Inconel 690
Einführung in Inconel 690
Inconel 690 ist eine hochchromhaltige Nickellegierung, die speziell für eine überlegene Korrosionsbeständigkeit in aggressiven wässrigen und hochtemperierten Umgebungen entwickelt wurde – insbesondere bei Medien mit schwefelhaltigen Gasen oder starken Oxidationsmitteln. Aufgrund seiner sehr guten Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion und Oxidation ist der Werkstoff in Wärmetauschern, Dampferzeugern und Rohrleitungen von Kernreaktoren weit verbreitet.
Mit einer chemischen Zusammensetzung, die auf Nickel (≥58%), Chrom (27–31%) und Eisen (7–11%) basiert, bietet Inconel 690 eine ausgezeichnete metallurgische Stabilität sowie eine hohe mechanische Festigkeit bei erhöhten Temperaturen. Damit ist es eine Top-Wahl für Branchen wie Kernenergie, petrochemische Verarbeitung und Überhitzersysteme.
Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften von Inconel 690
Inconel 690 (UNS N06690 / W.Nr. 2.4642) erfüllt die Anforderungen von ASTM B167 und ASTM B564 und eignet sich besonders für korrosive sowie oxidierende Umgebungen bei hohen Temperaturen.
Chemische Zusammensetzung (ASTM B167)
Element | Zusammensetzungsbereich (Gew.-%) | Hauptfunktion |
|---|---|---|
Nickel (Ni) | mind. 58,0 | Basiselement; bietet Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit |
Chrom (Cr) | 27,0–31,0 | Schlüssel für Beständigkeit gegenüber hochtemperierten oxidierenden Medien |
Eisen (Fe) | 7,0–11,0 | Balanciert Festigkeit und strukturelle Stabilität |
Silizium (Si) | ≤0,50 | Erhöht die Oxidationsbeständigkeit |
Mangan (Mn) | ≤0,50 | Verbessert die Warmumformbarkeit |
Kohlenstoff (C) | ≤0,05 | Geregelt zur Schweißbarkeit und Stabilität |
Kupfer (Cu) | ≤0,50 | Niedrig gehalten, um lokalisierte Korrosion zu vermeiden |
Schwefel (S) | ≤0,015 | Reduziert die Neigung zu Heißrissen |
Physikalische Eigenschaften
Eigenschaft | Typischer Wert | Prüfnorm/Bedingung |
|---|---|---|
Dichte | 8,19 g/cm³ | ASTM B311 |
Schmelzbereich | 1343–1377°C | ASTM E1268 (DTA) |
Wärmeleitfähigkeit | 14,0 W/m·K bei 100°C | ASTM E1225 |
Elektrischer Widerstand | 1,01 µΩ·m bei 20°C | ASTM B193 |
Wärmeausdehnung | 13,3 µm/m·°C (20–1000°C) | ASTM E228 |
Spezifische Wärmekapazität | 456 J/kg·K bei 20°C | ASTM E1269 |
Elastizitätsmodul | 205 GPa bei 20°C | ASTM E111 |
Mechanische Eigenschaften (geglühter Zustand – ASTM B167)
Eigenschaft | Wert | Prüfnorm |
|---|---|---|
Zugfestigkeit | 580–730 MPa | ASTM E8/E8M |
Streckgrenze (0,2%) | 250–340 MPa | ASTM E8/E8M |
Bruchdehnung | ≥30% (50 mm Messlänge) | ASTM E8/E8M |
Härte | 160–200 HB | ASTM E10 |
Wesentliche Merkmale von Inconel 690
Oxidationsbeständigkeit: Sehr gute Performance in oxidierenden Atmosphären bis 1000°C; bildet eine haftfeste Chromoxid-Schicht, die Zunderbildung sowie Abplatzungen bei Temperaturwechseln minimiert.
Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion (SCC): Besonders widerstandsfähig gegenüber interkristallinem Angriff und chloridinduzierter SCC – ideal für Rohrleitungen von Kernkraft-Dampferzeugern sowie Anwendungen in Chemieanlagen.
Wässrige Korrosionsbeständigkeit: Korrosionsrate unter 0,02 mm/Jahr in siedender 10%iger Salpetersäure sowie sehr gute Beständigkeit gegenüber Laugen (50% NaOH) und hochreinem Wasser.
Thermische Stabilität: Stabilität der Korngrenzen bei Langzeit-Temperaturbeanspruchung; minimiert Karbidausscheidungen und intermetallische Phasenbildung.
Herausforderungen und Lösungen bei der CNC-Bearbeitung von Inconel 690
Bearbeitungsherausforderungen
Werkzeugverschleiß
Der hohe Chrom- und Nickelgehalt fördert Kaltverfestigung und kann abrasive Oxideinschlüsse begünstigen, was die Standzeit deutlich reduziert.
Wärmeentwicklung
Die moderate Wärmeleitfähigkeit führt zu Wärmekonzentration an der Schneide; dies begünstigt Mikroausbrüche (Microchipping) und kann die Oberflächenqualität verschlechtern.
Aufbauschneidenbildung (Built-Up Edge)
Aufgrund der duktilen Werkstoffeigenschaften und Dehnratenempfindlichkeit kann es bei niedrigen Schnittgeschwindigkeiten zu Adhäsion und Schmieren kommen, was Toleranzen und Finish beeinträchtigt.
Optimierte Bearbeitungsstrategien
Werkzeugauswahl
Parameter | Empfehlung | Begründung |
|---|---|---|
Werkzeugwerkstoff | Feinkorn-Hartmetall mit AlTiN- oder CrN-Beschichtung | Beständig gegen Thermoschock und Abrasion |
Beschichtung | PVD, 3–5 µm Schichtdicke | Reduziert Reibung, erhöht die Standzeit |
Geometrie | Positiver Spanwinkel (8°–12°), verrundete Schneidkante | Reduziert Schnittdruck und Aufbauschneide |
Schnittparameter (ISO 3685)
Operation | Schnittgeschwindigkeit (m/min) | Vorschub (mm/U) | Schnitttiefe DOC (mm) | Kühlmitteldruck (bar) |
|---|---|---|---|---|
Schruppen | 20–30 | 0,15–0,25 | 2,0–3,0 | 80–120 |
Schlichten | 35–50 | 0,05–0,10 | 0,5–1,0 | 100–150 |
Oberflächenbehandlung für bearbeitete Inconel-690-Teile
Heißisostatisches Pressen (HIP)
HIP verdichtet Mikrohohlräume und beseitigt innere Porosität unter 100–200 MPa Gasdruck bei 1100–1200°C, wodurch Kriechfestigkeit und Ermüdungslebensdauer – insbesondere bei kerntechnischen Komponenten – deutlich verbessert werden.
Wärmebehandlung
Wärmebehandlung stabilisiert die Mikrostruktur nach der Bearbeitung. Lösungsglühen bei 1065–1095°C mit anschließendem schnellem Abkühlen verbessert die Duktilität und bereitet den Werkstoff für Einsatztemperaturen über 900°C vor.
Superlegierungs-Schweißen
Schweißen von Superlegierungen mit passenden Zusatzwerkstoffen stellt eine Zugfestigkeit der Verbindung von ≥95% des Grundwerkstoffs sicher. Eine präzise Lichtbogenführung minimiert die Beeinflussung in der Wärmeeinflusszone.
Thermische Barrierebeschichtung (TBC)
TBC-Beschichtung trägt 100–300 µm Keramikschichten per Plasmaspritzen auf, senkt die Oberflächentemperatur um bis zu 200°C und verlängert die Standzeit in Turbinen- und Kesselanwendungen.
Funkenerosion (EDM)
EDM erreicht Toleranzen von ±0,01 mm und Oberflächen bis unter Ra 0,4 µm an wärmebehandelten Inconel-690-Bauteilen – bei minimaler mechanischer Belastung.
Tieflochbohren
Tieflochbohren ermöglicht L/D-Verhältnisse bis 50:1 – entscheidend für Dampferzeuger-Rohrleitungen und Verteiler (Manifolds) von Wärmetauschern.
Materialprüfung und Analyse
Materialprüfung umfasst Ultraschall-, Röntgen- und mikrostrukturelle Analysen gemäß ASTM E112 und E292, um innere Integrität und Leistungszuverlässigkeit sicherzustellen.
Industrieanwendungen von Inconel-690-Komponenten
Kernenergie
Dampferzeuger-Rohre, Prall-/Leitbleche (Baffle Plates) und Wärmetauscher.
Beständig in hochreinem Wasser und unter Strahlungseinfluss ohne Versprödung.
Chemische Verfahrenstechnik
Katalytische Reformer, Beiz-Anlagen und Verdampfer (Reboilers).
Geeignet für starke Oxidationsmittel, Salpeter-/Salzsäure sowie Mehrphasenmedien.
Müllverbrennung und Emissions-/Abgasreinigung
Auskleidungen von Abgaskanälen (Stack Liners) und thermische Oxidator-Komponenten.
Beständig gegen Angriffe durch SOx, NOx und halogenhaltige Verbrennungsgase.
Überhitzer und Kesselanlagen
Ofenbauteile, Steigrohre (Riser Tubes) und Hochdruck-Manifolds.
Erhält die strukturelle Integrität bei dauerhafter hoher Temperatur und Druckwechselbeanspruchung.
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