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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。

  標準型是早(zao)期的Cr20Ni32型合(he)金(jin)，碳含(han)量(liang)0.1%。

  高碳(tan)型(xing)合金的(de)碳(tan)含量(C)處于0.05%~0.1%之間。主(zhu)要用(yong)于600℃以上， 具有粗晶粒(li)、高蠕變強度的(de)特點。在化(hua)工、電廠、石油化(hua)學工業中的(de)過(guo)熱(re)器、再熱(re)器、高溫(wen)加熱(re)、轉(zhuan)化(hua)、裂(lie)解爐管等方面應用(yong)。

  中(zhong)碳(tan)型合金的(de)碳(tan)含量(liang)在(zai)0.03%~0.06%范圍之間，具有中(zhong)等晶粒度，一 般用于(yu)350℃~600℃ 使用的(de)過熱(re)(re)(re)器、再熱(re)(re)(re)器等熱(re)(re)(re)強部件。也(ye)適用于(yu)高溫(750℃)氣冷堆(dui)換熱(re)(re)(re)器。

  低(di)碳(tan)型有時也稱(cheng)改(gai)良(liang)型。它是標(biao)(biao)準型合(he)金(jin)Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的(de)改(gai)進和(he)發(fa)(fa)展(zhan)。我 國鋼標(biao)(biao)號為00Cr20Ni32AlTi。碳(tan)含量(C)低(di)于(yu)0.03%并要求(qiu)控(kong)制合(he)金(jin)中的(de)Ti/C和(he)Ti/C+N比(bi)值(zhi)以及Al、Co等含量。此合(he)金(jin)的(de)特點是超低(di)碳(tan)、細晶粒(li)，充分(fen)穩定(ding)化、耐應力腐(fu)蝕性能優良(liang),低(di)碳(tan)型合(he)金(jin)使用(yong)溫度(du)≤350℃ ,主要用(yong)于(yu)壓水堆蒸發(fa)(fa)器(qi)。

一、化學成分和組織結構

  經近60年的(de)演變、發展的(de)各種Cr20Ni32合金的(de)派生牌號的(de)化(hua)學成分列于表 10-2。

  表10-2所(suo)列合金(jin)在高溫固溶快冷條件下的(de)組織為奧(ao)氏體，但(dan)在500~900℃ 中溫加熱，此合金(jin)有(you)可能(neng)處(chu)于(yu)雙相區，對于(yu)Ni處(chu)于(yu)下限，Cr處(chu)于(yu)上限的(de)合金(jin)可能(neng)性更大(da)。業(ye)已發現，在650℃和(he)750℃長期(qi)加熱有(you)δ相析(xi)出，但(dan)數量較少(shao)，尚不(bu)足以影響(xiang)合金(jin)的(de)斷裂性能(neng)。

  合(he)金的(de)析(xi)出行為C曲線(xian)，如圖10-10 所示(shi)，析(xi)出相種類和數(shu)量受合(he)金成分和受熱(re)條件所制約。

二、力學性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合(he)金(jin)的(de)室(shi)溫力(li)學(xue)性能(neng)匯總于表(biao)10-3,典(dian)型(xing)的(de)室(shi)溫抗(kang)拉和抗(kang)壓(ya)強度(du)見(jian)表(biao)10-4。表(biao)10-5為超低碳(tan)型(xing) Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的(de)室(shi)溫和350℃的(de)力(li)學(xue)性能(neng)。 溫瞬時拉伸性能(neng)如圖10-11和圖10-12所示(shi)。Cr20Ni32Fe 合(he)金(jin)的(de)高溫長時力(li)學(xue)性能(neng)見(jian)表(biao)10-6、圖10-13和圖10-14。

三、耐蝕(shi)性能

  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合金在濕態介質中具有(you)較好的(de)耐(nai)蝕性，但此類合金良(liang)好的(de)耐(nai)高溫(wen)腐蝕性能(neng)(neng)是其突出優點(dian)。在高溫(wen)條(tiao)件下，由于合金中具有(you)較高的(de)銘(ming)含量和足夠(gou)的(de)鎳含量，使其能(neng)(neng)形(xing)成防護性良(liang)好的(de)氧化膜(mo)，具有(you)良(liang)好的(de)抗滲(shen)碳性能(neng)(neng)，是耐(nai)高溫(wen)腐蝕的(de)良(liang)好材料(liao)，在工業中得到了廣泛應用。

  在(zai)高溫爐氣中 Cr20Ni32Fe合金的耐蝕性優于一般奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)，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。

   抗滲(shen)碳(tan)性能，Cr20Ni32Fe具(ju)有良好的(de)抗滲(shen)碳(tan)性能，試(shi)驗室(shi)試(shi)驗結果見表(biao) 10-10。它的(de)抗滲(shen)碳(tan)性能優于常規(gui)不(bu)銹鋼(gang)，相(xiang)當于含(han)質量分數(shu)為25% 鉻的(de)耐髙溫 腐蝕的(de)奧氏(shi)體不(bu)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(shi)

    a. 高溫水(shui)介(jie)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)金(jin)(jin)表(biao)現出(chu)良好的耐(nai)應(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕性，但此合(he)金(jin)(jin)對(dui)應(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕并非免疫。在各(ge)種高(gao)(gao)溫水中的耐(nai)應(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕性能與(yu)合(he)金(jin)(jin)成(cheng)分、熱處理條件、冷變形等 有(you)密切關(guan)系。試(shi)驗(yan)結(jie)果(guo)指出(chu)，降(jiang)低合(he)金(jin)(jin)中的碳(tan)含(han)量(≤0.03%),提高(gao)(gao)鎳含(han) 量，增大(da)Ti/C比將提高(gao)(gao)合(he)金(jin)(jin)的耐(nai)應(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕性能。通常敏化(hua)和冷變形對(dui)合(he)金(jin)(jin)的耐(nai)應(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕性能有(you)害，但有(you)的試(shi)驗(yan)結(jie)果(guo)指出(chu)，650℃長期時效可(ke)顯(xian)著降(jiang)低合(he)金(jin)(jin)的應(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕敏感性。

   b. 苛性水(shui)介質中

   在壓水堆蒸發(fa)器和(he)鈉冷快堆蒸發(fa)器中，有可能會出(chu)現(xian)含(han)NaOH的(de)苛性(xing)水介質(zhi)，目前已遇到18-8不銹鋼(gang)和(he) Inconel 600合金的(de)苛性(xing)應力(li)腐蝕(shi)破裂問(wen)題。

  大量(liang)的(de)研究表明(ming)Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)(jin)在含NaOH的(de)苛(ke)性(xing)(xing)水介質(zhi)中(zhong)的(de)耐應(ying)(ying)力腐蝕性(xing)(xing)能(neng)取決于NaOH濃(nong)度(du)和(he)應(ying)(ying)力水平(圖(tu)10-19 和(he) 圖(tu)10-20)。 NaOH濃(nong)度(du)和(he)應(ying)(ying)力水平愈高(gao)，合(he)金(jin)(jin)的(de)耐應(ying)(ying)力腐蝕性(xing)(xing)能(neng)下降。對(dui)低碳型的(de)00Cr20Ni32AITi合(he)金(jin)(jin)只有在低 NaOH濃(nong)度(du)、低應(ying)(ying)力下才處于免(mian)疫區（見(jian)圖(tu)10-21，該圖(tu)中(zhong)NaOH為質(zhi)量(liang)分數）。 因(yin)此(ci)，只有在使(shi)用(yong)過程中(zhong)避免(mian)高(gao)應(ying)(ying)力出現和(he)防止NaOH濃(nong)縮，才能(neng)保證(zheng)采用(yong) 00Cr20Ni32AlTi合(he)金(jin)(jin)設備的(de)安全(quan)運行。

   c. NaCl溶(rong)液(ye)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、 熱加工(gong)、冷加工(gong)、熱處理和焊接(jie)性(xing)能

   1. 熱加工(gong)

    Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的熱(re)加工(gong)(gong)性能良好，類似于一般Cr-Ni奧氏(shi)體 不銹鋼，熱(re)加工(gong)(gong)溫(wen)度范圍為(wei)900~1200℃，合(he)金(jin)的熱(re)彎成(cheng)形通(tong)(tong)常(chang)在1000~1150℃ 范圍內進行。熱(re)成(cheng)形后可以空(kong)冷，但為(wei)了減輕(qing)合(he)金(jin)的晶間腐(fu)蝕傾向，應盡量(liang)快速通(tong)(tong)過540~760℃敏(min)化區。

   2. 冷加(jia)工

     合金的(de)冷加(jia)工(gong)成型(xing)性能(neng)近(jin)似于18-8型(xing)奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼，但加(jia)工(gong)硬化傾(qing)向低于18-8型(xing)奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼。盡(jin)管如此，在冷加(jia)工(gong)成型(xing)過程中，中間軟(ruan)化退火常(chang)(chang)常(chang)(chang)是需要的(de)，中間退火溫(wen)度與固溶退火溫(wen)度相同。

   3. 熱處理

    合金(jin)的(de)固溶(rong)退(tui)火溫(wen)度(du)在920~980℃ , 一(yi)般控(kong)制在980℃ ,±10℃保溫(wen)時間(jian)視產品厚度(du)而(er)定，但保溫(wen)時間(jian)不得(de)少于10分(fen)鐘，對于高碳合金(jin)且在550℃以(yi)上溫(wen)度(du)使用者(zhe)，其固溶(rong)處(chu)理溫(wen)度(du)應(ying)為(wei)1150~1205℃。消除應(ying)力的(de)熱處(chu)理，一(yi)般在540℃以(yi)上即可(ke)產生效果，但殘余應(ying)力的(de)完全消除需(xu)在高于870℃的(de)溫(wen)度(du)進行退(tui)火。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合(he)金(jin)(jin)(jin)焊(han)接(jie)性能(neng)良好，可(ke)釆(bian)用(yong)(yong)通常(chang)的(de)(de)焊(han)接(jie)方法進行(xing) 焊(han)接(jie)。試驗表明，釆(bian)用(yong)(yong)新(xin)2號焊(han)絲(si)對00Cr20Ni32AlTi合(he)金(jin)(jin)(jin)管(guan)材(cai)(cai)與不銹鋼(gang)管(guan)板進行(xing) TIG焊(han)接(jie)，取得(de)了滿意的(de)(de)效(xiao)果(guo)。合(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)抗(kang)裂(lie)性能(neng)良好，接(jie)頭的(de)(de)晶間腐蝕(shi)、應力腐 蝕(shi)等亦(yi)近于(yu)母材(cai)(cai)。根據(ju)使(shi)用(yong)(yong)條件可(ke)選用(yong)(yong)表10-11所(suo)列的(de)(de)焊(han)接(jie)材(cai)(cai)料(liao)。

五、物理(li)性(xing)能

    Cr20Ni32Fe合(he)金的物理性(xing)能(neng)隨(sui)合(he)金的成分和試驗(yan)條件會有微(wei)小(xiao)變化，但(dan)不會有大(da)的變動。1Cr20Ni32Fe合(he)金(Incoloy 800)的物理性(xing)能(neng)見表(biao)10-12和圖 10-24。

六、應用

  產(chan)品類型(xing)和(he)應用舉例：此類合金(jin)的(de)冶(ye)金(jin)生產(chan)工藝與通常的(de)18-8型(xing)奧氏體不 銹(xiu)鋼類似，可以提供(gong)板(ban)（中板(ban)、薄板(ban)）、管（熱擠壓和(he)冷加工管）、絲、帶(dai)、棒(bang) 和(he)鍛件等冶(ye)金(jin)產(chan)品，亦可以提供(gong)各(ge)種鑄件。

  Cr20Ni32Fe合金在含(han)氯(lv)化(hua)物(wu)和低濃度NaOH的苛性(xing)水介質中(zhong)具有優良的耐應(ying)力(li) 腐蝕(shi)性(xing)能，廣泛(fan)用于制(zhi)造耐應(ying)力(li)腐蝕(shi)破壞的設備，代替慣(guan)用的18-8奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼。

   在動力(li)工業(ye)中，用(yong)以制造壓水堆蒸發器、高(gao)溫(wen)氣(qi)冷堆、鈉冷快堆換熱(re)器，以 及(ji)過熱(re)蒸汽(qi)管。

   在化學加工業中，用以制(zhi)造硝酸冷卻器(qi)、醋酐裂化管以及各種(zhong)換熱設備。