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

  高(gao)碳(tan)型合(he)金的碳(tan)含(han)量(C)處于0.05%~0.1%之間(jian)。主要用于600℃以上， 具有粗(cu)晶粒(li)、高(gao)蠕變強度的特(te)點。在化工(gong)、電廠、石油化學工(gong)業中的過熱器、再熱器、高(gao)溫加熱、轉(zhuan)化、裂解(jie)爐(lu)管(guan)等方面應用。

  中碳型合(he)金的碳含量在0.03%~0.06%范圍(wei)之間，具(ju)有中等晶粒度，一 般用(yong)于350℃~600℃ 使用(yong)的過熱(re)器(qi)、再熱(re)器(qi)等熱(re)強部件(jian)。也適用(yong)于高溫(750℃)氣冷(leng)堆換(huan)熱(re)器(qi)。

  低(di)碳型(xing)有(you)時也稱改(gai)良型(xing)。它是標(biao)準型(xing)合(he)(he)金Cr20Ni32Fe合(he)(he)金的(de)改(gai)進和發展(zhan)。我(wo) 國鋼標(biao)號為00Cr20Ni32AlTi。碳含(han)量(C)低(di)于0.03%并要(yao)求控(kong)制合(he)(he)金中的(de)Ti/C和Ti/C+N比值(zhi)以及Al、Co等含(han)量。此(ci)合(he)(he)金的(de)特點(dian)是超低(di)碳、細(xi)晶粒，充分穩定化、耐應(ying)力腐蝕(shi)性能優(you)良,低(di)碳型(xing)合(he)(he)金使(shi)用溫(wen)度≤350℃ ,主要(yao)用于壓水堆(dui)蒸(zheng)發器。

一、化學(xue)成分和組織結構(gou)

  經近60年的演變、發(fa)展(zhan)的各(ge)種(zhong)Cr20Ni32合金的派(pai)生牌號的化(hua)學成分(fen)列于表 10-2。

  表10-2所列(lie)合(he)金在高溫固(gu)溶(rong)快冷條(tiao)件下(xia)(xia)的(de)組織(zhi)為(wei)奧氏(shi)體，但(dan)在500~900℃ 中溫加熱(re)，此合(he)金有可能(neng)處于雙(shuang)相區，對于Ni處于下(xia)(xia)限，Cr處于上限的(de)合(he)金可能(neng)性更大(da)。業已發現，在650℃和750℃長(chang)期加熱(re)有δ相析出，但(dan)數量較少，尚不足以影響(xiang)合(he)金的(de)斷裂性能(neng)。

  合金的(de)析(xi)出(chu)行為C曲線，如圖(tu)10-10 所(suo)示，析(xi)出(chu)相種類和數量受(shou)合金成分和受(shou)熱(re)條(tiao)件所(suo)制約(yue)。

二、力學性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合(he)金(jin)的室(shi)溫(wen)(wen)(wen)力(li)(li)學性(xing)能匯總于(yu)表(biao)10-3,典型的室(shi)溫(wen)(wen)(wen)抗(kang)拉(la)和(he)抗(kang)壓強度(du)見表(biao)10-4。表(biao)10-5為超低碳型 Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的室(shi)溫(wen)(wen)(wen)和(he)350℃的力(li)(li)學性(xing)能。 溫(wen)(wen)(wen)瞬時拉(la)伸(shen)性(xing)能如圖(tu)10-11和(he)圖(tu)10-12所示。Cr20Ni32Fe 合(he)金(jin)的高(gao)溫(wen)(wen)(wen)長時力(li)(li)學性(xing)能見表(biao)10-6、圖(tu)10-13和(he)圖(tu)10-14。

三、耐蝕性能(neng)

  1. 全面(mian)腐(fu)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合金在(zai)濕態(tai)介質中(zhong)具(ju)有較好的(de)耐(nai)蝕性(xing)，但(dan)此類合金良(liang)好的(de)耐(nai)高(gao)溫(wen)腐(fu)(fu)蝕性(xing)能是(shi)其(qi)(qi)突出優點。在(zai)高(gao)溫(wen)條件下，由于合金中(zhong)具(ju)有較高(gao)的(de)銘(ming)含量和(he)足夠的(de)鎳含量，使其(qi)(qi)能形成防護性(xing)良(liang)好的(de)氧(yang)化膜(mo)，具(ju)有良(liang)好的(de)抗(kang)滲碳性(xing)能，是(shi)耐(nai)高(gao)溫(wen)腐(fu)(fu)蝕的(de)良(liang)好材料，在(zai)工(gong)業中(zhong)得到了廣泛應用。

  在(zai)高溫爐氣中(zhong) Cr20Ni32Fe合金(jin)的耐(nai)蝕性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(kang)滲碳(tan)(tan)性能，Cr20Ni32Fe具有良(liang)好的抗(kang)滲碳(tan)(tan)性能，試(shi)驗室試(shi)驗結果見表 10-10。它的抗(kang)滲碳(tan)(tan)性能優于常規不銹鋼，相當于含質(zhi)量分數為25% 鉻(ge)的耐髙溫(wen) 腐蝕的奧氏體不銹鋼。

  3. 晶(jing)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(li)腐蝕(shi)

    a. 高溫水介質中(zhong)

   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(chu)良(liang)好的耐(nai)應力腐蝕(shi)(shi)性(xing)，但此(ci)合(he)(he)金(jin)對應力腐蝕(shi)(shi)并非(fei)免(mian)疫(yi)。在各種(zhong)高(gao)溫水中的耐(nai)應力腐蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)與合(he)(he)金(jin)成(cheng)分、熱處理條件、冷變形等(deng) 有密切(qie)關系。試驗(yan)(yan)結(jie)果指(zhi)出(chu)，降(jiang)低合(he)(he)金(jin)中的碳含(han)量(≤0.03%),提高(gao)鎳含(han) 量，增大Ti/C比將提高(gao)合(he)(he)金(jin)的耐(nai)應力腐蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)。通常(chang)敏化和冷變形對合(he)(he)金(jin)的耐(nai)應力腐蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)有害(hai)，但有的試驗(yan)(yan)結(jie)果指(zhi)出(chu)，650℃長期(qi)時效可顯著降(jiang)低合(he)(he)金(jin)的應力腐蝕(shi)(shi)敏感性(xing)。

   b. 苛性水介質中

   在壓水堆(dui)蒸(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)(qi)和鈉冷(leng)快堆(dui)蒸(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)(qi)中，有可能會出現含NaOH的(de)苛(ke)性(xing)水介(jie)質，目前已(yi)遇到(dao)18-8不銹(xiu)鋼和 Inconel 600合金的(de)苛(ke)性(xing)應力腐蝕破裂問題。

  大量(liang)的(de)研(yan)究表明Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)(jin)在(zai)含(han)NaOH的(de)苛性水(shui)(shui)介質中(zhong)的(de)耐應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)性能(neng)(neng)取(qu)決于NaOH濃度和(he)應(ying)(ying)力(li)水(shui)(shui)平(ping)(圖10-19 和(he) 圖10-20)。 NaOH濃度和(he)應(ying)(ying)力(li)水(shui)(shui)平(ping)愈高，合(he)金(jin)(jin)的(de)耐應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)性能(neng)(neng)下降。對低碳型的(de)00Cr20Ni32AITi合(he)金(jin)(jin)只有在(zai)低 NaOH濃度、低應(ying)(ying)力(li)下才處于免疫區(qu)（見圖10-21，該圖中(zhong)NaOH為質量(liang)分數）。 因此，只有在(zai)使用過(guo)程中(zhong)避(bi)免高應(ying)(ying)力(li)出現和(he)防止NaOH濃縮(suo)，才能(neng)(neng)保證采用 00Cr20Ni32AlTi合(he)金(jin)(jin)設備的(de)安全運(yun)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(gong)、冷(leng)加工(gong)、熱處理(li)和焊接性能(neng)

   1. 熱加工

    Cr20Ni32Fe合金的(de)熱加(jia)工性(xing)能良好，類(lei)似于一(yi)般(ban)Cr-Ni奧氏體 不銹鋼(gang)，熱加(jia)工溫度(du)范圍為(wei)900~1200℃，合金的(de)熱彎成(cheng)形通常(chang)在1000~1150℃ 范圍內進行。熱成(cheng)形后可以空冷，但(dan)為(wei)了減輕合金的(de)晶間腐蝕傾向，應(ying)盡量快(kuai)速通過540~760℃敏(min)化區。

   2. 冷加工

     合金的(de)(de)冷(leng)加(jia)(jia)工(gong)成(cheng)(cheng)型性能(neng)近似于(yu)18-8型奧氏(shi)體不(bu)銹鋼，但加(jia)(jia)工(gong)硬化(hua)傾向(xiang)低(di)于(yu)18-8型奧氏(shi)體不(bu)銹鋼。盡管如(ru)此，在冷(leng)加(jia)(jia)工(gong)成(cheng)(cheng)型過程中，中間軟化(hua)退(tui)火(huo)常常是需要的(de)(de)，中間退(tui)火(huo)溫度(du)與固(gu)溶退(tui)火(huo)溫度(du)相同。

   3. 熱處理

    合金的(de)固溶退火溫(wen)度(du)在920~980℃ , 一般控制在980℃ ,±10℃保溫(wen)時(shi)間(jian)視產品厚度(du)而定，但保溫(wen)時(shi)間(jian)不得少于10分(fen)鐘，對于高碳(tan)合金且在550℃以上(shang)溫(wen)度(du)使用者，其固溶處理溫(wen)度(du)應為1150~1205℃。消除(chu)應力的(de)熱處理，一般在540℃以上(shang)即可產生效果，但殘余應力的(de)完(wan)全消除(chu)需在高于870℃的(de)溫(wen)度(du)進(jin)行(xing)退火。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合(he)金焊(han)(han)(han)接(jie)性能(neng)良(liang)好，可釆(bian)用通常的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)方法進行 焊(han)(han)(han)接(jie)。試驗表(biao)明(ming)，釆(bian)用新2號(hao)焊(han)(han)(han)絲對00Cr20Ni32AlTi合(he)金管材(cai)與不銹鋼(gang)管板進行 TIG焊(han)(han)(han)接(jie)，取得(de)了(le)滿(man)意的(de)效果。合(he)金的(de)抗裂性能(neng)良(liang)好，接(jie)頭(tou)的(de)晶間腐(fu)蝕(shi)、應力(li)腐(fu) 蝕(shi)等亦近于母(mu)材(cai)。根據使用條件(jian)可選(xuan)用表(biao)10-11所列(lie)的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)材(cai)料。

五、物理性能

    Cr20Ni32Fe合金(jin)的物(wu)理(li)性能隨合金(jin)的成分和(he)試驗條(tiao)件會有微(wei)小(xiao)變(bian)化，但(dan)不會有大的變(bian)動。1Cr20Ni32Fe合金(jin)(Incoloy 800)的物(wu)理(li)性能見表10-12和(he)圖 10-24。

六、應用

  產品類型和(he)應用舉(ju)例：此類合金(jin)的(de)冶(ye)金(jin)生產工(gong)藝(yi)與通常的(de)18-8型奧氏體不 銹鋼類似，可(ke)以提(ti)供板(ban)（中(zhong)板(ban)、薄板(ban)）、管(guan)(guan)（熱擠壓和(he)冷加工(gong)管(guan)(guan)）、絲(si)、帶(dai)、棒 和(he)鍛件(jian)等冶(ye)金(jin)產品，亦可(ke)以提(ti)供各種(zhong)鑄(zhu)件(jian)。

  Cr20Ni32Fe合金在含氯化物和(he)低濃(nong)度NaOH的苛性(xing)水介質(zhi)中(zhong)具有優良的耐應(ying)力 腐蝕(shi)性(xing)能，廣泛用(yong)于制造耐應(ying)力腐蝕(shi)破壞的設備，代替慣用(yong)的18-8奧氏體不銹鋼(gang)。

   在(zai)動(dong)力(li)工業(ye)中，用以制(zhi)造壓水堆(dui)(dui)蒸(zheng)發器(qi)、高溫(wen)氣冷堆(dui)(dui)、鈉冷快堆(dui)(dui)換(huan)熱器(qi)，以 及過熱蒸(zheng)汽管。

   在(zai)化(hua)學加工(gong)業中，用以制造硝酸冷卻器、醋(cu)酐裂化(hua)管以及各種(zhong)換(huan)熱設(she)備。