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Incoloy 800H

 (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(biao)準型是(shi)早期的Cr20Ni32型合金，碳含(han)量0.1%。

  高碳型合(he)金的(de)碳含量(C)處于0.05%~0.1%之(zhi)間。主要(yao)用(yong)于600℃以上， 具有粗晶粒、高蠕變強(qiang)度(du)的(de)特(te)點。在化工、電廠、石油(you)化學(xue)工業中(zhong)的(de)過熱(re)器、再熱(re)器、高溫加熱(re)、轉化、裂(lie)解爐管等方面應用(yong)。

  中碳型合金的碳含(han)量在(zai)0.03%~0.06%范(fan)圍之(zhi)間，具有中等晶粒度，一(yi) 般用于(yu)350℃~600℃ 使(shi)用的過熱(re)器、再(zai)熱(re)器等熱(re)強部件。也適用于(yu)高溫(750℃)氣冷(leng)堆換(huan)熱(re)器。

  低碳型(xing)(xing)有時也稱(cheng)改(gai)良型(xing)(xing)。它是(shi)標準型(xing)(xing)合(he)(he)金Cr20Ni32Fe合(he)(he)金的(de)(de)改(gai)進和發展。我 國鋼標號(hao)為00Cr20Ni32AlTi。碳含(han)量(C)低于0.03%并要求控制合(he)(he)金中的(de)(de)Ti/C和Ti/C+N比值以(yi)及Al、Co等含(han)量。此合(he)(he)金的(de)(de)特點是(shi)超低碳、細晶粒，充分(fen)穩定化、耐應力腐蝕性能優良,低碳型(xing)(xing)合(he)(he)金使用(yong)溫度≤350℃ ,主要用(yong)于壓水堆蒸發器。

一、化學成分和組織結構

  經近60年的(de)(de)演變、發展的(de)(de)各種Cr20Ni32合金的(de)(de)派生(sheng)牌號的(de)(de)化(hua)學成分列于(yu)表 10-2。

  表10-2所列合金(jin)(jin)(jin)在(zai)高溫固溶快冷條(tiao)件下(xia)的組織為奧(ao)氏體，但在(zai)500~900℃ 中溫加熱，此合金(jin)(jin)(jin)有可能處于(yu)(yu)雙相(xiang)區，對(dui)于(yu)(yu)Ni處于(yu)(yu)下(xia)限(xian)，Cr處于(yu)(yu)上限(xian)的合金(jin)(jin)(jin)可能性更大。業已發現，在(zai)650℃和750℃長(chang)期加熱有δ相(xiang)析出，但數量較(jiao)少，尚不足(zu)以影(ying)響合金(jin)(jin)(jin)的斷(duan)裂性能。

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

二、力學(xue)性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合(he)(he)金(jin)的(de)(de)室溫(wen)(wen)力學(xue)性(xing)能(neng)匯(hui)總于(yu)表(biao)10-3,典型的(de)(de)室溫(wen)(wen)抗拉(la)和(he)(he)抗壓強度見(jian)表(biao)10-4。表(biao)10-5為(wei)超低(di)碳型 Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)的(de)(de)室溫(wen)(wen)和(he)(he)350℃的(de)(de)力學(xue)性(xing)能(neng)。 溫(wen)(wen)瞬時(shi)(shi)拉(la)伸性(xing)能(neng)如(ru)圖10-11和(he)(he)圖10-12所示。Cr20Ni32Fe 合(he)(he)金(jin)的(de)(de)高溫(wen)(wen)長時(shi)(shi)力學(xue)性(xing)能(neng)見(jian)表(biao)10-6、圖10-13和(he)(he)圖10-14。

三、耐蝕性能

  1. 全(quan)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(wen)腐蝕

  盡管(guan)Cr20Ni32Fe合金(jin)在(zai)濕態(tai)介質中(zhong)具有(you)較好(hao)(hao)的(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)，但此類合金(jin)良(liang)(liang)好(hao)(hao)的(de)(de)耐(nai)(nai)高(gao)溫腐蝕(shi)性(xing)能是(shi)其突出優點(dian)。在(zai)高(gao)溫條件下，由于(yu)合金(jin)中(zhong)具有(you)較高(gao)的(de)(de)銘含量(liang)和足夠的(de)(de)鎳含量(liang)，使(shi)其能形成防護性(xing)良(liang)(liang)好(hao)(hao)的(de)(de)氧化膜，具有(you)良(liang)(liang)好(hao)(hao)的(de)(de)抗(kang)滲碳(tan)性(xing)能，是(shi)耐(nai)(nai)高(gao)溫腐蝕(shi)的(de)(de)良(liang)(liang)好(hao)(hao)材料，在(zai)工業中(zhong)得到了廣泛應用。

  在高溫爐氣中 Cr20Ni32Fe合金的耐(nai)蝕性優于一(yi)般奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼，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，Cr20Ni32Fe具有良好的(de)抗滲碳(tan)性(xing)能，試(shi)驗(yan)室試(shi)驗(yan)結果見表 10-10。它的(de)抗滲碳(tan)性(xing)能優于(yu)常規不銹(xiu)鋼，相當于(yu)含(han)質量分數為25% 鉻的(de)耐(nai)髙溫 腐蝕的(de)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(li)腐蝕

    a. 高溫水介(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)(jin)(jin)表(biao)現(xian)出良(liang)好(hao)的(de)(de)耐(nai)應(ying)力(li)腐蝕性(xing)，但此合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)對應(ying)力(li)腐蝕并非免疫(yi)。在各種(zhong)高(gao)溫(wen)水中(zhong)的(de)(de)耐(nai)應(ying)力(li)腐蝕性(xing)能(neng)與(yu)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)成分、熱處理(li)條件、冷變(bian)形(xing)等 有(you)(you)密切(qie)關系。試(shi)驗結果(guo)(guo)指(zhi)出，降低合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)中(zhong)的(de)(de)碳(tan)含量(liang)(≤0.03%),提高(gao)鎳(nie)含 量(liang)，增大Ti/C比(bi)將(jiang)提高(gao)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)耐(nai)應(ying)力(li)腐蝕性(xing)能(neng)。通常敏(min)化和冷變(bian)形(xing)對合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)耐(nai)應(ying)力(li)腐蝕性(xing)能(neng)有(you)(you)害，但有(you)(you)的(de)(de)試(shi)驗結果(guo)(guo)指(zhi)出，650℃長(chang)期(qi)時效可顯著降低合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)應(ying)力(li)腐蝕敏(min)感性(xing)。

   b. 苛性水(shui)介質中

   在(zai)壓水(shui)堆蒸(zheng)發器(qi)和鈉(na)冷快(kuai)堆蒸(zheng)發器(qi)中(zhong)，有(you)可能會出現含NaOH的苛性水(shui)介質，目前(qian)已遇到18-8不銹鋼和 Inconel 600合金的苛性應力腐蝕破裂(lie)問題。

  大量的(de)研究表明Cr20Ni32Fe合(he)金在含NaOH的(de)苛(ke)性水(shui)介質(zhi)中的(de)耐應(ying)力(li)(li)(li)腐蝕性能(neng)取(qu)決于NaOH濃(nong)(nong)度(du)和(he)(he)應(ying)力(li)(li)(li)水(shui)平(圖10-19 和(he)(he) 圖10-20)。 NaOH濃(nong)(nong)度(du)和(he)(he)應(ying)力(li)(li)(li)水(shui)平愈高(gao)，合(he)金的(de)耐應(ying)力(li)(li)(li)腐蝕性能(neng)下降(jiang)。對低碳型的(de)00Cr20Ni32AITi合(he)金只有在低 NaOH濃(nong)(nong)度(du)、低應(ying)力(li)(li)(li)下才處(chu)于免疫區(qu)（見圖10-21，該(gai)圖中NaOH為質(zhi)量分(fen)數）。 因此(ci)，只有在使用過程中避免高(gao)應(ying)力(li)(li)(li)出現和(he)(he)防止(zhi)NaOH濃(nong)(nong)縮，才能(neng)保證(zheng)采用 00Cr20Ni32AlTi合(he)金設備的(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(gong)(gong)、冷加工(gong)(gong)、熱處(chu)理和焊(han)接性(xing)能(neng)

   1. 熱(re)加工

    Cr20Ni32Fe合(he)(he)(he)金(jin)的(de)熱(re)(re)加(jia)工性能良好，類似于(yu)一般Cr-Ni奧(ao)氏體 不銹鋼，熱(re)(re)加(jia)工溫度范(fan)圍為(wei)(wei)900~1200℃，合(he)(he)(he)金(jin)的(de)熱(re)(re)彎成形(xing)通常在1000~1150℃ 范(fan)圍內進(jin)行。熱(re)(re)成形(xing)后(hou)可(ke)以空冷，但(dan)為(wei)(wei)了減(jian)輕(qing)合(he)(he)(he)金(jin)的(de)晶間(jian)腐蝕(shi)傾向，應(ying)盡量快速通過(guo)540~760℃敏化(hua)區。

   2. 冷加工(gong)

     合金的冷加(jia)工(gong)(gong)成型(xing)(xing)性能近似(si)于(yu)18-8型(xing)(xing)奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)，但(dan)加(jia)工(gong)(gong)硬化傾向低于(yu)18-8型(xing)(xing)奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)。盡管如此(ci)，在冷加(jia)工(gong)(gong)成型(xing)(xing)過程中，中間(jian)軟化退火常常是需要(yao)的，中間(jian)退火溫度與固溶(rong)退火溫度相同。

   3. 熱處(chu)理

    合金(jin)的(de)固溶(rong)退火溫(wen)度(du)在(zai)920~980℃ , 一般控制在(zai)980℃ ,±10℃保溫(wen)時間視產(chan)品厚度(du)而定(ding)，但保溫(wen)時間不得少于(yu)10分(fen)鐘(zhong)，對于(yu)高碳合金(jin)且在(zai)550℃以上溫(wen)度(du)使(shi)用者，其(qi)固溶(rong)處(chu)(chu)理溫(wen)度(du)應為1150~1205℃。消(xiao)除(chu)應力的(de)熱處(chu)(chu)理，一般在(zai)540℃以上即可產(chan)生效果(guo)，但殘余應力的(de)完全(quan)消(xiao)除(chu)需在(zai)高于(yu)870℃的(de)溫(wen)度(du)進行退火。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合金(jin)焊(han)(han)接(jie)(jie)性能良好，可(ke)釆用(yong)通常的(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)方法(fa)進(jin)行 焊(han)(han)接(jie)(jie)。試驗表明，釆用(yong)新(xin)2號焊(han)(han)絲(si)對(dui)00Cr20Ni32AlTi合金(jin)管(guan)材(cai)與不銹鋼(gang)管(guan)板進(jin)行 TIG焊(han)(han)接(jie)(jie)，取得了滿意的(de)效(xiao)果。合金(jin)的(de)抗(kang)裂性能良好，接(jie)(jie)頭的(de)晶間(jian)腐(fu)蝕、應力腐(fu) 蝕等亦近(jin)于母(mu)材(cai)。根據(ju)使用(yong)條件(jian)可(ke)選用(yong)表10-11所列的(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)材(cai)料。

五、物(wu)理性(xing)能

    Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)(jin)的物(wu)理性(xing)能(neng)隨合(he)(he)金(jin)(jin)的成分和試驗條件會有微小變化，但不會有大的變動(dong)。1Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)(jin)(Incoloy 800)的物(wu)理性(xing)能(neng)見表10-12和圖 10-24。

六、應用

  產品(pin)類(lei)(lei)型和(he)應用舉例：此類(lei)(lei)合(he)金的冶金生產工藝與通(tong)常的18-8型奧氏體不 銹鋼類(lei)(lei)似，可以提供(gong)板(ban)（中板(ban)、薄板(ban)）、管（熱擠壓和(he)冷加工管）、絲、帶、棒 和(he)鍛件等冶金產品(pin)，亦可以提供(gong)各種鑄件。

  Cr20Ni32Fe合金在(zai)含(han)氯化物(wu)和(he)低(di)濃度NaOH的(de)(de)(de)苛(ke)性(xing)水介質(zhi)中具有優(you)良的(de)(de)(de)耐(nai)應力 腐蝕性(xing)能，廣泛用于制(zhi)造耐(nai)應力腐蝕破壞的(de)(de)(de)設備，代替慣用的(de)(de)(de)18-8奧(ao)氏(shi)體不銹鋼。

   在(zai)動力工業(ye)中，用以制造壓水堆蒸發器、高(gao)溫(wen)氣冷堆、鈉冷快(kuai)堆換(huan)熱器，以 及過(guo)熱蒸汽管。

   在化學加工業(ye)中，用以(yi)制造硝(xiao)酸(suan)冷卻(que)器、醋酐裂化管以(yi)及各種(zhong)換熱(re)設備。