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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。

  標準型(xing)是早期(qi)的Cr20Ni32型(xing)合(he)金，碳含量0.1%。

  高(gao)碳型合(he)金的(de)碳含(han)量(C)處于0.05%~0.1%之間。主要用于600℃以上， 具有粗(cu)晶粒(li)、高(gao)蠕變強度(du)的(de)特點(dian)。在化(hua)工、電廠、石(shi)油化(hua)學(xue)工業中的(de)過熱器、再熱器、高(gao)溫加(jia)熱、轉化(hua)、裂解爐(lu)管等方(fang)面應用。

  中(zhong)碳型合金的碳含量在0.03%~0.06%范圍之間，具(ju)有(you)中(zhong)等(deng)(deng)晶粒度，一 般用(yong)(yong)于350℃~600℃ 使用(yong)(yong)的過熱器、再熱器等(deng)(deng)熱強部件。也適用(yong)(yong)于高溫(750℃)氣冷堆換熱器。

  低(di)碳(tan)型(xing)(xing)有時也稱改(gai)(gai)良(liang)型(xing)(xing)。它(ta)是標準(zhun)型(xing)(xing)合(he)(he)金(jin)Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)的改(gai)(gai)進和(he)發展。我(wo) 國鋼標號為00Cr20Ni32AlTi。碳(tan)含量(C)低(di)于0.03%并要(yao)求控(kong)制(zhi)合(he)(he)金(jin)中的Ti/C和(he)Ti/C+N比值以及Al、Co等含量。此合(he)(he)金(jin)的特點是超低(di)碳(tan)、細晶粒(li)，充分穩定化(hua)、耐應力腐蝕性能優(you)良(liang),低(di)碳(tan)型(xing)(xing)合(he)(he)金(jin)使用溫度≤350℃ ,主要(yao)用于壓水堆蒸發器。

一、化學成分(fen)和組織結(jie)構

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

  表10-2所列合(he)金在高溫(wen)固溶快(kuai)冷條件下的(de)組織為奧(ao)氏體(ti)，但在500~900℃ 中溫(wen)加熱(re)(re)，此合(he)金有可能處(chu)于雙相(xiang)區，對于Ni處(chu)于下限(xian)，Cr處(chu)于上限(xian)的(de)合(he)金可能性更大。業已發現，在650℃和750℃長期加熱(re)(re)有δ相(xiang)析出(chu)，但數量較(jiao)少(shao)，尚不足(zu)以影響(xiang)合(he)金的(de)斷裂性能。

  合(he)金的析出行為C曲線(xian)，如圖(tu)10-10 所示，析出相種(zhong)類和(he)數量受(shou)合(he)金成(cheng)分和(he)受(shou)熱條件所制約。

二、力(li)學性能(neng)

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合(he)金的(de)(de)室(shi)溫(wen)(wen)力學(xue)性能匯總于(yu)表(biao)(biao)10-3,典型的(de)(de)室(shi)溫(wen)(wen)抗(kang)(kang)拉(la)和抗(kang)(kang)壓(ya)強度見(jian)表(biao)(biao)10-4。表(biao)(biao)10-5為超低碳型 Cr20Ni32Fe合(he)金的(de)(de)室(shi)溫(wen)(wen)和350℃的(de)(de)力學(xue)性能。 溫(wen)(wen)瞬時(shi)拉(la)伸性能如(ru)圖(tu)10-11和圖(tu)10-12所示。Cr20Ni32Fe 合(he)金的(de)(de)高溫(wen)(wen)長(chang)時(shi)力學(xue)性能見(jian)表(biao)(biao)10-6、圖(tu)10-13和圖(tu)10-14。

三、耐蝕性能

  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(gao)溫腐蝕

  盡管Cr20Ni32Fe合(he)金在濕態介(jie)質中具有(you)(you)較好的(de)(de)(de)(de)耐蝕性(xing)，但(dan)此類合(he)金良(liang)(liang)好的(de)(de)(de)(de)耐高(gao)(gao)溫腐(fu)蝕性(xing)能是其(qi)突出優點。在高(gao)(gao)溫條(tiao)件下，由于合(he)金中具有(you)(you)較高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)銘含量和(he)足夠的(de)(de)(de)(de)鎳含量，使其(qi)能形(xing)成防護性(xing)良(liang)(liang)好的(de)(de)(de)(de)氧(yang)化膜，具有(you)(you)良(liang)(liang)好的(de)(de)(de)(de)抗滲碳性(xing)能，是耐高(gao)(gao)溫腐(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)良(liang)(liang)好材料，在工(gong)業中得(de)到(dao)了廣泛應用。

  在(zai)高溫爐氣中 Cr20Ni32Fe合金的耐蝕性(xing)優于(yu)一般奧氏體不銹鋼(gang)，數(shu)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)(tan)性能，Cr20Ni32Fe具有良好的(de)抗滲碳(tan)(tan)性能，試(shi)驗室(shi)試(shi)驗結果見表 10-10。它(ta)的(de)抗滲碳(tan)(tan)性能優于常規不銹鋼，相當于含質量(liang)分數為25% 鉻的(de)耐髙(gao)溫(wen) 腐(fu)蝕的(de)奧(ao)氏(shi)體不銹鋼。

  3. 晶間(jian)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(fu)蝕(shi)

    a. 高(gao)溫水介質中

   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(jin)管Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)表現出(chu)良好的(de)耐應力腐蝕性(xing)，但此(ci)合(he)金(jin)對(dui)應力腐蝕并非免疫。在各種高(gao)(gao)溫(wen)水中的(de)耐應力腐蝕性(xing)能與合(he)金(jin)成分、熱處(chu)理條件、冷變形等 有密切(qie)關系(xi)。試驗結果指(zhi)出(chu)，降(jiang)低合(he)金(jin)中的(de)碳含量(liang)(≤0.03%),提高(gao)(gao)鎳含 量(liang)，增大Ti/C比將提高(gao)(gao)合(he)金(jin)的(de)耐應力腐蝕性(xing)能。通常敏化和冷變形對(dui)合(he)金(jin)的(de)耐應力腐蝕性(xing)能有害，但有的(de)試驗結果指(zhi)出(chu)，650℃長期時效可顯著降(jiang)低合(he)金(jin)的(de)應力腐蝕敏感性(xing)。

   b. 苛(ke)性水介質中

   在壓水堆(dui)蒸(zheng)發(fa)器(qi)(qi)和鈉冷快堆(dui)蒸(zheng)發(fa)器(qi)(qi)中，有可能會出(chu)現含(han)NaOH的苛性(xing)水介(jie)質，目前已遇到18-8不(bu)銹鋼和 Inconel 600合金的苛性(xing)應力腐蝕(shi)破裂問題。

  大量的(de)(de)研(yan)究表明Cr20Ni32Fe合金在含(han)NaOH的(de)(de)苛性水介質(zhi)中的(de)(de)耐(nai)應力(li)(li)腐蝕性能(neng)取決于(yu)NaOH濃(nong)度(du)和應力(li)(li)水平(圖10-19 和 圖10-20)。 NaOH濃(nong)度(du)和應力(li)(li)水平愈高(gao)，合金的(de)(de)耐(nai)應力(li)(li)腐蝕性能(neng)下降。對低(di)碳型的(de)(de)00Cr20Ni32AITi合金只有在低(di) NaOH濃(nong)度(du)、低(di)應力(li)(li)下才處(chu)于(yu)免(mian)疫區（見圖10-21，該(gai)圖中NaOH為質(zhi)量分數）。 因(yin)此，只有在使用過程中避免(mian)高(gao)應力(li)(li)出現和防(fang)止NaOH濃(nong)縮，才能(neng)保證采(cai)用 00Cr20Ni32AlTi合金設備的(de)(de)安全運行。

   c. NaCl溶液(ye)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、 熱加工(gong)、冷加工(gong)、熱處理(li)和(he)焊(han)接性能

   1. 熱加工

    Cr20Ni32Fe合金的(de)熱(re)加(jia)工性能(neng)良好，類似于一般Cr-Ni奧氏體(ti) 不銹鋼，熱(re)加(jia)工溫度范圍為900~1200℃，合金的(de)熱(re)彎成形通(tong)常在1000~1150℃ 范圍內進行。熱(re)成形后可以空冷，但為了減輕(qing)合金的(de)晶(jing)間腐(fu)蝕傾(qing)向(xiang)，應盡量快速通(tong)過540~760℃敏化區。

   2. 冷加工

     合(he)金的冷加工成(cheng)(cheng)型性(xing)能近(jin)似于18-8型奧(ao)氏(shi)體不銹鋼，但加工硬(ying)化傾向低(di)于18-8型奧(ao)氏(shi)體不銹鋼。盡管如(ru)此，在冷加工成(cheng)(cheng)型過程中(zhong)(zhong)，中(zhong)(zhong)間軟化退(tui)火常(chang)常(chang)是需要的，中(zhong)(zhong)間退(tui)火溫度與固溶退(tui)火溫度相同。

   3. 熱處理

    合金(jin)的(de)(de)固(gu)溶(rong)退(tui)火溫(wen)度(du)(du)在920~980℃ , 一般控制在980℃ ,±10℃保溫(wen)時間視產品(pin)厚度(du)(du)而定，但保溫(wen)時間不得少于(yu)(yu)10分鐘(zhong)，對(dui)于(yu)(yu)高(gao)碳合金(jin)且在550℃以(yi)上(shang)溫(wen)度(du)(du)使(shi)用者，其(qi)固(gu)溶(rong)處理溫(wen)度(du)(du)應(ying)為1150~1205℃。消除應(ying)力的(de)(de)熱處理，一般在540℃以(yi)上(shang)即可產生效果，但殘余應(ying)力的(de)(de)完全消除需在高(gao)于(yu)(yu)870℃的(de)(de)溫(wen)度(du)(du)進行(xing)退(tui)火。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型(xing)合(he)金焊(han)接(jie)(jie)(jie)性(xing)能良好，可(ke)釆用(yong)通常的(de)焊(han)接(jie)(jie)(jie)方(fang)法進行 焊(han)接(jie)(jie)(jie)。試驗表明，釆用(yong)新2號焊(han)絲對00Cr20Ni32AlTi合(he)金管(guan)材(cai)(cai)與不銹鋼管(guan)板進行 TIG焊(han)接(jie)(jie)(jie)，取得了滿意的(de)效果。合(he)金的(de)抗裂(lie)性(xing)能良好，接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)晶(jing)間(jian)腐蝕、應力腐 蝕等(deng)亦近于母材(cai)(cai)。根據使用(yong)條件可(ke)選用(yong)表10-11所列的(de)焊(han)接(jie)(jie)(jie)材(cai)(cai)料。

五、物理性能

    Cr20Ni32Fe合(he)金的(de)物(wu)理性能隨(sui)合(he)金的(de)成(cheng)分和試(shi)驗條件會有微小變(bian)化，但不會有大的(de)變(bian)動(dong)。1Cr20Ni32Fe合(he)金(Incoloy 800)的(de)物(wu)理性能見表10-12和圖 10-24。

六、應用

  產品(pin)類型和(he)應(ying)用舉(ju)例(li)：此類合金的(de)冶金生產工藝與通常的(de)18-8型奧氏體不 銹鋼(gang)類似(si)，可(ke)以提(ti)供板(ban)（中板(ban)、薄板(ban)）、管（熱擠壓和(he)冷加(jia)工管）、絲、帶、棒 和(he)鍛(duan)件等(deng)冶金產品(pin)，亦可(ke)以提(ti)供各種鑄件。

  Cr20Ni32Fe合金在含氯化(hua)物和低濃度NaOH的(de)(de)苛性水介質中具(ju)有優良的(de)(de)耐(nai)(nai)應力 腐(fu)蝕性能(neng)，廣泛用于制造耐(nai)(nai)應力腐(fu)蝕破壞的(de)(de)設(she)備，代替慣(guan)用的(de)(de)18-8奧氏體不銹鋼(gang)。

   在動力(li)工(gong)業中，用以制造壓(ya)水堆(dui)蒸發器(qi)、高溫氣(qi)冷堆(dui)、鈉冷快(kuai)堆(dui)換熱器(qi)，以 及過熱蒸汽管。

   在化(hua)學加工業(ye)中，用以(yi)(yi)制造(zao)硝(xiao)酸冷(leng)卻(que)器、醋(cu)酐(gan)裂(lie)化(hua)管以(yi)(yi)及(ji)各種(zhong)換熱(re)設備。