Inconel 625 so với Incoloy 825 – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

Inconel 625 và Incoloy 825 là hai hợp kim gốc niken được sử dụng rộng rãi, thường được xem là lựa chọn thay thế trong quá trình lựa chọn vật liệu cho ứng dụng ăn mòn hoặc nhiệt độ cao. Các kỹ sư, quản lý mua sắm và nhà hoạch định sản xuất thường cân nhắc giữa khả năng chống ăn mòn, độ bền, khả năng hàn và chi phí khi lựa chọn. Các bối cảnh quyết định điển hình bao gồm hệ thống ngoài khơi và dưới biển, thiết bị xử lý hóa học, bộ trao đổi nhiệt và môi trường khí hoặc khói nhiệt độ cao.

Sự khác biệt rõ rệt giữa hai hợp kim nằm ở chiến lược hợp kim của chúng: Inconel 625 là hợp kim Ni-Cr-Mo-Nb có độ bền cao, được thiết kế để gia cường dung dịch rắn và có khả năng chống rỗ và ăn mòn khe hở vượt trội, trong khi Incoloy 825 là hợp kim Ni-Fe-Cr được bổ sung Cu và Ti một cách có chủ đích, mang lại khả năng chống ăn mòn cân bằng trong môi trường axit khử và axit hỗn hợp, đồng thời có độ dẻo và khả năng gia công tốt. Sự khác biệt về hệ thống hợp kim này củng cố tính chất cơ học, hiệu suất chống ăn mòn và phản ứng gia công của chúng, đó là lý do tại sao chúng thường được so sánh.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• Inconel 625
• Tên gọi chung: UNS N06625.
• Được bao phủ bởi nhiều thông số kỹ thuật sản phẩm rèn và chế tạo theo ASTM/ASME đối với hợp kim niken (thanh rèn, tấm, lá, ống và sản phẩm rèn) và các tiêu chuẩn tương đương quốc tế (EN, JIS, GB) đối với hợp kim Ni‑Cr‑Mo.
• Phân loại: Hợp kim gốc niken (không phải thép cacbon, thép dụng cụ hoặc HSLA).
• Incoloy 825
• Tên gọi chung: UNS N08825.
• Có sẵn theo thông số kỹ thuật sản phẩm rèn ASTM/ASME và danh sách EN/JIS/GB tương đương cho hợp kim Ni‑Fe‑Cr.
• Phân loại: Hợp kim niken-sắt-crom (có thành phần gốc niken nhưng giàu Fe so với hợp kim có hàm lượng Ni cao).

Lưu ý: Mã số sản phẩm ASTM/ASME cụ thể khác nhau tùy theo dạng sản phẩm (tấm, thanh, ống). Để mua hàng, vui lòng xác nhận thông số kỹ thuật chính xác (ví dụ: rèn hay đúc, và tiêu chuẩn ASME áp dụng cho các bộ phận chịu áp lực).

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Phạm vi thành phần điển hình (wt%). Các giá trị hiển thị chỉ ra thông số kỹ thuật chung của sản phẩm rèn, ủ và bảng dữ liệu đã công bố; hãy xác minh phạm vi chính xác của nhà cung cấp và thông số kỹ thuật mà bạn định mua.

Yếu tố	Inconel 625 (khối lượng điển hình%)	Incoloy 825 (khối lượng điển hình%)
C	≤ 0,10 (thường là ≤0,10)	≤ 0,05
Mn	≤ 0,50–1,00	≤ 1,00
Si	≤ 0,50	≤ 0,50
P	≤ 0,015–0,03	≤ 0,035
S	≤ 0,015	≤ 0,03
Cr	20–23	19,5–23,5
Ni	Số dư (~58)	~38–46
Mo	8–10	2–3
V	dấu vết	dấu vết
Nb (±Ta)	3.15–4.15 (Nb chính)	dấu vết
Ti	dấu vết / ≤0,40	0,6–1,2
B	vết (ppm)	vết (ppm)
N	dấu vết	dấu vết
Cu	dấu vết	1.0–2.0
Fe	~5–10 (số dư còn lại)	phần còn lại (phần Fe chính)

Hợp kim ảnh hưởng đến tính chất như thế nào - Inconel 625: Hàm lượng Ni cao tạo nên nền tảng chống ăn mòn; Cr chống oxy hóa và rỗ; Mo và Nb (niobi) cho phép gia cường dung dịch rắn mạnh mẽ, chống ăn mòn cục bộ (Mo) và ổn định chống lại sự kết tủa cacbua (Nb). Hàm lượng Nb và Mo là chìa khóa cho độ bền cao ở cả nhiệt độ môi trường và nhiệt độ cao. - Incoloy 825: Sự cân bằng Ni-Fe tạo ra một nền tảng ít tốn kém hơn so với các hợp kim Ni rất cao trong khi vẫn duy trì khả năng chống ăn mòn tốt. Cr tạo ra tính thụ động; Cu cải thiện khả năng chống axit khử và nứt do ăn mòn ứng suất trong một số môi trường; Ti ổn định chống lại sự tấn công giữa các hạt và giúp duy trì độ dẻo. Mo có hàm lượng thấp, do đó khả năng chống rỗ thấp hơn so với các hợp kim Mo cao như 625.

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

• Inconel 625
• Cấu trúc vi mô điển hình: ma trận austenit lập phương tâm mặt (FCC) pha đơn với Nb và Mo trong dung dịch rắn; trong một số điều kiện, các chất kết tủa mịn giàu Nb (ví dụ, Ni3Nb) có thể hình thành khi tiếp xúc lâu dài ở nhiệt độ trung gian (độ nhạy ít là vấn đề hơn so với thép không gỉ).
• Phản ứng xử lý nhiệt: ủ dung dịch (ví dụ: 1000–1150 °C tùy thuộc vào sản phẩm) sau đó làm nguội nhanh giúp khôi phục cấu trúc đơn pha và độ dẻo dai tối ưu. Inconel 625 không được tôi cứng bằng các chu trình tôi và ram thông thường (không có biến đổi martensitic); độ bền chủ yếu đến từ dung dịch rắn và kết tủa.
• Incoloy 825
• Cấu trúc vi mô điển hình: ma trận austenit ổn định (FCC) với chất ổn định phân bố (Ti) và một lượng nhỏ cacbua hoặc kim loại liên kết có thể có sau khi tiếp xúc với nhiệt độ không thích hợp.
• Phản ứng xử lý nhiệt: thông lệ tiêu chuẩn là ủ để hòa tan các kết tủa không mong muốn và phục hồi độ dẻo. Incoloy 825 không phải là quá trình tôi già; các phương pháp thường hóa/làm nguội được sử dụng cho thép không áp dụng được. Quá trình xử lý nhiệt cơ học ảnh hưởng đến kích thước hạt, do đó ảnh hưởng đến độ dẻo dai và khả năng tạo hình.

Cả hai hợp kim đều được thiết kế để duy trì độ ổn định trong điều kiện ủ thông thường; không hợp kim nào đạt được độ bền cao bằng cách làm cứng martensitic—tuy nhiên, quá trình lão hóa nhiệt có thể tạo ra các pha giòn nếu các thành phần được giữ trong thời gian dài ở một phạm vi nhiệt độ nhất định.

4. Tính chất cơ học

Các đặc tính điển hình ở nhiệt độ phòng phụ thuộc rất nhiều vào dạng sản phẩm (tấm, tấm, thanh) và nhiệt độ (ủ, cán nguội). Các giá trị dưới đây chỉ là phạm vi nhiệt độ ủ tiêu biểu; hãy kiểm tra chứng chỉ nhà máy của nhà cung cấp để biết giá trị chính xác.

Tính chất (ủ, điển hình)	Inconel 625	Incoloy 825
Độ bền kéo (MPa)	~760–930	~550–750
Độ bền kéo (0,2% proof, MPa)	~310–550	~200–450
Độ giãn dài (%)	~30–50	~35–50
Độ bền va đập (Charpy hoặc tương đương)	Tốt; giữ được độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp	Tốt; nói chung dễ uốn hơn
Độ cứng (HV)	~200–300 (thay đổi tùy theo sản phẩm)	~150–250 (đã ủ)

Diễn giải - Độ bền: Inconel 625 thường có độ bền kéo và độ bền chảy cao hơn nhờ dung dịch rắn Mo và Nb cùng quá trình gia cường kết tủa tinh tế. - Độ dẻo và độ dai: Cả hai hợp kim đều dẻo và dai khi ủ; Incoloy 825 thường có độ dẻo cao hơn một chút ở độ cứng tương đương do độ bền dung dịch rắn thấp hơn. - Ý nghĩa thực tiễn: Đối với các ứng dụng đòi hỏi độ bền tĩnh hoặc độ bền kéo dài cao hơn, hoặc khi các phần mỏng phải chống biến dạng ở nhiệt độ cao, Inconel 625 thường được ưa chuộng.

5. Khả năng hàn

Khả năng hàn của cả hai hợp kim nói chung là tuyệt vời so với nhiều loại thép khác, nhưng cần phải xem xét các yếu tố khác nhau: - Cacbon và khả năng tôi cứng: Cả hai hợp kim đều có hàm lượng cacbon thấp và là austenit; nguy cơ hình thành martensite/cứng hóa vùng hàn là không đáng kể. Độ nhạy cảm giữa các hạt ít gây ra vấn đề hơn so với một số loại thép không gỉ khác nhờ tính ổn định (Inconel 625 theo Nb; Incoloy 825 theo Ti). - Hiệu ứng hợp kim vi mô: Hàm lượng Mo và Nb cao trong 625 làm tăng nguy cơ nứt nóng nếu sử dụng vật tư tiêu hao hoặc thiết kế mối nối không phù hợp, nhưng kim loại hàn phù hợp có sẵn và thông lệ chung tạo ra mối hàn đáng tin cậy. - Công thức hàn (sử dụng định tính) - Hàm lượng cacbon tương đương đối với thép có thể hữu ích đối với thép cacbon nhưng ít áp dụng hơn đối với hợp kim gốc Ni. Để hiểu rõ hơn, một chỉ số đo khả năng hàn phổ biến đối với thép là: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ Công thức này cho thấy Ni và Mo làm tăng khả năng tôi luyện trong thép như thế nào; trong hợp kim Ni, cách giải thích sẽ khác vì nền tảng là austenit và Ni là nguyên tố chính. - Công thức tập trung vào thép chi tiết hơn: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ Một lần nữa, các công thức này làm nổi bật cách các nguyên tố như Nb và Ti ảnh hưởng đến xu hướng nứt mối hàn trong thép—chỉ hữu ích như hướng dẫn định tính khi nghĩ về tác động của hợp kim. - Hướng dẫn thực hành: - Sử dụng kim loại hàn phù hợp hoặc được khuyến nghị; tuân thủ các khuyến nghị về thiết kế mối nối và gia nhiệt trước/sau gia nhiệt từ bảng dữ liệu của nhà cung cấp. - Inconel 625 có khả năng hàn tốt trong nhiều ứng dụng đòi hỏi khắt khe (dưới biển, nhà máy hóa chất); Incoloy 825 hàn dễ dàng nhưng việc lựa chọn vật liệu hàn rất quan trọng khi ứng dụng liên quan đến môi trường axit khử mạnh hoặc clorua.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• Inconel 625
• Khả năng chống rỗ, ăn mòn khe hở và nứt do ăn mòn ứng suất tuyệt vời trong môi trường clorua nhờ hàm lượng Mo và Ni cao cùng độ ổn định Nb. Đồng thời, thép cũng chống chịu được môi trường oxy hóa và khử, nước biển và ăn mòn ở nhiệt độ cao.
• PREN (Số tương đương khả năng chống rỗ) thường được sử dụng cho thép không gỉ; đối với hợp kim gốc Ni, PREN ít được áp dụng hơn, nhưng công thức là: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N} $$ Đối với hợp kim Ni có nhiều Mo, PREN cao cho thấy khả năng chống rỗ mạnh.
• Incoloy 825
• Khả năng chống chịu tốt với nhiều môi trường axit (sulfuric, phosphoric) và chống nứt do ăn mòn ứng suất trong nhiều môi trường clorua, đặc biệt là khi Cu cải thiện khả năng chống axit khử. Ít hiệu quả hơn 625 trong điều kiện clorua oxy hóa mạnh/rỗ do Mo thấp hơn.
• Bảo vệ bề mặt
• Đối với thép không gỉ, lớp phủ mạ kẽm hoặc hữu cơ là phổ biến; đối với hợp kim Ni, việc bảo vệ bề mặt thường không cần thiết vì bản chất hợp kim này có khả năng chống ăn mòn. Nếu lớp phủ được sử dụng vì lý do mài mòn hoặc thẩm mỹ, hãy chọn hệ thống tương thích với hợp kim Ni.

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

• Khả năng gia công
• Inconel 625: khả năng gia công từ trung bình đến kém so với thép cacbon; quá trình tôi cứng và độ bền cao đòi hỏi vật liệu dụng cụ chắc chắn (cacbua/CBN), thiết lập cứng và thông số cắt bảo thủ.
• Incoloy 825: dễ gia công hơn 625 một chút do có độ bền thấp hơn; vẫn cứng hơn khi gia công so với thép không gỉ thông thường.
• Khả năng định hình và uốn cong
• Cả hai hợp kim đều tạo hình và uốn cong trong điều kiện ủ, nhưng độ đàn hồi và độ mài mòn của dụng cụ là những yếu tố cần cân nhắc. Độ bền cao hơn của Inconel 625 có thể khiến việc kéo sâu hoặc uốn cong chặt chẽ trở nên khó khăn hơn.
• Hoàn thiện
• Cả hai đều có bề mặt hoàn thiện tiêu chuẩn (mài, đánh bóng); cẩn thận khi nhiệt độ tăng để tránh bề mặt bị oxy hóa hoặc kết tủa.

8. Ứng dụng điển hình

Inconel 625	Incoloy 825
Ống đứng ngoài khơi, các thành phần dưới biển và ốc vít biển (khả năng chống clorua/rỗ tuyệt vời)	Đường ống và bình chứa quy trình hóa học xử lý axit khử (sunfuric, photphoric)
Khí thải nhiệt độ cao, bình đốt, bộ phận tua-bin (độ bền nhiệt độ)	Ống trao đổi nhiệt và phụ kiện ưu tiên khả năng chống axit và độ dẻo
Thiết bị xử lý hóa chất tiếp xúc với florua, clorua và khí chua	Nhà máy hóa chất hạt nhân, máy lọc kiểm soát ô nhiễm
Lớp phủ hàn và lớp ốp cho bề mặt chống ăn mòn	Chế tạo chung khi cần độ dẻo và khả năng hàn cao với chi phí thấp hơn so với hợp kim Mo cao

Cơ sở lựa chọn - Chọn Inconel 625 khi mối quan tâm chính là ăn mòn cục bộ (rỗ/kẽ hở), độ bền nhiệt độ cao hoặc tiếp xúc với môi trường giàu clorua hoặc có tính oxy hóa cao. - Chọn Incoloy 825 khi khả năng chống axit khử, chi phí vật liệu tiết kiệm, độ dẻo tốt và dễ chế tạo là những yếu tố chính.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Chi phí tương đối: Inconel 625 thường đắt hơn Incoloy 825 do hàm lượng niken, molypden và niobi cao hơn. Chi phí vật liệu phụ thuộc vào thị trường Ni/Mo/Nb toàn cầu.
• Tính khả dụng: Cả hai hợp kim đều được cung cấp rộng rãi trên toàn thế giới dưới các dạng phổ biến (ống, ống, tấm, lá, thanh, dây, rèn), nhưng thời gian giao hàng có thể thay đổi tùy theo dạng sản phẩm và điều kiện thị trường. Thời gian giao hàng dài và số lượng đặt hàng tối thiểu thường là vấn đề đối với các dạng Inconel 625 dày hoặc đặc biệt.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Hệ mét	Inconel 625	Incoloy 825
Khả năng hàn	Tuyệt vời với các quy trình phù hợp; chú ý đến nguy cơ nứt nóng do Nb/Mo	Tuyệt vời; nói chung là dễ hàn và dễ tha thứ
Sức mạnh-Độ dẻo dai	Độ bền cao hơn, độ bền nhiệt độ cao tuyệt vời; độ dẻo dai tốt	Độ dẻo dai và độ dai tốt; độ bền thấp hơn 625
Trị giá	Cao hơn (hàm lượng Ni, Mo, Nb)	Thấp hơn (ít Mo/Nb; nhiều Fe)

Sự giới thiệu - Chọn Inconel 625 nếu bạn cần khả năng chống ăn mòn rỗ và khe hở vượt trội, độ bền tĩnh và nhiệt độ cao hơn, cùng hiệu suất tốt nhất trong môi trường clorua hoặc oxy hóa mạnh—ngay cả khi chi phí vật liệu cao hơn. - Chọn Incoloy 825 nếu dịch vụ của bạn liên quan đến việc khử axit hoặc môi trường axit hỗn hợp, bạn cần độ dẻo rất tốt và dễ chế tạo, và chi phí hoặc tính khả dụng ưu tiên hóa học ít Mo, Ni‑Fe‑Cr.

Lưu ý cuối cùng: Luôn xác nhận lựa chọn cuối cùng với dữ liệu ăn mòn theo môi trường, yêu cầu về tính chất cơ học, thông số kỹ thuật quy trình hàn và chứng chỉ nhà máy của nhà cung cấp. Đối với các bộ phận chịu áp suất hoặc quan trọng về an toàn, hãy đảm bảo tuân thủ các quy chuẩn ASME/EN hiện hành và xác minh sự chấp nhận mẫu sản phẩm của nhà chế tạo và các cơ quan chứng nhận.