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NS 112 (Incoloy 800)

 (1Cr20Ni32Fe ) 、NS 112、Incoloy 800 合金的質量分數含碳小于0.1%,含鉻20%左右，含鎳32%左右，并含少量鋁、鈦的鐵-鎳耐蝕合金是Ni-Fe-Cr系合金的代表性牌號，通稱Incoloy 800合金。此合金是 為了節約鎳基合金中的Ni于1949年發展的。隨著化學加工業和核動力工業的發 展，需要量的在各種腐蝕環境下工作的換熱設備。長時間以來，換熱設備水側所 引起的應力腐蝕破裂事故嚴重威脅著設備的安全運行和影響生產廠的經濟效益, 尋求一個適用性寬廣的耐應力腐蝕破裂合金受到工業界的普遍關注。在一些高溫高壓水中，在Ni-Fe-Cr合金體系中由于存在著一個既不產生穿晶又不產生晶間應力腐蝕破裂的Ni區間，而且Cr20Ni32Fe合金的鎳含量恰好處于此區間（圖10-1）, 且價格又遠低于鎳基合金，因此這類合金得到了深入的研究和發展，派生出許多合金牌號，按化學成分和用途至少可將Cr20Ni32型合金劃分成標準型、高碳型、中碳型和低碳型四種。

  標準型是(shi)早期的Cr20Ni32型合(he)金，碳含量0.1%。

  高碳型合金的碳含(han)量(C)處于0.05%~0.1%之間。主要用(yong)于600℃以上， 具有粗晶粒、高蠕變強度的特點(dian)。在化工、電廠(chang)、石油(you)化學(xue)工業中(zhong)的過熱(re)器、再(zai)熱(re)器、高溫加熱(re)、轉化、裂解(jie)爐(lu)管等方面應用(yong)。

  中碳(tan)型合金的碳(tan)含量在0.03%~0.06%范圍之(zhi)間(jian)，具有中等晶粒(li)度，一 般用于350℃~600℃ 使用的過熱(re)器(qi)、再(zai)熱(re)器(qi)等熱(re)強部件。也適(shi)用于高溫(wen)(750℃)氣(qi)冷堆換熱(re)器(qi)。

  低碳(tan)型(xing)有時也稱改良型(xing)。它是標準型(xing)合(he)金(jin)(jin)Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)(jin)的改進(jin)和(he)(he)發(fa)展。我 國(guo)鋼標號為00Cr20Ni32AlTi。碳(tan)含量(C)低于0.03%并要求控制合(he)金(jin)(jin)中的Ti/C和(he)(he)Ti/C+N比(bi)值(zhi)以及Al、Co等含量。此合(he)金(jin)(jin)的特點(dian)是超低碳(tan)、細晶粒，充分穩定化、耐應力腐蝕性(xing)能優良,低碳(tan)型(xing)合(he)金(jin)(jin)使(shi)用溫度≤350℃ ,主要用于壓水堆蒸發(fa)器。

一、化學成分和組(zu)織(zhi)結構(gou)

  經(jing)近60年(nian)的(de)(de)(de)(de)演變、發展的(de)(de)(de)(de)各種Cr20Ni32合金(jin)的(de)(de)(de)(de)派生牌號(hao)的(de)(de)(de)(de)化學(xue)成分列于(yu)表 10-2。

  表(biao)10-2所(suo)列合(he)金(jin)在高溫固溶快冷條(tiao)件下的(de)組織(zhi)為奧(ao)氏體(ti)，但(dan)在500~900℃ 中溫加(jia)熱，此(ci)合(he)金(jin)有(you)(you)可(ke)能(neng)(neng)(neng)處于(yu)雙(shuang)相(xiang)區(qu)，對于(yu)Ni處于(yu)下限(xian)(xian)，Cr處于(yu)上限(xian)(xian)的(de)合(he)金(jin)可(ke)能(neng)(neng)(neng)性更大。業(ye)已發現，在650℃和750℃長期加(jia)熱有(you)(you)δ相(xiang)析(xi)出，但(dan)數(shu)量較少，尚不足以(yi)影響合(he)金(jin)的(de)斷裂(lie)性能(neng)(neng)(neng)。

  合金的(de)析出(chu)行為C曲線(xian)，如圖10-10 所示(shi)，析出(chu)相種(zhong)類和(he)數量受合金成(cheng)分和(he)受熱條件所制約。

二、力學性能(neng)

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合金的(de)(de)室(shi)溫(wen)(wen)(wen)力(li)學性能匯總于表10-3,典型的(de)(de)室(shi)溫(wen)(wen)(wen)抗(kang)拉(la)和抗(kang)壓強度見表10-4。表10-5為(wei)超低碳型 Cr20Ni32Fe合金的(de)(de)室(shi)溫(wen)(wen)(wen)和350℃的(de)(de)力(li)學性能。 溫(wen)(wen)(wen)瞬時拉(la)伸性能如圖(tu)10-11和圖(tu)10-12所示。Cr20Ni32Fe 合金的(de)(de)高溫(wen)(wen)(wen)長時力(li)學性能見表10-6、圖(tu)10-13和圖(tu)10-14。

三、耐蝕(shi)性能

  1. 全面腐蝕

  Incoloy 800合金具有良好的耐HNO3、有機酸、除鹵素鹽外的氧化性和非氧化鹽類的腐蝕，在硝酸中，它可經受沸騰溫度70% HNO₃的腐蝕。在各種介質中的耐蝕性見表10-7。

  2. 高溫腐(fu)蝕

  盡(jin)管Cr20Ni32Fe合金(jin)(jin)在(zai)濕(shi)態介(jie)質中具有(you)較好(hao)(hao)的(de)(de)(de)耐蝕(shi)性(xing)，但此類(lei)合金(jin)(jin)良好(hao)(hao)的(de)(de)(de)耐高(gao)溫(wen)腐(fu)蝕(shi)性(xing)能是(shi)其(qi)突出優點。在(zai)高(gao)溫(wen)條件(jian)下，由(you)于合金(jin)(jin)中具有(you)較高(gao)的(de)(de)(de)銘含量(liang)和(he)足夠的(de)(de)(de)鎳含量(liang)，使其(qi)能形(xing)成防護性(xing)良好(hao)(hao)的(de)(de)(de)氧化(hua)膜(mo)，具有(you)良好(hao)(hao)的(de)(de)(de)抗滲碳性(xing)能，是(shi)耐高(gao)溫(wen)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)良好(hao)(hao)材料(liao)，在(zai)工業中得到(dao)了廣泛應(ying)用。

  在高(gao)溫爐氣中 Cr20Ni32Fe合金的(de)耐蝕(shi)性優于(yu)一(yi)般奧氏體不銹鋼，數(shu)據見(jian)表(biao) 10-8。

    h₂+H₂S環境，在石油精煉加工中常常遇到含硫化氫的氫氣腐蝕問題, Cr20Ni32Fe合金的耐蝕性優于一般奧氏體不銹鋼，也優于Inconel 600合金，試 驗室試驗結果列于表10-9。

   抗(kang)滲(shen)碳(tan)性能(neng)，Cr20Ni32Fe具有良好的抗(kang)滲(shen)碳(tan)性能(neng)，試驗(yan)室(shi)試驗(yan)結果(guo)見表 10-10。它的抗(kang)滲(shen)碳(tan)性能(neng)優于(yu)常規(gui)不銹(xiu)鋼，相當于(yu)含質量分數為25% 鉻(ge)的耐髙(gao)溫 腐蝕的奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼。

  3. 晶間腐蝕

   Cr20Ni32Fe合金在593 ~816℃之間受熱將出現晶間腐蝕（圖1-4）。對含質量分數為0.04%碳的合金試驗結果指出，最敏感的溫度為650℃（見圖10-15）。影響 Cr20Ni32Fe合金晶間腐蝕的因素是合金中的碳含量，Ti/C[Ti/（C+N）]比值、固溶處理溫度和晶粒尺寸等，其根源是由于Cr₂₃C₆在中溫析出所引起的貧鉻所致。盡管此類合金在850℃附近析出TiC沉淀，但不足以解決晶間腐蝕問題。 降低合金中的碳含量，提高合金的穩定化程度即提高Ti/C,控制固溶處理溫度和采取細化晶粒尺寸等措施，可有效地降低合金的晶間腐蝕敏感性，如圖10-16和圖10-17所示。

   4. 應力腐蝕

    a. 高溫水(shui)介(jie)質中(zhong)

   工程實踐和實驗室試驗表明，在高溫水的某些條件下，低碳的Cr20Ni32Fe (00Cr20Ni32AlTi)合金的耐應力腐蝕性能顯著優于18-8型奧氏體不銹鋼.在某些條件下甚至優于00Crl5Ni75Fe( Inconel 600)合金。圖10-18 給出了在316℃和 330℃含100×10^-6Cl^- , 8×10^-6 溶解氧的高溫靜水中的應力腐蝕試驗結果，顯然 00Cr20Ni32AlTi 合金的耐應力腐蝕性能，既優于 18-8、2520、00Cr25Ni25Si2V2Ti 等不銹鋼，又優于Inconel 600和Monel 400合金，但經2500~10000小時試驗，它也產生了晶間應力腐蝕斷裂。

   盡管Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)表(biao)現出(chu)(chu)良好的耐(nai)(nai)應(ying)(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性，但此(ci)合(he)金(jin)對應(ying)(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)并非免疫。在各種高(gao)溫水中的耐(nai)(nai)應(ying)(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性能與合(he)金(jin)成分、熱處(chu)理(li)條件、冷變形(xing)等 有密切關系。試(shi)驗結果指(zhi)出(chu)(chu)，降(jiang)低(di)合(he)金(jin)中的碳含量(liang)(≤0.03%),提高(gao)鎳含 量(liang)，增大Ti/C比將提高(gao)合(he)金(jin)的耐(nai)(nai)應(ying)(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性能。通(tong)常敏(min)化和冷變形(xing)對合(he)金(jin)的耐(nai)(nai)應(ying)(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性能有害，但有的試(shi)驗結果指(zhi)出(chu)(chu)，650℃長期時效可顯著降(jiang)低(di)合(he)金(jin)的應(ying)(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)敏(min)感性。

   b. 苛性水介質中

   在壓水堆(dui)蒸發(fa)器(qi)和(he)鈉冷快(kuai)堆(dui)蒸發(fa)器(qi)中(zhong)，有可能(neng)會(hui)出現含NaOH的苛性水介質，目(mu)前已遇到18-8不銹鋼和(he) Inconel 600合金的苛性應力腐蝕破裂問題。

  大(da)量(liang)(liang)的(de)研究(jiu)表明(ming)Cr20Ni32Fe合(he)(he)金在含NaOH的(de)苛(ke)性水介質(zhi)中的(de)耐應(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕性能(neng)取決(jue)于(yu)(yu)NaOH濃(nong)度和應(ying)力(li)(li)水平(ping)(圖10-19 和 圖10-20)。 NaOH濃(nong)度和應(ying)力(li)(li)水平(ping)愈高，合(he)(he)金的(de)耐應(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕性能(neng)下(xia)降。對(dui)低(di)碳型(xing)的(de)00Cr20Ni32AITi合(he)(he)金只有(you)在低(di) NaOH濃(nong)度、低(di)應(ying)力(li)(li)下(xia)才(cai)(cai)處于(yu)(yu)免疫區(qu)（見圖10-21，該圖中NaOH為質(zhi)量(liang)(liang)分數）。 因(yin)此，只有(you)在使(shi)用過程中避免高應(ying)力(li)(li)出現(xian)和防止NaOH濃(nong)縮(suo)，才(cai)(cai)能(neng)保證采(cai)用 00Cr20Ni32AlTi合(he)(he)金設備的(de)安全運行(xing)。

   c. NaCl溶液中

  在沸騰溫度不同濃度(物質的量濃度)的NaCl溶液中經650℃敏化1小時 的1Cr20Ni32Fe合金的應力腐蝕與電位的關系曲線如圖10-22所示。在MgCl₂中的 SCC行為如圖10-23所示。在此種介質中的耐SCC行為與高性能不銹鋼相同。

四(si)、 熱(re)加(jia)(jia)工、冷加(jia)(jia)工、熱(re)處理和焊接性能(neng)

   1. 熱(re)加工(gong)

    Cr20Ni32Fe合(he)金的(de)(de)熱加工(gong)性能良(liang)好，類(lei)似于一般(ban)Cr-Ni奧氏體 不(bu)銹鋼(gang)，熱加工(gong)溫度范圍(wei)(wei)為900~1200℃，合(he)金的(de)(de)熱彎(wan)成形(xing)通常在1000~1150℃ 范圍(wei)(wei)內進(jin)行。熱成形(xing)后(hou)可以空(kong)冷，但(dan)為了減輕(qing)合(he)金的(de)(de)晶間腐蝕傾向，應(ying)盡量快速通過540~760℃敏(min)化區。

   2. 冷加工

     合金的冷加工成型性能(neng)近似(si)于18-8型奧氏(shi)體不(bu)銹鋼，但加工硬化傾向(xiang)低于18-8型奧氏(shi)體不(bu)銹鋼。盡管如此，在冷加工成型過(guo)程(cheng)中(zhong)，中(zhong)間軟化退(tui)(tui)火(huo)常常是(shi)需要(yao)的，中(zhong)間退(tui)(tui)火(huo)溫(wen)(wen)度(du)與固溶退(tui)(tui)火(huo)溫(wen)(wen)度(du)相同。

   3. 熱(re)處(chu)理

    合金的(de)固溶(rong)退火溫(wen)度(du)在920~980℃ , 一(yi)般控(kong)制在980℃ ,±10℃保溫(wen)時間視產品(pin)厚度(du)而定，但保溫(wen)時間不得少于(yu)10分鐘，對于(yu)高(gao)碳合金且在550℃以上溫(wen)度(du)使用(yong)者(zhe)，其固溶(rong)處理溫(wen)度(du)應(ying)為1150~1205℃。消除應(ying)力的(de)熱處理，一(yi)般在540℃以上即可產生效果，但殘余(yu)應(ying)力的(de)完(wan)全消除需(xu)在高(gao)于(yu)870℃的(de)溫(wen)度(du)進行退火。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合金焊接(jie)(jie)性能(neng)良好，可(ke)釆(bian)用通常的焊接(jie)(jie)方法進行(xing) 焊接(jie)(jie)。試驗表明(ming)，釆(bian)用新2號焊絲(si)對00Cr20Ni32AlTi合金管材與不銹鋼管板(ban)進行(xing) TIG焊接(jie)(jie)，取得了(le)滿(man)意的效果。合金的抗裂性能(neng)良好，接(jie)(jie)頭的晶間腐(fu)蝕、應力(li)腐(fu) 蝕等亦(yi)近于(yu)母材。根據(ju)使用條件(jian)可(ke)選用表10-11所列的焊接(jie)(jie)材料。

五、物理性能

    Cr20Ni32Fe合金的(de)物(wu)理性能(neng)隨合金的(de)成(cheng)分和(he)試驗條(tiao)件會有微小變化，但(dan)不會有大的(de)變動。1Cr20Ni32Fe合金(Incoloy 800)的(de)物(wu)理性能(neng)見表10-12和(he)圖 10-24。

六、應用

  產品(pin)類(lei)型和應(ying)用舉例：此類(lei)合(he)金的冶金生產工藝與通常的18-8型奧氏體(ti)不(bu) 銹鋼類(lei)似，可(ke)以提(ti)供板（中板、薄板）、管（熱擠壓和冷加工管）、絲(si)、帶、棒(bang) 和鍛(duan)件等(deng)冶金產品(pin)，亦(yi)可(ke)以提(ti)供各種(zhong)鑄(zhu)件。

  Cr20Ni32Fe合(he)金在含氯(lv)化物和低濃度NaOH的苛性(xing)水介質中具有優良的耐(nai)應力 腐蝕性(xing)能，廣泛(fan)用(yong)(yong)于制造耐(nai)應力腐蝕破壞的設(she)備，代替慣用(yong)(yong)的18-8奧氏體不銹鋼。

   在(zai)動(dong)力工(gong)業中(zhong)，用(yong)以制(zhi)造壓水堆(dui)蒸發器(qi)、高溫氣(qi)冷(leng)堆(dui)、鈉冷(leng)快(kuai)堆(dui)換熱(re)器(qi)，以 及過熱(re)蒸汽管。

   在化學加工業中(zhong)，用以制造硝酸冷卻器、醋酐裂化管以及各種換(huan)熱設(she)備。