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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(xing)是早期(qi)的Cr20Ni32型(xing)合金，碳含量0.1%。

  高碳型合金(jin)的碳含(han)量(C)處于(yu)0.05%~0.1%之(zhi)間(jian)。主要(yao)用于(yu)600℃以上(shang)， 具有粗晶粒、高蠕變強度的特點(dian)。在化(hua)(hua)工、電廠、石油(you)化(hua)(hua)學工業中的過熱器、再熱器、高溫加(jia)熱、轉化(hua)(hua)、裂解爐管等(deng)方(fang)面應用。

  中碳型合金的碳含(han)量在0.03%~0.06%范圍之間，具有中等晶粒(li)度，一 般用于350℃~600℃ 使用的過熱(re)器(qi)、再熱(re)器(qi)等熱(re)強部件。也適用于高(gao)溫(750℃)氣(qi)冷堆換熱(re)器(qi)。

  低碳(tan)型有(you)時也(ye)稱(cheng)改良型。它是標準(zhun)型合金(jin)Cr20Ni32Fe合金(jin)的(de)改進和發(fa)展(zhan)。我 國鋼標號為00Cr20Ni32AlTi。碳(tan)含量(liang)(C)低于(yu)0.03%并要求控制(zhi)合金(jin)中的(de)Ti/C和Ti/C+N比值(zhi)以及Al、Co等含量(liang)。此合金(jin)的(de)特點(dian)是超低碳(tan)、細晶粒，充(chong)分穩定化、耐應力腐(fu)蝕性能(neng)優良,低碳(tan)型合金(jin)使(shi)用(yong)溫度≤350℃ ,主要用(yong)于(yu)壓(ya)水堆蒸發(fa)器。

一、化學成分(fen)和組織結構

  經近60年的演變、發(fa)展的各(ge)種(zhong)Cr20Ni32合(he)金的派生牌號的化學成分列于(yu)表 10-2。

  表10-2所列合(he)金在(zai)(zai)高(gao)溫固(gu)溶快冷條件下的(de)(de)組織(zhi)為(wei)奧氏體(ti)，但在(zai)(zai)500~900℃ 中溫加熱，此合(he)金有(you)可能(neng)處(chu)于雙(shuang)相(xiang)區，對于Ni處(chu)于下限(xian)(xian)，Cr處(chu)于上限(xian)(xian)的(de)(de)合(he)金可能(neng)性更大。業已發(fa)現，在(zai)(zai)650℃和(he)750℃長(chang)期(qi)加熱有(you)δ相(xiang)析(xi)出(chu)，但數量(liang)較少，尚不足(zu)以影響(xiang)合(he)金的(de)(de)斷裂性能(neng)。

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

二、力學性能(neng)

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合(he)(he)金(jin)的室(shi)(shi)溫(wen)(wen)(wen)力學性(xing)能(neng)(neng)(neng)匯總于表(biao)10-3,典(dian)型(xing)的室(shi)(shi)溫(wen)(wen)(wen)抗拉和(he)抗壓強度見表(biao)10-4。表(biao)10-5為超低碳型(xing) Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)的室(shi)(shi)溫(wen)(wen)(wen)和(he)350℃的力學性(xing)能(neng)(neng)(neng)。 溫(wen)(wen)(wen)瞬時拉伸性(xing)能(neng)(neng)(neng)如圖(tu)(tu)(tu)10-11和(he)圖(tu)(tu)(tu)10-12所示(shi)。Cr20Ni32Fe 合(he)(he)金(jin)的高(gao)溫(wen)(wen)(wen)長時力學性(xing)能(neng)(neng)(neng)見表(biao)10-6、圖(tu)(tu)(tu)10-13和(he)圖(tu)(tu)(tu)10-14。

三、耐蝕性能

  1. 全面(mian)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)金在(zai)濕(shi)態(tai)介(jie)質中(zhong)具有較好的耐(nai)蝕(shi)(shi)性，但此(ci)類合(he)金良(liang)好的耐(nai)高(gao)溫腐蝕(shi)(shi)性能(neng)(neng)是其突出優點。在(zai)高(gao)溫條件下，由(you)于合(he)金中(zhong)具有較高(gao)的銘含量和足(zu)夠的鎳含量，使其能(neng)(neng)形成防護性良(liang)好的氧化(hua)膜，具有良(liang)好的抗滲(shen)碳性能(neng)(neng)，是耐(nai)高(gao)溫腐蝕(shi)(shi)的良(liang)好材料，在(zai)工(gong)業中(zhong)得到了廣泛應用(yong)。

  在高溫(wen)爐氣中 Cr20Ni32Fe合金的耐蝕性(xing)優于一般奧氏體不銹鋼，數據(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)碳性(xing)能(neng)，Cr20Ni32Fe具有良好的(de)抗滲(shen)碳性(xing)能(neng)，試驗(yan)室試驗(yan)結果(guo)見表 10-10。它的(de)抗滲(shen)碳性(xing)能(neng)優(you)于常(chang)規不銹鋼，相(xiang)當于含質量分數為(wei)25% 鉻的(de)耐髙溫 腐蝕的(de)奧氏體(ti)不銹鋼。

  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(wen)水介質中

   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。

   盡管Cr20Ni32Fe合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)表現出(chu)(chu)良好的(de)(de)耐(nai)應力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)性，但此合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)對應力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)并(bing)非免疫。在各種高(gao)溫(wen)水中的(de)(de)耐(nai)應力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)性能與合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)成(cheng)分(fen)、熱處理條件、冷變形等 有(you)密切關系。試驗(yan)結(jie)果(guo)指出(chu)(chu)，降(jiang)低合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)中的(de)(de)碳含量(≤0.03%),提(ti)高(gao)鎳含 量，增大(da)Ti/C比將提(ti)高(gao)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)耐(nai)應力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)性能。通常敏化和冷變形對合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)耐(nai)應力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)性能有(you)害，但有(you)的(de)(de)試驗(yan)結(jie)果(guo)指出(chu)(chu)，650℃長期時效可顯著降(jiang)低合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)應力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)敏感(gan)性。

   b. 苛(ke)性水介(jie)質中(zhong)

   在(zai)壓水堆蒸發器和鈉冷快堆蒸發器中，有可(ke)能會出現含NaOH的(de)(de)苛性(xing)水介質，目前已(yi)遇到18-8不銹鋼和 Inconel 600合金(jin)的(de)(de)苛性(xing)應力腐蝕破裂問題。

  大量的(de)研(yan)究表明Cr20Ni32Fe合(he)(he)金在含NaOH的(de)苛性水(shui)介(jie)質(zhi)中(zhong)的(de)耐應(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)性能取決于(yu)NaOH濃度(du)和(he)(he)應(ying)力(li)(li)水(shui)平(圖(tu)(tu)10-19 和(he)(he) 圖(tu)(tu)10-20)。 NaOH濃度(du)和(he)(he)應(ying)力(li)(li)水(shui)平愈高，合(he)(he)金的(de)耐應(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)性能下降。對(dui)低碳型的(de)00Cr20Ni32AITi合(he)(he)金只有在低 NaOH濃度(du)、低應(ying)力(li)(li)下才處于(yu)免疫區（見圖(tu)(tu)10-21，該圖(tu)(tu)中(zhong)NaOH為質(zhi)量分數）。 因此，只有在使(shi)用(yong)(yong)過程中(zhong)避免高應(ying)力(li)(li)出現(xian)和(he)(he)防(fang)止NaOH濃縮，才能保證采用(yong)(yong) 00Cr20Ni32AlTi合(he)(he)金設備(bei)的(de)安全運行。

   c. NaCl溶液(ye)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、 熱加工、冷加工、熱處理和焊接性能

   1. 熱加(jia)工

    Cr20Ni32Fe合金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)熱(re)(re)加工性能良好(hao)，類似于一般Cr-Ni奧氏體 不銹(xiu)鋼，熱(re)(re)加工溫(wen)度范圍為900~1200℃，合金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)熱(re)(re)彎成形通常在1000~1150℃ 范圍內進行。熱(re)(re)成形后可以(yi)空冷，但為了減輕合金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)晶間腐(fu)蝕傾向，應盡量快(kuai)速通過540~760℃敏化區。

   2. 冷加工

     合金的冷加工成型(xing)(xing)性能(neng)近(jin)似于(yu)18-8型(xing)(xing)奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼，但加工硬化傾向(xiang)低(di)于(yu)18-8型(xing)(xing)奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼。盡管如此，在冷加工成型(xing)(xing)過程中，中間(jian)軟(ruan)化退火常常是需(xu)要的，中間(jian)退火溫度與固溶退火溫度相同。

   3. 熱(re)處理

    合金的固溶(rong)退火(huo)溫(wen)(wen)(wen)度(du)在920~980℃ , 一(yi)般(ban)控制在980℃ ,±10℃保溫(wen)(wen)(wen)時間(jian)視產(chan)品厚度(du)而定(ding)，但保溫(wen)(wen)(wen)時間(jian)不得少于10分(fen)鐘(zhong)，對于高碳合金且在550℃以上溫(wen)(wen)(wen)度(du)使用者，其(qi)固溶(rong)處理溫(wen)(wen)(wen)度(du)應(ying)為(wei)1150~1205℃。消除(chu)應(ying)力(li)的熱處理，一(yi)般(ban)在540℃以上即可產(chan)生(sheng)效果，但殘(can)余應(ying)力(li)的完全消除(chu)需在高于870℃的溫(wen)(wen)(wen)度(du)進行退火(huo)。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合金焊接(jie)(jie)性能良好，可釆(bian)用(yong)通(tong)常的(de)焊接(jie)(jie)方法(fa)進行 焊接(jie)(jie)。試(shi)驗表明，釆(bian)用(yong)新2號焊絲(si)對00Cr20Ni32AlTi合金管材(cai)與不銹(xiu)鋼管板進行 TIG焊接(jie)(jie)，取得(de)了滿意的(de)效果。合金的(de)抗(kang)裂(lie)性能良好，接(jie)(jie)頭的(de)晶間腐蝕(shi)、應力腐 蝕(shi)等亦近于母(mu)材(cai)。根(gen)據(ju)使用(yong)條(tiao)件(jian)可選用(yong)表10-11所列的(de)焊接(jie)(jie)材(cai)料。

五、物理性能

    Cr20Ni32Fe合(he)金的物(wu)理性能隨(sui)合(he)金的成分和試驗條(tiao)件會有微小變化，但不會有大(da)的變動。1Cr20Ni32Fe合(he)金(Incoloy 800)的物(wu)理性能見表10-12和圖 10-24。

六、應用

  產(chan)品類(lei)型(xing)和(he)應用舉例(li)：此(ci)類(lei)合金的(de)冶(ye)金生(sheng)產(chan)工藝與通常的(de)18-8型(xing)奧氏體(ti)不 銹(xiu)鋼(gang)類(lei)似(si)，可(ke)以(yi)提供板(ban)（中板(ban)、薄板(ban)）、管（熱(re)擠壓和(he)冷加工管）、絲、帶(dai)、棒(bang) 和(he)鍛件(jian)等冶(ye)金產(chan)品，亦可(ke)以(yi)提供各種鑄件(jian)。

  Cr20Ni32Fe合(he)金在含氯(lv)化物和低濃度NaOH的苛性水介(jie)質中具有優良的耐應力(li) 腐蝕性能(neng)，廣(guang)泛用于制(zhi)造耐應力(li)腐蝕破壞的設備，代(dai)替慣用的18-8奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼。

   在(zai)動力工(gong)業中(zhong)，用以制造壓水堆蒸(zheng)發器、高溫氣冷(leng)堆、鈉冷(leng)快堆換(huan)熱(re)器，以 及過(guo)熱(re)蒸(zheng)汽管。

   在化學(xue)加工業(ye)中(zhong)，用以制(zhi)造硝(xiao)酸(suan)冷(leng)卻器、醋酐裂化管以及各(ge)種換熱設備。