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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型合金，碳含量0.1%。

  高(gao)(gao)碳型合金的(de)(de)碳含量(liang)(C)處于0.05%~0.1%之間。主要用于600℃以上， 具有粗晶粒、高(gao)(gao)蠕變強度的(de)(de)特點。在化(hua)工、電(dian)廠、石油化(hua)學工業中的(de)(de)過熱器、再熱器、高(gao)(gao)溫加(jia)熱、轉化(hua)、裂解爐管等方面應用。

  中碳型合金(jin)的碳含(han)量(liang)在(zai)0.03%~0.06%范圍(wei)之間，具有中等晶粒(li)度，一 般用(yong)于(yu)350℃~600℃ 使用(yong)的過熱(re)器(qi)、再熱(re)器(qi)等熱(re)強部(bu)件。也適用(yong)于(yu)高溫(750℃)氣冷堆換熱(re)器(qi)。

  低(di)碳型(xing)有時也稱改(gai)良型(xing)。它是標(biao)準型(xing)合(he)金(jin)Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的(de)改(gai)進和發(fa)(fa)展。我 國鋼標(biao)號為00Cr20Ni32AlTi。碳含量(C)低(di)于0.03%并(bing)要求控制合(he)金(jin)中的(de)Ti/C和Ti/C+N比值以及Al、Co等(deng)含量。此合(he)金(jin)的(de)特點是超低(di)碳、細晶粒，充分穩(wen)定(ding)化、耐應力(li)腐蝕(shi)性能(neng)優(you)良,低(di)碳型(xing)合(he)金(jin)使用(yong)溫度(du)≤350℃ ,主要用(yong)于壓水堆蒸發(fa)(fa)器。

一、化學成分和組織結構

  經近60年的(de)演變(bian)、發展的(de)各種Cr20Ni32合金的(de)派生(sheng)牌號(hao)的(de)化學(xue)成分列于表 10-2。

  表10-2所(suo)列合金(jin)(jin)(jin)在高溫固溶快冷條件下的(de)組織為奧氏體，但在500~900℃ 中溫加(jia)熱，此合金(jin)(jin)(jin)有可能(neng)處于雙相區，對于Ni處于下限(xian)，Cr處于上限(xian)的(de)合金(jin)(jin)(jin)可能(neng)性更大。業已發現，在650℃和750℃長(chang)期加(jia)熱有δ相析出，但數量較少(shao)，尚不足(zu)以影(ying)響合金(jin)(jin)(jin)的(de)斷裂性能(neng)。

  合(he)金的析出(chu)行為(wei)C曲線，如圖10-10 所(suo)示，析出(chu)相(xiang)種(zhong)類和數量受(shou)合(he)金成分和受(shou)熱條件所(suo)制約。

二(er)、力學性(xing)能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合(he)金的(de)室(shi)(shi)溫(wen)力學性能(neng)匯總于表10-3,典型(xing)的(de)室(shi)(shi)溫(wen)抗拉(la)和抗壓強度見(jian)表10-4。表10-5為超低碳型(xing) Cr20Ni32Fe合(he)金的(de)室(shi)(shi)溫(wen)和350℃的(de)力學性能(neng)。 溫(wen)瞬(shun)時拉(la)伸性能(neng)如圖(tu)(tu)10-11和圖(tu)(tu)10-12所示。Cr20Ni32Fe 合(he)金的(de)高溫(wen)長(chang)時力學性能(neng)見(jian)表10-6、圖(tu)(tu)10-13和圖(tu)(tu)10-14。

三(san)、耐蝕性(xing)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. 高溫腐蝕

  盡管Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)(jin)在(zai)濕態介質中具(ju)有(you)(you)較(jiao)好(hao)(hao)(hao)的(de)(de)(de)耐蝕(shi)性，但此類合(he)金(jin)(jin)良好(hao)(hao)(hao)的(de)(de)(de)耐高溫(wen)腐蝕(shi)性能是(shi)其(qi)突出優點。在(zai)高溫(wen)條(tiao)件下，由(you)于(yu)合(he)金(jin)(jin)中具(ju)有(you)(you)較(jiao)高的(de)(de)(de)銘含(han)(han)量(liang)(liang)和足夠(gou)的(de)(de)(de)鎳含(han)(han)量(liang)(liang)，使其(qi)能形成防護性良好(hao)(hao)(hao)的(de)(de)(de)氧化膜，具(ju)有(you)(you)良好(hao)(hao)(hao)的(de)(de)(de)抗滲(shen)碳性能，是(shi)耐高溫(wen)腐蝕(shi)的(de)(de)(de)良好(hao)(hao)(hao)材料，在(zai)工業中得到了廣泛(fan)應用。

  在高溫爐氣(qi)中 Cr20Ni32Fe合金的耐(nai)蝕性優于一般奧氏體不銹鋼，數(shu)據(ju)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(shen)(shen)(shen)碳(tan)性(xing)能，Cr20Ni32Fe具有(you)良好的(de)抗滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)性(xing)能，試驗室試驗結果見表 10-10。它的(de)抗滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)性(xing)能優于(yu)常規不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)，相(xiang)當于(yu)含質量(liang)分數為25% 鉻的(de)耐髙溫 腐蝕的(de)奧氏體不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)。

  3. 晶間腐(fu)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(fu)蝕

    a. 高(gao)溫水介(jie)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。

   盡管Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)表現出良(liang)好的(de)(de)(de)耐(nai)應(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕性(xing)(xing)，但此合(he)(he)金(jin)對應(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕并非免疫(yi)。在(zai)各(ge)種高(gao)溫(wen)水中的(de)(de)(de)耐(nai)應(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕性(xing)(xing)能(neng)(neng)與合(he)(he)金(jin)成(cheng)分、熱(re)處(chu)理條件、冷變形(xing)等 有密切關系(xi)。試驗結(jie)果指出，降低合(he)(he)金(jin)中的(de)(de)(de)碳含量(liang)(≤0.03%),提(ti)高(gao)鎳(nie)含 量(liang)，增大Ti/C比(bi)將提(ti)高(gao)合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)耐(nai)應(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕性(xing)(xing)能(neng)(neng)。通常敏化和(he)冷變形(xing)對合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)耐(nai)應(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕性(xing)(xing)能(neng)(neng)有害，但有的(de)(de)(de)試驗結(jie)果指出，650℃長期時效可顯(xian)著(zhu)降低合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)應(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕敏感性(xing)(xing)。

   b. 苛性水介質中

   在壓(ya)水堆蒸(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)和鈉冷快堆蒸(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)中，有可能會(hui)出(chu)現含NaOH的苛性(xing)水介質，目前已遇(yu)到18-8不(bu)銹(xiu)鋼和 Inconel 600合金的苛性(xing)應力腐蝕破裂問題。

  大(da)量(liang)的(de)(de)研究(jiu)表明Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)在(zai)含NaOH的(de)(de)苛性水(shui)介質中的(de)(de)耐應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕性能(neng)取決(jue)于NaOH濃(nong)(nong)度和應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)水(shui)平(ping)(圖(tu)(tu)10-19 和 圖(tu)(tu)10-20)。 NaOH濃(nong)(nong)度和應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)水(shui)平(ping)愈高，合(he)(he)金(jin)的(de)(de)耐應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕性能(neng)下降。對低碳型的(de)(de)00Cr20Ni32AITi合(he)(he)金(jin)只有(you)在(zai)低 NaOH濃(nong)(nong)度、低應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)下才(cai)處于免(mian)疫區（見圖(tu)(tu)10-21，該圖(tu)(tu)中NaOH為(wei)質量(liang)分數）。 因(yin)此，只有(you)在(zai)使(shi)用過(guo)程中避(bi)免(mian)高應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)出(chu)現和防止NaOH濃(nong)(nong)縮(suo)，才(cai)能(neng)保證采用 00Cr20Ni32AlTi合(he)(he)金(jin)設(she)備的(de)(de)安全運行。

   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)、 熱加工、冷加工、熱處理和焊接性能

   1. 熱加工

    Cr20Ni32Fe合金的熱加工性能良好，類似于一般Cr-Ni奧氏體 不銹(xiu)鋼，熱加工溫度范圍為900~1200℃，合金的熱彎成形(xing)(xing)通常在1000~1150℃ 范圍內進行。熱成形(xing)(xing)后可以空冷，但為了(le)減輕(qing)合金的晶(jing)間(jian)腐蝕傾向，應盡(jin)量快速通過540~760℃敏(min)化區。

   2. 冷(leng)加工

     合(he)金的冷加工(gong)(gong)成(cheng)型(xing)性能近似于18-8型(xing)奧氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)(gang)，但加工(gong)(gong)硬化傾向低于18-8型(xing)奧氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)(gang)。盡管如此，在(zai)冷加工(gong)(gong)成(cheng)型(xing)過程中，中間(jian)軟化退火常常是(shi)需要的，中間(jian)退火溫(wen)(wen)度與固溶(rong)退火溫(wen)(wen)度相(xiang)同。

   3. 熱處理

    合金的(de)固(gu)溶退火(huo)(huo)溫度(du)在(zai)(zai)920~980℃ , 一(yi)(yi)般控(kong)制在(zai)(zai)980℃ ,±10℃保(bao)溫時間(jian)視產(chan)品厚度(du)而定，但保(bao)溫時間(jian)不得少于10分(fen)鐘，對于高碳合金且在(zai)(zai)550℃以上溫度(du)使用者(zhe)，其固(gu)溶處理(li)溫度(du)應(ying)為1150~1205℃。消除應(ying)力的(de)熱(re)處理(li)，一(yi)(yi)般在(zai)(zai)540℃以上即可產(chan)生效果(guo)，但殘余應(ying)力的(de)完全消除需在(zai)(zai)高于870℃的(de)溫度(du)進行退火(huo)(huo)。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合(he)金焊(han)(han)接性(xing)能良(liang)好，可(ke)釆用通(tong)常的(de)(de)焊(han)(han)接方(fang)法(fa)進行 焊(han)(han)接。試驗表(biao)明，釆用新2號(hao)焊(han)(han)絲對00Cr20Ni32AlTi合(he)金管材(cai)與不銹鋼(gang)管板(ban)進行 TIG焊(han)(han)接，取得了(le)滿意(yi)的(de)(de)效果。合(he)金的(de)(de)抗(kang)裂性(xing)能良(liang)好，接頭(tou)的(de)(de)晶間腐蝕(shi)、應力(li)腐 蝕(shi)等亦近于(yu)母(mu)材(cai)。根據使用條(tiao)件可(ke)選(xuan)用表(biao)10-11所列的(de)(de)焊(han)(han)接材(cai)料(liao)。

五、物理性(xing)能

    Cr20Ni32Fe合金(jin)的(de)物理(li)性(xing)能隨合金(jin)的(de)成分和試驗條件會(hui)有(you)微小變化，但不會(hui)有(you)大(da)的(de)變動(dong)。1Cr20Ni32Fe合金(jin)(Incoloy 800)的(de)物理(li)性(xing)能見表(biao)10-12和圖 10-24。

六、應用

  產品(pin)類型和應用舉例：此(ci)類合金(jin)的冶金(jin)生產工藝與通(tong)常的18-8型奧氏體不(bu) 銹(xiu)鋼類似，可(ke)以提(ti)供板(ban)（中板(ban)、薄板(ban)）、管（熱擠壓和冷加工管）、絲(si)、帶、棒 和鍛(duan)件等(deng)冶金(jin)產品(pin)，亦可(ke)以提(ti)供各種鑄件。

  Cr20Ni32Fe合金(jin)在含氯化物和(he)低濃度NaOH的苛性水介質中具有優良的耐應力(li) 腐蝕(shi)性能，廣泛用于制造(zao)耐應力(li)腐蝕(shi)破壞的設備，代替慣用的18-8奧氏(shi)體不銹鋼。

   在(zai)動力工業中，用(yong)以(yi)(yi)制造壓水堆蒸發器(qi)(qi)、高溫氣冷堆、鈉冷快堆換(huan)熱器(qi)(qi)，以(yi)(yi) 及(ji)過熱蒸汽管。

   在化學(xue)加工業中，用以制造硝酸(suan)冷卻(que)器、醋酐裂(lie)化管以及(ji)各種換熱(re)設備。