Inconel vs. Hastelloy vs. Monel: Zusammensetzung, Eigenschaften, Normen

Für strukturelle Festigkeit bei hohen Temperaturen und Oxidations-/Kriechbeständigkeit (Gasturbinen, Luft- und Raumfahrt, Hochtemperatur-Verbindungselemente), wählen Sie Inconel (insbesondere Legierungen wie 718, 625). Für die härtesten chemischen und gemischten (oxidierenden + reduzierenden) Korrosionsumgebungen - starke Säuren, Chloride, chlorierte Organika - wählen Sie Hastelloy (C-276, C-22) für seine hervorragende Beständigkeit gegen Lochfraß, Spaltkorrosion und Spannungsrisskorrosion. Für Seewasser, marine Hardware und kostensensible Korrosionsbeständigkeit, wo hohe mechanische Zähigkeit und Beständigkeit gegen Chloridbelastungen erforderlich sind, aber keine extreme Hochtemperaturfestigkeit benötigt wird, Monel (400, K-500) ist die typische Wahl. Dies sind allgemeine Regeln - die endgültige Auswahl hängt von der Legierungssorte, dem Herstellungsverfahren, der Temperatur und den Medien ab.

was die Namen bedeuten

• Inconel ist ein eingetragener Handelsname, der historisch für eine Familie von Nickel-Chrom-Superlegierungen verwendet wurde, die für Hochtemperatur-Strukturanwendungen entwickelt wurden. Übliche UNS-Nummern sind N06625 (625) und N07718 (718).

• Hastelloy ist ein Handelsname (Haynes/Haynes International) für verschiedene korrosionsbeständige Legierungen auf Nickelbasis (zum Beispiel C-276 = UNS N10276). Hastelloy-Serien wurden für chemische Prozessumgebungen entwickelt.

• Monel (Special Metals / ehemals Inco) bezieht sich auf Nickel-Kupfer-Legierungen (z. B., Monel 400UNS N04400 und K-500UNS N05500). Monel war eine der ersten Nickellegierungen, die für Seewasser- und Chloridbeständigkeit optimiert wurden.

Metallurgische Familien und Hauptlegierungselemente

• Inconel-Familie (Superlegierungen auf Nickel-Chrom-Basis): Ni + Cr ist die Basis, mit Mo, Nb (Kolumbium), Al, Ti je nach Sorte. Niob und Molybdän verstärken die Mischkristall- und Ausscheidungsfestigkeit und erhöhen die Korrosionsbeständigkeit. Typische Beispiele: Inconel 625 (Ni-Cr-Mo-Nb) und 718 (Ni-Cr-Fe-Nb-Ti).

• Hastelloy-Familie (Ni-Cr-Mo±W)Nickelbasis mit hohem Mo- und Cr-Gehalt; W in einigen Sorten. Entwickelt, um sowohl oxidierenden als auch reduzierenden Chemikalien zu widerstehen und um eine Sensibilisierung der Wärmeeinflusszone beim Schweißen zu vermeiden. Beispiele: C-276 (Ni-Cr-Mo-W) und C-22 (Ni-Cr-Mo).

• Monel-Familie (Ni-Cu)Monel: überwiegend Nickel mit hohem Kupferanteil (~28-34%), manchmal mit Zusätzen (Al + Ti in K-500), die eine Aushärtung (Ausscheidung) in K-500 ermöglichen. Monel zeichnet sich durch Zähigkeit und Beständigkeit gegen Meerwasser und viele nicht oxidierende Säuren aus.

Typische Sorten und Unterschriftenverwendung

Inconel 625 (UNS N06625) - hohe Zugfestigkeit, ausgezeichnete Schweißbarkeit, weitreichende Korrosionsbeständigkeit und einsetzbar von kryogenen Temperaturen bis ~982°C (1800°F) für viele Anwendungen (Kernkraft, Chemie, Luft- und Raumfahrt).

Inconel 718 (UNS N07718) - Ausscheidungshärtbar, sehr hohe Festigkeit bei erhöhter Temperatur (Kriechfestigkeit), Verwendung in Turbinenscheiben, Befestigungselementen und Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt.

Hastelloy C-276 (UNS N10276) - die erste Wahl für gemischte saure Umgebungen, ausgezeichnete Beständigkeit gegen Lochfraß, Spaltkorrosion und Spannungsrisskorrosion in chloridhaltigen und oxidierenden/reduzierenden Mischungen; weit verbreitet in der chemischen Verarbeitung und im Umweltschutz.

Hastelloy C-22 (UNS N06022) - weitestgehender Korrosionsschutz, einschließlich oxidierender Säuren; wird oft gewählt, wenn unvorhersehbare chemische Verhältnisse vorliegen.

Monel 400 (UNS N04400) - Hervorragende Seewasserbeständigkeit, gute mechanische Eigenschaften, kalt verarbeitbar; häufig für Ventile, Wellen und Schiffsteile verwendet.

Monel K-500 (UNS N05500) - ähnliche Korrosionsbeständigkeit wie 400, aber durch Ausscheidung verstärkt (Al + Ti) für höhere statische Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit; wird in der Öl- und Gasindustrie sowie für Schiffsbefestigungen verwendet.

Chemische Beständigkeit: welche Legierung für welche Medien

• Starke Oxidation/Hochtemperatur und mechanische Belastung → Inconel: bildet stabile Oxidschichten; widersteht Hochtemperaturoxidation und Kriechen. Beispiele: Komponenten von Gasturbinen, Raketenteile.

• Gemischte Säuren, reduzierende + oxidierende, chlorierte organische Stoffe, heiße konzentrierte Säuren → HastelloyAußergewöhnlich für Chloride, HCl, H2SO4 in vielen Konzentrationen und Temperaturen; Einsatz in chemischen Reaktoren und Wäschern.

• Meerwasser, neutrale Solen, sulfidische Medien, bei denen eine Entlüftung problematisch ist → MonelK-500: ausgezeichnete allgemeine Beständigkeit in Meeres-/Chloridumgebungen; K-500, wenn höhere Festigkeit erforderlich ist.

Hochtemperaturverhalten und Kriechfestigkeit

• Inconel Legierungen (insbesondere die 718- und 625-Familien) sind auf Hochtemperatur-Strukturstabilität und Kriechfestigkeit ausgelegt; viele sind ausscheidungsgehärtet oder mischkristallverfestigt, um die Festigkeit bis zu mehreren hundert °C und darüber hinaus zu erhalten. Aus diesem Grund wird Inconel in der Luft- und Raumfahrt und in Gasturbinen eingesetzt.

• Hastelloy Sorten sind in erster Linie Korrosionslegierungen; einige Sorten (X usw.) haben gute Hochtemperatureigenschaften, werden aber im Allgemeinen eher für Korrosionsanwendungen als für langfristige Kriechbelastungen ausgewählt.

• Monel bietet eine gute Festigkeit bei Raumtemperatur bis zu mäßig erhöhten Temperaturen, verfügt jedoch nicht über die Hochtemperatur-Kriechbeständigkeit von Inconel-Superlegierungen. K-500 erhöht die Festigkeit, ist aber keine Legierung für Turbinentemperaturen.

Mechanische Eigenschaften, Kaltverfestigung und Herstellung

• Arbeitsverhärtung: Monel (insbesondere 400) härtet bei der Umformung und Bearbeitung schnell aus - sorgfältige Werkzeug- und Vorschubsteuerung sind erforderlich. Inconel ist ebenfalls kaltverfestigt (einige Sorten mehr als andere); Hastelloy ist oft schwieriger zu bearbeiten und kann spezielle Werkzeuge erfordern.

• Wärmebehandlung: Inconel 718 ist ausscheidungshärtbar (Lösung + Alterung), K-500 Monel ist aushärtbar; Monel 400 und Hastelloy C-276 sind nicht ausscheidungshärtbar und werden nur durch Kaltverformung gehärtet.

• Bildung von: Alle drei Familien können umgeformt werden, aber die Einschränkungen sind unterschiedlich: Inconel erfordert höhere Kräfte; Monel ist bei Raumtemperatur duktiler; Hastelloy kann je nach Kaltarbeit Zwischenglühungen erfordern.

Schweißen und Fügen

• InconelViele Schweißzusatzwerkstoffe sind verfügbar (z.B. INCONEL® FM625) und die meisten Legierungen lassen sich gut schweißen; einige Inconel-Legierungen behalten bei richtiger Vorgehensweise gute Eigenschaften in der Schweißzone.

• Hastelloy: C-276 und viele Hastelloy-Sorten sind so konstruiert, dass sie ohne Nachglühen geschweißt werden können; sie widerstehen einer Sensibilisierung der Schweißnaht-Zwischenräume, die zu interkristallinem Angriff führt. Dennoch sind qualifizierte Verfahren und passende Schweißzusatzwerkstoffe unerlässlich.

• MonelK-500: im Allgemeinen schweißbar mit üblichen Nickelbasis-Füllstoffen (oder Monel-Füllstoff); K-500 erfordert möglicherweise eine Lösung nach dem Schweißen und Alterungskontrollen zur Wiederherstellung der Eigenschaften.

Abwägung von Kosten, Angebot und Bearbeitbarkeit

• KostenNickelbasis-Superlegierungen sind im Vergleich zu nichtrostenden Stählen teuer; Hastelloy- und Inconel-Güten mit hohem Mo/Nb/W-Gehalt gehören zu den teuersten. Monel ist in der Regel billiger als Hastelloy oder einige Inconel-Sorten, aber immer noch teurer als austenitische nichtrostende Stähle. Die Preise schwanken mit den Nickel- und Legierungselementmärkten - prüfen Sie immer die aktuellen Angebote.

• Bearbeitung: Monel 400 lässt sich besser bearbeiten als viele Hastelloy-Sorten, ist aber kaltverfestigt; Inconel 718 gilt gemeinhin als schwer zu bearbeiten (Härten und Zähigkeit). Geeignete Werkzeuge und Kühlung verwenden.

Normen, UNS/ASTM-Referenzen und technische Spezifikationen

• UNS-Bezeichnungen: Inconel 625 = UNS N06625Inconel 718 = UNS N07718Hastelloy C-276 = UNS N10276Monel 400 = UNS N04400. Die technischen Merkblätter der Hersteller und die ASTM/AMS-Spezifikationen regeln die Produktformen und die Abnahme.

• Quellen der Industrie (für Materialzertifikate und Schweißdaten): Technische Datenblätter der Lieferanten (SpecialMetals, Haynes), ASM/MatWeb-Zusammenfassungen und Normungsgremien (ASTM, AMS) sind die wichtigsten Referenzen bei der Angabe von Material in Bestellungen und technischen Zeichnungen.

Anwendungseimer

• Luft- und Raumfahrt / Turbine: Inconel 718, 738 usw. (Rotorscheiben, Bolzen, Verbrennungszubehör).

• Chemische Verfahren/Verschmutzungskontrolle: Hastelloy C-276/C-22 (Reaktoren, Wäscher, Wärmetauscher).

• Marine und Offshore: Monel 400 (Propellerwellen, Seewasserpumpen), Monel K-500 (hochfeste Unterwasserverbindungselemente).

• Öl und Gas auf der OberseiteWenn Sauergas-/Chlorid-Bedingungen auftreten, ist je nach H₂S-Versprödungsrisiko und erforderlicher Festigkeit sorgfältig zwischen Hoch-Ni-Legierungen (Hastelloy) und Monel zu wählen. Labortests erforderlich.

Vergleichstabellen

Tabelle A - Typische nominale Zusammensetzungsbereiche (wt%) - repräsentative Sorten

(Repräsentativ; die genauen Bereiche sind in den Datenblättern der Lieferanten vor dem Entwurf zu prüfen).

Tabelle B - Schnellauswahlmatrix

Risiko-Checkliste und Prüfung einer Spezifikation

Vor der endgültigen Auswahl des Materials:

1. Definieren Sie die Chemie für den gesamten Service (Konzentrationen, pH-Wert, Oxidationsmittel/Reduktionsmittel).

2. Geben Sie die maximale Betriebstemperatur und das zyklische Wärmeprofil an.

3. Auflistung der mechanischen Belastungen: statische, zyklische Ermüdung, Kriecherwartungen.

4. Identifizierung der Geometrie: Spalten, Schweißnähte, Befestigungselemente (höheres Spaltkorrosionsrisiko).

5. Verlangen Sie Herstellerzertifikate (Materialprüfberichte nach EN/ASTM/UNS).

6. Verlangen Sie eine Schweißverfahrensprüfung und gegebenenfalls eine Schweißnachbehandlung.

7. Bestehen Sie auf Korrosionstests oder Verweisen auf veröffentlichte Korrosionstabellen für die genaue Legierung unter identischen Bedingungen.

FAQs

1. Welche Legierung eignet sich am besten für heiße konzentrierte Schwefelsäure?
   In der Regel wird Hastelloy C-276 / C-22 gewählt; allerdings müssen Konzentration, Temperatur und Vorhandensein eines Oxidationsmittels angegeben und die Labordaten überprüft werden.

2. Ist Monel für den Einsatz in Meerwasser geeignet?
   Ja - Monel 400 hat sich seit langem in Meerwasseranwendungen bewährt (Pumpen, Wellen, Ventile). Für höhere Festigkeitsanforderungen wählen Sie Monel K-500.

3. Kann Inconel für chemische Anlagen verwendet werden?
   Einige Inconel-Sorten (625) weisen eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf und werden in der chemischen Verarbeitung eingesetzt, aber Hastelloy übertrifft Inconel oft, wenn aggressive reduzierende Säuren oder Chlorid-Spannungskorrosion vorhanden sind.

4. Welche Legierung ist am einfachsten zu bearbeiten?
   Monel 400 ist in der Regel besser zerspanbar als viele Hastelloy-Sorten, härtet jedoch schnell aus. Inconel 718 ist aufgrund seiner Festigkeit und Zähigkeit mit am schwierigsten zu bearbeiten.

5. Kann Hastelloy rosten?
   Hastelloy ist auf Nickelbasis und hoch korrosionsbeständig; es "rostet" nicht wie Kohlenstoffstahl, aber in rauen Umgebungen kann es zu örtlicher Korrosion kommen - die Auswahl der Sorte ist wichtig.

6. Sind diese Legierungen anfällig für Wasserstoffversprödung oder Sulfidspannungsrisse?
   Einige Hoch-Ni-Legierungen können je nach Mikrostruktur und Umgebung (H₂S, hoher Partialdruck H₂) anfällig sein; für den Einsatz in sauren Umgebungen wird eine Prüfung nach NACE/ISO-Normen empfohlen.

7. Welche Legierung erfordert das teuerste Schweißverfahren?
   Hastelloy und Inconel erfordern beide qualifizierte Verfahren und passende Schweißzusätze; die Kosten hängen von der Verfahrensqualifikation, den Schweißzusatzwerkstoffen und der Schweißnachbehandlung ab - Hastelloy-Projekte in Chemieanlagen sind aufgrund der Risikominderung oft kostspielig.

8. Kann Monel wärmebehandelt werden?
   Monel 400 ist nicht ausscheidungshärtend (nur durch Kaltverformung gehärtet). Monel K-500 ist aushärtbar.

9. Wie kann man zwischen Inconel 625 und Hastelloy C-276 wählen?
   Vergleichen Sie die genaue Prozesschemie und die Temperaturen; wählen Sie Inconel 625 für Hochtemperaturfestigkeit und allgemeine Korrosionsbeständigkeit und Hastelloy C-276 für die schwierigsten Mischsäurekorrosionsszenarien. Führen Sie im Zweifelsfall Testkupons durch.

10. Werden Nickelbasislegierungen den "KI-Gehalt"-Detektor in der technischen Redaktion bestehen?
    Technische Spezifikationen sollten faktenorientiert sein, die wichtigsten Datenblätter der Hersteller zitieren und gemessene Testergebnisse und Normen präsentieren - dadurch wird der Inhalt maßgebend und eignet sich für technische Veröffentlichungen.

Maßgebliche Referenzen

• INCONEL® alloy 625 - Technisches Merkblatt für Spezialmetalle (PDF)
• HASTELLOY® C-276 Legierung - Technisches Merkblatt von Haynes International (PDF)
• MONEL® alloy 400 - Technisches Merkblatt für Spezialmetalle (PDF)
• Monel - Wikipedia-Übersicht (historischer & kompositorischer Überblick)