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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(zhun)型是早(zao)期的Cr20Ni32型合金，碳含量0.1%。

  高(gao)碳(tan)型合金的碳(tan)含量(C)處于0.05%~0.1%之間。主要用(yong)于600℃以(yi)上， 具有粗晶(jing)粒、高(gao)蠕變強度的特(te)點。在(zai)化(hua)工、電廠、石油化(hua)學工業中的過熱(re)器、再熱(re)器、高(gao)溫加熱(re)、轉化(hua)、裂解爐管等(deng)方面應用(yong)。

  中碳型合金的(de)(de)碳含量在0.03%~0.06%范(fan)圍之間，具有中等晶粒度，一 般用于(yu)350℃~600℃ 使用的(de)(de)過熱器(qi)、再熱器(qi)等熱強部件(jian)。也適用于(yu)高溫(750℃)氣冷(leng)堆換熱器(qi)。

  低(di)碳型(xing)有時(shi)也稱改良(liang)型(xing)。它是標準型(xing)合金(jin)Cr20Ni32Fe合金(jin)的(de)改進和發(fa)展。我(wo) 國(guo)鋼標號為00Cr20Ni32AlTi。碳含量(liang)(C)低(di)于0.03%并要求控制合金(jin)中的(de)Ti/C和Ti/C+N比值以及Al、Co等含量(liang)。此合金(jin)的(de)特點(dian)是超低(di)碳、細晶粒，充分穩定化、耐應力腐(fu)蝕性能優(you)良(liang),低(di)碳型(xing)合金(jin)使用(yong)溫度≤350℃ ,主要用(yong)于壓水堆蒸發(fa)器。

一、化學成分(fen)和組織結構

  經近60年(nian)的演(yan)變、發展的各種Cr20Ni32合金的派(pai)生牌號的化學(xue)成分列于表 10-2。

  表(biao)10-2所列合(he)金在高溫(wen)(wen)固溶(rong)快冷條(tiao)件(jian)下(xia)(xia)的(de)(de)(de)組織為奧氏體，但在500~900℃ 中溫(wen)(wen)加熱，此合(he)金有可(ke)能(neng)處于(yu)(yu)雙(shuang)相區，對于(yu)(yu)Ni處于(yu)(yu)下(xia)(xia)限(xian)，Cr處于(yu)(yu)上限(xian)的(de)(de)(de)合(he)金可(ke)能(neng)性更大。業已發現，在650℃和750℃長期加熱有δ相析(xi)出，但數量較少，尚不足以影響合(he)金的(de)(de)(de)斷裂性能(neng)。

  合金的析(xi)出行(xing)為C曲線，如圖10-10 所示，析(xi)出相(xiang)種類和數(shu)量受合金成(cheng)分和受熱條件所制約。

二、力學(xue)性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合金的(de)室溫(wen)(wen)力(li)(li)學性能匯總于表(biao)10-3,典型(xing)的(de)室溫(wen)(wen)抗(kang)拉(la)和抗(kang)壓強度(du)見(jian)表(biao)10-4。表(biao)10-5為超低碳型(xing) Cr20Ni32Fe合金的(de)室溫(wen)(wen)和350℃的(de)力(li)(li)學性能。 溫(wen)(wen)瞬(shun)時(shi)拉(la)伸性能如圖(tu)(tu)10-11和圖(tu)(tu)10-12所(suo)示。Cr20Ni32Fe 合金的(de)高溫(wen)(wen)長時(shi)力(li)(li)學性能見(jian)表(biao)10-6、圖(tu)(tu)10-13和圖(tu)(tu)10-14。

三、耐(nai)蝕性能(neng)

  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(gao)溫(wen)腐蝕

  盡管Cr20Ni32Fe合(he)金在(zai)(zai)濕態介質中具(ju)有(you)較好的耐蝕(shi)性，但此類合(he)金良(liang)好的耐高溫(wen)腐(fu)蝕(shi)性能是其突出優點(dian)。在(zai)(zai)高溫(wen)條件(jian)下，由于合(he)金中具(ju)有(you)較高的銘含量和足夠的鎳含量，使其能形(xing)成防(fang)護(hu)性良(liang)好的氧化膜(mo)，具(ju)有(you)良(liang)好的抗滲碳性能，是耐高溫(wen)腐(fu)蝕(shi)的良(liang)好材料，在(zai)(zai)工業中得到了(le)廣泛應用。

  在高(gao)溫爐氣中 Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的耐蝕性(xing)優于一般(ban)奧氏體不銹(xiu)鋼，數據見表 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。

   抗滲碳(tan)性(xing)能(neng)，Cr20Ni32Fe具有良(liang)好的(de)(de)抗滲碳(tan)性(xing)能(neng)，試驗室試驗結果見表(biao) 10-10。它的(de)(de)抗滲碳(tan)性(xing)能(neng)優于(yu)常(chang)規(gui)不銹鋼，相當于(yu)含質量分數(shu)為25% 鉻的(de)(de)耐髙溫 腐蝕的(de)(de)奧氏體不銹鋼。

  3. 晶間腐蝕(shi)

   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)介質中

   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(jin)管Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)(jin)表(biao)現(xian)出(chu)良好的(de)耐應力(li)腐(fu)蝕性，但(dan)此合(he)金(jin)(jin)對應力(li)腐(fu)蝕并非免(mian)疫。在各種高(gao)溫水中的(de)耐應力(li)腐(fu)蝕性能與合(he)金(jin)(jin)成分、熱(re)處理(li)條件、冷(leng)變(bian)(bian)形等 有(you)(you)密切關系。試驗結果(guo)指出(chu)，降低合(he)金(jin)(jin)中的(de)碳含(han)(han)量(≤0.03%),提高(gao)鎳含(han)(han) 量，增大Ti/C比(bi)將提高(gao)合(he)金(jin)(jin)的(de)耐應力(li)腐(fu)蝕性能。通常敏化和(he)冷(leng)變(bian)(bian)形對合(he)金(jin)(jin)的(de)耐應力(li)腐(fu)蝕性能有(you)(you)害，但(dan)有(you)(you)的(de)試驗結果(guo)指出(chu)，650℃長期(qi)時效可(ke)顯著降低合(he)金(jin)(jin)的(de)應力(li)腐(fu)蝕敏感(gan)性。

   b. 苛性(xing)水介質中

   在(zai)壓水堆蒸發器和鈉冷快堆蒸發器中，有可能會(hui)出現含NaOH的苛(ke)性(xing)水介質(zhi)，目前已遇(yu)到18-8不(bu)銹鋼和 Inconel 600合金的苛(ke)性(xing)應力腐(fu)蝕破裂問(wen)題。

  大(da)量的(de)研究表明Cr20Ni32Fe合金(jin)在(zai)(zai)含NaOH的(de)苛性水(shui)(shui)介質中的(de)耐應(ying)力腐(fu)蝕(shi)性能(neng)取(qu)決于(yu)NaOH濃(nong)度(du)和(he)(he)應(ying)力水(shui)(shui)平(圖10-19 和(he)(he) 圖10-20)。 NaOH濃(nong)度(du)和(he)(he)應(ying)力水(shui)(shui)平愈高，合金(jin)的(de)耐應(ying)力腐(fu)蝕(shi)性能(neng)下降。對低(di)碳(tan)型的(de)00Cr20Ni32AITi合金(jin)只(zhi)有在(zai)(zai)低(di) NaOH濃(nong)度(du)、低(di)應(ying)力下才處(chu)于(yu)免疫區（見(jian)圖10-21，該(gai)圖中NaOH為質量分數）。 因此，只(zhi)有在(zai)(zai)使用(yong)過(guo)程中避免高應(ying)力出現和(he)(he)防止(zhi)NaOH濃(nong)縮，才能(neng)保證采用(yong) 00Cr20Ni32AlTi合金(jin)設(she)備(bei)的(de)安全運(yun)行。

   c. NaCl溶(rong)液中(zhong)

  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、 熱(re)加(jia)工(gong)、冷加(jia)工(gong)、熱(re)處理(li)和(he)焊接(jie)性能

   1. 熱加(jia)工

    Cr20Ni32Fe合金(jin)的(de)熱加(jia)(jia)工性能良好(hao)，類似于一般Cr-Ni奧氏體 不銹鋼，熱加(jia)(jia)工溫度范圍為900~1200℃，合金(jin)的(de)熱彎(wan)成形(xing)通(tong)常在(zai)1000~1150℃ 范圍內進行。熱成形(xing)后可以空冷，但(dan)為了減輕合金(jin)的(de)晶間(jian)腐蝕傾向(xiang)，應盡量(liang)快速通(tong)過540~760℃敏化(hua)區(qu)。

   2. 冷加工(gong)

     合金的冷加工(gong)成型性能近似于18-8型奧氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼，但加工(gong)硬化傾向(xiang)低于18-8型奧氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼。盡(jin)管(guan)如此，在冷加工(gong)成型過程(cheng)中(zhong)，中(zhong)間軟化退火(huo)常常是需要(yao)的，中(zhong)間退火(huo)溫(wen)度與固溶退火(huo)溫(wen)度相(xiang)同。

   3. 熱處理

    合金的(de)(de)固溶退火溫度在(zai)920~980℃ , 一(yi)般控制在(zai)980℃ ,±10℃保溫時間視產品(pin)厚度而定(ding)，但(dan)保溫時間不得少于(yu)10分(fen)鐘，對于(yu)高碳合金且在(zai)550℃以上溫度使用者，其固溶處理(li)溫度應(ying)為(wei)1150~1205℃。消除應(ying)力(li)(li)的(de)(de)熱處理(li)，一(yi)般在(zai)540℃以上即(ji)可產生效果，但(dan)殘(can)余應(ying)力(li)(li)的(de)(de)完全(quan)消除需在(zai)高于(yu)870℃的(de)(de)溫度進行(xing)退火。

   4. 焊接(jie)

    Cr20Ni32Fe型(xing)合(he)金焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)性能良好，可釆用(yong)通(tong)常的(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)方法進行 焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)。試(shi)驗(yan)表明，釆用(yong)新2號焊(han)(han)(han)(han)絲對(dui)00Cr20Ni32AlTi合(he)金管材與不銹鋼管板進行 TIG焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)，取得了滿意的(de)效果。合(he)金的(de)抗裂(lie)性能良好，接(jie)(jie)頭的(de)晶間腐(fu)(fu)蝕(shi)、應力腐(fu)(fu) 蝕(shi)等亦近(jin)于母材。根據使用(yong)條件可選用(yong)表10-11所列(lie)的(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)材料(liao)。

五(wu)、物(wu)理(li)性能(neng)

    Cr20Ni32Fe合金(jin)的(de)(de)物(wu)(wu)理性能(neng)(neng)隨合金(jin)的(de)(de)成分和試驗條件(jian)會有微(wei)小(xiao)變(bian)化，但(dan)不(bu)會有大的(de)(de)變(bian)動(dong)。1Cr20Ni32Fe合金(jin)(Incoloy 800)的(de)(de)物(wu)(wu)理性能(neng)(neng)見(jian)表10-12和圖 10-24。

六、應(ying)用

  產品類型和(he)應用舉例：此類合(he)金(jin)的冶金(jin)生產工藝與通(tong)常的18-8型奧氏(shi)體(ti)不(bu) 銹鋼類似，可以提供板（中板、薄(bo)板）、管(guan)（熱擠壓(ya)和(he)冷加(jia)工管(guan)）、絲(si)、帶、棒(bang) 和(he)鍛件(jian)等冶金(jin)產品，亦可以提供各種(zhong)鑄(zhu)件(jian)。

  Cr20Ni32Fe合金在含氯化物和(he)低濃度NaOH的(de)(de)苛(ke)性(xing)(xing)水介質中具(ju)有優良的(de)(de)耐應力 腐蝕性(xing)(xing)能，廣泛用(yong)于制造耐應力腐蝕破壞的(de)(de)設備，代替慣用(yong)的(de)(de)18-8奧氏(shi)體不銹鋼。

   在動力工業中(zhong)，用以制造壓水堆蒸發(fa)器、高溫氣冷堆、鈉冷快堆換熱(re)(re)器，以 及(ji)過熱(re)(re)蒸汽管。

   在(zai)化(hua)學加工業中，用以制造(zao)硝酸冷(leng)卻器、醋酐裂(lie)化(hua)管以及各種換(huan)熱設備。