọn Inconel 625 có độ bền tĩnh/độ bền kéo dài cao, khả năng chống ăn mòn rỗ và khe hở vượt trội, cùng độ ổn định của hợp kim trong môi trường khắc nghiệt giúp cân bằng chi phí vật liệu cao hơn.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Chi phí tương đối: Inconel 625 thường đắt hơn Inconel 600 tính theo kilôgam. Chi phí cao hơn phản ánh hàm lượng Mo và Nb cũng như quy trình kiểm soát sản xuất khắt khe hơn.
• Tính khả dụng: Cả hai hợp kim đều được sản xuất trên toàn cầu dưới các dạng bao gồm tấm, lá, thanh, ống và ống hàn. Inconel 600 có xu hướng được dự trữ rộng rãi ở các dạng thông dụng do lịch sử lâu đời và ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Inconel 625 cũng được cung cấp rộng rãi, nhưng các dạng sản phẩm đặc biệt hoặc rèn tiết diện lớn có thể có thời gian giao hàng dài hơn và số lượng đặt hàng tối thiểu cao hơn.
• Mẹo mua sắm: Chỉ định chính xác cấp UNS, dạng sản phẩm và yêu cầu thử nghiệm tại nhà máy (ví dụ: phân tích nhiệt, thử nghiệm kéo, PMI) để tránh thay thế.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Bảng tóm tắt

Đặc điểm	Inconel 600	Inconel 625
Khả năng hàn	Tuyệt vời trong các thực hành thông thường; lựa chọn chất độn đơn giản hơn	Tuyệt vời khi sử dụng chất độn Ni‑Mo‑Nb thích hợp; chú ý hơn đến quy trình
Sức mạnh-Độ dẻo dai	Độ bền vừa phải, độ dẻo dai tuyệt vời	Độ bền cao hơn, độ dẻo dai tốt trong điều kiện ủ dung dịch
Trị giá	Thấp hơn (tiết kiệm hơn)	Cao hơn (hợp kim cao cấp)

Khuyến nghị cuối cùng - Chọn Inconel 600 nếu: - Ứng dụng của bạn yêu cầu khả năng chống oxy hóa tốt và chống ăn mòn nói chung ở nhiệt độ cao nhưng không yêu cầu khả năng chống rỗ/kẽ hở ở mức cao nhất hoặc độ bền tĩnh/độ bền kéo giãn cao. - Ưu tiên hàng đầu là chế tạo đơn giản, chi phí vật liệu thấp và khả năng hàn tốt. - Công dụng điển hình: thiết bị xử lý nhiệt, linh kiện lò nung nhiệt độ trung bình và nơi có hạn chế về chi phí hoặc tính khả dụng của hợp kim.

• Chọn Inconel 625 nếu:
• Môi trường làm việc có chứa clorua, sunfua hoặc các chất gây hại khác, nơi cần có khả năng chống ăn mòn rỗ/kẽ hở và clorua SCC.
• Cần có độ bền tĩnh, độ bền rão hoặc độ bền mỏi cao hơn ở nhiệt độ cao hoặc nhiệt độ môi trường xung quanh và mong muốn có độ dày tiết diện giảm.
• Công dụng điển hình: hệ thống xử lý hóa học, ứng dụng dưới biển, các thành phần hàng không vũ trụ tiếp xúc với chất lỏng có tính ăn mòn hoặc ứng suất cơ học, trong đó tuổi thọ cao hơn và biên độ an toàn cao hơn biện minh cho chi phí vật liệu cao hơn.

Ghi chú kết luận Luôn xác nhận lựa chọn cuối cùng bằng cách đánh giá tổng hợp tải trọng cơ học, dữ liệu ăn mòn cho môi trường dự kiến ​​(bao gồm nhiệt độ), kế hoạch chế tạo và hàn, chi phí vòng đời và chứng nhận nhà cung cấp. Đối với các ứng dụng quan trọng, hãy yêu cầu phân tích nhiệt vật liệu, chứng chỉ kiểm tra cơ học, và nếu cần, kiểm tra ăn mòn hoặc chứng nhận kỹ thuật cho các cụm hàn.