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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Cr20Ni32型合金，碳含量0.1%。

  高(gao)碳(tan)型合金的(de)碳(tan)含量(C)處于0.05%~0.1%之間。主要用(yong)于600℃以上， 具有粗晶粒、高(gao)蠕變強度的(de)特點。在化(hua)工、電廠、石(shi)油化(hua)學工業(ye)中的(de)過熱(re)器、再熱(re)器、高(gao)溫加熱(re)、轉化(hua)、裂(lie)解爐(lu)管等方(fang)面(mian)應用(yong)。

  中碳型合金(jin)的碳含量在0.03%~0.06%范圍(wei)之間，具有中等晶粒度，一 般用(yong)于(yu)350℃~600℃ 使(shi)用(yong)的過熱(re)器(qi)、再(zai)熱(re)器(qi)等熱(re)強部件。也適用(yong)于(yu)高溫(750℃)氣冷堆換熱(re)器(qi)。

  低(di)碳(tan)型有時也稱改(gai)良(liang)型。它是(shi)標準型合(he)金(jin)Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的(de)(de)改(gai)進和發(fa)展。我 國鋼(gang)標號為00Cr20Ni32AlTi。碳(tan)含量(C)低(di)于0.03%并要求(qiu)控(kong)制合(he)金(jin)中的(de)(de)Ti/C和Ti/C+N比(bi)值以(yi)及Al、Co等含量。此合(he)金(jin)的(de)(de)特點是(shi)超(chao)低(di)碳(tan)、細晶(jing)粒，充分(fen)穩定化、耐應力腐蝕性能優良(liang),低(di)碳(tan)型合(he)金(jin)使用(yong)溫度(du)≤350℃ ,主(zhu)要用(yong)于壓水(shui)堆(dui)蒸發(fa)器。

一、化學(xue)成(cheng)分和(he)組(zu)織(zhi)結(jie)構(gou)

  經(jing)近60年(nian)的(de)(de)演(yan)變、發展的(de)(de)各種(zhong)Cr20Ni32合金的(de)(de)派生(sheng)牌號的(de)(de)化學成分列于表 10-2。

  表(biao)10-2所(suo)列合金(jin)在高溫(wen)(wen)固(gu)溶快冷條件(jian)下(xia)(xia)的(de)(de)組織為(wei)奧(ao)氏(shi)體，但在500~900℃ 中溫(wen)(wen)加(jia)熱，此合金(jin)有可能處于(yu)雙相(xiang)區(qu)，對于(yu)Ni處于(yu)下(xia)(xia)限，Cr處于(yu)上限的(de)(de)合金(jin)可能性更大。業已(yi)發現，在650℃和750℃長期加(jia)熱有δ相(xiang)析出，但數量較少，尚不足以影響合金(jin)的(de)(de)斷裂(lie)性能。

  合(he)金(jin)的(de)析(xi)出行(xing)為C曲(qu)線，如圖10-10 所(suo)示，析(xi)出相(xiang)種類和數量受(shou)合(he)金(jin)成分和受(shou)熱條件所(suo)制(zhi)約。

二(er)、力(li)學性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合(he)金的室(shi)溫力學(xue)性能(neng)匯總于表10-3,典型的室(shi)溫抗拉和(he)抗壓強度見表10-4。表10-5為(wei)超(chao)低碳型 Cr20Ni32Fe合(he)金的室(shi)溫和(he)350℃的力學(xue)性能(neng)。 溫瞬時(shi)拉伸性能(neng)如圖(tu)10-11和(he)圖(tu)10-12所示。Cr20Ni32Fe 合(he)金的高溫長時(shi)力學(xue)性能(neng)見表10-6、圖(tu)10-13和(he)圖(tu)10-14。

三、耐蝕性能(neng)

  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

  盡(jin)管Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)在濕態(tai)介質中具(ju)有(you)(you)較(jiao)好(hao)(hao)的(de)耐(nai)蝕(shi)性，但此類合(he)金(jin)良好(hao)(hao)的(de)耐(nai)高溫(wen)腐(fu)蝕(shi)性能是其(qi)突出優(you)點。在高溫(wen)條(tiao)件下(xia)，由于(yu)合(he)金(jin)中具(ju)有(you)(you)較(jiao)高的(de)銘含量(liang)和足夠的(de)鎳含量(liang)，使其(qi)能形成(cheng)防護性良好(hao)(hao)的(de)氧化膜，具(ju)有(you)(you)良好(hao)(hao)的(de)抗滲碳性能，是耐(nai)高溫(wen)腐(fu)蝕(shi)的(de)良好(hao)(hao)材料(liao)，在工業中得到了廣泛應用。

  在高溫爐氣(qi)中 Cr20Ni32Fe合金的耐蝕性優于(yu)一般奧氏體(ti)不銹鋼，數(shu)據見表(biao) 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(neng)(neng)，Cr20Ni32Fe具有良好的抗滲碳(tan)性(xing)能(neng)(neng)，試驗室試驗結果見表 10-10。它的抗滲碳(tan)性(xing)能(neng)(neng)優(you)于常(chang)規不(bu)銹(xiu)鋼(gang)，相當于含(han)質量分數(shu)為25% 鉻的耐髙(gao)溫 腐蝕的奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)。

  3. 晶間腐(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合金(jin)(jin)表現出(chu)良好的耐(nai)應(ying)力腐蝕(shi)性，但(dan)此合金(jin)(jin)對(dui)應(ying)力腐蝕(shi)并非免疫。在各(ge)種(zhong)高(gao)溫水中的耐(nai)應(ying)力腐蝕(shi)性能與(yu)合金(jin)(jin)成(cheng)分、熱處理條件(jian)、冷變(bian)形等 有密切(qie)關系(xi)。試驗結果指(zhi)出(chu)，降低(di)合金(jin)(jin)中的碳(tan)含(han)量(≤0.03%),提高(gao)鎳含(han) 量，增大Ti/C比將(jiang)提高(gao)合金(jin)(jin)的耐(nai)應(ying)力腐蝕(shi)性能。通常敏化和冷變(bian)形對(dui)合金(jin)(jin)的耐(nai)應(ying)力腐蝕(shi)性能有害，但(dan)有的試驗結果指(zhi)出(chu)，650℃長期(qi)時效(xiao)可顯著降低(di)合金(jin)(jin)的應(ying)力腐蝕(shi)敏感性。

   b. 苛性水介質中

   在(zai)壓(ya)水堆蒸發(fa)器(qi)和鈉冷快堆蒸發(fa)器(qi)中，有可能會(hui)出現含NaOH的苛(ke)性(xing)水介質，目前已遇到18-8不銹鋼和 Inconel 600合金的苛(ke)性(xing)應力腐蝕破(po)裂問題。

  大(da)量的(de)研究表明Cr20Ni32Fe合金(jin)在含(han)NaOH的(de)苛(ke)性(xing)水介質中的(de)耐(nai)應力(li)腐(fu)蝕性(xing)能取決(jue)于NaOH濃度和應力(li)水平(圖(tu)10-19 和 圖(tu)10-20)。 NaOH濃度和應力(li)水平愈(yu)高，合金(jin)的(de)耐(nai)應力(li)腐(fu)蝕性(xing)能下(xia)降(jiang)。對低碳型的(de)00Cr20Ni32AITi合金(jin)只(zhi)有在低 NaOH濃度、低應力(li)下(xia)才處于免疫區（見圖(tu)10-21，該圖(tu)中NaOH為質量分數）。 因此，只(zhi)有在使用過程中避(bi)免高應力(li)出(chu)現和防止NaOH濃縮，才能保證采(cai)用 00Cr20Ni32AlTi合金(jin)設備的(de)安全(quan)運行。

   c. NaCl溶(rong)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、 熱(re)加(jia)工、冷加(jia)工、熱(re)處(chu)理和焊(han)接性能

   1. 熱加工(gong)

    Cr20Ni32Fe合金的熱(re)加(jia)工性能良好，類似于一(yi)般Cr-Ni奧氏體 不銹(xiu)鋼，熱(re)加(jia)工溫度范圍為(wei)900~1200℃，合金的熱(re)彎成形(xing)通(tong)常在1000~1150℃ 范圍內進行(xing)。熱(re)成形(xing)后可以空冷，但為(wei)了減輕合金的晶(jing)間腐蝕傾向，應盡量快速通(tong)過540~760℃敏化區(qu)。

   2. 冷(leng)加(jia)工(gong)

     合金的冷加工成(cheng)(cheng)型性能近似于(yu)18-8型奧氏體不銹鋼，但(dan)加工硬化傾向低(di)于(yu)18-8型奧氏體不銹鋼。盡管如此，在冷加工成(cheng)(cheng)型過程中(zhong)，中(zhong)間(jian)軟(ruan)化退火(huo)(huo)常常是需要(yao)的，中(zhong)間(jian)退火(huo)(huo)溫度(du)與固溶退火(huo)(huo)溫度(du)相同。

   3. 熱處理

    合金的(de)固溶退火(huo)溫(wen)度(du)在920~980℃ , 一(yi)般控制在980℃ ,±10℃保溫(wen)時(shi)(shi)間視產品厚度(du)而(er)定，但保溫(wen)時(shi)(shi)間不(bu)得少于10分鐘，對于高(gao)(gao)碳合金且在550℃以上溫(wen)度(du)使用者，其固溶處理(li)(li)溫(wen)度(du)應為1150~1205℃。消(xiao)除應力(li)的(de)熱處理(li)(li)，一(yi)般在540℃以上即(ji)可產生(sheng)效果，但殘余應力(li)的(de)完全消(xiao)除需(xu)在高(gao)(gao)于870℃的(de)溫(wen)度(du)進行(xing)退火(huo)。

   4. 焊接(jie)

    Cr20Ni32Fe型(xing)合金(jin)(jin)(jin)焊接(jie)性(xing)能(neng)(neng)良好，可釆(bian)用(yong)通常的(de)(de)焊接(jie)方法進行 焊接(jie)。試驗表明(ming)，釆(bian)用(yong)新(xin)2號焊絲對00Cr20Ni32AlTi合金(jin)(jin)(jin)管(guan)材(cai)與不(bu)銹(xiu)鋼(gang)管(guan)板進行 TIG焊接(jie)，取(qu)得了滿意的(de)(de)效果。合金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)抗(kang)裂(lie)性(xing)能(neng)(neng)良好，接(jie)頭的(de)(de)晶(jing)間腐蝕、應力腐 蝕等(deng)亦近于母(mu)材(cai)。根據使(shi)用(yong)條件可選用(yong)表10-11所列的(de)(de)焊接(jie)材(cai)料。

五、物理性能

    Cr20Ni32Fe合金的(de)物理性能隨合金的(de)成分和試驗條件會有微小變化(hua)，但不會有大的(de)變動。1Cr20Ni32Fe合金(Incoloy 800)的(de)物理性能見表10-12和圖 10-24。

六、應用

  產(chan)品(pin)類型和應用舉例：此類合金(jin)(jin)的(de)冶金(jin)(jin)生產(chan)工(gong)藝與通(tong)常的(de)18-8型奧氏體不 銹鋼類似，可以提供板(ban)（中板(ban)、薄板(ban)）、管（熱(re)擠壓和冷加工(gong)管）、絲(si)、帶、棒(bang) 和鍛件等冶金(jin)(jin)產(chan)品(pin)，亦可以提供各種鑄(zhu)件。

  Cr20Ni32Fe合金在含氯化物和低濃度(du)NaOH的苛性水介(jie)質中具(ju)有(you)優(you)良的耐應力 腐(fu)蝕性能(neng)，廣(guang)泛(fan)用于制造耐應力腐(fu)蝕破壞的設(she)備，代替慣用的18-8奧氏體(ti)不銹鋼。

   在(zai)動力(li)工業中(zhong)，用以制造壓水(shui)堆蒸發器(qi)、高溫氣冷堆、鈉冷快堆換熱器(qi)，以 及過(guo)熱蒸汽管。

   在(zai)化學(xue)加工業中，用(yong)以制造硝(xiao)酸(suan)冷(leng)卻器、醋酐(gan)裂化管以及各種(zhong)換熱(re)設備(bei)。