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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(liang)0.1%。

  高碳型合金的碳含量(C)處于(yu)0.05%~0.1%之(zhi)間。主要用(yong)于(yu)600℃以上， 具(ju)有粗晶粒、高蠕變強(qiang)度的特點。在化工(gong)、電廠、石油化學工(gong)業中的過熱器(qi)、再(zai)熱器(qi)、高溫加熱、轉(zhuan)化、裂(lie)解(jie)爐管等方面應(ying)用(yong)。

  中(zhong)碳型合金(jin)的碳含(han)量在0.03%~0.06%范圍(wei)之間，具有中(zhong)等晶粒度，一 般用(yong)(yong)于350℃~600℃ 使用(yong)(yong)的過熱器(qi)、再熱器(qi)等熱強部件。也適用(yong)(yong)于高溫(wen)(750℃)氣冷堆換熱器(qi)。

  低碳型有時(shi)也稱改良型。它(ta)是標(biao)(biao)準型合金(jin)Cr20Ni32Fe合金(jin)的(de)改進和(he)發(fa)展。我(wo) 國鋼標(biao)(biao)號為00Cr20Ni32AlTi。碳含(han)量(liang)(C)低于0.03%并要(yao)求控制合金(jin)中的(de)Ti/C和(he)Ti/C+N比值以及(ji)Al、Co等(deng)含(han)量(liang)。此合金(jin)的(de)特點是超低碳、細晶粒，充分穩(wen)定化、耐應力腐蝕(shi)性能優良,低碳型合金(jin)使用(yong)溫度≤350℃ ,主要(yao)用(yong)于壓(ya)水堆蒸發(fa)器。

一、化學成分和組織結構

  經近60年(nian)的(de)演變、發展的(de)各種Cr20Ni32合金的(de)派生牌號(hao)的(de)化學成分列于表(biao) 10-2。

  表10-2所(suo)列合(he)金(jin)在(zai)高溫(wen)固溶(rong)快(kuai)冷條件(jian)下(xia)的組織為奧氏體(ti)，但在(zai)500~900℃ 中溫(wen)加熱(re)，此合(he)金(jin)有(you)可能處于(yu)雙(shuang)相區(qu)，對于(yu)Ni處于(yu)下(xia)限，Cr處于(yu)上限的合(he)金(jin)可能性更大。業已發現，在(zai)650℃和750℃長期(qi)加熱(re)有(you)δ相析出(chu)，但數量較少，尚不足以影響合(he)金(jin)的斷裂性能。

  合(he)金(jin)的(de)析(xi)出(chu)行為C曲線(xian)，如圖10-10 所示，析(xi)出(chu)相種(zhong)類和(he)數(shu)量(liang)受合(he)金(jin)成(cheng)分(fen)和(he)受熱條(tiao)件所制約。

二、力學(xue)性能(neng)

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合(he)金(jin)的室溫(wen)力(li)(li)學(xue)性(xing)(xing)能(neng)(neng)匯總于表10-3,典(dian)型的室溫(wen)抗拉(la)和(he)抗壓強(qiang)度(du)見表10-4。表10-5為超低碳型 Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的室溫(wen)和(he)350℃的力(li)(li)學(xue)性(xing)(xing)能(neng)(neng)。 溫(wen)瞬時拉(la)伸性(xing)(xing)能(neng)(neng)如圖(tu)10-11和(he)圖(tu)10-12所示。Cr20Ni32Fe 合(he)金(jin)的高溫(wen)長(chang)時力(li)(li)學(xue)性(xing)(xing)能(neng)(neng)見表10-6、圖(tu)10-13和(he)圖(tu)10-14。

三(san)、耐蝕性能(neng)

  1. 全面腐蝕(shi)

  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Cr20Ni32Fe合(he)(he)金在濕態介質(zhi)中(zhong)具(ju)有(you)較好(hao)的(de)耐(nai)蝕性(xing)，但此類合(he)(he)金良好(hao)的(de)耐(nai)高(gao)溫(wen)腐蝕性(xing)能是其(qi)突出優點。在高(gao)溫(wen)條件(jian)下，由于合(he)(he)金中(zhong)具(ju)有(you)較高(gao)的(de)銘(ming)含量和(he)足夠(gou)的(de)鎳含量，使其(qi)能形成防護性(xing)良好(hao)的(de)氧(yang)化膜，具(ju)有(you)良好(hao)的(de)抗滲碳性(xing)能，是耐(nai)高(gao)溫(wen)腐蝕的(de)良好(hao)材料，在工業中(zhong)得到了廣泛應用(yong)。

  在高溫爐(lu)氣中 Cr20Ni32Fe合金的(de)耐蝕性優于一般奧氏體不銹鋼，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(kang)滲(shen)碳(tan)性能，Cr20Ni32Fe具有良好的抗(kang)滲(shen)碳(tan)性能，試驗室試驗結果見表 10-10。它(ta)的抗(kang)滲(shen)碳(tan)性能優(you)于(yu)常規(gui)不銹(xiu)鋼(gang)，相當(dang)于(yu)含質量分(fen)數為25% 鉻的耐髙(gao)溫 腐蝕的奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)。

  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(gao)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。

   盡管Cr20Ni32Fe合金(jin)表現出(chu)良好的(de)耐(nai)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性，但此合金(jin)對(dui)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)并(bing)非免疫。在各(ge)種高溫水中的(de)耐(nai)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性能(neng)與合金(jin)成分、熱處理條(tiao)件、冷(leng)變(bian)形等 有(you)密切(qie)關系。試(shi)驗(yan)(yan)結果(guo)指出(chu)，降低(di)合金(jin)中的(de)碳含量(≤0.03%),提(ti)高鎳含 量，增大Ti/C比將提(ti)高合金(jin)的(de)耐(nai)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性能(neng)。通常敏(min)化和冷(leng)變(bian)形對(dui)合金(jin)的(de)耐(nai)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性能(neng)有(you)害，但有(you)的(de)試(shi)驗(yan)(yan)結果(guo)指出(chu)，650℃長期時效可顯著降低(di)合金(jin)的(de)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)敏(min)感性。

   b. 苛性水介(jie)質中

   在壓水堆蒸發器(qi)和鈉冷快(kuai)堆蒸發器(qi)中，有可能會(hui)出(chu)現含(han)NaOH的(de)苛性(xing)水介質，目前已遇(yu)到18-8不銹鋼(gang)和 Inconel 600合金的(de)苛性(xing)應力腐(fu)蝕破裂問(wen)題。

  大量的(de)(de)研究表明(ming)Cr20Ni32Fe合(he)金在含NaOH的(de)(de)苛性(xing)(xing)水介質中(zhong)的(de)(de)耐(nai)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐蝕性(xing)(xing)能取決于NaOH濃(nong)度(du)和(he)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)水平(圖10-19 和(he) 圖10-20)。 NaOH濃(nong)度(du)和(he)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)水平愈高，合(he)金的(de)(de)耐(nai)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐蝕性(xing)(xing)能下(xia)(xia)降。對低碳型的(de)(de)00Cr20Ni32AITi合(he)金只(zhi)有在低 NaOH濃(nong)度(du)、低應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)下(xia)(xia)才處于免(mian)疫區（見圖10-21，該圖中(zhong)NaOH為(wei)質量分(fen)數）。 因(yin)此，只(zhi)有在使用(yong)過(guo)程中(zhong)避(bi)免(mian)高應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)出現和(he)防止(zhi)NaOH濃(nong)縮，才能保證采(cai)用(yong) 00Cr20Ni32AlTi合(he)金設(she)備的(de)(de)安(an)全運行(xing)。

   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、 熱加(jia)工、冷加(jia)工、熱處理和焊接性能(neng)

   1. 熱加工

    Cr20Ni32Fe合金(jin)的熱(re)加(jia)工性(xing)能良好，類似(si)于一般Cr-Ni奧氏體 不銹鋼，熱(re)加(jia)工溫度范圍為900~1200℃，合金(jin)的熱(re)彎成形(xing)通常在1000~1150℃ 范圍內(nei)進(jin)行(xing)。熱(re)成形(xing)后可以空冷，但為了減輕(qing)合金(jin)的晶間腐蝕傾向，應(ying)盡(jin)量快速通過(guo)540~760℃敏化區。

   2. 冷加工

     合(he)金的(de)(de)冷加工(gong)成型性能(neng)近似于18-8型奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼，但加工(gong)硬化傾向低于18-8型奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼。盡管如此，在(zai)冷加工(gong)成型過程中，中間軟化退火常常是需要(yao)的(de)(de)，中間退火溫度(du)(du)與固溶退火溫度(du)(du)相同。

   3. 熱處理(li)

    合金(jin)的固(gu)溶退火溫(wen)度(du)在(zai)920~980℃ , 一般(ban)控制在(zai)980℃ ,±10℃保溫(wen)時(shi)間視產品(pin)厚度(du)而定，但保溫(wen)時(shi)間不(bu)得少于(yu)(yu)10分(fen)鐘，對于(yu)(yu)高(gao)碳合金(jin)且在(zai)550℃以(yi)上溫(wen)度(du)使用者，其固(gu)溶處(chu)理溫(wen)度(du)應(ying)為(wei)1150~1205℃。消除應(ying)力的熱處(chu)理，一般(ban)在(zai)540℃以(yi)上即可產生效(xiao)果，但殘余應(ying)力的完全消除需在(zai)高(gao)于(yu)(yu)870℃的溫(wen)度(du)進行退火。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型(xing)合金焊接性能(neng)良(liang)好，可(ke)釆用(yong)(yong)通常的(de)焊接方(fang)法(fa)進(jin)行 焊接。試驗表(biao)明，釆用(yong)(yong)新2號(hao)焊絲對00Cr20Ni32AlTi合金管(guan)材與不銹鋼管(guan)板進(jin)行 TIG焊接，取得了滿意的(de)效果。合金的(de)抗裂性能(neng)良(liang)好，接頭的(de)晶(jing)間腐(fu)蝕(shi)、應力腐(fu) 蝕(shi)等(deng)亦(yi)近于(yu)母材。根(gen)據使用(yong)(yong)條件可(ke)選(xuan)用(yong)(yong)表(biao)10-11所(suo)列的(de)焊接材料。

五(wu)、物理性能

    Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)的(de)物理(li)性能隨合(he)(he)金(jin)的(de)成分和試驗(yan)條(tiao)件(jian)會有(you)(you)微小變(bian)化，但不會有(you)(you)大的(de)變(bian)動。1Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)(Incoloy 800)的(de)物理(li)性能見表10-12和圖 10-24。

六、應用(yong)

  產品類型和應用舉例(li)：此類合金(jin)的冶金(jin)生產工(gong)藝與(yu)通常的18-8型奧氏體不 銹(xiu)鋼(gang)類似，可(ke)以提(ti)(ti)供板(ban)（中板(ban)、薄(bo)板(ban)）、管(guan)（熱擠壓(ya)和冷加工(gong)管(guan)）、絲、帶、棒 和鍛(duan)件(jian)等(deng)冶金(jin)產品，亦(yi)可(ke)以提(ti)(ti)供各種鑄件(jian)。

  Cr20Ni32Fe合(he)金在含氯(lv)化物和低濃度NaOH的苛性水介質中具有優良的耐應力(li) 腐蝕性能，廣泛用(yong)于制(zhi)造(zao)耐應力(li)腐蝕破壞(huai)的設(she)備(bei)，代替慣用(yong)的18-8奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼。

   在動力工業中，用以制造壓(ya)水堆蒸(zheng)發器(qi)、高溫氣冷堆、鈉冷快堆換熱器(qi)，以 及過熱蒸(zheng)汽管。

   在(zai)化學加工(gong)業中，用以(yi)制造硝酸冷(leng)卻器(qi)、醋(cu)酐裂(lie)化管以(yi)及各(ge)種換熱設備。