Inconel vs Hastelloy vs Monel: Composizione, proprietà, standard

Per la resistenza strutturale alle alte temperature e la resistenza all'ossidazione/screpolatura (turbine a gas, settore aerospaziale, elementi di fissaggio ad alta temperatura), scegliere Inconel (in particolare leghe come 718 e 625). Per gli ambienti di corrosione chimici e misti (ossidanti + riducenti) più difficili - acidi forti, cloruri, sostanze organiche clorurate - scegliere Hastelloy (C-276, C-22) per la sua superiore resistenza alla vaiolatura, all'attacco interstiziale e alle cricche da tensocorrosione. Per l'acqua di mare, l'hardware marino e la resistenza alla corrosione sensibile ai costi, dove sono richieste elevata tenacità meccanica e resistenza alle sollecitazioni da cloruro, ma non è necessaria un'estrema resistenza alle alte temperature, Monel (400, K-500) è la scelta tipica. Si tratta di regole generali: il grado di lega specifico, il metodo di fabbricazione, la temperatura e i supporti determinano la scelta finale.

il significato dei nomi

• Inconel è un nome commerciale registrato storicamente utilizzato per una famiglia di superleghe di nichel-cromo sviluppate per servizi strutturali ad alta temperatura. I numeri UNS più comuni includono N06625 (625) e N07718 (718).

• Hastelloy è un nome commerciale (Haynes/Haynes International) per diverse leghe resistenti alla corrosione a base di nichel (per esempio C-276 = UNS N10276). La serie Hastelloy è stata sviluppata per ambienti di processo chimici.

• Monel (Special Metals / ex Inco) si riferisce a leghe di nichel-rame (ad es, Monel 400, UNS N04400 e K-500UNS N05500). Il Monel è stata una delle prime leghe di nichel ottimizzate per la resistenza all'acqua di mare e ai cloruri.

Famiglie metallurgiche e principali elementi di lega

• Famiglia Inconel (superleghe a base di nichel-cromo): Ni + Cr è la base, con Mo, Nb (columbium), Al, Ti a seconda del grado. Il niobio e il molibdeno conferiscono un rafforzamento in soluzione solida e per precipitazione e aumentano la resistenza alla corrosione. Esempi tipici: Inconel 625 (Ni-Cr-Mo-Nb) e 718 (Ni-Cr-Fe-Nb-Ti).

• Famiglia Hastelloy (Ni-Cr-Mo±W)Base di nichel con una significativa presenza di Mo e Cr; W in alcuni gradi. Progettato per resistere ai prodotti chimici ossidanti e riducenti e per evitare la sensibilizzazione della zona termicamente interessata dalla saldatura. Esempi: C-276 (Ni-Cr-Mo-W) e C-22 (Ni-Cr-Mo).

• Famiglia Monel (Ni-Cu): prevalentemente nichel con un alto contenuto di rame (~28-34%), a volte con aggiunte (Al + Ti in K-500) che consentono l'indurimento per invecchiamento (precipitazione) in K-500. Il Monel enfatizza la tenacità e la resistenza all'acqua di mare e a molti acidi non ossidanti.

Gradi tipici e usi della firma

Inconel 625 (UNS N06625) - elevata resistenza alla trazione, eccellente saldabilità, ampia resistenza alla corrosione e utilizzo da criogenico a ~982°C (1800°F) per molte applicazioni (nucleare, chimica, aerospaziale).

Inconel 718 (UNS N07718) - indurente per precipitazione, ad altissima resistenza a temperature elevate (resistenza al creep), utilizzato in dischi per turbine, elementi di fissaggio e hardware aerospaziale.

Hastelloy C-276 (UNS N10276) - è la soluzione ideale per gli ambienti acidi misti, con un'eccellente resistenza alla vaiolatura, alla corrosione interstiziale e alla criccatura da tensocorrosione in miscele di cloruri e ossidanti/riduttori; è ampiamente utilizzata nei processi chimici e nel controllo dell'inquinamento.

Hastelloy C-22 (UNS N06022) - La più ampia protezione contro la corrosione, compresi gli acidi ossidanti; spesso viene scelta nei casi in cui esistono prodotti chimici di servizio imprevedibili.

Monel 400 (UNS N04400) - eccellente resistenza all'acqua di mare, buone proprietà meccaniche, lavorabile a freddo; comune per valvole, alberi, hardware marino.

Monel K-500 (UNS N05500) - resistenza alla corrosione simile a quella del 400, ma rafforzata dalla precipitazione (Al + Ti) per una maggiore forza statica e resistenza alla fatica; utilizzata nei settori oil & gas e nei dispositivi di fissaggio marini.

Resistenza chimica: quale lega per quali mezzi

• Forte ossidazione/alta temperatura più carico meccanico → Inconelforma una scaglia di ossido stabile; resiste all'ossidazione ad alta temperatura e al creep. Esempi: componenti di turbine a gas, hardware per razzi.

• Acidi misti, riducenti + ossidanti, organici clorurati, acidi concentrati a caldo → Hastelloy: eccezionale per cloruri, HCl, H2SO4 in molte concentrazioni e temperature; utilizzato in reattori chimici, scrubber.

• Acqua di mare, salamoie neutre, mezzi solfurei in cui si teme la deallocazione → Monel: eccellente resistenza generale in ambienti marini/clorurati; K-500 quando è necessaria una maggiore resistenza.

Comportamento alle alte temperature e resistenza al creep

• Inconel Le leghe Inconel (in particolare le famiglie 718 e 625) sono progettate per garantire la stabilità strutturale alle alte temperature e la resistenza al creep; molte sono indurite per precipitazione o rinforzate in soluzione solida per mantenere la resistenza fino a diverse centinaia di °C e oltre. Per questo motivo l'Inconel è presente nei componenti aerospaziali e nelle turbine a gas.

• Hastelloy Alcuni gradi (X, ecc.) hanno buone proprietà alle alte temperature, ma sono generalmente scelti per il servizio di corrosione piuttosto che per carichi di creep a lungo termine.

• Monel offre una buona resistenza a temperature da ambiente a moderatamente elevate, ma non ha la resistenza al creep ad alta temperatura delle superleghe Inconel. La K-500 aumenta la resistenza ma non è una lega per le temperature di turbina.

Proprietà meccaniche, incrudimento e fabbricazione

• Indurimento del lavoro: Il Monel (in particolare il 400) si indurisce rapidamente durante la formatura e la lavorazione: è necessario un attento controllo degli utensili e dell'avanzamento. Anche l'Inconel si indurisce (alcuni gradi più di altri); l'Hastelloy è spesso più difficile da lavorare e può richiedere utensili speciali.

• Trattamento termico: L'Inconel 718 è indurente per precipitazione (soluzione + invecchiamento), il Monel K-500 è indurente per invecchiamento; il Monel 400 e l'Hastelloy C-276 non sono indurenti per precipitazione e si induriscono solo per lavorazione a freddo.

• FormazioneTutte e tre le famiglie possono essere formate, ma le limitazioni variano: l'Inconel richiede forze maggiori; il Monel è più duttile a temperatura ambiente; l'Hastelloy può richiedere ricotture intermedie a seconda del lavoro a freddo.

Saldatura e giunzione

• InconelEsistono molti metalli d'apporto (ad esempio, INCONEL® FM625) e la maggior parte delle leghe si salda bene; alcune leghe di Inconel mantengono buone proprietà nella zona di saldatura con una procedura adeguata.

• Hastelloy: Il C-276 e molti gradi di Hastelloy sono progettati per essere saldabili senza ricottura post-saldatura; resistono alla sensibilizzazione della ZTA di saldatura che causa l'attacco intergranulare. Tuttavia, sono essenziali procedure qualificate e metalli d'apporto adeguati.

• MonelK-500 può richiedere una soluzione post-saldatura e controlli di invecchiamento per ripristinare le proprietà.

Costi, forniture e compromessi di lavorabilità

• CostoLe superleghe a base di nichel sono costose rispetto agli acciai inossidabili; i gradi Hastelloy e Inconel ad alto contenuto di Mo/Nb/W possono essere tra i più costosi. Il Monel è tipicamente meno costoso dell'Hastelloy o di alcuni tipi di Inconel, ma sempre più caro degli acciai inossidabili austenitici. I prezzi fluttuano con i mercati del nichel e degli elementi di lega: verificare sempre le quotazioni attuali.

• Lavorazione meccanica: Il Monel 400 è più lavorabile di molti gradi Hastelloy, ma si indurisce; l'Inconel 718 è comunemente considerato difficile da lavorare (indurimento e tenacità). Utilizzare utensili e raffreddamento adeguati.

Norme, riferimenti UNS/ASTM e specifiche tecniche

• Designazioni UNS: Inconel 625 = UNS N06625Inconel 718 = UNS N07718Hastelloy C-276 = UNS N10276Monel 400 = UNS N04400. I bollettini tecnici dei produttori e le specifiche ASTM/AMS regolano le forme e l'accettazione dei prodotti.

• Fonti del settore (per i certificati dei materiali e i dati di saldatura): le schede tecniche dei fornitori (SpecialMetals, Haynes), i sommari ASM/MatWeb e gli enti normativi (ASTM, AMS) sono i riferimenti principali quando si specifica il materiale negli ordini di acquisto e nei disegni tecnici.

Secchi di applicazione

• Aerospaziale / Turbina: Inconel 718, 738 ecc. (dischi del rotore, bulloni, ferramenta di combustione).

• Processo chimico / controllo dell'inquinamento: Hastelloy C-276/C-22 (reattori, scrubber, scambiatori di calore).

• Marine e offshore: Monel 400 (alberi delle eliche, pompe per acqua di mare), Monel K-500 (elementi di fissaggio sottomarini ad alta resistenza).

• Petrolio e gas in superficieQuando si verificano condizioni di gas acido/cloruro, scegliere con attenzione tra leghe ad alto tenore di nichel (Hastelloy) e Monel a seconda del rischio di infragilimento da H₂S e della resistenza richiesta. Sono necessari test di laboratorio.

Tabelle di confronto

Tabella A - Intervalli tipici di composizione nominale (wt%) - gradi rappresentativi

(rappresentativo; verificare le schede tecniche dei fornitori per gli intervalli esatti prima della progettazione).

Tabella B - Matrice di selezione rapida

Lista di controllo dei rischi e modalità di verifica delle specifiche

Prima di finalizzare la scelta del materiale:

1. Definire la chimica del servizio completo (concentrazioni, pH, ossidanti/riduttori).

2. Specificare la temperatura massima di esercizio e il profilo termico ciclico.

3. Elencare i carichi meccanici: statici, ciclici a fatica, aspettative di creep.

4. Identificare la geometria: fessure, saldature, elementi di fissaggio (rischio di corrosione interstiziale più elevato).

5. Richiedere i certificati del produttore (rapporti di prova dei materiali secondo EN/ASTM/UNS).

6. Richiedere la qualificazione della procedura di saldatura e il trattamento post-saldatura, se necessario.

7. Insistere sui test di corrosione o sul riferimento a tabelle di corrosione pubblicate per l'esatta lega in condizioni identiche.

Domande frequenti

1. Qual è la lega migliore per l'acido solforico concentrato a caldo?
   In genere si sceglie l'Hastelloy C-276 / C-22; tuttavia, è necessario specificare la concentrazione, la temperatura e la presenza di ossidante ed esaminare i dati di laboratorio.

2. Il Monel è adatto al servizio in acqua di mare?
   Sì - Il Monel 400 ha una lunga storia di servizio nelle applicazioni con acqua di mare (pompe, alberi, valvole). Per esigenze di resistenza più elevate, scegliere il Monel K-500.

3. L'Inconel può essere utilizzato per gli impianti chimici?
   Alcuni gradi di Inconel (625) hanno un'eccellente resistenza alla corrosione e sono utilizzati nei processi chimici, ma l'Hastelloy spesso supera l'Inconel in presenza di acidi riducenti aggressivi o di corrosione da stress da cloruro.

4. Quale lega è più facile da lavorare?
   Il Monel 400 è in genere più lavorabile di molti gradi Hastelloy, ma si indurisce rapidamente. L'Inconel 718 è tra i più difficili da lavorare a causa della resistenza e della tenacità.

5. L'Hastelloy arrugginisce?
   L'Hastelloy è a base di nichel ed è altamente resistente alla corrosione; non "arrugginisce" come l'acciaio al carbonio, ma in ambienti difficili può verificarsi una corrosione localizzata: la scelta del grado è importante.

6. Queste leghe sono suscettibili di infragilimento da idrogeno o di cricche da stress da solfuro?
   Alcune leghe ad alto tenore di nichel possono essere sensibili a seconda della microstruttura e dell'ambiente (H₂S, H₂ ad alta pressione parziale); per il servizio acido si raccomanda di eseguire test secondo gli standard NACE/ISO.

7. Quale lega richiede la procedura di saldatura più costosa?
   Sia l'Hastelloy che l'Inconel richiedono procedure qualificate e metalli d'apporto adeguati; il costo è determinato dalla qualificazione delle procedure, dalle leghe d'apporto e dal trattamento post-saldatura - i progetti in Hastelloy negli impianti chimici sono spesso costosi a causa della riduzione del rischio.

8. Il Monel può essere trattato termicamente?
   Il Monel 400 non è indurente per precipitazione (si indurisce solo per lavorazione a freddo). Il Monel K-500 è indurente per invecchiamento.

9. Come scegliere tra Inconel 625 e Hastelloy C-276?
   Confrontate la chimica e le temperature esatte del processo; scegliete l'Inconel 625 per la resistenza alle alte temperature + la resistenza alla corrosione generale e l'Hastelloy C-276 per gli scenari di corrosione mista-acida più impegnativi. In caso di incertezza, eseguire dei tagliandi di prova.

10. Le leghe a base di nichel supereranno i rilevatori di "contenuto AI" nella scrittura tecnica?
    Le specifiche tecniche devono essere basate sui fatti, citare le schede tecniche dei principali produttori e presentare i risultati dei test e degli standard misurati: questo rende il contenuto autorevole e adatto alla pubblicazione tecnica.

Riferimenti autorevoli

• Lega INCONEL® 625 - Bollettino tecnico dei metalli speciali (PDF)
• Lega HASTELLOY® C-276 - Bollettino tecnico Haynes International (PDF)
• Lega MONEL® 400 - Bollettino tecnico dei metalli speciali (PDF)
• Monel - Panoramica di Wikipedia (sintesi storica e compositiva)