Differenza tra Incoloy e Inconel

L'Inconel e l'Incoloy sono famiglie distinte di leghe a base di nichel che presentano alcune sovrapposizioni, ma svolgono ruoli tecnici diversi. Le leghe Inconel sono superleghe ricche di nichel progettate per garantire un'altissima resistenza e un'eccezionale resistenza all'ossidazione e agli attacchi corrosivi a temperature elevate; di solito contengono più del 50% di nichel e ulteriori elementi di rinforzo come niobio, molibdeno o cobalto. Le leghe Incoloy combinano nichel, ferro e cromo in un equilibrio che offre un'eccellente resistenza alla carburazione, alla nitrurazione e a molti ambienti chimici corrosivi, mantenendo al contempo costi e stabilità termica ottimizzati per un lungo servizio a temperature da moderate a elevate. Per le applicazioni strutturali ad alta temperatura e per gli ambienti fortemente corrosivi, si sceglie tipicamente l'Inconel. Per i forni industriali, i riscaldatori petrolchimici e alcune apparecchiature di processo chimico in cui la resistenza alla carburazione e l'economicità sono importanti, i gradi Incoloy sono spesso più indicati.

1. Istantanea di confronto rapido

Questa istantanea riflette le tendenze generali; per l'uso progettuale, consultare le schede tecniche specifiche.

2. Marchio e contesto storico

Entrambi i nomi sono oggi marchi di fabbrica che si riferiscono a famiglie di leghe di nichel ingegnerizzate con storie di sviluppo distinte. Il marchio INCONEL è nato dalla ricerca sulle leghe di nichel-cromo sviluppate per resistere all'ossidazione e alla corrosione in ambienti ossigenati e ad alta temperatura. La famiglia INCOLOY è nata dagli sforzi per creare leghe di nichel-ferro-cromo con stabilità termica bilanciata e resistenza alla carburazione e all'ossidazione per forni e apparecchiature di processo. I produttori, i fornitori di materiali e i comitati di standardizzazione pubblicano schede tecniche e bollettini che descrivono la chimica, le proprietà meccaniche e le applicazioni raccomandate per ciascun grado.

3 Gradi rappresentativi e numeri UNS

In pratica, gli ingegneri si riferiscono a gradi particolari piuttosto che al solo nome della famiglia. Selezioni rappresentative:

• Inconel gradi comuni

  • Inconel 625: UNS N06625. Elevata forza e resistenza alla corrosione con range di servizio da criogenico a circa 982°C in molte atmosfere.

  • Inconel 718: UNS N07718. Indurente per età, ad alta resistenza fino a circa 700°C; ampiamente utilizzato nel settore aerospaziale e nelle parti ad alta sollecitazione.

  • Inconel C-276: UNS N10276. Eccezionale resistenza alla corrosione in mezzi chimici altamente ossidanti e riducenti.

• Incoloy gradi comuni

  • Incoloy 800 / 800H / 800HT: UNS N08800, N08810, N08811. Serie in nichel-ferro-cromo progettata per la stabilità termica e la resistenza alla carburazione ad alta temperatura.

  • Incoloy 825: UNS N08825. Buona resistenza all'attacco acido e alle cricche da tensocorrosione in molti ambienti di processo.

In caso di confronto, fare sempre riferimento all'UNS o al W.Nr esatto per i limiti meccanici e la chimica.

4 Chimica e strategia di lega

I diversi obiettivi di progettazione creano chimiche diverse. Di seguito è riportata una tabella di composizione semplificata che mette a confronto gradi tipici e rappresentativi. Le percentuali sono limiti approssimativi ricavati dalle schede tecniche del produttore; per le decisioni di acquisto, consultare lo standard esatto.

Note: i limiti esatti variano a seconda delle specifiche e della forma del prodotto. Gli ingegneri Inconel si affidano a elementi come il niobio e il molibdeno per fornire un rafforzamento in soluzione solida e per precipitazione e una resistenza vantaggiosa alla corrosione localizzata. I prodotti chimici Incoloy mantengono il nichel più basso e il ferro più alto per bilanciare i costi, l'espansione termica e le prestazioni negli ambienti di carburazione.

5. Microstruttura e meccanismi di rafforzamento

• Inconel I gradi induriti per precipitazione come il 718 dipendono da un trattamento termico controllato per produrre precipitati gamma prime e gamma double prime che garantiscono un'elevata resistenza allo snervamento e allo scorrimento. Gli elementi in soluzione solida, come Mo e Nb, conferiscono stabilità alle alte temperature e resistenza alla vaiolatura. I gradi non precipitati, come il 625, ottengono la resistenza dalla tempra in soluzione solida e dalla lavorazione a freddo.

• Incoloy Le leghe come la serie 800 sono generalmente austenitiche e si basano sulla soluzione solida e sulla stabilità microstrutturale per resistere alla formazione della fase sigma in caso di esposizione prolungata. Le 800H e 800HT sono modificate per migliorare la resistenza al creep attraverso il controllo del carbonio e piccole aggiunte di titanio e alluminio. La stabilità microstrutturale dell'Incoloy alle alte temperature prolungate è un vantaggio fondamentale nel servizio in forno.

La comprensione della microstruttura è essenziale per specificare il trattamento termico, la procedura di saldatura e la durata prevista nel servizio termico a scorrimento o ciclico.

6. Proprietà meccaniche e limiti di temperatura

Di seguito sono riportati i valori meccanici rappresentativi per le condizioni commerciali più comuni. I valori variano a seconda della forma del prodotto, del trattamento termico e del metodo di prova.

I progettisti devono fare riferimento alla scheda tecnica del fornitore e al codice applicabile per le specifiche sollecitazioni ammissibili alla temperatura.

7 Resistenza alla corrosione e ambienti di servizio

• Corrosione generale e vaiolatura: I gradi di Inconel con una maggiore quantità di nichel e molibdeno mostrano in genere una resistenza superiore ai cloruri e agli acidi riducenti. Gli Inconel C-276 e 625 sono noti per la resistenza alla corrosione per vaiolatura e interstiziale in acqua di mare e in molti acidi.

• Atmosfere di carburazione e nitrurazione: La famiglia Incoloy 800 si comporta bene negli ambienti di carburazione e nitrurazione comuni nei forni e in alcuni processi chimici, grazie all'equilibrio della lega che riduce al minimo i carburi e la fase sigma. Ciò rende l'Incoloy una scelta frequente per tubi di riscaldamento, muffole e altri componenti di forni.

• Cricca da corrosione sotto sforzo: Per alcuni ambienti con cloruri e sollecitazioni di trazione elevate, l'Inconel ricco di nichel può offrire una resistenza migliore, ma la scelta deve fare riferimento ai dati dei test e alla storia sul campo. L'Incoloy 825 è stato specificato per il servizio in ambienti ricchi di gas acidi e cloruri, dove è necessaria l'immunità alla corrosione localizzata e alla SCC a temperature moderate.

La scelta del materiale deve basarsi sulla chimica del processo, sulla temperatura, sul regime di flusso e sulle sollecitazioni meccaniche previste.

8 Fabbricazione, saldatura, formatura e giunzione

• Saldatura: Molti gradi di Inconel e Incoloy si saldano facilmente con leghe d'apporto adeguate. L'Inconel 718 richiede cicli termici controllati e un trattamento termico post-saldatura per ripristinare l'indurimento dovuto all'età; le specifiche della procedura di saldatura sono fondamentali per i pezzi sottoposti a sollecitazioni elevate. L'Inconel 625 e il C-276 sono generalmente più facili da saldare con una buona resistenza alla corrosione in ZTA.

• Formazione: L'Incoloy serie 800 ha buone caratteristiche di formatura a freddo e può essere trafilato o laminato in tubi e lamiere. Le leghe di Inconel indurenti per precipitazione possono essere più limitate per la formatura a freddo pesante allo stato indurito; la ricottura in soluzione e le sequenze di invecchiamento sono importanti.

• Trattamento termico: Per l'Inconel 718, trattamenti specifici di ricottura in soluzione e invecchiamento consentono di ottenere la massima resistenza. Gli Incoloy 800H e 800HT sono essenzialmente trattati termicamente per stabilizzare la struttura dei grani e ottimizzare la resistenza allo scorrimento piuttosto che per produrre un indurimento per precipitazione. Seguire i bollettini tecnici dei fornitori per i cicli raccomandati.

Le buone pratiche di fabbricazione comprendono procedure di saldatura qualificate, il controllo delle temperature di interpass e l'attenuazione delle tensioni post-fabbricazione, ove necessario.

9. Standard, specifiche e requisiti di prova

Quando si specifica una delle due famiglie, includere le norme e i numeri di calore corretti. I documenti di riferimento tipici sono:

• Bollettini tecnici e schede tecniche del produttore per lo specifico UNS.

• Specifiche dei materiali AMS e ASTM per componenti a pressione e hardware aerospaziale. Esempio: AMS 5666 per i dati e l'approvvigionamento di Inconel 625.

• Standard nazionali e internazionali per le prove, ad esempio ASTM E8 per la trazione, ASTM G48 per la valutazione della corrosione per vaiolatura e interstiziale, ASTM G28 per la corrosione in mezzi specifici. Consultare i comitati dei codici per le sollecitazioni ammissibili a temperatura dei recipienti a pressione.

• I certificati dei fornitori e i rapporti di prova della cartiera secondo la norma EN 10204/3.1 o 3.2 sono comuni negli appalti.

Fornire l'UNS completo, la forma del materiale e il trattamento termico negli ordini di acquisto per garantire il corretto controllo del materiale.

10. Applicazioni tipiche ed esempi di casi industriali

• Impieghi tipici dell'Inconel

  • Componenti di turbine a gas e motori aeronautici per i quali è richiesta una resistenza alle alte temperature e all'ossidazione.

  • Apparecchiature per processi chimici che trattano acidi forti, ambienti con alogenuri e mezzi ossidativi in cui la vaiolatura è un problema, ad esempio Inconel C-276 nei reattori chimici.

  • Sistemi marini e sottomarini che richiedono una resistenza superiore alla corrosione localizzata.

• Impieghi tipici dell'Incoloy

  • Componenti di forni, tubi radianti e attrezzature per il trattamento termico grazie alla resistenza alla carburazione e alla stabilità dimensionale.

  • Scambiatori di calore e tubazioni negli impianti petrolchimici, dove il contenuto bilanciato di nichel e la buona resistenza alla temperatura rendono l'Incoloy conveniente.

  • Alcune applicazioni di processo chimico in cui il costo e l'adeguata resistenza alla corrosione sono fondamentali, come ad esempio l'Incoloy 825 in ambienti con gas acidi.

Esempio: un riscaldatore di raffineria può utilizzare tubi Incoloy 800HT per una lunga durata in presenza di gas di combustione carbonizzanti, mentre può scegliere il rivestimento o la bulloneria in Inconel quando il rischio di corrosione localizzata è elevato.

11 Criteri di selezione e matrice decisionale

Nella scelta tra le due famiglie, valutate i seguenti fattori:

• Chimica di processo: I flussi altamente ossidanti o ricchi di alogenuri favoriscono i gradi Inconel ad alto Ni e Mo. Atmosfere di carburazione o nitrurazione favoriscono la serie Incoloy 800.

• Temperatura di esercizio: Per carichi meccanici estremi al di sopra di ~600°C, i gradi Inconel induriti per precipitazione possono offrire una maggiore resistenza allo scorrimento. Per la stabilità termica a lungo termine nell'intervallo tra 600°C e 850°C, dove la carburazione è un problema, l'Incoloy 800H/HT è spesso vincente.

• Carico meccanico: Carichi statici o ciclici elevati a temperature elevate giustificano spesso l'Inconel 718 o leghe simili ad alta resistenza.

• Fabbricazione e saldatura: Valutare se l'apporto di materiale d'apporto, la procedura di saldatura e il trattamento termico post-saldatura sono pratici.

• Costi e acquisti: Il contenuto di nichel determina il costo delle materie prime. Molti progetti bilanciano il costo del ciclo di vita e gli intervalli di manutenzione con il prezzo iniziale.

Matrice decisionale (semplificata)

Confermare sempre con prove di corrosione, dati del fornitore e codici.

12. Considerazioni sulla fornitura, sui costi e sull'approvvigionamento

Il prezzo e la disponibilità del mercato del nichel influiscono sulla scelta della lega. I gradi di Inconel con una maggiore quantità di nichel e di elementi di lega critici come il niobio costano in genere di più al chilogrammo rispetto alla serie Incoloy 800. Per i grandi volumi, i fornitori quoteranno il materiale con tempi di consegna che riflettono la domanda e le scorte. Per i grandi volumi, i fornitori quoteranno il materiale con tempi di consegna che riflettono la domanda e le scorte. Per le parti critiche è necessario specificare i rapporti di prova del mulino e l'ispezione di terzi. Per le apparecchiature a pressione, è necessario richiedere certificazioni tracciabili e la conformità agli standard AMS/ASTM, ove applicabili.

13. Considerazioni ambientali, sul ciclo di vita e sulla riparazione

Il riciclaggio delle leghe di nichel è comune, ma richiede molta energia. Le procedure di riparazione dei componenti sul campo utilizzano comunemente leghe d'apporto adeguate e procedure di saldatura qualificate. I trattamenti superficiali, i rivestimenti e i coating possono prolungare la vita utile laddove la sola scelta della lega di base è marginale. In alcuni impianti chimici, rivestire o placcare l'acciaio al carbonio con l'Inconel è stato economicamente più vantaggioso che fabbricare il componente completo di una superlega. Valutare i costi dell'intero ciclo di vita, compresi i tempi di fermo, le parti di ricambio e la riparabilità.

14. Lista di controllo delle specifiche pratiche per l'approvvigionamento

Quando si emette un ordine di acquisto, includere quanto segue:

1. Numero UNS esatto e nome commerciale (ad esempio Inconel 625 - UNS N06625).

2. Forma e dimensioni del prodotto.

3. Condizioni di trattamento termico e limiti di durezza.

4. Proprietà meccaniche e metodi di prova richiesti (trazione e durezza ASTM E8).

5. Requisiti dei test di corrosione, se applicabili (ASTM G48, API o test specificati dal cliente).

6. Tracciabilità e livello del certificato (EN 10204 3.1 o equivalente).

7. Specifiche e requisiti di qualificazione dell'apporto di saldatura.

8. Criteri di ispezione e accettazione delle condizioni superficiali e delle dimensioni.

La fornitura di informazioni complete riduce il rischio di mancata corrispondenza dei materiali e di costose rilavorazioni.

15 domande frequenti

1. Inconel e Incoloy sono intercambiabili?
   No. Sebbene condividano il nichel nella loro composizione, hanno equilibri di lega diversi e inviluppi di servizio diversi. Sostituirli solo dopo un'accurata comparazione delle proprietà e un test di qualificazione.

2. Quale famiglia di leghe resiste meglio alla carburazione?
   La famiglia Incoloy 800 è stata sviluppata per ambienti di carburazione e nitrurazione e in genere si comporta meglio in queste condizioni di forno.

3. Quale è più forte a temperatura elevata?
   Alcuni gradi di Inconel, soprattutto quelli indurenti per età come il 718, hanno una maggiore resistenza alle alte temperature e al creep se trattati termicamente in modo corretto.

4. L'Inconel è più costoso dell'Incoloy?
   Generalmente sì, grazie al contenuto più elevato di nichel e agli elementi di lega strategici. Il prezzo varia in base ai prezzi di mercato del nichel.

5. Posso saldare l'Inconel 625 all'Incoloy 800?
   La saldatura di leghe dissimili è possibile con una corretta selezione dell'apporto e con procedure qualificate, ma occorre tenere conto del comportamento della ZTA e delle differenze di espansione termica. Si raccomanda di eseguire saldature di prova e di qualificare le procedure.

6. A quali standard devo fare riferimento per le specifiche?
   Utilizzare i bollettini tecnici dei produttori e le specifiche industriali come gli standard AMS, ASTM o EN e i numeri UNS per maggiore chiarezza. Per l'Inconel 625 si fa spesso riferimento alla norma AMS 5666.

7. Quale lega è migliore in acqua di mare?
   I gradi Inconel ad alto contenuto di nichel e molibdeno mostrano in genere una resistenza superiore alla vaiolatura e all'attacco interstiziale in ambienti con cloruri rispetto a molti gradi Incoloy. Si consiglia di effettuare prove sul campo per un uso specifico.

8. Quanto è importante il trattamento termico post-saldatura per l'Inconel 718?
   Molto importante. Il 718 raggiunge la sua resistenza grazie ai precipitati che si formano durante l'invecchiamento controllato. I cicli termici post-saldatura e l'invecchiamento ripristinano le proprietà meccaniche e riducono la suscettibilità alle cricche.

9. Le leghe Incoloy resistono alle cricche da tensocorrosione?
   Alcuni gradi Incoloy, come l'825, offrono una buona resistenza in particolari ambienti con cloruri acidi. Tuttavia, è necessario valutare le sollecitazioni, la temperatura e la chimica specifica.

10. Devo scegliere il rivestimento o la costruzione in lega completa?
    Rivestire l'acciaio al carbonio con un sottile strato di Inconel o Incoloy può essere conveniente per alcuni servizi. La scelta dipende dai carichi meccanici, dalla severità della corrosione e dalla costruibilità. Consultare i modelli di costo del ciclo di vita e le indicazioni dei fornitori.

16 Raccomandazioni finali per gli ingegneri e l'approvvigionamento

1. Specificare l'esatto UNS e la forma del prodotto nei documenti di approvvigionamento.

2. La scelta delle leghe deve essere effettuata in base alla chimica del processo e alla temperatura di esercizio, piuttosto che alla familiarità con il marchio.

3. Richiedere i certificati di collaudo della cartiera e le opportune ispezioni non distruttive quando si tratta di sicurezza o di contenimento della pressione.

4. In caso di incertezza, per convalidare la scelta è necessario commissionare tagliandi di corrosione su piccola scala o test ad anello in condizioni di processo reali. I servizi tecnici del produttore possono spesso fornire assistenza.

Riferimenti autorevoli

• Bollettino tecnico della lega INCONEL® 625 - Special Metals Corporation
• Bollettino tecnico della lega 800 INCOLOY® - Special Metals Corporation
• Bollettino tecnico della lega INCONEL® 718 - Special Metals Corporation
• Scheda tecnica della lega 625 di VDM - VDM Metals