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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(biao)準型是早期的(de)Cr20Ni32型合金，碳含量0.1%。

  高碳型(xing)合金的(de)(de)碳含量(C)處于(yu)0.05%~0.1%之間。主(zhu)要用于(yu)600℃以上， 具(ju)有粗晶粒、高蠕變強度的(de)(de)特(te)點。在化工、電廠(chang)、石油化學(xue)工業中(zhong)的(de)(de)過熱器、再熱器、高溫加熱、轉化、裂解爐管等方面應(ying)用。

  中碳型合金的碳含量在0.03%~0.06%范圍之間，具(ju)有中等晶粒度，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(bu)件(jian)。也適(shi)用(yong)(yong)于高溫(750℃)氣冷堆換熱器(qi)。

  低碳型有時也稱改(gai)良型。它是(shi)標(biao)準型合(he)金Cr20Ni32Fe合(he)金的(de)改(gai)進和發展(zhan)。我 國鋼標(biao)號(hao)為00Cr20Ni32AlTi。碳含量(C)低于(yu)0.03%并要(yao)求控制合(he)金中的(de)Ti/C和Ti/C+N比(bi)值以及Al、Co等含量。此合(he)金的(de)特點是(shi)超(chao)低碳、細晶粒，充分穩定化、耐應力(li)腐蝕性能優良,低碳型合(he)金使(shi)用(yong)溫(wen)度≤350℃ ,主要(yao)用(yong)于(yu)壓(ya)水堆蒸(zheng)發器。

一(yi)、化學(xue)成(cheng)分(fen)和組織結構

  經(jing)近60年(nian)的演(yan)變(bian)、發展的各種Cr20Ni32合金(jin)的派(pai)生牌號(hao)的化學成分列于表 10-2。

  表10-2所列合(he)金(jin)在(zai)高溫固溶快冷條件下的(de)組織為奧氏體(ti)，但(dan)在(zai)500~900℃ 中溫加(jia)熱(re)，此合(he)金(jin)有可(ke)能(neng)處于(yu)雙(shuang)相(xiang)區，對于(yu)Ni處于(yu)下限，Cr處于(yu)上限的(de)合(he)金(jin)可(ke)能(neng)性更大。業已發現，在(zai)650℃和750℃長期加(jia)熱(re)有δ相(xiang)析(xi)出，但(dan)數量較(jiao)少，尚(shang)不足以影(ying)響合(he)金(jin)的(de)斷裂性能(neng)。

  合金的析出(chu)行為(wei)C曲(qu)線(xian)，如圖10-10 所(suo)示(shi)，析出(chu)相種(zhong)類和數量受合金成(cheng)分和受熱條件所(suo)制約(yue)。

二(er)、力學(xue)性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合(he)金的(de)(de)室溫力(li)學性(xing)(xing)(xing)能匯總(zong)于(yu)表(biao)10-3,典型(xing)的(de)(de)室溫抗拉和(he)抗壓強度見表(biao)10-4。表(biao)10-5為超(chao)低碳型(xing) Cr20Ni32Fe合(he)金的(de)(de)室溫和(he)350℃的(de)(de)力(li)學性(xing)(xing)(xing)能。 溫瞬時(shi)拉伸性(xing)(xing)(xing)能如圖(tu)10-11和(he)圖(tu)10-12所(suo)示。Cr20Ni32Fe 合(he)金的(de)(de)高溫長(chang)時(shi)力(li)學性(xing)(xing)(xing)能見表(biao)10-6、圖(tu)10-13和(he)圖(tu)10-14。

三(san)、耐(nai)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. 高溫腐蝕(shi)

  盡管Cr20Ni32Fe合金(jin)在(zai)(zai)濕態(tai)介質中(zhong)具有較(jiao)好的(de)耐(nai)蝕性(xing)(xing)，但此類(lei)合金(jin)良(liang)好的(de)耐(nai)高(gao)(gao)溫腐(fu)(fu)蝕性(xing)(xing)能(neng)是(shi)其(qi)突出優(you)點。在(zai)(zai)高(gao)(gao)溫條件(jian)下(xia)，由于合金(jin)中(zhong)具有較(jiao)高(gao)(gao)的(de)銘(ming)含量和足夠的(de)鎳含量，使其(qi)能(neng)形(xing)成防護性(xing)(xing)良(liang)好的(de)氧(yang)化膜，具有良(liang)好的(de)抗滲碳(tan)性(xing)(xing)能(neng)，是(shi)耐(nai)高(gao)(gao)溫腐(fu)(fu)蝕的(de)良(liang)好材料，在(zai)(zai)工業中(zhong)得到了廣泛應(ying)用(yong)。

  在高溫爐氣中 Cr20Ni32Fe合金的耐蝕性優(you)于一(yi)般奧氏(shi)體不銹鋼，數據見(jian)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)滲碳性能，Cr20Ni32Fe具有良(liang)好的抗(kang)滲碳性能，試(shi)驗(yan)室試(shi)驗(yan)結果見表 10-10。它的抗(kang)滲碳性能優于(yu)常規(gui)不銹鋼(gang)，相當于(yu)含(han)質量分數為25% 鉻的耐髙溫 腐蝕的奧氏體不銹鋼(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。

   盡管Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)表現出(chu)良好的(de)(de)(de)耐(nai)應(ying)力(li)腐(fu)蝕性(xing)，但此(ci)合(he)(he)金(jin)對應(ying)力(li)腐(fu)蝕并非(fei)免疫。在各種高(gao)溫水中(zhong)的(de)(de)(de)耐(nai)應(ying)力(li)腐(fu)蝕性(xing)能與合(he)(he)金(jin)成分、熱(re)處(chu)理條件、冷變(bian)形等 有密切關系。試(shi)驗結果指(zhi)出(chu)，降(jiang)低合(he)(he)金(jin)中(zhong)的(de)(de)(de)碳含量(≤0.03%),提高(gao)鎳(nie)含 量，增大Ti/C比將提高(gao)合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)耐(nai)應(ying)力(li)腐(fu)蝕性(xing)能。通常敏化和冷變(bian)形對合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)耐(nai)應(ying)力(li)腐(fu)蝕性(xing)能有害，但有的(de)(de)(de)試(shi)驗結果指(zhi)出(chu)，650℃長(chang)期時(shi)效可顯著降(jiang)低合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)應(ying)力(li)腐(fu)蝕敏感性(xing)。

   b. 苛性水介質(zhi)中

   在(zai)壓(ya)水堆蒸發器和鈉(na)冷快堆蒸發器中，有可(ke)能會出現含NaOH的苛性(xing)水介(jie)質，目前已遇到18-8不銹鋼和 Inconel 600合(he)金的苛性(xing)應力腐蝕(shi)破裂(lie)問題。

  大量的研究(jiu)表明(ming)Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)在含NaOH的苛性(xing)水介質中的耐(nai)應(ying)力腐蝕性(xing)能取(qu)決于NaOH濃(nong)度(du)和(he)應(ying)力水平(ping)(圖(tu)10-19 和(he) 圖(tu)10-20)。 NaOH濃(nong)度(du)和(he)應(ying)力水平(ping)愈高，合(he)金(jin)的耐(nai)應(ying)力腐蝕性(xing)能下降。對低(di)碳型的00Cr20Ni32AITi合(he)金(jin)只有(you)在低(di) NaOH濃(nong)度(du)、低(di)應(ying)力下才處于免疫區（見圖(tu)10-21，該圖(tu)中NaOH為(wei)質量分數）。 因此，只有(you)在使用過程中避(bi)免高應(ying)力出現和(he)防止NaOH濃(nong)縮(suo)，才能保證采用 00Cr20Ni32AlTi合(he)金(jin)設(she)備的安全運(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)、冷加工(gong)、熱處理和焊(han)接性能

   1. 熱加工

    Cr20Ni32Fe合金的(de)熱(re)加工性能良好，類似于一般(ban)Cr-Ni奧氏體 不銹鋼，熱(re)加工溫(wen)度范圍為(wei)900~1200℃，合金的(de)熱(re)彎成(cheng)形(xing)通常在1000~1150℃ 范圍內進行。熱(re)成(cheng)形(xing)后(hou)可以空(kong)冷，但為(wei)了減(jian)輕合金的(de)晶間腐(fu)蝕(shi)傾向，應盡量(liang)快(kuai)速通過540~760℃敏化(hua)區(qu)。

   2. 冷(leng)加工

     合金的冷加(jia)工(gong)成型(xing)性能近(jin)似(si)于(yu)18-8型(xing)奧氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)，但加(jia)工(gong)硬化傾(qing)向(xiang)低于(yu)18-8型(xing)奧氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)。盡管如此，在冷加(jia)工(gong)成型(xing)過程中，中間軟化退火(huo)常常是需(xu)要的，中間退火(huo)溫(wen)(wen)度與(yu)固溶退火(huo)溫(wen)(wen)度相同。

   3. 熱(re)處理

    合(he)金的(de)固溶(rong)退火(huo)溫(wen)度(du)(du)在(zai)(zai)920~980℃ , 一(yi)(yi)般(ban)控(kong)制在(zai)(zai)980℃ ,±10℃保(bao)溫(wen)時間視產品厚度(du)(du)而定，但保(bao)溫(wen)時間不得少于(yu)10分鐘，對于(yu)高碳合(he)金且在(zai)(zai)550℃以上溫(wen)度(du)(du)使用者，其固溶(rong)處理溫(wen)度(du)(du)應為1150~1205℃。消除應力的(de)熱處理，一(yi)(yi)般(ban)在(zai)(zai)540℃以上即可產生效果，但殘(can)余應力的(de)完全(quan)消除需在(zai)(zai)高于(yu)870℃的(de)溫(wen)度(du)(du)進行退火(huo)。

   4. 焊(han)接(jie)

    Cr20Ni32Fe型合(he)(he)金焊(han)接(jie)性能(neng)(neng)良好(hao)(hao)，可釆(bian)用(yong)通常的(de)焊(han)接(jie)方法進行(xing) 焊(han)接(jie)。試(shi)驗表(biao)(biao)明，釆(bian)用(yong)新2號焊(han)絲對00Cr20Ni32AlTi合(he)(he)金管材(cai)與(yu)不銹鋼管板(ban)進行(xing) TIG焊(han)接(jie)，取得了滿(man)意的(de)效果。合(he)(he)金的(de)抗裂性能(neng)(neng)良好(hao)(hao)，接(jie)頭的(de)晶間腐(fu)蝕、應力(li)腐(fu) 蝕等亦近于(yu)母材(cai)。根據使(shi)用(yong)條件(jian)可選用(yong)表(biao)(biao)10-11所列的(de)焊(han)接(jie)材(cai)料。

五(wu)、物理性(xing)能

    Cr20Ni32Fe合金的物理(li)性能隨合金的成分和試驗條件會(hui)有微(wei)小變化(hua)，但不會(hui)有大的變動。1Cr20Ni32Fe合金(Incoloy 800)的物理(li)性能見(jian)表10-12和圖 10-24。

六、應用

  產品(pin)類(lei)型(xing)和(he)應用(yong)舉例(li)：此類(lei)合(he)金(jin)的冶金(jin)生產工(gong)藝與通常的18-8型(xing)奧氏(shi)體不 銹鋼類(lei)似，可以(yi)提供(gong)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、帶、棒 和(he)鍛件(jian)等(deng)冶金(jin)產品(pin)，亦可以(yi)提供(gong)各種鑄件(jian)。

  Cr20Ni32Fe合金在含(han)氯(lv)化物和低濃度(du)NaOH的(de)苛(ke)性水介質中具有優(you)良的(de)耐應力 腐(fu)蝕(shi)(shi)性能，廣泛(fan)用(yong)于制造(zao)耐應力腐(fu)蝕(shi)(shi)破壞的(de)設備(bei)，代(dai)替慣(guan)用(yong)的(de)18-8奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)。

   在動力工業中，用以制(zhi)造壓水(shui)堆蒸(zheng)發器、高溫氣冷堆、鈉(na)冷快堆換(huan)熱器，以 及過熱蒸(zheng)汽(qi)管(guan)。

   在化學加工(gong)業中(zhong)，用以(yi)制造硝酸冷(leng)卻器(qi)、醋(cu)酐裂化管以(yi)及各種換熱(re)設備。