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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。

  標準型是早期的Cr20Ni32型合金(jin)，碳含量0.1%。

  高碳型合金(jin)的碳含量(C)處于0.05%~0.1%之間。主(zhu)要(yao)用于600℃以上， 具有粗(cu)晶粒、高蠕變強度的特點。在化(hua)(hua)(hua)工、電廠、石(shi)油化(hua)(hua)(hua)學工業中的過熱器(qi)、再(zai)熱器(qi)、高溫(wen)加熱、轉化(hua)(hua)(hua)、裂解爐(lu)管等方面應用。

  中碳型合金的碳含量在0.03%~0.06%范圍之間(jian)，具(ju)有中等晶(jing)粒度，一 般用于(yu)350℃~600℃ 使用的過熱(re)器(qi)(qi)、再熱(re)器(qi)(qi)等熱(re)強部件。也適(shi)用于(yu)高溫(750℃)氣冷堆換熱(re)器(qi)(qi)。

  低碳型(xing)有(you)時也稱(cheng)改良型(xing)。它是標準型(xing)合(he)金(jin)Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的改進和(he)發展。我 國(guo)鋼標號(hao)為00Cr20Ni32AlTi。碳含(han)量(liang)(C)低于0.03%并要求(qiu)控制合(he)金(jin)中的Ti/C和(he)Ti/C+N比值以及Al、Co等含(han)量(liang)。此合(he)金(jin)的特點是超低碳、細晶粒(li)，充分穩定化(hua)、耐應(ying)力腐蝕性能優良,低碳型(xing)合(he)金(jin)使用溫度≤350℃ ,主要用于壓水堆蒸發器。

一、化學成分和組(zu)織(zhi)結構(gou)

  經近60年的演變、發展的各種Cr20Ni32合金的派生牌號的化學成(cheng)分列(lie)于表 10-2。

  表10-2所列合金(jin)在(zai)(zai)高溫固(gu)溶快(kuai)冷條(tiao)件下的(de)組織為奧氏體，但(dan)在(zai)(zai)500~900℃ 中(zhong)溫加熱(re)，此合金(jin)有可(ke)能(neng)處于雙相(xiang)(xiang)區，對于Ni處于下限，Cr處于上限的(de)合金(jin)可(ke)能(neng)性(xing)更(geng)大。業已發現，在(zai)(zai)650℃和750℃長期加熱(re)有δ相(xiang)(xiang)析出(chu)，但(dan)數量較少，尚不足以影響合金(jin)的(de)斷裂性(xing)能(neng)。

  合金的(de)析出(chu)行為C曲線，如(ru)圖10-10 所示，析出(chu)相(xiang)種類和數量受(shou)合金成(cheng)分(fen)和受(shou)熱條件(jian)所制約。

二、力學(xue)性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合金(jin)的(de)(de)(de)室溫(wen)(wen)力學(xue)性(xing)(xing)能(neng)(neng)匯(hui)總(zong)于表(biao)10-3,典型(xing)(xing)的(de)(de)(de)室溫(wen)(wen)抗(kang)拉和(he)(he)抗(kang)壓強度見(jian)(jian)表(biao)10-4。表(biao)10-5為超低(di)碳型(xing)(xing) Cr20Ni32Fe合金(jin)的(de)(de)(de)室溫(wen)(wen)和(he)(he)350℃的(de)(de)(de)力學(xue)性(xing)(xing)能(neng)(neng)。 溫(wen)(wen)瞬(shun)時拉伸(shen)性(xing)(xing)能(neng)(neng)如圖(tu)10-11和(he)(he)圖(tu)10-12所示。Cr20Ni32Fe 合金(jin)的(de)(de)(de)高溫(wen)(wen)長時力學(xue)性(xing)(xing)能(neng)(neng)見(jian)(jian)表(biao)10-6、圖(tu)10-13和(he)(he)圖(tu)10-14。

三、耐蝕性能

  1. 全(quan)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(wen)腐蝕

  盡管(guan)Cr20Ni32Fe合(he)(he)金在濕態介(jie)質中(zhong)具(ju)(ju)有較(jiao)好的耐蝕性(xing)，但此(ci)類合(he)(he)金良(liang)好的耐高(gao)溫(wen)腐(fu)蝕性(xing)能是其突(tu)出優(you)點(dian)。在高(gao)溫(wen)條(tiao)件下，由(you)于合(he)(he)金中(zhong)具(ju)(ju)有較(jiao)高(gao)的銘(ming)含量(liang)和足夠的鎳含量(liang)，使其能形(xing)成防護性(xing)良(liang)好的氧化膜，具(ju)(ju)有良(liang)好的抗滲碳(tan)性(xing)能，是耐高(gao)溫(wen)腐(fu)蝕的良(liang)好材料，在工業(ye)中(zhong)得到了廣(guang)泛應用(yong)。

  在高溫(wen)爐氣中(zhong) Cr20Ni32Fe合金的耐蝕性優于一般奧氏體不銹鋼，數據(ju)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。

   抗滲碳性能(neng)，Cr20Ni32Fe具(ju)有良好的抗滲碳性能(neng)，試(shi)驗室(shi)試(shi)驗結果(guo)見表 10-10。它的抗滲碳性能(neng)優(you)于(yu)常(chang)規不銹(xiu)鋼(gang)，相當于(yu)含質量分數為25% 鉻的耐髙溫 腐蝕的奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)。

  3. 晶(jing)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(jin)管(guan)Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)(jin)(jin)表現出(chu)良好的(de)耐(nai)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)，但此合(he)金(jin)(jin)(jin)對(dui)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)并非免(mian)疫。在各(ge)種高(gao)溫水中(zhong)的(de)耐(nai)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)能(neng)與合(he)金(jin)(jin)(jin)成分、熱處理(li)條件、冷(leng)變(bian)形(xing)等(deng) 有密切關系。試驗結(jie)果(guo)指出(chu)，降(jiang)低合(he)金(jin)(jin)(jin)中(zhong)的(de)碳含(han)量(liang)(≤0.03%),提高(gao)鎳含(han) 量(liang)，增大Ti/C比(bi)將提高(gao)合(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)耐(nai)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)能(neng)。通(tong)常敏(min)化(hua)和(he)冷(leng)變(bian)形(xing)對(dui)合(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)耐(nai)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)能(neng)有害，但有的(de)試驗結(jie)果(guo)指出(chu)，650℃長期(qi)時效可顯(xian)著降(jiang)低合(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)敏(min)感性(xing)。

   b. 苛性水介質中

   在壓水堆蒸(zheng)發(fa)器(qi)和(he)鈉(na)冷快(kuai)堆蒸(zheng)發(fa)器(qi)中，有可能會出現含(han)NaOH的苛性(xing)水介質(zhi)，目前已(yi)遇(yu)到(dao)18-8不銹鋼(gang)和(he) Inconel 600合金的苛性(xing)應力(li)腐蝕(shi)破(po)裂問題。

  大量的研(yan)究表明Cr20Ni32Fe合金(jin)(jin)在(zai)含NaOH的苛性(xing)水介質(zhi)中(zhong)(zhong)的耐應(ying)力(li)(li)(li)腐蝕性(xing)能(neng)取(qu)決于(yu)(yu)NaOH濃(nong)度(du)和(he)(he)應(ying)力(li)(li)(li)水平(圖10-19 和(he)(he) 圖10-20)。 NaOH濃(nong)度(du)和(he)(he)應(ying)力(li)(li)(li)水平愈高，合金(jin)(jin)的耐應(ying)力(li)(li)(li)腐蝕性(xing)能(neng)下(xia)降。對低(di)碳型的00Cr20Ni32AITi合金(jin)(jin)只(zhi)(zhi)有在(zai)低(di) NaOH濃(nong)度(du)、低(di)應(ying)力(li)(li)(li)下(xia)才處于(yu)(yu)免疫(yi)區(qu)（見(jian)圖10-21，該圖中(zhong)(zhong)NaOH為質(zhi)量分數(shu)）。 因此(ci)，只(zhi)(zhi)有在(zai)使用(yong)過程中(zhong)(zhong)避(bi)免高應(ying)力(li)(li)(li)出現(xian)和(he)(he)防(fang)止NaOH濃(nong)縮，才能(neng)保證采用(yong) 00Cr20Ni32AlTi合金(jin)(jin)設(she)備的安全運行。

   c. NaCl溶液中(zhong)

  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(leng)加工(gong)、熱處理和焊接(jie)性能

   1. 熱(re)加工

    Cr20Ni32Fe合金(jin)的熱(re)(re)加工性能良好，類似于一般Cr-Ni奧(ao)氏體 不銹鋼(gang)，熱(re)(re)加工溫度范圍(wei)為(wei)900~1200℃，合金(jin)的熱(re)(re)彎成(cheng)(cheng)形(xing)通(tong)常在1000~1150℃ 范圍(wei)內進行(xing)。熱(re)(re)成(cheng)(cheng)形(xing)后可以(yi)空冷(leng)，但(dan)為(wei)了減輕合金(jin)的晶間(jian)腐蝕傾(qing)向，應盡量快速通(tong)過540~760℃敏化區。

   2. 冷加工

     合金的(de)冷加工(gong)成型性(xing)能近似于18-8型奧氏(shi)體不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)，但加工(gong)硬(ying)化傾向低于18-8型奧氏(shi)體不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)。盡管如(ru)此，在冷加工(gong)成型過(guo)程中(zhong)，中(zhong)間軟化退(tui)火常常是(shi)需要(yao)的(de)，中(zhong)間退(tui)火溫度(du)與固溶(rong)退(tui)火溫度(du)相同。

   3. 熱處理

    合金的(de)(de)固溶(rong)退火溫度在(zai)920~980℃ , 一(yi)般控制在(zai)980℃ ,±10℃保溫時間(jian)視(shi)產(chan)品厚(hou)度而(er)定，但保溫時間(jian)不得少于(yu)10分鐘，對于(yu)高碳合金且在(zai)550℃以上溫度使用者，其固溶(rong)處(chu)理(li)溫度應為(wei)1150~1205℃。消(xiao)除(chu)應力(li)的(de)(de)熱處(chu)理(li)，一(yi)般在(zai)540℃以上即可產(chan)生效果，但殘(can)余應力(li)的(de)(de)完全消(xiao)除(chu)需在(zai)高于(yu)870℃的(de)(de)溫度進行退火。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合(he)(he)金(jin)焊(han)接(jie)(jie)性能(neng)良(liang)好，可(ke)釆用(yong)通(tong)常的(de)焊(han)接(jie)(jie)方法進(jin)行 焊(han)接(jie)(jie)。試驗表明，釆用(yong)新2號焊(han)絲對00Cr20Ni32AlTi合(he)(he)金(jin)管材(cai)(cai)與不銹(xiu)鋼管板進(jin)行 TIG焊(han)接(jie)(jie)，取得了(le)滿(man)意的(de)效果。合(he)(he)金(jin)的(de)抗(kang)裂(lie)性能(neng)良(liang)好，接(jie)(jie)頭的(de)晶(jing)間腐蝕(shi)、應力腐 蝕(shi)等亦近于母材(cai)(cai)。根據使用(yong)條件可(ke)選用(yong)表10-11所列的(de)焊(han)接(jie)(jie)材(cai)(cai)料。

五、物(wu)理性能

    Cr20Ni32Fe合(he)(he)金的物(wu)理(li)性(xing)能隨合(he)(he)金的成分和試驗條件(jian)會有微小(xiao)變化，但(dan)不會有大(da)的變動。1Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(Incoloy 800)的物(wu)理(li)性(xing)能見(jian)表10-12和圖 10-24。

六、應(ying)用

  產(chan)品類型和應(ying)用舉例：此類合金的(de)冶金生產(chan)工藝(yi)與通常的(de)18-8型奧氏體(ti)不 銹鋼類似，可(ke)以提(ti)供(gong)板（中板、薄板）、管（熱擠壓(ya)和冷加工管）、絲、帶(dai)、棒 和鍛件等冶金產(chan)品，亦(yi)可(ke)以提(ti)供(gong)各種鑄件。

  Cr20Ni32Fe合(he)金在含(han)氯化物和低濃度NaOH的苛(ke)性水(shui)介質中具(ju)有優(you)良的耐應力 腐(fu)蝕(shi)性能，廣泛用于制造耐應力腐(fu)蝕(shi)破(po)壞(huai)的設備(bei)，代替慣用的18-8奧(ao)氏體(ti)不銹鋼。

   在動力工業中(zhong)，用以制(zhi)造(zao)壓水堆(dui)蒸發器、高溫氣(qi)冷堆(dui)、鈉冷快堆(dui)換熱器，以 及過(guo)熱蒸汽管。

   在(zai)化學加工業中，用以制造硝(xiao)酸冷卻器、醋酐裂化管以及各種換熱(re)設備(bei)。