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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(jin)，碳含量0.1%。

  高(gao)碳(tan)型合金的碳(tan)含(han)量(C)處于(yu)0.05%~0.1%之間。主要(yao)用(yong)于(yu)600℃以上， 具有粗晶粒、高(gao)蠕變強度(du)的特點。在(zai)化工、電(dian)廠、石油(you)化學工業中的過熱(re)(re)器、再(zai)熱(re)(re)器、高(gao)溫加熱(re)(re)、轉化、裂(lie)解爐管(guan)等方面應用(yong)。

  中碳型合(he)金的碳含量在(zai)0.03%~0.06%范(fan)圍之間(jian)，具(ju)有中等(deng)晶粒度(du)，一 般(ban)用(yong)于350℃~600℃ 使用(yong)的過熱器、再(zai)熱器等(deng)熱強部件。也適用(yong)于高(gao)溫(750℃)氣冷(leng)堆換熱器。

  低碳(tan)型(xing)有時也(ye)稱改良(liang)型(xing)。它是(shi)標準型(xing)合(he)金(jin)Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的改進和(he)發展(zhan)。我 國(guo)鋼標號為00Cr20Ni32AlTi。碳(tan)含量(liang)(C)低于0.03%并要求控制合(he)金(jin)中的Ti/C和(he)Ti/C+N比值以及Al、Co等含量(liang)。此合(he)金(jin)的特點是(shi)超(chao)低碳(tan)、細晶粒，充(chong)分穩定化、耐(nai)應力腐(fu)蝕性能優良(liang),低碳(tan)型(xing)合(he)金(jin)使用溫(wen)度≤350℃ ,主要用于壓水堆蒸發器。

一(yi)、化(hua)學(xue)成分和組織結(jie)構

  經近60年(nian)的(de)演變、發展的(de)各(ge)種Cr20Ni32合金的(de)派(pai)生(sheng)牌號的(de)化學成分列于表(biao) 10-2。

  表(biao)10-2所列合金在高溫固(gu)溶(rong)快冷條件(jian)下(xia)的組織為奧氏(shi)體，但在500~900℃ 中溫加(jia)熱，此合金有可(ke)能處于(yu)雙相區，對(dui)于(yu)Ni處于(yu)下(xia)限，Cr處于(yu)上限的合金可(ke)能性更大(da)。業已發現(xian)，在650℃和750℃長期加(jia)熱有δ相析出，但數量較少，尚不足以影響合金的斷(duan)裂性能。

  合金的析(xi)出行為C曲線(xian)，如圖(tu)10-10 所(suo)示，析(xi)出相種類和數量(liang)受合金成(cheng)分和受熱條件(jian)所(suo)制約。

二、力(li)學性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合金(jin)的(de)(de)室(shi)溫(wen)力(li)學(xue)性(xing)能(neng)匯總于表(biao)10-3,典型(xing)的(de)(de)室(shi)溫(wen)抗(kang)拉(la)和(he)(he)抗(kang)壓強(qiang)度見表(biao)10-4。表(biao)10-5為超低碳(tan)型(xing) Cr20Ni32Fe合金(jin)的(de)(de)室(shi)溫(wen)和(he)(he)350℃的(de)(de)力(li)學(xue)性(xing)能(neng)。 溫(wen)瞬時拉(la)伸性(xing)能(neng)如圖(tu)(tu)10-11和(he)(he)圖(tu)(tu)10-12所示。Cr20Ni32Fe 合金(jin)的(de)(de)高(gao)溫(wen)長時力(li)學(xue)性(xing)能(neng)見表(biao)10-6、圖(tu)(tu)10-13和(he)(he)圖(tu)(tu)10-14。

三、耐蝕(shi)性能

  1. 全(quan)面腐(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(fu)蝕

  盡管Cr20Ni32Fe合金在濕(shi)態介質(zhi)中具(ju)有較(jiao)好的(de)耐蝕(shi)性，但此(ci)類合金良(liang)(liang)(liang)好的(de)耐高(gao)溫(wen)腐(fu)蝕(shi)性能是其(qi)突(tu)出優點(dian)。在高(gao)溫(wen)條件下(xia)，由(you)于合金中具(ju)有較(jiao)高(gao)的(de)銘(ming)含量和(he)足夠的(de)鎳含量，使其(qi)能形成防護性良(liang)(liang)(liang)好的(de)氧化膜，具(ju)有良(liang)(liang)(liang)好的(de)抗滲碳性能，是耐高(gao)溫(wen)腐(fu)蝕(shi)的(de)良(liang)(liang)(liang)好材料，在工業中得到(dao)了廣泛應用。

  在高溫爐(lu)氣中 Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的耐(nai)蝕性優于一般奧(ao)氏體(ti)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)滲碳性能(neng)，Cr20Ni32Fe具有良好的抗(kang)滲碳性能(neng)，試驗室試驗結果(guo)見表 10-10。它的抗(kang)滲碳性能(neng)優于(yu)常(chang)規不銹(xiu)鋼(gang)，相當于(yu)含(han)質量(liang)分數為25% 鉻的耐(nai)髙溫 腐蝕的奧氏體(ti)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(ying)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)金表現出(chu)良(liang)好的(de)(de)耐(nai)(nai)應(ying)(ying)力腐(fu)蝕性(xing)，但(dan)此合(he)金對應(ying)(ying)力腐(fu)蝕并(bing)非免疫。在各(ge)種(zhong)高(gao)溫(wen)水中(zhong)的(de)(de)耐(nai)(nai)應(ying)(ying)力腐(fu)蝕性(xing)能(neng)與合(he)金成(cheng)分(fen)、熱處理(li)條件、冷變形等(deng) 有(you)密(mi)切關系。試(shi)驗結果指出(chu)，降低(di)合(he)金中(zhong)的(de)(de)碳含(han)量(≤0.03%),提高(gao)鎳含(han) 量，增大Ti/C比(bi)將提高(gao)合(he)金的(de)(de)耐(nai)(nai)應(ying)(ying)力腐(fu)蝕性(xing)能(neng)。通常(chang)敏(min)(min)化(hua)和冷變形對合(he)金的(de)(de)耐(nai)(nai)應(ying)(ying)力腐(fu)蝕性(xing)能(neng)有(you)害，但(dan)有(you)的(de)(de)試(shi)驗結果指出(chu)，650℃長期時效可顯著降低(di)合(he)金的(de)(de)應(ying)(ying)力腐(fu)蝕敏(min)(min)感性(xing)。

   b. 苛性水(shui)介質中

   在壓水(shui)堆(dui)蒸(zheng)發器(qi)和鈉冷快堆(dui)蒸(zheng)發器(qi)中(zhong)，有可能會出現(xian)含NaOH的苛性水(shui)介質，目前已(yi)遇到18-8不銹鋼和 Inconel 600合金的苛性應(ying)力腐蝕破裂(lie)問題(ti)。

  大量(liang)的研究表明(ming)Cr20Ni32Fe合金在含NaOH的苛性水介質中(zhong)的耐應(ying)(ying)力(li)腐蝕性能(neng)取決(jue)于NaOH濃度和應(ying)(ying)力(li)水平(圖10-19 和 圖10-20)。 NaOH濃度和應(ying)(ying)力(li)水平愈(yu)高，合金的耐應(ying)(ying)力(li)腐蝕性能(neng)下降。對(dui)低碳(tan)型的00Cr20Ni32AITi合金只有(you)在低 NaOH濃度、低應(ying)(ying)力(li)下才處于免疫區（見圖10-21，該圖中(zhong)NaOH為質量(liang)分(fen)數(shu)）。 因此，只有(you)在使用過程中(zhong)避免高應(ying)(ying)力(li)出現和防止NaOH濃縮，才能(neng)保證(zheng)采用 00Cr20Ni32AlTi合金設備的安全運行。

   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(li)和(he)焊接性能

   1. 熱加(jia)工

    Cr20Ni32Fe合金的熱(re)加工性能良(liang)好，類似于一般Cr-Ni奧氏體(ti) 不(bu)銹(xiu)鋼，熱(re)加工溫度范圍(wei)為(wei)900~1200℃，合金的熱(re)彎成形(xing)通常(chang)在1000~1150℃ 范圍(wei)內進行。熱(re)成形(xing)后可以空冷，但為(wei)了減輕合金的晶間腐(fu)蝕傾(qing)向，應(ying)盡(jin)量快(kuai)速通過(guo)540~760℃敏化(hua)區(qu)。

   2. 冷加工

     合金(jin)的冷(leng)加工成型(xing)性(xing)能近(jin)似于(yu)18-8型(xing)奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹鋼，但加工硬化傾向低于(yu)18-8型(xing)奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹鋼。盡管如(ru)此，在冷(leng)加工成型(xing)過程中(zhong)(zhong)，中(zhong)(zhong)間(jian)軟化退(tui)火(huo)常常是需要(yao)的，中(zhong)(zhong)間(jian)退(tui)火(huo)溫(wen)度與固(gu)溶退(tui)火(huo)溫(wen)度相同。

   3. 熱處理(li)

    合(he)金(jin)的(de)固(gu)溶(rong)退火(huo)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)在(zai)(zai)920~980℃ , 一般(ban)控制在(zai)(zai)980℃ ,±10℃保溫(wen)(wen)(wen)(wen)時間視產(chan)品厚度(du)而定，但保溫(wen)(wen)(wen)(wen)時間不得少于10分(fen)鐘(zhong)，對于高碳合(he)金(jin)且(qie)在(zai)(zai)550℃以(yi)上溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)使用者，其(qi)固(gu)溶(rong)處(chu)(chu)理溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)應(ying)為1150~1205℃。消除應(ying)力(li)的(de)熱處(chu)(chu)理，一般(ban)在(zai)(zai)540℃以(yi)上即(ji)可產(chan)生效果，但殘(can)余應(ying)力(li)的(de)完全消除需在(zai)(zai)高于870℃的(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)進行退火(huo)。

   4. 焊(han)接

    Cr20Ni32Fe型(xing)合金(jin)焊(han)接(jie)(jie)性(xing)能(neng)良好(hao)，可(ke)釆用(yong)通(tong)常的焊(han)接(jie)(jie)方法(fa)進行 焊(han)接(jie)(jie)。試(shi)驗表明，釆用(yong)新2號焊(han)絲對00Cr20Ni32AlTi合金(jin)管材(cai)與不銹鋼管板進行 TIG焊(han)接(jie)(jie)，取(qu)得了滿意的效果。合金(jin)的抗裂(lie)性(xing)能(neng)良好(hao)，接(jie)(jie)頭的晶間腐蝕、應(ying)力腐 蝕等亦近于母材(cai)。根(gen)據使用(yong)條件可(ke)選用(yong)表10-11所列的焊(han)接(jie)(jie)材(cai)料。

五(wu)、物理性能

    Cr20Ni32Fe合(he)金的物(wu)(wu)理性能隨合(he)金的成分和試驗條件會有(you)微小(xiao)變(bian)化，但(dan)不會有(you)大(da)的變(bian)動。1Cr20Ni32Fe合(he)金(Incoloy 800)的物(wu)(wu)理性能見表10-12和圖 10-24。

六、應用

  產品(pin)類(lei)型和應用(yong)舉例(li)：此類(lei)合金的冶金生產工藝與(yu)通(tong)常的18-8型奧氏(shi)體(ti)不 銹鋼類(lei)似(si)，可以(yi)提(ti)供板（中板、薄板）、管(guan)（熱擠壓和冷(leng)加工管(guan)）、絲、帶(dai)、棒 和鍛件等冶金產品(pin)，亦可以(yi)提(ti)供各種鑄件。

  Cr20Ni32Fe合(he)金在含氯化(hua)物和低濃度NaOH的(de)苛(ke)性水介質中(zhong)具有優良的(de)耐應力(li)(li) 腐蝕性能(neng)，廣泛用(yong)于制造耐應力(li)(li)腐蝕破壞的(de)設備，代替慣用(yong)的(de)18-8奧氏體不銹鋼。

   在動(dong)力工業(ye)中，用以制造壓水(shui)堆蒸發器(qi)(qi)、高溫(wen)氣(qi)冷(leng)堆、鈉冷(leng)快(kuai)堆換(huan)熱器(qi)(qi)，以 及(ji)過(guo)熱蒸汽管。

   在化學加工業中，用以(yi)制造硝酸(suan)冷卻器、醋酐裂化管以(yi)及(ji)各種(zhong)換(huan)熱設備(bei)。