첨단 산업 시스템 - 가스 터빈, 재가열로, 화학 반응기 및 항공우주 하드웨어 - 재료는 일반적으로 강도를 유지하면서 극한의 열 및 화학적 환경에서 살아남을 것으로 기대됩니다., 치수 안정성과 산화 또는 부식에 대한 저항성.
따라서 올바른 고온 합금을 선택하는 것은 최대 서비스 온도의 균형을 맞추는 중요한 엔지니어링 결정입니다., 기계적 행동 (저온을 포함하여), 산화 및 침탄 저항성, 제조, 용접성 및 수명주기 비용.
1. 고온 합금이 필요한 이유
표준강 및 저합금 재료는 항복 강도를 빠르게 잃습니다., 과도한 산화를 겪다, 침탄 또는 황화, 장기간 고온이나 공격적인 화학적 환경에 노출되면 부서지기 쉽습니다..
고온 합금은 합금 제어를 통해 이러한 고장 모드를 해결합니다. (~ 안에, Cr, 공동, 모, Nb/타, w, 그리고, 알) 그리고 맞춤형 미세구조 (고용체 대. 강수량 강화).
선택은 균형을 이루어야 합니다: (에이) 열 성능 (연속 대 단기 피크), (비) 화학 저항 (산화 / 기화 기화 / 황화 / 할로겐 공격), (기음) 기계적 수요 (인장, 살금살금 기다, 피로), 그리고 (디) 제조 제약 (형성 가능성, 용접, 비용).
실온 인장 수치가 아닌 제조업체의 파열/크리프 데이터는 고온에서의 수명 설계에 대한 권위 있는 기초입니다..
2. 6가지 고온 합금
Inconel® 600 (미국 N06600)
분류 & 표준 준수
Inconel 600 일반적으로 연판으로 공급되는 고용체 강화 니켈-크롬 오스테나이트 합금입니다., 시트, 바와 튜빙.
고온 내식성 합금에 대한 산업 가공품 사양에 따라 제조되며 용접 및 가공에 적합한 형태로 널리 사용됩니다..
주요 화학 성분 (wt.%)
니켈 (~ 안에) ~72.0–78.0; 크롬 (Cr) ~14.0~17.0; 철 (Fe) ~6.0–10.0; 탄소 (기음) ≤0.15; 망간 (MN) ≤1.0; 규소 (그리고) ≤0.5.
화학적 특성은 열 안정성을 위해 고니켈, 산화 방지를 위해 크롬을 강조합니다..
온도 성능
약 2000°F까지 실용적인 연속 서비스 안내 (1093°C) 응력을 받지 않거나 중간 정도의 응력을 받는 부품용; 비구조적 부품의 경우 이 온도보다 약간 높은 짧은 일시적 편위가 가능합니다..
합금은 극저온에서도 우수한 연성을 유지합니다..
핵심 장점
산화 및 다양한 환원 환경 전반에 걸쳐 균형 잡힌 내식성; 좋은 일반 산화 저항;
많은 고온합금에 비해 성형성과 용접성이 우수함; 조달 및 제조를 단순화하는 다양한 제품 형태의 광범위한 가용성.
주의사항
석출 경화되지 않음 - 고용체 및 냉간 가공을 통해 고온에서의 강도가 달성됩니다.; 장기 하중 지지 응용 분야에는 크리프 평가가 필요합니다..
잔류 응력이나 적용된 응력이 제어되지 않으면 공격적인 염화물이나 부식성 환경에서 응력 부식 균열이 발생하기 쉽습니다..
SCC 방지를 위한 설계 및 필요한 경우 무거운 제작 후 적절한 응력 완화 적용.
일반적인 응용 프로그램
용광로 설비 및 가열 요소, 화학 공정 구성 요소 및 배관, 특정 항공우주 배기 장치 및 보조 부품, 및 우수한 제조 가능성과 균형 잡힌 산화/부식 저항이 요구되는 기타 응용 분야.
Inconel® 601 (미국 N06601)
분류 & 표준 준수
일반 Ni-Cr 합금의 내산화성을 향상시키기 위해 개발된 니켈-크롬-철 합금; 일반적으로 시트에서 사용 가능, 튜브 및 바에 사용되며 반복적인 열 순환에 따른 순환 산화 및 스케일 부착이 주요 문제인 곳에 사용됩니다..
주요 화학 성분 (wt.%)
니켈 (~ 안에) ~58.0–63.0; 크롬 (Cr) ~21.0–25.0; 철 (Fe) ~10.0~15.0; 알류미늄 (알) ~0.6–1.8 (작은 Al은 알루미나 형성을 촉진합니다.); 탄소 (기음) ≤0.15.
Cr과 Al의 조합은 우수한 스케일 형성 및 접착력을 위한 야금학적 기초입니다..
온도 성능
탁월한 순환 내산화성 및 최대 1,100°C 중상층까지의 스케일 안정성 (2100~2200°F) 내산화성 특성으로; 하중을 지탱하는 부품을 설계할 때 산화/스케일 한계와 구조적 허용 온도를 별도로 처리합니다..
핵심 장점
주기적 산화 분위기와 스케일 파편으로 인해 수명이 제한되는 상황에서 탁월한 성능을 발휘합니다.; 많은 고용체 Ni 합금에 비해 침탄 및 열 순환에 대한 저항성이 향상되었습니다.; 여전히 합리적으로 성형 가능하고 용접 가능함.
주의사항
높은 산화 한계는 보장된 장기 구조적 강도보다는 스케일 거동을 반영합니다. 해당 온도에서의 크리프 및 파열 특성은 하중을 견디는 품목에 대해 확인해야 합니다..
표준 용접 방식은 허용되지만 층간 온도와 용접 후 처리에 주의를 기울이면 장기적인 성능이 향상됩니다..
일반적인 응용 프로그램
빛나는 튜브, 연소 라이너, 어닐링 및 열처리 장비, 순환 산화 대기에 노출된 화학 공장 구성 요소, 반복적인 가열 및 냉각에서 스케일 부착이 가장 중요한 모든 응용 분야.
Inconel® 718 (미국 N07718)
분류 & 표준 준수
Inconel 718 까다로운 구조용 응용 분야에 널리 사용되는 석출 경화 니켈 기반 초합금입니다.; 바 형태로 제공, 용서, 그릇, 고강도 시트 및 주물, 크리프 저항성과 극저온 인성이 필요합니다..
주요 화학 성분 (wt.%)
니켈 (~ 안에) ~50.0–55.0; 크롬 (Cr) ~17.0~21.0; 니오브 (NB) + 탄탈 (깃 달기) ~4.75–5.50; 티탄 (의) ~0.65–1.15; 알류미늄 (알) ~0.20–0.80; 몰리브덴 (모) 그리고 철 (Fe) 균형을 이루다.
노화 동안 γ'/γ″ 상의 석출을 제어함으로써 강도가 발생합니다..
온도 성능
구조적으로 약 1200~1300°F까지 사용됨 (≒650~704°C) 장기간 로딩을 위해; 극저온에서도 뛰어난 기계적 특성을 유지합니다. (최저 -423°F / -253°C);
내산화성은 최대 1800°F까지 서비스 가능합니다. (비구조적 노출의 경우), 그러나 크리프 고려 사항은 높은 T에서 허용 가능한 설계를 결정합니다..
핵심 장점
노화된 상태에서 높은 항복 강도와 인장 강도, 중온 구조 부품에 대한 우수한 크리프 저항성, 매우 우수한 저온 인성 - 단일 재료가 극저온 및 고온 조건을 모두 견뎌야 하는 경우에 적합합니다..
주의사항
성능은 정밀한 열처리에 크게 좌우됩니다. (솔루션 어닐링 + 정의된 노화주기).
용접에는 전체 특성을 복원하기 위해 용접 후 노화 또는 기타 열처리가 필요할 수 있습니다.; 부적절한 열주기는 기계적 특성을 저하시킬 수 있습니다.
지속적인 고온 하중의 경우 정적 인장 수치보다는 크리프/파단 데이터를 사용하십시오..
일반적인 응용 프로그램
항공우주 회전 및 고정 가스 터빈 부품, 고강도 패스너 및 부속품, 극저온 용기 및 장비, 고압 밸브, 극저온 인성과 고온 강도의 조합이 필요한 기타 응용 분야.
하스텔로이® X (미국 N06002)
분류 & 표준 준수
극한의 온도에서 뛰어난 구조적 강도와 내산화성을 제공하도록 설계된 니켈-크롬-철-몰리브덴 고용체 합금;
일반적으로 고온 구조 및 용광로 응용 분야를 위한 가공 형태로 생산됩니다..
주요 화학 성분 (wt.%)
니켈 (~ 안에) ~47.0–50.0; 크롬 (Cr) ~21.0~23.5; 철 (Fe) ~18.0~21.0; 몰리브덴 (모) ~8.0–10.0; 작은 코발트 (공동) 그리고 텅스텐 (w) 추가.
합금은 스케일 저항성과 고온 고용체 강화를 모두 제공하는 요소의 균형을 유지합니다..
온도 성능
~2200°F에 달하는 지속적인 구조 및 산화 서비스를 위해 설계되었습니다. (1204°C) 적당한 스트레스를 받고 있는;
단기 편차는 더 높을 수 있지만 온도 및 노출 시간이 증가함에 따라 장기 허용 응력은 크게 감소합니다..
핵심 장점
많은 Ni-Cr 합금에 비해 우수한 고온 파단 및 크리프 저항성, 견고한 내산화성/침탄성 보유.
고온 합금의 우수한 용접성과 성형성은 극한의 T에서 하중을 전달해야 하는 복잡한 부품에 매력적입니다..
주의사항
온도와 노출 시간에 따라 장기 파단 강도가 떨어집니다., 따라서 설계는 크리프 파열 데이터에 고정되어야 합니다. (몇 시간에서 몇 년까지) 실온 특성보다는.
용접, 열간 가공 및 열처리는 유해한 석출물 및 국부적 약화를 방지하기 위해 권장 절차를 따라야 합니다..
일반적인 응용 프로그램
고온로 구성 요소, 연소기 라이너, 터빈 덕트 및 기타 가스 터빈 하드웨어, 고온에서 내산화성과 구조적 완전성이 모두 요구되는 석유화학 반응기 부품.
합금 330 (미국 N08330)
분류 & 표준 준수
산업용로 및 열처리 분야의 내산화성, 내침탄성에 최적화된 오스테나이트계 니켈-크롬-철-실리콘 합금; 튜빙으로 공급, 열처리 장비용 시트 및 가공형재.
주요 화학 성분 (wt.%)
니켈 (~ 안에) ~34.0–37.0; 크롬 (Cr) ~17.0~20.0; 철 (Fe) 균형 (대략. 38-46%); 규소 (그리고) ~1.0–2.5; 탄소 (기음) 낮은 (0.05–0.15).
실리콘과 Cr/Ni 밸런스로 스케일 형성 및 내침탄성 향상.
온도 성능
최대 약 2100~2200°F의 산화 및 침탄 서비스에 권장됩니다. (1150~1200°C), 더 높은 여행에서 좋은 단기 행동.
부품의 내부 침탄이 문제가 되는 침탄 분위기에서 탁월한 성능을 발휘합니다..
핵심 장점
용광로 환경에서 산화 및 침탄에 대한 탁월한 저항성; 많은 고함량 니켈 초합금에 비해 비용 효율적; 사용 온도 전반에 걸쳐 오스테나이트 미세 구조를 유지합니다., 위상 불안정성 함정 방지.
주의사항
절대 최고 온도에서 크리프가 큰 구조용 합금으로 사용되지 않음 - 내하중 부품에 대한 크리프 데이터 사용; 열 피로 및 주기적 처짐은 얇은 부분과 벨트의 실패 모드입니다., 따라서 기계 설계에서는 이러한 사항을 고려해야 합니다..
공정 가스 내 할로겐화 또는 강력 환원 화학물질과의 호환성을 확인하세요..
일반적인 응용 프로그램
빛나는 튜브, 용광로 벨트, 열처리 바구니, 보일러 및 굴뚝 부품, 및 교대로 산화 및 침탄 분위기에 노출되는 기타 노 내부.
합금 35-19Cb (메쉬 벨트 제품군, 미국 N06350)
분류 & 표준 준수
니오브 계열 (컬럼븀)-와이어와 같은 얇은 단면 용도로 설계된 안정화된 니켈-크롬 오스테나이트 합금, 연속로의 메쉬 및 컨베이어 벨트.
주요 화학 성분 (wt.%)
니켈 (~ 안에) ~34.0–37.0; 크롬 (Cr) ~18.0~20.0; 철 (Fe) 균형 (≒35~40%); 니오브 (NB) ~1.0–1.5; 탄소 (기음) ≤0.10.
니오븀은 탄화물을 안정화하고 와이어 및 메쉬 구조의 고온 인장 강도를 향상시킵니다..
온도 성능
최대 약 1100°C까지 지속적인 용광로 메쉬 작동을 위해 설계되었습니다. (2012°F) 입증된 서비스 수명 이점 (처짐 감소 및 피로 수명 연장) 동일한 환경에서 비안정화 합금과 비교.
핵심 장점
얇은 단면 형태의 높은 인장 및 크리프 저항성; 니오븀 안정화는 입계 탄화물 형성을 방지하고 결정립계 고갈 및 취성에 대한 저항성을 향상시킵니다.; 주기적 벨트 하중 및 열 피로에 최적화됨.
주의사항
용도는 특화되어 있습니다. 주로 메쉬에 사용됩니다., 철사와 얇은 부품. 메쉬 벨트의 접합 및 수리 절차는 벌크 용접과 다르며 전문적인 기술이 필요합니다..
기계적 설계는 벨트 처짐을 고려해야 합니다., 조기 기계적 고장을 방지하기 위한 열팽창 및 지지 구조.
일반적인 응용 프로그램
연속 소둔로 메쉬 벨트, 열처리 및 금속 가공 라인의 컨베이어 체인 및 얇은 단면 운반 요소.
헤인즈® 25 / L-605 (미국 R30605)
분류 & 표준 준수
단조봉으로 생산되는 코발트 기반 고성능 합금, 시트 및 정밀 부품.
탁월한 황화를 요구하는 환경을 위한 주요 코발트 옵션입니다., 고온에서의 할로겐 및 내마모성.
주요 화학 성분 (wt.%)
코발트 (공동) ~50.0–55.0; 크롬 (Cr) ~19.0~21.0; 텅스텐 (w) ~14.0~16.0; 니켈 (~ 안에) ~9.0–11.0; 철 (Fe) ≤3.0.
높은 텅스텐과 크롬 함량은 강도와 내산화성을 제공하는 반면 코발트는 고온 매트릭스를 형성합니다..
온도 성능
일반적으로 약 1800°F까지 연속 서비스하도록 지정됨 (≒980°C); 최대 2150°F 범위까지 더 높은 단기 노출에서 유용한 강도를 유지합니다. (1177°C) 온도에서의 부하와 시간에 따라 다름.
공격적인 화학적 공격에 대한 뛰어난 저항력이 특징입니다..
핵심 장점
황화에 대한 탁월한 저항성, 니켈 합금이 부족한 습식 염소화 및 공격적인 화학 환경; 강한 마모, 텅스텐으로 인한 마모 및 접촉 피로 저항; 일부 변종은 의료 응용 분야에서 생체 적합성을 나타냅니다..
주의사항
니켈 기반 합금에 비해 더 높은 비용과 더 높은 밀도; 조달 리드타임과 가공 특성이 Ni 합금과 다릅니다.; 화학적 또는 마찰학적 이점이 프리미엄을 명확하게 정당화하는 경우에만 선택하십시오..
용접 및 열처리는 재산 손실을 피하기 위해 주의가 필요합니다.
일반적인 응용 프로그램
고온 베어링, 씰과 샤프트, 부식성이 높은 대기의 연소실 구성 요소, 황화 서비스에 노출된 특정 석유화학 밸브 및 펌프, 생체적합성 등급의 특수 의료용 임플란트 부품.
3. 비교 테이블
이 표는 간결한 정보를 제공합니다., 이 가이드에서 논의된 6가지 내열합금에 대한 엔지니어링 중심 비교. 온도는 °F와 °C로 표시됩니다. (정확하게 변환됨).
| 합금 (일반 이름) | 우리를 | 지속적인 서비스 온도 (타이핑.) | 단기 최고 온도 (타이핑.) | 주요강점 (요약) | 일반적인 응용 프로그램 |
| Inconel® 600 | N06600 | 2000°F / 1093° C | 2100°F / 1149° C | 균형 잡힌 내식성; 좋은 산화 저항; 가공성 및 용접성이 우수함; 안정적인 고용체 미세구조 | 용광로 설비, 화학 처리 장비, 발열체, 식품 가공 하드웨어, 배기 부품 |
| Inconel® 601 | N06601 | 2100~2200°F / 1149–1204°C (산화에 의한) | 2200°F / 1204° C | Al-Cr 시너지로 인한 우수한 산화 및 스케일 접착력; 열 순환 및 침탄에 대한 강한 저항성 | 빛나는 튜브, 연소실, 어닐링 용광로, 회전식 가마, 열처리 장비 |
Inconel® 718 |
N07718 | 1200~1300°F / 649-704°C (구조적); 최저 -423°F / -253°C | 1800°F까지 산화 저항 / 982° C | 뛰어난 항복강도와 인장강도; 뛰어난 내크리프성 및 내피로성; 비교할 수 없는 극저온부터 고온까지의 다용성 | 제트 엔진 구성 요소, 가스 터빈, 극저온 탱크, 고압 밸브, 항공우주 및 에너지 하드웨어 |
| Hastelloy® 엑스 | N06002 | 2200°F / 1204° C | 약 2300°F / 1260° C | 극한의 온도에서도 매우 높은 강도 유지; 우수한 산화, 기화 기화, 및 SCC 저항; 강력한 크리프 파열 성능 | 가스 터빈 연소기, 용광로 라이너, 애프터 버너, 고온 석유화학 반응기 |
합금 330 |
N08330 | 2100~2200°F / 1150–1204°C | 약 2300°F / 1260° C | 내산화성 및 침탄성이 우수함; 안정적인 오스테나이트 구조; 널리 사용되는 용광로 합금 | 빛나는 튜브, 용광로 벨트 및 바구니, 보일러 부품, 배가스 덕트 |
| 헤인즈® 25 (L-605) | R30605 | 1800°F / 982° C | 2150°F / 1178° C | 황화성이 뛰어난 코발트 기반 합금, 할로겐, 내마모성; 우수한 열 안정성 및 생체 적합성 | 고온 베어링, 연소 라이너, 항공 우주 하드웨어, 부식성 서비스 밸브, 의료 임플란트 |
4. 엔지니어링 실무에서 이 가이드를 사용하는 방법
열 프로필로 시작, 온도가 하나도 아니고.
최대 안정 온도 지정, 단기 최고점, 열주기 주파수, 온도에서 예상되는 총 시간.
사용 가장 긴 노출과 제일 높은 부품 크기에 대한 스트레스. (의도된 시간당 수명을 위해 공급업체의 크리프-파단 테이블을 사용하십시오.)
대기 화학 지정.
침탄 → 고Si/Ni 합금 선호 (합금 330, Inconel 601). 황화/할로겐화 → 코발트 합금 고려 (헤인즈 25) 또는 특수 Hastelloy 등급.
산화 순환 서비스 → 인코넬 601 또는 330 스케일 접착용; 구조적 강도가 주요한 경우 Hastelloy X.
하중 케이스 결정: 인장 vs 크리프 vs 피로.
단기 하중 부품의 경우 인장 특성을 사용하십시오.; 장기간 하중을 받는 부품의 경우 크리프/파단 곡선을 사용합니다.; 주기적 기계/열 하중의 경우 피로/열 피로 데이터를 사용합니다. (가능하다면). 크리프 설계를 RT 인장 수치로 대체하지 마십시오..
제작 제약:
사용 가능한 제품 형태 확인 (메쉬 벨트용 와이어, 방사관용 시트, 구조 부품용 바/단조), 및 용접/용접 후 열처리 요건.
718 설계 강도에 도달하려면 제어된 솔루션/연령 주기가 필요합니다.; 많은 Ni 합금은 부식성 노출 시 SCC를 방지하기 위해 응력 완화가 필요합니다..
수명예측 & 테스트:
수명이 제한된 부품을 설계할 때마다, 쿠폰 또는 구성요소 테스트 실행 (산화, 기화 기화, 살금살금 기다, 용접 시험) 대표적인 분위기에서. 공급업체 데이터는 지침입니다. 특정 듀티 사이클을 검증하세요..
5. 결론
단일 고온 합금은 보편적으로 최적이 아닙니다.; 각각은 최대 작동 온도 사이의 교환 공간을 나타냅니다., 산화/침탄 거동, 서비스 온도 범위 전반에 걸친 기계적 강도, 특정 화학물질의 내식성, 및 제조 가능성.
후보자 범위를 좁히려면 이 가이드를 사용하세요., 그런 다음 구성 요소 수준 테스트를 통해 최종 선택을 검증합니다. (산화, 기화 기화, 살금살금 기다, 용접 시험) 중요하거나 수명이 제한된 애플리케이션을 설계할 때 여기에 참조된 공급업체 데이터시트.
