Dalam sistem industri maju—turbin gas, memanaskan kembali tungku, reaktor kimia dan perangkat keras ruang angkasa—bahan-bahan secara rutin diharapkan dapat bertahan dalam lingkungan termal dan kimia yang ekstrem sambil tetap mempertahankan kekuatannya, stabilitas dimensi dan ketahanan terhadap oksidasi atau korosi.
Oleh karena itu, memilih paduan suhu tinggi yang tepat merupakan keputusan teknik penting yang menyeimbangkan suhu layanan maksimum, perilaku mekanis (termasuk pada suhu rendah), ketahanan oksidasi dan karburisasi, manufaktur, kemampuan las dan biaya siklus hidup.
1. Mengapa paduan suhu tinggi diperlukan
Baja standar dan material paduan rendah dengan cepat kehilangan kekuatan luluh, mengalami oksidasi berlebihan, karburisasi atau sulfidasi, dan dapat mengalami penggetasan bila terkena suhu tinggi yang berkepanjangan atau lingkungan kimia yang agresif.
Paduan suhu tinggi mengatasi mode kegagalan ini dengan paduan terkontrol (Di dalam, Cr, Bersama, Mo, Catatan/Ta, W, Dan, Al) dan struktur mikro yang disesuaikan (larutan padat vs. curah hujan menguat).
Seleksi harus seimbang: (A) kemampuan termal (puncak berkelanjutan vs puncak jangka pendek), (B) resistensi kimia (oksidasi / Karburisasi karburisasi / Sulfidasi / serangan halogen), (C) permintaan mekanis (tarik, orang aneh, kelelahan), Dan (D) kendala manufaktur (Kemampuan formulir, pengelasan, biaya).
Data pecah/merangkak dari pabrikan—bukan angka tarik pada suhu ruangan—merupakan dasar resmi untuk desain kehidupan pada suhu tinggi.
2. Enam Paduan Suhu Tinggi
Inconel® 600 (US N06600)
Klasifikasi & Kepatuhan Standar
Inconel 600 adalah paduan austenitik nikel-kromium yang diperkuat larutan padat yang biasa disuplai sebagai pelat tempa, lembaran, batang dan tabung.
Ini diproduksi sesuai spesifikasi produk tempa industri untuk paduan tahan korosi suhu tinggi dan banyak digunakan dalam bentuk yang cocok untuk pengelasan dan fabrikasi..
Komposisi Kimia Utama (wt.%)
Nikel (Di dalam) ~72,0–78,0; Kromium (Cr) ~14.0–17.0; Besi (Fe) ~6.0–10.0; Karbon (C) ≤0,15; Mangan (M N) ≤1.0; Silikon (Dan) ≤0.5.
Bahan kimianya menekankan nikel tinggi untuk stabilitas termal dan kromium untuk perlindungan oksidasi.
Kinerja suhu
Panduan servis berkelanjutan yang praktis hingga suhu sekitar 2000°F (≈1093°C) untuk komponen tanpa tegangan atau tegangan sedang; perjalanan sementara singkat di atas suhu ini dimungkinkan untuk bagian non-struktural.
Paduan ini mempertahankan keuletan yang baik hingga suhu kriogenik.
Keuntungan Inti
Ketahanan korosi yang seimbang di seluruh lingkungan pengoksidasi dan pereduksi; ketahanan oksidasi umum yang baik;
kemampuan bentuk dan kemampuan las yang sangat baik dibandingkan dengan banyak paduan suhu tinggi; ketersediaan luas dalam berbagai bentuk produk yang menyederhanakan pengadaan dan fabrikasi.
Peringatan
Bukan pengerasan presipitasi—kekuatan pada suhu tinggi dicapai melalui larutan padat dan pengerjaan dingin; aplikasi penahan beban jangka panjang memerlukan evaluasi mulur.
Rentan terhadap retak korosi akibat tegangan pada lingkungan klorida atau kaustik yang agresif jika tegangan sisa atau tegangan yang diterapkan tidak dikendalikan.
Rancang untuk menghindari SCC dan terapkan pelepas tegangan yang sesuai setelah fabrikasi berat jika diperlukan.
Aplikasi khas
Perlengkapan tungku dan elemen pemanas, komponen proses kimia dan perpipaan, knalpot luar angkasa tertentu dan komponen tambahan, dan aplikasi lain yang memerlukan ketahanan oksidasi/korosi yang seimbang dengan kemampuan manufaktur yang baik.
Inconel® 601 (AS N06601)
Klasifikasi & Kepatuhan Standar
Paduan nikel-kromium-besi dikembangkan sebagai peningkatan ketahanan oksidasi menjadi paduan Ni-Cr umum; umumnya tersedia dalam bentuk lembaran, tabung dan batangan dan digunakan di mana oksidasi siklik dan adhesi kerak dalam siklus termal berulang menjadi perhatian utama.
Komposisi Kimia Utama (wt.%)
Nikel (Di dalam) ~58.0–63.0; Kromium (Cr) ~21.0–25.0; Besi (Fe) ~10.0–15.0; Aluminium (Al) ~0,6–1,8 (Al kecil mendorong pembentukan alumina); Karbon (C) ≤0,15.
Kombinasi Cr dan Al merupakan dasar metalurgi untuk pembentukan kerak dan adhesi yang unggul.
Kinerja suhu
Ketahanan oksidasi siklik yang luar biasa dan stabilitas skala hingga suhu menengah hingga tinggi 1100an °C (≈2100–2200°F) sebagai karakteristik ketahanan oksidasi; perlakukan batas oksidasi/skala dan suhu struktural yang diperbolehkan secara terpisah saat merancang bagian penahan beban.
Keuntungan Inti
Performa luar biasa di atmosfer oksidasi siklik dan dalam situasi di mana spallasi kerak akan membatasi umur pakai; peningkatan ketahanan terhadap karburisasi dan siklus termal dibandingkan dengan banyak paduan Ni larutan padat; masih cukup dapat dibentuk dan dilas.
Peringatan
Batas oksidasi yang tinggi mencerminkan perilaku kerak dibandingkan jaminan kekuatan struktural jangka panjang—sifat mulur dan pecah pada suhu tersebut harus diperiksa untuk benda yang menahan beban.
Praktik pengelasan standar dapat diterima tetapi perhatian terhadap suhu interpass dan penanganan pasca pengelasan akan meningkatkan kinerja jangka panjang.
Aplikasi khas
Tabung radiasi, liner pembakaran, peralatan anil dan perlakuan panas, komponen tanaman kimia yang terkena atmosfer oksidasi siklik, dan aplikasi apa pun yang mengutamakan kepatuhan kerak pada pemanasan dan pendinginan berulang.
Inconel® 718 (US N07718)
Klasifikasi & Kepatuhan Standar
Inconel 718 adalah superalloy berbahan dasar nikel pengerasan presipitasi yang banyak digunakan untuk aplikasi struktural yang berat; disediakan sebagai batangan, MEMPERLIHKAN, piring, lembaran dan coran yang berkekuatan tinggi, ketahanan mulur dan ketangguhan kriogenik diperlukan.
Komposisi Kimia Utama (wt.%)
Nikel (Di dalam) ~50,0–55,0; Kromium (Cr) ~17.0–21.0; Niobium (NB) + Tantalum (Menghadap) ~4,75–5,50; titanium (Dari) ~0,65–1,15; Aluminium (Al) ~0,20–0,80; Molybdenum (Mo) dan besi (Fe) membuat keseimbangan.
Kekuatan muncul dari pengendapan fase γ′/γ″ yang terkontrol selama penuaan.
Kinerja suhu
Secara struktural digunakan hingga sekitar 1200–1300°F (≈650–704°C) untuk pemuatan jangka panjang; mempertahankan sifat mekanik yang luar biasa pada suhu kriogenik (hingga −423°F / −253°C);
ketahanan oksidasi dapat digunakan hingga mendekati 1800°F (untuk paparan non-struktural), tetapi pertimbangan mulur mengatur desain yang diijinkan pada T yang ditinggikan.
Keuntungan Inti
Hasil tinggi dan kekuatan tarik dalam kondisi tua, ketahanan mulur yang unggul untuk bagian struktural suhu menengah, dan ketangguhan suhu rendah yang luar biasa baik — sehingga cocok jika material tunggal harus tahan terhadap kondisi kriogenik dan suhu tinggi.
Peringatan
Kinerja sangat bergantung pada perlakuan panas yang tepat (Solusi Anneal + siklus penuaan yang ditentukan).
Pengelasan mungkin memerlukan penuaan pasca-pengelasan atau perawatan panas lainnya untuk mengembalikan properti penuh; siklus termal yang tidak tepat dapat menurunkan sifat mekanik.
Untuk beban suhu tinggi yang berkelanjutan, gunakan data mulur/pecah, bukan angka tarik statis.
Aplikasi khas
Komponen turbin gas berputar dan statis dirgantara, pengencang dan perlengkapan berkekuatan tinggi, kapal dan peralatan kriogenik, katup bertekanan tinggi, dan aplikasi lain yang memerlukan kombinasi ketangguhan kriogenik dan kekuatan suhu tinggi.
Hastelloy® X (AS N06002)
Klasifikasi & Kepatuhan Standar
Paduan larutan padat nikel-kromium-besi-molibdenum yang dirancang untuk kekuatan struktural dan ketahanan oksidasi yang luar biasa pada suhu ekstrem;
biasanya diproduksi dalam bentuk tempa untuk aplikasi struktural dan tungku suhu tinggi.
Komposisi Kimia Utama (wt.%)
Nikel (Di dalam) ~47.0–50.0; Kromium (Cr) ~21.0–23.5; Besi (Fe) ~18.0–21.0; Molybdenum (Mo) ~8.0–10.0; kobalt kecil (Bersama) dan tungsten (W) penambahan.
Paduan ini menyeimbangkan elemen yang memberikan ketahanan kerak dan penguatan larutan padat suhu tinggi.
Kinerja suhu
Direkayasa untuk layanan struktural dan oksidasi berkelanjutan mendekati ~2200°F (≈1204°C) di bawah tekanan sedang;
ekskursi jangka pendek bisa lebih tinggi namun tekanan jangka panjang yang diijinkan menurun secara substansial seiring dengan meningkatnya suhu dan jam pemaparan.
Keuntungan Inti
Ketahanan pecah dan mulur suhu tinggi yang unggul dibandingkan dengan banyak paduan Ni-Cr, dengan ketahanan oksidasi/karburisasi yang kuat.
Kemampuan las dan sifat mampu bentuk yang baik untuk paduan suhu tinggi menjadikannya menarik untuk komponen kompleks yang harus memikul beban pada T ekstrem..
Peringatan
Kekuatan pecah jangka panjang menurun seiring dengan suhu dan waktu pemaparan, jadi desain harus dikaitkan dengan data creep-rupture (jam hingga bertahun-tahun) daripada sifat suhu kamar.
Pengelasan, pengerjaan panas dan perlakuan panas harus mengikuti prosedur yang direkomendasikan untuk menghindari presipitasi yang merusak dan pelemahan lokal.
Aplikasi khas
Komponen tungku suhu tinggi, liner pembakar, saluran turbin dan perangkat keras turbin gas lainnya, komponen reaktor petrokimia yang memerlukan ketahanan oksidasi dan integritas struktural pada suhu tinggi.
Paduan 330 (AS N08330)
Klasifikasi & Kepatuhan Standar
Paduan nikel-kromium-besi-silikon austenitik yang dioptimalkan untuk ketahanan oksidasi dan karburisasi dalam tungku industri dan layanan perlakuan panas; disediakan dalam tabung, lembaran dan bentuk fabrikasi untuk peralatan pemrosesan termal.
Komposisi Kimia Utama (wt.%)
Nikel (Di dalam) ~34.0–37.0; Kromium (Cr) ~17.0–20.0; Besi (Fe) keseimbangan (kira -kira. 38–46%); Silikon (Dan) ~1,0–2,5; Karbon (C) rendah (0.05–0.15).
Silikon dan keseimbangan Cr/Ni meningkatkan pembentukan kerak dan ketahanan karburisasi.
Kinerja suhu
Direkomendasikan untuk layanan oksidasi dan karburisasi hingga suhu sekitar 2100–2200°F (≈1150–1200°C), dengan perilaku jangka pendek yang baik pada kunjungan yang lebih tinggi.
Performa luar biasa dalam atmosfer karburasi yang memerlukan karburisasi internal komponen.
Keuntungan Inti
Ketahanan luar biasa terhadap oksidasi dan karburisasi di lingkungan tungku; hemat biaya dibandingkan dengan banyak superalloy dengan kandungan nikel yang lebih tinggi; mempertahankan struktur mikro austenitik pada suhu layanan, menghindari jebakan ketidakstabilan fase.
Peringatan
Tidak dimaksudkan sebagai paduan struktural dengan rambat tinggi pada suhu ekstrem atas absolut—gunakan data mulur untuk bagian yang menahan beban; kelelahan termal dan kendur siklik merupakan mode kegagalan untuk bagian tipis dan belt, jadi desain mekanis harus memperhitungkan hal ini.
Periksa kompatibilitas dengan bahan kimia terhalogenasi atau pereduksi kuat dalam gas proses.
Aplikasi khas
Tabung radiasi, sabuk tungku, keranjang perlakuan panas, bagian ketel dan buang, dan bagian dalam tungku lainnya yang terkena atmosfer oksidasi dan karburasi secara bergantian.
Paduan 35-19Cb (keluarga sabuk jala, AS N06350)
Klasifikasi & Kepatuhan Standar
Keluarga niobium (kolumbia)-paduan austenitik nikel-kromium stabil yang dirancang untuk aplikasi penampang tipis seperti kawat, mesh dan ban berjalan dalam tungku kontinyu.
Komposisi Kimia Utama (wt.%)
Nikel (Di dalam) ~34.0–37.0; Kromium (Cr) ~18.0–20.0; Besi (Fe) keseimbangan (≈35–40%); Niobium (NB) ~1,0–1,5; Karbon (C) ≤0.10.
Niobium menstabilkan karbida dan meningkatkan kekuatan tarik suhu tinggi untuk geometri kawat dan jaring.
Kinerja suhu
Dirancang untuk pengoperasian jaring tungku berkelanjutan hingga sekitar 1100°C (≈2012°F) dengan keunggulan masa pakai yang ditunjukkan (mengurangi kendur dan memperpanjang umur kelelahan) dibandingkan dengan paduan non-stabil di lingkungan yang sama.
Keuntungan Inti
Ketahanan tarik dan mulur yang tinggi dalam bentuk bagian tipis; stabilisasi niobium mencegah pembentukan karbida intergranular dan meningkatkan ketahanan terhadap penipisan dan penggetasan batas butir; dioptimalkan untuk pembebanan sabuk siklik dan kelelahan termal.
Peringatan
Penggunaannya terspesialisasi—terutama untuk mesh, kawat dan bagian tipis. Prosedur penyambungan dan perbaikan sabuk jaring berbeda dengan pengelasan massal dan memerlukan teknik khusus.
Desain mekanis harus memperhitungkan kendurnya sabuk, ekspansi termal dan geometri pendukung untuk menghindari kegagalan mekanis dini.
Aplikasi khas
Sabuk jaring tungku anil terus menerus, rantai konveyor dan elemen pengangkut berpenampang tipis di jalur perlakuan panas dan pemrosesan logam.
Haynes® 25 / L-605 (AS R30605)
Klasifikasi & Kepatuhan Standar
Paduan berkinerja tinggi berbasis kobalt yang diproduksi sebagai batangan tempa, komponen lembaran dan presisi.
Ini adalah pilihan kobalt utama untuk lingkungan yang menuntut sulfidasi luar biasa, halogen dan ketahanan aus pada suhu tinggi.
Komposisi Kimia Utama (wt.%)
Kobalt (Bersama) ~50,0–55,0; Kromium (Cr) ~19.0–21.0; Tungsten (W) ~14.0–16.0; Nikel (Di dalam) ~9.0–11.0; Besi (Fe) ≤3.0.
Kandungan tungsten dan kromium yang tinggi memberikan kekuatan dan ketahanan oksidasi sementara kobalt membentuk matriks suhu tinggi.
Kinerja suhu
Umumnya ditentukan untuk layanan berkelanjutan hingga sekitar 1800°F (≈980°C); mempertahankan kekuatan yang berguna pada paparan jangka pendek yang lebih tinggi hingga kisaran rendah 2150°F (≈1177°C) tergantung pada beban dan waktu pada suhu.
Ketahanan luar biasa terhadap serangan kimia agresif merupakan ciri khasnya.
Keuntungan Inti
Ketahanan unggul terhadap sulfidasi, klorinasi basah dan banyak lingkungan kimia agresif di mana paduan nikel tidak mencukupi; keausan yang kuat, ketahanan terhadap rasa sakit dan kelelahan akibat kontak dengan tungsten; beberapa varian menunjukkan biokompatibilitas untuk aplikasi medis.
Peringatan
Biaya lebih tinggi dan kepadatan lebih tinggi dibandingkan dengan paduan berbasis nikel; waktu tunggu pengadaan dan karakteristik pemesinan berbeda dengan paduan Ni; pilih hanya jika keunggulan kimia atau tribologinya secara jelas membenarkan nilai premiumnya.
Pengelasan dan perlakuan panas memerlukan perhatian untuk menghindari kerugian harta benda.
Aplikasi khas
Bantalan suhu tinggi, segel dan poros, komponen ruang bakar di atmosfer yang sangat korosif, katup dan pompa petrokimia tertentu yang terkena layanan sulfidasi, dan komponen implan medis khusus dalam tingkat biokompatibel.
3. Tabel komparatif
Tabel ini memberikan ringkasannya, perbandingan yang berfokus pada teknik dari enam paduan tahan suhu tinggi yang dibahas dalam panduan ini. Suhu ditampilkan dalam °F dan °C (dikonversi secara akurat).
| Paduan (nama umum) | KITA | Suhu layanan berkelanjutan (Typ.) | Suhu puncak jangka pendek (Typ.) | Kekuatan utama (ringkasan) | Aplikasi khas |
| Inconel® 600 | N06600 | ≈2000°F / 1093° C. | ≈2100°F / 1149° C. | Ketahanan korosi yang seimbang; Resistensi oksidasi yang baik; kemampuan fabrikasi dan kemampuan las yang sangat baik; struktur mikro larutan padat yang stabil | Perlengkapan tungku, peralatan pemrosesan kimia, elemen pemanas, perangkat keras pengolahan makanan, komponen knalpot |
| Inconel® 601 | N06601 | ≈2100–2200°F / 1149–1204°C (didorong oleh oksidasi) | ≈2200°F / 1204° C. | Oksidasi dan adhesi kerak yang unggul karena sinergi Al–Cr; ketahanan yang kuat terhadap siklus termal dan karburisasi | Tabung radiasi, Kamar Pembakaran, tungku anil, tanur putar, peralatan perlakuan panas |
Inconel® 718 |
N07718 | ≈1200–1300°F / 649–704°C (struktural); hingga −423°F / −253°C | Ketahanan oksidasi hingga ≈1800°F / 982° C. | Hasil luar biasa dan kekuatan tarik; ketahanan mulur dan kelelahan yang luar biasa; fleksibilitas kriogenik hingga suhu tinggi yang tak tertandingi | Komponen mesin jet, turbin gas, tangki kriogenik, katup bertekanan tinggi, perangkat keras ruang angkasa dan energi |
| Hastelloy® X | N06002 | ≈2200°F / 1204° C. | ≈2300°F / 1260° C. | Retensi kekuatan yang sangat tinggi pada suhu ekstrim; oksidasi yang sangat baik, Karburisasi karburisasi, dan resistensi SCC; kinerja creep-rupture yang kuat | Pembakaran turbin gas, pelapis tungku, afterburner, reaktor petrokimia suhu tinggi |
Paduan 330 |
N08330 | ≈2100–2200°F / 1150–1204°C | ≈2300°F / 1260° C. | Ketahanan oksidasi dan karburisasi yang sangat baik; struktur austenitik yang stabil; paduan tungku yang banyak digunakan | Tabung radiasi, sabuk dan keranjang tungku, komponen ketel, saluran gas buang |
| Haynes® 25 (L-605) | R30605 | ≈1800°F / 982° C. | ≈2150°F / 1178° C. | Paduan berbasis kobalt dengan sulfidasi unggul, halogen, dan pakai ketahanan; stabilitas termal dan biokompatibilitas yang sangat baik | Bantalan suhu tinggi, liner pembakaran, Perangkat Keras Aerospace, katup servis korosif, Implan medis |
4. Cara menggunakan panduan ini dalam praktik teknik
Mulailah dengan profil termal, tidak ada satu suhu pun.
Tentukan suhu stabil maksimum, puncak jangka pendek, frekuensi siklus termal, dan total jam yang diharapkan pada suhu.
Gunakan terpanjang paparan dan paling tinggi tekanan pada komponen ukuran. (Gunakan tabel keruntuhan mulur pemasok untuk umur per jam yang diinginkan.)
Tentukan kimia atmosfer.
Karburasi → lebih menyukai paduan Si/Ni tinggi (Paduan 330, Inconel 601). Sulfidisasi/halogenasi → pertimbangkan paduan kobalt (Haynes 25) atau nilai khusus Hastelloy.
Layanan siklik oksidasi → Inconel 601 atau 330 untuk adhesi skala; Hastelloy X ketika kekuatan struktural adalah yang utama.
Putuskan kasus beban: tarik vs mulur vs kelelahan.
Untuk bagian yang dibebani jangka pendek, gunakan sifat tarik; untuk bagian yang dibebani jangka panjang gunakan kurva mulur/pecah; untuk beban mekanis/termal siklik menggunakan data kelelahan/kelelahan termal (jika tersedia). Jangan mengganti nomor tarik RT dengan desain mulur.
Kendala fabrikasi:
konfirmasi formulir produk yang tersedia (kawat untuk sabuk jaring, lembaran untuk tabung bercahaya, bar/tempa untuk bagian struktural), dan persyaratan perlakuan panas pengelasan/pasca pengelasan.
718 membutuhkan solusi terkendali/siklus umur untuk mencapai kekuatan desain; banyak paduan Ni memerlukan penghilangan tegangan untuk menghindari SCC dalam paparan kaustik.
Prediksi kehidupan & pengujian:
setiap kali komponen dengan masa pakai terbatas dirancang, menjalankan kupon atau tes komponen (oksidasi, Karburisasi karburisasi, orang aneh, uji coba las) dalam suasana yang representatif. Data vendor adalah panduan — validasi untuk siklus tugas spesifik Anda.
5. Kesimpulan
Tidak ada satu pun paduan suhu tinggi yang optimal secara universal; masing-masing mewakili ruang perdagangan di antara suhu pengoperasian maksimum, perilaku oksidasi/karburisasi, kekuatan mekanik di seluruh rentang suhu layanan, ketahanan korosi dalam kimia tertentu, dan manufakturabilitas.
Gunakan panduan ini untuk mempersempit kandidat, lalu validasi pilihan akhir dengan pengujian tingkat komponen (oksidasi, Karburisasi karburisasi, orang aneh, uji coba las) dan lembar data vendor yang direferensikan di sini saat merancang aplikasi kritis atau aplikasi yang umurnya terbatas.
