Сплав Incoloy: характеристики, состав, аналоги

Incoloy – семейство высокопроизводительных никелевых сплавов с добавлением железа и хрома, обладающих сочетанием жаростойкости и коррозионной стойкости. Эти сплавы изначально разработаны компанией Inco в 1950-х и ныне выпускаются под торговой маркой Incoloy® компанией Special Metals Corp. 

 Имея в составе менее 50% никеля (остальную часть составляет железо), сплавы Incoloy значительно дешевле близкородственных никелевых сплавов типа Inconel. При этом они сохраняют высокий уровень стойкости к агрессивным средам и прочности при повышенных температурах, благодаря чему широко применяются там, где возможности нержавеющих сталей уже недостаточны (например, горячие кислые растворы, морская вода, длительное нагревание >500 °С). 

 В семейство Incoloy входит несколько марок со своими областями применения – наиболее известны Incoloy 800 (и его модификации 800H/800HT) для длительной работы при высоких температурах, Incoloy 825 для кислотных сред, а также Incoloy 925 – упрочняемый сплав для нефтегазовой отрасли. Ниже рассмотрены основные характеристики этих и других марок Incoloy, их химический состав, свойства, аналоги и практические рекомендации по выбору нужного сплава.

Что такое сплав Incoloy

Сплавы Incoloy – это жаропрочные коррозионностойкие аустенитные сплавы на основе никеля с железом и хромом. Они были разработаны для эксплуатации в экстремальных условиях: при высоких температурах, под нагрузкой и в агрессивных средах, где обычные стали быстро разрушаются. За счёт оптимизированного химического состава Incoloy сочетают стабильность структуры при нагреве (не теряют пластичности, не образуют хрупких фаз), прочность при ползучести и устойчивость к окислению при температурах порядка 800–1000 °С. 

 Одновременно высокий уровень легирования обеспечивает отличную стойкость к коррозии – как общей, так и локальной (питтингу, межкристаллитной коррозии, коррозионному растрескиванию под напряжением). Таким образом, Incoloy предназначены для тех применений, где требуются долговечность и надёжность материалов в условиях, недоступных для нержавеющих сталей.

Основные семейства марок Incoloy

Линейка Incoloy включает десятки марок, которые можно условно разбить на несколько групп по составу и назначению:

• Серия 800
  Это базовые сплавы (Incoloy 800, 800H, 800HT). Содержат ~30–35% Ni, ~20% Cr, остальное Fe, небольшие добавки титана и алюминия. Предназначены в первую очередь для долговременной работы при высоких температурах (печи, теплообменники) благодаря отличной жаропрочности и стабильности аустенитной структуры вплоть до 800–850 °С. Модификации 800H/HT имеют повышенное содержание углерода и контролируемые уровни Al+Ti для максимальной ползунковой прочности при T > 600 °С.
• Сплавы для кислотных сред (Incoloy 825, 020, 028)
  В них базовый Ni–Fe–Cr усиливается добавками молибдена и меди, а также стабилизирующим титаном. Эти марки рассчитаны на коррозионную стойкость в агрессивных кислотах: например, 825 и 020 устойчивы к растворам серной и фосфорной кислот, хлоридсодержащим средам, не подвержены коррозионному растрескиванию под напряжением. Применяются в химической промышленности, энергетике, морских и шахтных средах, где требуется одновременно и коррозионная, и умеренная жаростойкость (до ~540 °С).
• Высокопрочные коррозионностойкие (Incoloy 925, 945, A-286)
  Это сплавы специального назначения, легированные помимо Cr и Mo еще и титаном, алюминием, ниобием – для дисперсионного твердения (старения). Например, Incoloy 925 – возрастно упрочняемый сплав на основе 825, сочетает высокую прочность (после термообработки) с устойчивостью к кислым и хлоридным средам. Он разработан главным образом для нефтегазовых скважин и морских объектов. Incoloy A-286 (известный жаропрочный сплав ЭИ631) – также упрочняемый сплав, содержащий Fe ~55%, Ni ~25%, Cr ~15%, Ti+Mo, применяется в турбинных дисках и крепеже, работающих до ~700 °С.

Кроме того, существуют и другие марки Incoloy для специальных условий – например, Incoloy 330 (Fe–Ni–Cr сплав с добавкой кремния, предназначенный для длительной работы в печах при 900–1000 °С), сплав Incoloy DS для термических печей с колеблющейся атмосферой, экспериментальные сплавы MA956 (дисперсно-упрочненный оксидами) и др. В промышленности наибольшее применение получили всё же 800-я и 800Н/НТ серия, а также 825-й сплав – как наиболее универсальные представители семейств Incoloy.

Состав и структура

Основу всех сплавов Incoloy составляет комбинация никеля, железа и хрома. Никель (30–45%) – главный элемент, формирующий аустенитную структуру и обеспечивающий коррозионную стойкость и жаропрочность сплава. Железо обычно составляет около 22–45% и служит для удешевления сплава, одновременно повышая прочность и сопротивление некоторым видам внутренней коррозии/окисления. Хром (~20–25%) – ключевой элемент для защиты от окислительных сред: он образует на поверхности прочную пассивирующую оксидную плёнку, предохраняя металл от дальнейшего разрушения при нагреве и в агрессивных растворах.

 Дополнительно в состав многих инколоев вводятся специальные легирующие элементы, улучшающие определённые свойства:

• Молибден (Mo) – мощный карбидообразователь и элемент, повышающий стойкость к точечной и щелевой коррозии в присутствии хлоридов. В сплавах типа 825 молибден (≈3%) значительно улучшает сопротивление питтингу и обеспечивает защиту в восстановительных (слабокислых) средах.
• Медь (Cu) – эффективен против коррозии в сильных кислотах (серной, фосфорной). Добавка 2–4% Cu заметно повышает стойкость сплавов 825, 020 к восстанавливающим кислотам – там, где одному хрому сопротивляться трудно.
• Титан (Ti) – вводится в количестве ~0,5–1% для стабилизации структуры и предотвращения межкристаллитной коррозии. Титан связывает углерод в безвредные карбиды титана и тем самым препятствует образованию хромовых карбидов по границам зёрен при охлаждении и сварке. Кроме того, в сплавах типа 800HT повышенное содержание Ti+Al способствует дисперсионному твердению при высокотемпературной выдержке, повышая ползучую прочность.
• Алюминий (Al) – как и титан, участвует в образовании мелкодисперсных упрочняющих фаз при старении. В сплавах 800HT совокупное содержание Al+Ti доведено до ~1%, что улучшает длительную прочность при 600–800 °С.
• Ниобий (Nb) – присутствует в некоторых модификациях (например, Incoloy 825 часто имеет Nb≤1% как остаточный элемент). Он, подобно Ti, служит стабилизатором против межкристаллитной коррозии и может участвовать в упрочняющих процессах.
• Другие элементы: в особых марках могут быть добавлены вольфрам, ванадий, азот и др. Например, экспериментальные сплавы 27-7Mo содержат 7% Mo и 0,3% N для экстремальной стойкости к кислотам, а Incoloy MA956 легирован ~0,5% иттрия (Y_2O_3) и ~5% алюминия и изготовлен механическим легированием для применения в космических ядерных реакторах.

В результате такого многокомпонентного легирования сплавы Incoloy обладают сложной аустенитной структурой с устойчивой фазой γ (на основе никеля) и выделениями карбидов/интерметаллидов при различных условиях термообработки. 

 В отожжённом состоянии они полностью аустенитны (не магнитны), благодаря достаточному содержанию никеля (аустенитообразующего элемента). Ферритной фазы обычно не образуется, поскольку соотношение Ni:Cr и добавление стабилизаторов (Ti, Nb) предотвращает дельта-ферритизацию и σ-фазу даже после длительного нагрева.

Влияние легирования на коррозионную стойкость и жаропрочность

Каждый элемент в составе Incoloy вносит вклад в те или иные эксплуатационные свойства сплава:

• Никель (30–45%)
  Это ключ к коррозионной стойкости в восстановительных средах и к сопротивлению хлоридному растрескиванию под напряжением. Высокое содержание Ni делает сплав благоприятным для пассивации и предотвращает хрупкое растрескивание даже в горячей морской воде и щелочах, где аустенитные стали (с <12% Ni) уже не справляются. Благодаря Ni, инколои остаются пластичными и ударопрочными от криогенных температур до красного каления. При высоких температурах никель повышает жаропрочность за счёт образования устойчивого γ-твердого раствора и предотвращения фазовых превращений.
• Хром (~20%)
  Основной элемент для жаростойкости. При 800–1000 °С Cr образует на поверхности тонкую плотную плёнку оксида Cr_2O_3, препятствующую дальнейшему окислению металла. Поэтому инколои выдерживают длительное нагревание на воздухе и в продуктах сгорания, не теряя массы и не покрываясь окалиной. Также хром обеспечивает стойкость к окислительным кислотам – например, к азотной, концентрированным нитратам, расплавленным солям. Без достаточного Cr (менее ~15%) сплав не сопротивлялся бы этим видам коррозии. В то же время высокохромистые сплавы склонны к хрупкости σ-фазы, но в Incoloy это минимизировано наличием Ni и стабилизаторов.
• Молибден (~3%)
  При эксплуатации в морской воде, хлоридных рассолах, щёлочах Mo препятствует зарождению точечных коррозионных повреждений, смещая потенциал пассивации в благоприятную сторону. Кроме того, молибден вместе с никелем усиливает стойкость в восстановительных (неокислительных) кислотах – например, серной: сплав 825 с 3% Mo гораздо медленнее корродирует в горячей H₂SO₄, чем сплав без Mo (типа 800). С точки зрения жаропрочности Mo также полезен – образуя дисперсные карбиды M_6C и M_23C_6, он препятствует ползучести и повышает прочность при длительном нагреве.
• Медь (1.5–4%)
  Целевая добавка для кислотостойкости. Её присутствие радикально повышает сопротивление сплава серной и фосфорной кислотам. Например, Incoloy 825 с Cu успешно работает в кипящей 40–50% H₂SO₄, где нержавеющая сталь растворилась бы за считанные часы. Медь “отравляет” поверхности, препятствуя катодным реакциям растворения в кислых средах, и тем самым снижает общую скорость коррозии. В жаропрочности Cu роли почти не играет (и даже может понижать температуру плавления), поэтому её содержание ограничено парой процентов.
• Титан, ниобий (~0.5–1%) – стабилизаторы структуры
  Их главная роль – связать углерод, не дать ему образовать карбиды хрома по границам зёрен. Благодаря этому инколои можно сваривать и эксплуатировать без риска межкристаллитной коррозии и без дополнительной термообработки. Например, сплавы 825, 925 стабилизированы титаном, поэтому после сварки не требуют закалки для восстановления коррозионной стойкости (в отличие от многих нержавеющих сталей). Кроме того, Ti и Nb участвуют в дисперсионном упрочнении: после специально заданной термообработки (старения) они образуют мелкие фазы Ni₃(Ti,Al) или Ni₃Nb, заметно повышающие твердость и прочность. Именно на этом эффекте основано высокое сопротивление деформации у Incoloy 925, А-286 и др.
• Алюминий (~0.3–0.6%)
  Он тоже способствует упрочнению при старении (вместе с Ti). В сплавах серии 800 алюминий дополнительно улучшает жаростойкость, формируя на поверхности тугоплавкую Al₂O₃, особенно в сернистых атмосферах. Однако избыток Al может вызывать хрупкость, поэтому его содержание ограничено.
• Углерод (~0.05%)
  Несмотря на низкий процент, влияет на долговременную прочность. Например, у Incoloy 800H поднятие углерода с 0,02% до ~0,08% удвоило время до ползучего разрыва образцов при 650 °С. C образует карбиды (M_23C_6, M₆C), которые тормозят ползучесть, но одновременно чрезмерный C может ухудшать свариваемость. Поэтому баланс C тщательно контролируется (в 800H/HT держится ~0,06–0,08%, а в коррозионно-стойком 825 наоборот минимален <0,03–0,05% во избежание выделений).
• Другие элементы
  Например, кремний (Si) часто присутствует ~0,2–0,8% как раскислитель и для повышения окислительной стойкости (в Incoloy 330 ~1% Si улучшает сопротивление науглероживанию и окислению в печах). Марганец (Mn ~1%) улучшает технологичность, серу стараются минимизировать (<0,01%) во избежание горячих трещин при сварке.

Таким образом, легирование Incoloy – это тонкий баланс: достаточный никель и хром для общей коррозионной стойкости и жаропрочности; медь и молибден для специфических агрессивных сред; титан/алюминий/ниобий – для структурной стабильности и упрочнения; и контролируемые примеси для технологичности. Результат – сплав, способный работать там, где сталь “не справляется”, и при этом более экономичный, чем полностью никелевые суперсплавы.

Характеристики сплава Incoloy

Далее разберем основные свойства данного сплава, которые оказывают влияние на возможности его применения в тех или иных сферах.

Механические свойства (прочность, текучесть, пластичность)

Механическая прочность

 У сплавов Incoloy она находится на высоком уровне для аустенитных материалов. В отожжённом состоянии (без упрочнения) типичные значения: предел прочности σ_B ≈ 500–600 МПа, предел текучести σ_0.2 ≈ 200–250 МПа, относительное удлинение δ ≥ 30%. Например, Incoloy 825 имеет σ_B ≥ 586 МПа и σ_0.2 ≈ 241 МПа при 30% удлинения, что сопоставимо с прочными марками нержавеющей стали, превосходя последние по прочности при высоких температурах. Сплав 800 несколько менее прочен при комнатной температуре (σ_B ~515 МПа, σ_0.2 ~205 МПа), но зато сохраняет эти характеристики вплоть до 600 °С.

 Отдельные марки Incoloy, подвергнутые старению или холодной деформации, демонстрируют ещё более высокую прочность. Так, Incoloy 925 после термообработки достигает σ_0.2 > 550 МПа и σ_B ~ 800–900 МПа – сравнимо с титаном или закалёнными легированными сталями. Аналогично, дисперсионно-упрочняемый A-286 имеет σ_B ~896 МПа, σ_0.2 ~586 МПа (при δ ~15%). Такие показатели позволяют применять эти сплавы в деталях с высокими требованиями по нагрузке (например, резьбовые соединения труб нефтяных скважин, крепёж горячих зон турбин и т.п.).

 Твёрдость 

 Она для инколоев в неупрочнённом состоянии умеренная – обычно HRC ~15–20 (или HB ~130–170), благодаря чему они хорошо поддаются обработке резанием. После старения твёрдость возрастает (Incoloy 925 может достигать ~HRC 30–35).

 Ударная вязкость и хладноломкость

 Сплавы Incoloy сохраняют вязкость вплоть до криогенных температур, не переходя в хрупкое состояние (за счёт чисто аустенитной структуры). Для отожжённого материала ударная работа KCU обычно 150–200 Дж/см² при 20 °С и снижается до 100+ Дж/см² при -100 °С – что существенно выше, чем у высокопрочных сталей. Это делает инколои востребованными для криогенной техники (резервуары СПГ и пр.), хотя основное их применение – высокотемпературное.

 Ползучесть и длительная прочность

 Сплавы типа 800H/HT специально оптимизированы для сопротивления ползучести. Например, допускаемые напряжения для Incoloy 800H при 650 °С составляют порядка 70 МПа для ресурса 100 000 ч, что заметно превышает аналогичные параметры жаропрочных сталей. У Incoloy 800HT эти показатели еще на ~20% выше благодаря оптимальному содержанию Al+Ti. 

 Это означает, что конструкции из инколоя могут долго работать под нагрузкой при 600–800 °С без разрушения – например, трубопроводы горячего пара, змеевики печей крекинга и т.п. В то же время при температурах выше ~900 °С ползучая прочность инколоев начинает резко падать, и для сверхвысоких температур (1000 °С и более) обычно применяются сплавы Инконель или Хастеллой с содержанием Ni>50%. Граница эффективного применения Incoloy – около 980 °С (1800 °F), выше которой уже требуются более тугоплавкие материалы.

 Модуль упругости

 У никелевых сплавов Incoloy он составляет ~195 000 МПа при 20 °С (что близко к стали) и снижается до ~150 000 МПа при 800 °С. Коэффициент термического расширения – порядка 13–15·10^-6 1/К (между 20 и 800 °С), чуть выше, чем у нержавеющих сталей – это следует учитывать при соединении с другими материалами.

 В целом, механические свойства сплавов Incoloy характеризуются сочетанием высокой прочности, вязкости и стабильности при нагреве, что обеспечивает надёжность конструкций в сложных условиях эксплуатации.

Жаростойкость и ползучесть: рабочие температуры

Жаростойкость

 Сопротивление окислению и науглероживанию – одно из сильных качеств инколоев. Благодаря ~20% Cr они образуют плотную оксидную плёнку и могут длительно работать на воздухе при температурах вплоть до 1000 °С без заметной окалины. Например, Incoloy 800 успешно применяется при 800–850 °С в среде дымовых газов и технологических печей, сопротивляясь коррозии от сернистых продуктов и углеводородов. Специально легированный кремнием Incoloy 330 сохраняет поверхность металлической даже при 950–1000 °С, выдерживая многократные циклы нагрева-охлаждения (его применяют для подовых плит и корзин печей).

 Однако следует учитывать, что жаростойкость зависит от среды: в чистом окислителе (воздух, кислород) инколои ведут себя отлично, а вот в восстановительных газах при высокой температуре (например, водород, метан без кислорода) они могут испытывать карбюризацию. Несмотря на название “науглероживание”, сплавы Incoloy довольно стойки и к этому явлению – опять-таки благодаря Cr и небольшим добавкам Si. Тем не менее, в средах типа нагретого синтез-газа (H₂, CO, CH₄) при 700–900 °С возможна диффузия углерода в металл с образованием карбидных сеток, что постепенно снижает пластичность. Для таких условий создана, например, марка Incoloy DS с повышенным кремнием и редкоземельными присадками, лучше сопротивляющаяся карбюризации. В целом же, при наличии даже следов кислорода или воды инколои формируют хромооксидный барьер и не подвержены существенному науглероживанию.

 Рабочие температуры

 Длительно допустимая температура ~540–550 °С для расчетных аппаратов под давлением (по нормам ASME для 825), до ~800 °С – для 800H/HT с точки зрения ползучести (например, паропроводы, печные трубки)

 Кратковременно Incoloy выдерживает до ~1000 °С – без значительной нагрузки (например, сетки, муфели в печах). Интервал 600–800 °С – наиболее характерен для применения многих инколоев: при таких температурах обычные стали склонны к отпускной хрупкости, образованию σ-фазы и быстрому выгоранию, тогда как Incoloy сохраняют прочность и целостность структуры.

 Ползучесть

 Это способность материала деформироваться под длительной нагрузкой. У инколоев она контролируется легированием и термообработкой. Для конструкций, рассчитанных на многолетнюю службу при высоких температурах, выбирают сплавы 800H/800HT: у них замедленная скорость ползучести благодаря крупному зерну и карбидному упрочнению. Практика показала, что 800H служит в трубопроводах пара при 600 °С десятилетиями без существенных деформаций при напряжениях порядка десятков МПа. Предельно допустимые температуры ползучей прочности оговариваются стандартами – например, Incoloy 825 ограничен 538 °С для давления согласно ASME Boiler Code (выше – металл теряет гарантированную стойкость), а для 800H установлены допускаемые напряжения вплоть до ~760 °С. При температуре >980 °С ползучесть резко ускоряется – тут уже требуются сплавы типа Inconel X-750, Rene и т.п., которые специально армированы γ′-фазой для работы при 1000–1100 °С.

 Термоударная стойкость

 У инколоев она достаточно высокая – они переносят резкие изменения температуры лучше, чем хрупкие жаростойкие стали. Например, трубы из 800HT выдерживают циклы нагрев/охлаждение между комнатной и 800 °С без растрескивания, что важно для печного оборудования. Тем не менее, следует избегать быстрых охлаждений толстостенных деталей из упрочнённых сплавов (925, A-286) во избежание термических напряжений.

 Подводя итог, сплавы Incoloy обеспечивают надежную работу в диапазоне примерно -200 °С…+800 °С, сохраняя механические свойства и противостоя высоким температурам лучше, чем нержавеющие стали. Это делает их оптимальным материалом для “пограничных” температурных областей, где сталь уже не годится, а суперсплавы типа Inconel ещё не требуются.

Коррозионная стойкость: среды и ограничения

Коррозионная стойкость – одно из ключевых преимуществ сплавов Incoloy. Они разработаны так, чтобы противостоять широкому спектру агрессивных сред, где обычные стали корродируют неприемлемо быстро. 

 Основные виды коррозии, от которых защищают инколои:

• Общая (равномерная) коррозия в кислотах: Incoloy 825 и сходные ему сплавы устойчивы к кислотам как окислительного, так и восстановительного характера. Практически это означает отличную стойкость в серной, фосфорной, азотной, органических кислотах умеренной концентрации. Так, в 50% серной кислоте при 50 °С скорость коррозии 825-го сплава на порядки ниже, чем у нержавейки 316L. Медно-легированные инколои (825, 020) особенно эффективны против серной кислоты – одной из самых агрессивных для сталей (316L в горячей H₂SO₄ быстро “съедается”). Добавим, что инколои устойчивы и к щелочам: например, никелевые сплавы традиционно применяются для едкого NaOH, KOH – Incoloy также подходит для концентрированных щелочей при кипении, где сталь теряет пассивность.
• Локальные виды коррозии: питтинг и щелевая коррозия. Здесь большую роль играют Mo и Cr. Сплав 825 с ~3% Mo и 22% Cr имеет очень высокий показатель стойкости к питтингу (PREN > 30). Он не образует питтинги даже в хлоридных средах средней агрессивности. Например, в морской воде при обычных температурах 825 практически не поражается коррозией, тогда как нержавеющая сталь 304 уже покрывается питтингами через короткое время. Щелевая коррозия (в застойных зонах под прокладками, отложениями) инколоям тоже не страшна до определённых пределов благодаря тому же молибдену. Конечно, существуют ограничения: при очень высокой хлоридности и температуре (например, рассол +150 °C) могут потребоваться сплавы с ещё бóльшим Mo (типа Hastelloy C), но в большинстве промышленных условий Incoloy превосходит любые нержавейки по стойкости к местной коррозии.
• Коррозионное растрескивание под напряжением (КРН) – бич аустенитных сталей в горячих хлоридах (например, кипящая MgCl₂). Сплавы Incoloy благодаря высокому содержанию никеля не подвержены хлоридному КРН. Это одно из изначальных требований: Incoloy 800 и 825 разрабатывались для замены нержавеющих труб в условиях, где последние трещали от КРН. Практика подтвердила: инколои сохраняют целостность и пластичность при одновременном воздействии растягивающих напряжений, повышенной температуры и присутствии хлорид-ионов – сочетания, крайне опасного для сталей. Поэтому эти сплавы рекомендуются для теплообменников с морской водой, водоохлаждаемых кислотных систем и т.п.
• Межкристаллитная коррозия (МКК) – успешно предотвращается легированием Ti/Nb. Incoloy стабилизированы так, что не чувствительны к МКК после сварки и термовоздействий. Даже в сильных окислителях (кипящая азотная кислота) или в присутствии полифосфатов сплав 825 не проявляет МКК, если соблюдены стандартные условия эксплуатации. Конечно, грубые нарушения (например, очень медленное охлаждение через 500–700 °С без стабилизирующих элементов) могут привести к выделениям карбидов и МКК – но в норме этого не происходит.
• Эрозионная коррозия: в потоке жидкостей с твердыми включениями инколои проявляют высокую эрозионную стойкость, сходную с нержавеющими сталями. Твёрдость их матрицы невысока, но за счёт пассивации поверхностный слой быстро восстанавливается. Поэтому в условиях, где коррозия сочетается с абразивным износом (например, шлам с песком в трубах), Incoloy работает лучше мягкой медной или углеродистой стали, но может уступать упрочнённым сплавам.

Технологичность: сварка, обработка резанием, термообработка

Сплавы Incoloy разработаны с учётом удобства изготовления изделий, максимально приближенного к технологиям для сталей. Многие процессы – сварка, резание, формовка – выполняются схожим образом, однако есть и особенности:

• Свариваемость
  У инколоев она считается хорошей. Все основные марки (800H, 825 и др.) можно сваривать дуговой сваркой (ручной и автомат), аргонодуговой (TIG/GTAW), полуавтоматом (MIG) и другими методами без риска горячих трещин или МКК. Важное преимущество – отсутствие необходимости последующей термообработки для восстановления коррозионной стойкости. В отличие от, скажем, нерж. стали 12Х18Н10Т, где сварные швы могут требовать закалки, Incoloy сохраняет антикоррозионные свойства в околошовной зоне за счёт стабилизации Ti/Nb.
  Тем не менее, правила сварки для никелевых сплавов требуют тщательной очистки кромок, использования подходящих присадочных материалов и контроля температуры межпроходов. Обычно применяют фирменные никелевые присадки типа ENiCrFe-2/3 для 800-й серии и NiCrMo-3 для 825, чтобы обеспечить металл шва эквивалентного состава (особенно по содержанию Ti, Nb, Mo). Это гарантирует, что шов не станет анодным по отношению к основному металлу.
  Рекомендуется не допускать перегрева при сварке – т.к. низкая теплопроводность никеля может привести к широким зоналам термического влияния. Охлаждать нужно постепенно, чтобы избежать термических напряжений. Предварительный подогрев обычно не нужен (сплавы аустенитные, не склонны к холодным трещинам), но для громоздких изделий может применяться ~100–150 °С подогрев для снятия напряжений.
  После сварки зачастую выполняется разрешающий отжиг (например, 920–980 °С с водяным охлаждением) – он улучшает пластичность шва и растворяет возможные карбиды, однако это не строго обязательно.
  В целом, сварка Incoloy мало отличается от сварки аустенитных нержавеек, и при соблюдении технологии швы получаются прочными и коррозионно-стойкими. Практика показывает отсутствие трещин и пор в швах при использовании правильных присадок и чистом процессе.
• Обработка резанием
  Incoloy причисляют к относительно трудноподдающимся обработке материалам, подобно нержавеющей стали высокой прочности. Это связано с высокой вязкостью и наклёпываемостью сплава. При токарной, фрезерной обработке рекомендуется использовать инструментальные сплавы с высокой твёрдостью (твёрдый сплав, керамика) и пониженные скорости резания. Из-за тенденции к наклёпу важно избегать длительного трения без съёма стружки; лучше брать умеренные глубины резания, чтобы каждый проход снимал наклёпанный слой.
  Охлаждение – обильное, эмульсией или маслом, для выноса тепла (иначе никелевый сплав быстро перегревает режущую кромку). Применяя оптимальные режимы, можно достичь хорошего качества поверхности и приемлемого стойкости инструмента. Например, при точении Incoloy 825 используют V=15–20 м/мин (для твердосплавных пластин), малую подачу ~0,1 мм/об и большой положительный передний угол резца – это снижает наклёп.
  Сверление требует острых сверл с тщательной заточкой и подводом СОЖ – иначе вязкая стружка может залипать. В целом обрабатываемость инколоев оценивается как средняя: несколько хуже, чем у среднеуглеродистых сталей, но вполне выполнимая стандартными методами.
• Обработка давлением (ковка, штамповка, прокатка)
  Сплавы Incoloy пластичны в горячем состоянии и могут успешно деформироваться. Температурный интервал горячей обработки обычно 1150–900 °С. Начало ковки – при максимально возможной температуре (но не выше ~1200 °С, чтобы избежать зерногранулярного разрушения), окончание – не ниже ~900 °С, иначе растёт сопротивление деформации. После горячей деформации изделия обычно подвергают отжигу для снятия напряжений и для растворения возможных фаз. Холодная обработка (катание, вытяжка проволоки) также применима, но вызывает значительное упрочнение материала. Например, холоднотянутые трубки Incoloy приобретают +50% к прочности, но теряют пластичность – требуется заключительный рекристаллизационный отжиг.
• Термообработка
  Основной режим для инколоев – это растворяющий отжиг (solution annealing). Как правило, он проводится при 930–1050 °С с быстрым охлаждением (в воде или на воздухе) для получения однородного аустенита без выделений. Отжиг восстанавливает пластичность после холодной деформации и обеспечивает оптимальную коррозионную стойкость. Например, стандарт ASTM B564 для поковок 825 требует отжиг ~940 °С с водой, чтобы гарантировать растворение карбидов и интерметаллидов.
  Другой важный режим – старение (дисперсионное твердение), применяемый к сплавам 925, A-286 и др. Он обычно состоит из закалки с высокой температурой (например, 925 калят с 1000–1020 °С) и последующего выдерживания при промежуточной температуре ~700–750 °С в течение нескольких часов. За это время выпадают γ′-фаза и интерметаллиды, повышающие твёрдость и прочность. Старение применяют только к специально разрабатывавшимся для этого маркам (обычный 825 старению не подвергают – он должен оставаться пластичным).

Общие рекомендации: инколои следует обрабатывать чистым инструментом, избегая контактной контаминации обычной сталью (например, использовать шлифовальные круги и щётки, не загрязнённые углеродистой сталью, чтобы не внедрять инородное железо на поверхность и не провоцировать гальваническую коррозию). При хранении и транспортировке заготовки Incoloy защищают от контакта с хлорсодержащими веществами (во избежание коррозии под напряжением). В остальном, эти сплавы достаточно неприхотливы в обращении – механические и сварочные цеха, освоившие нержавейку, обычно успешно работают и с Incoloy, лишь с некоторой корректировкой режимов.

Области применения

Сплавы семейства Incoloy нашли применение во множестве отраслей промышленности, особенно там, где одновременно присутствуют высокие температуры и агрессивные среды (коррозионные жидкости или газы). Ниже рассмотрим несколько ключевых областей:

• Нефтегазовые скважины: Incoloy 825 и 925 применяют для НКТ, обсадных труб, арматуры и крепежа; сплавы устойчивы к сульфидации и хлоридному КРН и обеспечивают длительный ресурс под давлением.
• Подводные трубопроводы и морские платформы: 825 для труб и запорной арматуры, где сочетаются морская вода и H₂S; материал минимизирует питтинг и растрескивание при повышенной температуре.
• Переработка природного газа (кислые конденсаты): детали аппаратов осушки/компримирования из 825 или его аналогов; сплавы сдерживают коррозию от кислотных конденсатов и хлоридов.
• Химическая промышленность (горячие кислоты): 825 используется для теплообменников, реакторов, трубопроводов в серной/фосфорной кислотах и смешанных средах; часто выбирается как альтернатива титану по совокупности свойств и стоимости владения.
• Системы очистки дымовых газов (скрубберы): форсунки, трубопроводы и крепеж из 825 работают в кислых конденсатах без локальной коррозии.
• Ядерная химия/топливный цикл: баки, трубопроводы и теплообменники делают из сплава 825 для сред с HNO₃/Cl⁻; материал сохраняет стойкость и после сварки.
• Теплоэнергетика (пароперегреватели, трубопроводы пара): 800H/800HT в зоне 500–700 °С обеспечивают высокую ползучую прочность и устойчивость к паровой коррозии.
• Технические печи и термоагрегаты: 800H/800HT используют для муфелей, реторт, змеевиков пиролиза; 330 (до ~1000 °С) для корзин, подвесов и элементов, подверженных науглероживанию.
• Электронагреватели (ТЭНы): оболочки и спирали из 800 работают при ~800 °С с контактами вода/пар без ускоренной окалинообразования и коррозии.
• Газовые турбины и авиация (умеренно горячие зоны): A-286 и 800H применяются для крепежа, колец, корпусов камер; важны свариваемость, стабильность размеров и сопротивление ползучести до ~700 °С.
• Морские и прибрежные системы: 825 подходит для опреснения, судовых теплообменников и выхлопных трактов; сплав выдерживает горячую морскую воду и кислые конденсаты.
• Судовые энергетические установки: 800H в экономайзерах и пароперегревателях — это “двойная защита” от хлоридов и высокотемпературной коррозии газов.
• Геотермальные скважины и станции: сплав 825 применяется для теплообменных труб, клапанов и обсадных колонн в горячих рассолах (Cl⁻/CO₂/H₂S), где нержавейки дают локальную коррозию.
• Хранение и транспортировка агрессивных веществ: резервуары, облицовки и цистерны под концентрированные кислоты и отходы производятся из 825 — для герметичности и долгого ресурса.

Аналоги сплава Incoloy

Под аналогами обычно понимают материалы, близкие по составу и свойствам, которые могут заменить друг друга в различных нормативных системах или у разных производителей. Для сплавов Incoloy важно знать их обозначения в разных стандартах и понимать, чем они отличаются от других семейств (Inconel, стали).

 Ниже приведено соответствие марок Incoloy основным международным обозначениям и близким аналогам:

Incoloy (коммерч. марка)	UNS / ASTM	DIN/EN (W.Nr)	Российский аналог (ГОСТ)	Близкие аналоги других фирм
Incoloy 800	UNS N08800	W.Nr 1.4876	ХН32Т (ЭИ670)	VDM “Nicrimphy 32 20” Cronifer 1925Ti
Incoloy 800H	UNS N08810	W.Nr 1.4958	ХН32Т (повыш. C)	Нет (марка 800Н задаётся условиями поставки)
Incoloy 800HT	UNS N08811	W.Nr 1.4959	ХН32Т (повыш. C, Al+Ti)	Нет
Incoloy 825	UNS N08825	W.Nr 2.4858	ХН38ВТ (ЭИ703)	VDM “Nicrofer 4221” Cronifer 1925hMo
Incoloy 925	UNS N09925	(нет отдельного)	частично ХН38ВТ	ATI Alloys 925 (аналогичный состав)
Incoloy 20 (Alloy 20)	UNS N08020	W.Nr 2.4660	08Х20Н20М4Д (ЭИ265)	Carpenter 20Cb-3 (оригинальный разработчик)
Incoloy 28 (Alloy 28)	UNS N08028	W.Nr 1.4563	10Х17Н13М2Т	Sandvik Sanicro 28 (торговое название)
Incoloy A-286	UNS S66286	W.Nr 1.4980	ЭИ631 (96ХНФТЮ)	Haynes 286, VDM A286 (эквивалентные)

Примечания:

• Для 800H/HT единого “аналога” нет – эти обозначения используются самой Special Metals для обозначения Incoloy 800 с определёнными пределами по C, Al, Ti. В других классификациях (UNS, DIN) они выделены своими номерами. Российский ХН32Т в принципе покрывает и 800, и 800H/HT, если выплавлен по нужным свойствам.
• Incoloy 825 = N08825 = W.Nr 2.4858 фактически = сплав 06ХН28МДТ по старой советской маркировке (близкой по составу: 28%Ni, 22%Cr, 3%Mo, 2%Cu, Ti) – в таблице обозначен как ХН38ВТ (ЭИ703), это одна из вариаций такой стали.
• Alloy 20 и Alloy 28 исторически разрабатывались другими компаниями (Carpenter, Sandvik) и официально торговая марка Incoloy к ним может не применяться, но иногда их относят к семейству Incoloy как Incoloy 020 и Incoloy 028, поскольку это тоже никель-железо-хромовые сплавы с Cu и Mo для кислот.
• Большинство западных производителей (VDM, Carpenter, Haynes, ATI и др.) выпускают аналоги инколоев под собственными названиями: например, Nicrofer 4221 – это тот же Incoloy 825, NCF 800 (Hitachi) – Incoloy 800, и т.д. В технической документации зачастую приводят эти синонимы.

Как видно из таблицы, аналогов в прямом смысле – материалов с идентичным составом – у Incoloy достаточно много, так как многие страны стандартизировали эти сплавы. Поэтому при подборе материала важно убедиться, что выбран именно эквивалентный сплав. К примеру, европейская сталь X1NiCrAlTi32-21 (1.4876) – это полный аналог Incoloy 800, а вот более дешёвая отечественная сталь 20Х23Н18 (без Ti и Al) – уже нет, хотя по CrNi она близка.

Сплавы Incoloy представляют собой универсальное решение для задач, где требуется одновременно коррозионная стойкость и жаропрочность. Они выгодно заполняют нишу между нержавеющими сталями (которые не справляются в чрезмерно агрессивных или горячих средах) и более дорогими никелевыми суперсплавами типа Inconel (необходимыми лишь при экстремальных температурах выше 1000 °С).

 Подбирая конкретную марку Incoloy под свои условия, важно ориентироваться на приведённые в статье характеристики. Например, Incoloy 825 – оптимален для кислотных и морских сред до ~540 °С, Incoloy 800H/HT – для длительной работы при 600–800 °С, Incoloy 925 – для сочетания коррозионной стойкости с высокими нагрузками в нефтегазе, а Incoloy 330 – для элементов печей около 1000 °С.

 При правильном выборе и соблюдении технологии изготовления сплавы Incoloy обеспечивают долгий срок службы оборудования, уменьшая простои и риск аварий.

В каталоге на сайте СПб Металл вы можете ознакомиться с ассортиментом стали и сплавов разных марок, в том числе и Incoloy. Наша продукция применяется для самых ответственных задач, где важны высокая прочность, износостойкость и другие характеристики. Если вам потребуется консультация, вы всегда можете обратиться к нашим специалистам по телефону или с помощью форм обратной связи на сайте.