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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(xing)是早期的(de)Cr20Ni32型(xing)合金，碳含量(liang)0.1%。

  高(gao)碳(tan)型(xing)合金的(de)碳(tan)含量(C)處于0.05%~0.1%之(zhi)間(jian)。主要用于600℃以上， 具有(you)粗晶粒、高(gao)蠕變(bian)強度的(de)特點(dian)。在化工、電(dian)廠、石油化學工業中的(de)過熱(re)器、再熱(re)器、高(gao)溫加熱(re)、轉化、裂(lie)解爐管等方面(mian)應用。

  中碳(tan)(tan)型合金(jin)的(de)碳(tan)(tan)含量在0.03%~0.06%范(fan)圍之間(jian)，具有中等(deng)晶粒(li)度，一 般用(yong)于350℃~600℃ 使用(yong)的(de)過熱(re)(re)器、再(zai)熱(re)(re)器等(deng)熱(re)(re)強部(bu)件。也(ye)適(shi)用(yong)于高溫(750℃)氣冷堆(dui)換熱(re)(re)器。

  低(di)碳型(xing)有時也(ye)稱(cheng)改良型(xing)。它是標準型(xing)合(he)金(jin)(jin)Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)(jin)的改進和發(fa)(fa)展。我 國鋼標號(hao)為00Cr20Ni32AlTi。碳含量(C)低(di)于0.03%并要(yao)(yao)求控(kong)制合(he)金(jin)(jin)中(zhong)的Ti/C和Ti/C+N比值(zhi)以及Al、Co等(deng)含量。此合(he)金(jin)(jin)的特點是超低(di)碳、細晶粒(li)，充分(fen)穩定化、耐(nai)應力腐蝕性(xing)能優良,低(di)碳型(xing)合(he)金(jin)(jin)使(shi)用溫度≤350℃ ,主要(yao)(yao)用于壓水堆蒸發(fa)(fa)器。

一、化學成分和組(zu)織(zhi)結構

  經近60年(nian)的演(yan)變、發展的各種Cr20Ni32合金的派生牌號的化(hua)學成分(fen)列于(yu)表 10-2。

  表10-2所列合(he)金在(zai)高溫固溶快冷條(tiao)件下的(de)組織為奧氏體(ti)，但在(zai)500~900℃ 中溫加(jia)熱(re)，此合(he)金有可(ke)能處(chu)(chu)于雙相區，對于Ni處(chu)(chu)于下限(xian)，Cr處(chu)(chu)于上(shang)限(xian)的(de)合(he)金可(ke)能性更大。業已發現，在(zai)650℃和(he)750℃長期(qi)加(jia)熱(re)有δ相析出，但數量較少(shao)，尚不足以影響(xiang)合(he)金的(de)斷(duan)裂性能。

  合金的析(xi)出(chu)(chu)行為C曲線，如(ru)圖10-10 所(suo)示，析(xi)出(chu)(chu)相種類和數量受合金成分和受熱條件所(suo)制約(yue)。

二、力學(xue)性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合(he)金(jin)(jin)的室(shi)溫力(li)學性(xing)(xing)能匯總于表10-3,典型(xing)的室(shi)溫抗拉(la)和抗壓強度見(jian)表10-4。表10-5為超低碳型(xing) Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)(jin)的室(shi)溫和350℃的力(li)學性(xing)(xing)能。 溫瞬(shun)時拉(la)伸性(xing)(xing)能如圖10-11和圖10-12所示。Cr20Ni32Fe 合(he)金(jin)(jin)的高溫長時力(li)學性(xing)(xing)能見(jian)表10-6、圖10-13和圖10-14。

三、耐(nai)蝕性能

  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. 高溫腐蝕

  盡(jin)管Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)在濕態(tai)介質中(zhong)具(ju)有較(jiao)好的耐蝕(shi)性，但此類合(he)(he)金(jin)良(liang)好的耐高溫腐(fu)蝕(shi)性能(neng)是(shi)其(qi)突出優點。在高溫條件下，由于合(he)(he)金(jin)中(zhong)具(ju)有較(jiao)高的銘(ming)含量和足夠的鎳(nie)含量，使其(qi)能(neng)形成防護性良(liang)好的氧化(hua)膜，具(ju)有良(liang)好的抗滲(shen)碳性能(neng)，是(shi)耐高溫腐(fu)蝕(shi)的良(liang)好材料，在工業中(zhong)得到了廣泛應用。

  在高(gao)溫爐氣(qi)中 Cr20Ni32Fe合金的耐蝕性優于一般奧氏(shi)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)碳性能(neng)(neng)，Cr20Ni32Fe具有良好的(de)抗(kang)滲(shen)碳性能(neng)(neng)，試驗室試驗結果見表(biao) 10-10。它的(de)抗(kang)滲(shen)碳性能(neng)(neng)優于常(chang)規(gui)不銹(xiu)鋼(gang)，相當于含質(zhi)量分數為25% 鉻的(de)耐髙溫 腐蝕的(de)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(fu)蝕

    a. 高(gao)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)金表(biao)現出(chu)良好(hao)的(de)耐(nai)應力(li)(li)腐(fu)蝕性(xing)，但(dan)此合(he)(he)金對應力(li)(li)腐(fu)蝕并非免疫。在各種高溫(wen)水(shui)中的(de)耐(nai)應力(li)(li)腐(fu)蝕性(xing)能(neng)與合(he)(he)金成分(fen)、熱處理條件(jian)、冷變(bian)形等 有密切關系。試驗(yan)結(jie)果指(zhi)出(chu)，降(jiang)低(di)合(he)(he)金中的(de)碳(tan)含量(≤0.03%),提高鎳含 量，增大Ti/C比將提高合(he)(he)金的(de)耐(nai)應力(li)(li)腐(fu)蝕性(xing)能(neng)。通常敏化和冷變(bian)形對合(he)(he)金的(de)耐(nai)應力(li)(li)腐(fu)蝕性(xing)能(neng)有害，但(dan)有的(de)試驗(yan)結(jie)果指(zhi)出(chu)，650℃長期時效可(ke)顯著降(jiang)低(di)合(he)(he)金的(de)應力(li)(li)腐(fu)蝕敏感性(xing)。

   b. 苛性水介質中

   在壓水堆(dui)蒸發器(qi)和鈉(na)冷(leng)快堆(dui)蒸發器(qi)中，有可能(neng)會(hui)出現含NaOH的(de)苛性水介質，目前已遇到18-8不銹(xiu)鋼和 Inconel 600合金(jin)的(de)苛性應(ying)力(li)腐蝕破裂問題。

  大(da)量的(de)(de)研究表明Cr20Ni32Fe合金在(zai)含NaOH的(de)(de)苛性水介質中(zhong)的(de)(de)耐應(ying)力(li)腐蝕(shi)性能(neng)取決(jue)于NaOH濃(nong)度(du)和(he)(he)應(ying)力(li)水平(圖(tu)10-19 和(he)(he) 圖(tu)10-20)。 NaOH濃(nong)度(du)和(he)(he)應(ying)力(li)水平愈高，合金的(de)(de)耐應(ying)力(li)腐蝕(shi)性能(neng)下(xia)(xia)降。對低碳型的(de)(de)00Cr20Ni32AITi合金只有(you)在(zai)低 NaOH濃(nong)度(du)、低應(ying)力(li)下(xia)(xia)才處于免疫(yi)區（見圖(tu)10-21，該圖(tu)中(zhong)NaOH為質量分數）。 因此，只有(you)在(zai)使用過程(cheng)中(zhong)避(bi)免高應(ying)力(li)出現和(he)(he)防止(zhi)NaOH濃(nong)縮，才能(neng)保證(zheng)采(cai)用 00Cr20Ni32AlTi合金設備(bei)的(de)(de)安全(quan)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、 熱加工、冷(leng)加工、熱處理和焊接性能

   1. 熱加工

    Cr20Ni32Fe合(he)金的熱加工性能(neng)良好，類似于一般(ban)Cr-Ni奧(ao)氏體(ti) 不銹鋼，熱加工溫(wen)度范圍為900~1200℃，合(he)金的熱彎成形(xing)通(tong)常在1000~1150℃ 范圍內(nei)進行。熱成形(xing)后可以空(kong)冷，但為了減(jian)輕合(he)金的晶間腐蝕(shi)傾(qing)向(xiang)，應盡量快速(su)通(tong)過(guo)540~760℃敏化(hua)區(qu)。

   2. 冷加工

     合金的冷加工成型(xing)性(xing)能近似(si)于18-8型(xing)奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼，但加工硬化傾(qing)向低于18-8型(xing)奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼。盡管(guan)如此，在冷加工成型(xing)過(guo)程(cheng)中，中間軟化退(tui)火(huo)常常是需要的，中間退(tui)火(huo)溫(wen)(wen)度與固溶退(tui)火(huo)溫(wen)(wen)度相同。

   3. 熱處理

    合金的固(gu)溶退火(huo)溫(wen)(wen)(wen)度(du)在(zai)920~980℃ , 一般控制在(zai)980℃ ,±10℃保(bao)溫(wen)(wen)(wen)時間視產品厚度(du)而定(ding)，但保(bao)溫(wen)(wen)(wen)時間不得少于(yu)10分鐘，對于(yu)高碳合金且(qie)在(zai)550℃以上溫(wen)(wen)(wen)度(du)使用者，其固(gu)溶處(chu)理溫(wen)(wen)(wen)度(du)應(ying)(ying)為1150~1205℃。消除(chu)應(ying)(ying)力的熱處(chu)理，一般在(zai)540℃以上即可產生效果，但殘余(yu)應(ying)(ying)力的完全(quan)消除(chu)需在(zai)高于(yu)870℃的溫(wen)(wen)(wen)度(du)進行退火(huo)。

   4. 焊接(jie)

    Cr20Ni32Fe型(xing)合(he)金焊(han)接(jie)性(xing)(xing)能良(liang)好，可釆用通常的(de)焊(han)接(jie)方法進行(xing) 焊(han)接(jie)。試驗表明，釆用新2號焊(han)絲對00Cr20Ni32AlTi合(he)金管(guan)材與不銹鋼管(guan)板進行(xing) TIG焊(han)接(jie)，取(qu)得了滿意的(de)效果。合(he)金的(de)抗裂性(xing)(xing)能良(liang)好，接(jie)頭的(de)晶間腐蝕、應力腐 蝕等亦近于母(mu)材。根據(ju)使(shi)用條件(jian)可選用表10-11所(suo)列的(de)焊(han)接(jie)材料。

五、物理性能

    Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)物(wu)理性能隨合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)成分和試(shi)驗(yan)條件(jian)會有(you)微(wei)小變(bian)化，但不會有(you)大(da)的(de)變(bian)動。1Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)(jin)(Incoloy 800)的(de)物(wu)理性能見表10-12和圖 10-24。

六、應用

  產(chan)品類(lei)型和(he)應用舉例：此類(lei)合金(jin)的(de)冶金(jin)生產(chan)工藝與通常的(de)18-8型奧氏體不 銹(xiu)鋼類(lei)似，可以提(ti)供板(ban)(ban)(ban)（中板(ban)(ban)(ban)、薄板(ban)(ban)(ban)）、管（熱(re)擠(ji)壓和(he)冷加工管）、絲、帶、棒 和(he)鍛(duan)件(jian)等冶金(jin)產(chan)品，亦可以提(ti)供各種鑄件(jian)。

  Cr20Ni32Fe合金在含氯化(hua)物和低濃(nong)度NaOH的苛性水介質中具有(you)優良的耐應力 腐(fu)蝕(shi)性能(neng)，廣(guang)泛用于(yu)制(zhi)造耐應力腐(fu)蝕(shi)破壞的設(she)備，代替慣用的18-8奧氏體不(bu)銹鋼。

   在動力工業中，用以(yi)制造(zao)壓水堆蒸發器(qi)、高溫氣冷堆、鈉冷快堆換熱(re)器(qi)，以(yi) 及過熱(re)蒸汽(qi)管。

   在化學加工業中，用以(yi)制造(zao)硝(xiao)酸(suan)冷卻器、醋酐裂(lie)化管以(yi)及各種換熱設備。