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NS 112 (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(jin)的碳(tan)含量(C)處于0.05%~0.1%之間。主(zhu)要(yao)用于600℃以上(shang)， 具有粗晶粒(li)、高(gao)蠕變強度的特(te)點。在化(hua)工、電廠(chang)、石(shi)油化(hua)學工業中的過(guo)熱(re)器、再熱(re)器、高(gao)溫加熱(re)、轉化(hua)、裂解爐管(guan)等方面(mian)應用。

  中碳(tan)型合(he)金(jin)的碳(tan)含(han)量在0.03%~0.06%范圍之間(jian)，具有中等晶(jing)粒度，一 般用于(yu)(yu)350℃~600℃ 使用的過熱(re)(re)器、再熱(re)(re)器等熱(re)(re)強部件(jian)。也適用于(yu)(yu)高溫(750℃)氣(qi)冷(leng)堆換(huan)熱(re)(re)器。

  低碳(tan)(tan)型(xing)有時也(ye)稱改(gai)(gai)良型(xing)。它是(shi)(shi)標(biao)準(zhun)型(xing)合金Cr20Ni32Fe合金的改(gai)(gai)進和(he)(he)發(fa)展(zhan)。我 國鋼(gang)標(biao)號為00Cr20Ni32AlTi。碳(tan)(tan)含量(liang)(C)低于0.03%并要求控制合金中(zhong)的Ti/C和(he)(he)Ti/C+N比值(zhi)以及Al、Co等含量(liang)。此合金的特點是(shi)(shi)超低碳(tan)(tan)、細晶(jing)粒(li)，充分(fen)穩定化、耐應力腐(fu)蝕性能(neng)優良,低碳(tan)(tan)型(xing)合金使用(yong)溫度≤350℃ ,主(zhu)要用(yong)于壓水堆蒸(zheng)發(fa)器(qi)。

一、化學成分和組織結(jie)構

  經(jing)近60年的演變、發展(zhan)的各種Cr20Ni32合金的派生牌(pai)號(hao)的化(hua)學成分列(lie)于表 10-2。

  表10-2所列合(he)金(jin)(jin)(jin)在高溫(wen)固溶快冷(leng)條(tiao)件下的組織為奧氏體，但在500~900℃ 中溫(wen)加熱(re)，此合(he)金(jin)(jin)(jin)有可能處(chu)于(yu)雙相(xiang)區，對于(yu)Ni處(chu)于(yu)下限(xian)，Cr處(chu)于(yu)上限(xian)的合(he)金(jin)(jin)(jin)可能性更大(da)。業已發現，在650℃和(he)750℃長期加熱(re)有δ相(xiang)析出，但數(shu)量較少，尚不足以影響合(he)金(jin)(jin)(jin)的斷(duan)裂性能。

  合金的析出行為(wei)C曲線，如圖10-10 所(suo)示，析出相種類和(he)數量受合金成分和(he)受熱條件(jian)所(suo)制約。

二、力(li)學(xue)性能(neng)

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合金(jin)的(de)(de)室(shi)溫力學性能(neng)匯總(zong)于表(biao)(biao)(biao)10-3,典(dian)型(xing)的(de)(de)室(shi)溫抗(kang)拉(la)和抗(kang)壓(ya)強度見(jian)表(biao)(biao)(biao)10-4。表(biao)(biao)(biao)10-5為超低碳型(xing) Cr20Ni32Fe合金(jin)的(de)(de)室(shi)溫和350℃的(de)(de)力學性能(neng)。 溫瞬時(shi)拉(la)伸性能(neng)如圖(tu)10-11和圖(tu)10-12所示。Cr20Ni32Fe 合金(jin)的(de)(de)高(gao)溫長時(shi)力學性能(neng)見(jian)表(biao)(biao)(biao)10-6、圖(tu)10-13和圖(tu)10-14。

三、耐蝕性能

  1. 全(quan)面(mian)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. 高溫腐蝕

  盡管Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)(jin)在(zai)(zai)濕態介質中具有較(jiao)好(hao)的(de)耐蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)，但此類合(he)金(jin)(jin)良好(hao)的(de)耐高(gao)溫(wen)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)能是其突出優點(dian)。在(zai)(zai)高(gao)溫(wen)條件下，由于合(he)金(jin)(jin)中具有較(jiao)高(gao)的(de)銘含(han)量(liang)和足(zu)夠(gou)的(de)鎳含(han)量(liang)，使其能形成防護(hu)性(xing)(xing)(xing)良好(hao)的(de)氧化膜，具有良好(hao)的(de)抗滲(shen)碳(tan)性(xing)(xing)(xing)能，是耐高(gao)溫(wen)腐(fu)蝕(shi)的(de)良好(hao)材料，在(zai)(zai)工業中得到了廣泛應用。

  在高溫(wen)爐氣中 Cr20Ni32Fe合金(jin)的耐蝕性優于一(yi)般奧(ao)氏體不銹鋼，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。

   抗滲(shen)碳性(xing)能，Cr20Ni32Fe具有(you)良好的(de)抗滲(shen)碳性(xing)能，試驗(yan)室(shi)試驗(yan)結果見表 10-10。它的(de)抗滲(shen)碳性(xing)能優于常規不(bu)銹鋼(gang)，相(xiang)當于含(han)質量分(fen)數為25% 鉻的(de)耐髙溫 腐蝕(shi)的(de)奧氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)。

  3. 晶間腐蝕(shi)

   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(zhong)

   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(biao)現出(chu)良好的(de)耐(nai)應力(li)腐蝕(shi)性，但(dan)此(ci)合金(jin)(jin)對應力(li)腐蝕(shi)并非免疫。在(zai)各種高溫水(shui)中(zhong)的(de)耐(nai)應力(li)腐蝕(shi)性能與合金(jin)(jin)成分(fen)、熱處理條件、冷變形(xing)等 有密切關系。試驗結果(guo)指出(chu)，降(jiang)低合金(jin)(jin)中(zhong)的(de)碳含量(liang)(≤0.03%),提(ti)高鎳含 量(liang)，增大Ti/C比將提(ti)高合金(jin)(jin)的(de)耐(nai)應力(li)腐蝕(shi)性能。通常敏化和冷變形(xing)對合金(jin)(jin)的(de)耐(nai)應力(li)腐蝕(shi)性能有害，但(dan)有的(de)試驗結果(guo)指出(chu)，650℃長期時效(xiao)可(ke)顯著降(jiang)低合金(jin)(jin)的(de)應力(li)腐蝕(shi)敏感性。

   b. 苛(ke)性水(shui)介(jie)質中

   在壓水(shui)(shui)堆蒸(zheng)發器(qi)和鈉(na)冷快堆蒸(zheng)發器(qi)中，有可能會出現含NaOH的苛性(xing)水(shui)(shui)介(jie)質，目前已遇(yu)到18-8不銹鋼和 Inconel 600合金的苛性(xing)應力腐蝕破(po)裂(lie)問題。

  大(da)量(liang)的研究(jiu)表明Cr20Ni32Fe合金在(zai)含NaOH的苛性(xing)水(shui)介質中(zhong)的耐(nai)應(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)性(xing)能取決于NaOH濃度(du)和(he)應(ying)力(li)(li)水(shui)平(圖(tu)10-19 和(he) 圖(tu)10-20)。 NaOH濃度(du)和(he)應(ying)力(li)(li)水(shui)平愈高，合金的耐(nai)應(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)性(xing)能下降。對低(di)碳型的00Cr20Ni32AITi合金只有在(zai)低(di) NaOH濃度(du)、低(di)應(ying)力(li)(li)下才處于免(mian)疫(yi)區（見圖(tu)10-21，該(gai)圖(tu)中(zhong)NaOH為(wei)質量(liang)分數）。 因此，只有在(zai)使(shi)用過程中(zhong)避免(mian)高應(ying)力(li)(li)出現和(he)防止(zhi)NaOH濃縮，才能保證(zheng)采用 00Cr20Ni32AlTi合金設備的安全運行。

   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、 熱加工、冷加工、熱處理和焊接(jie)性能

   1. 熱加(jia)工(gong)

    Cr20Ni32Fe合金的(de)熱加(jia)工(gong)性(xing)能良(liang)好，類似于一般(ban)Cr-Ni奧氏體 不銹(xiu)鋼，熱加(jia)工(gong)溫度(du)范圍為(wei)(wei)900~1200℃，合金的(de)熱彎成(cheng)形(xing)通常(chang)在1000~1150℃ 范圍內進(jin)行(xing)。熱成(cheng)形(xing)后可以(yi)空冷，但(dan)為(wei)(wei)了減輕(qing)合金的(de)晶間腐蝕傾向，應盡(jin)量快(kuai)速通過540~760℃敏(min)化區(qu)。

   2. 冷(leng)加工

     合金的(de)冷加工(gong)(gong)成(cheng)型(xing)(xing)性能近似于18-8型(xing)(xing)奧氏體不銹鋼，但加工(gong)(gong)硬化傾向低于18-8型(xing)(xing)奧氏體不銹鋼。盡管如此，在冷加工(gong)(gong)成(cheng)型(xing)(xing)過程中(zhong)，中(zhong)間軟化退(tui)火常(chang)常(chang)是(shi)需(xu)要(yao)的(de)，中(zhong)間退(tui)火溫度(du)與(yu)固(gu)溶退(tui)火溫度(du)相同。

   3. 熱處理(li)

    合金(jin)的(de)(de)固溶退火溫(wen)(wen)度(du)(du)在(zai)(zai)920~980℃ , 一(yi)般控制在(zai)(zai)980℃ ,±10℃保溫(wen)(wen)時(shi)間視產品厚度(du)(du)而定，但(dan)保溫(wen)(wen)時(shi)間不(bu)得少(shao)于10分鐘，對于高碳合金(jin)且在(zai)(zai)550℃以上溫(wen)(wen)度(du)(du)使用者，其固溶處(chu)理溫(wen)(wen)度(du)(du)應(ying)為1150~1205℃。消除應(ying)力的(de)(de)熱處(chu)理，一(yi)般在(zai)(zai)540℃以上即可產生效果，但(dan)殘余(yu)應(ying)力的(de)(de)完全(quan)消除需(xu)在(zai)(zai)高于870℃的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)進行退火。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合金焊(han)(han)(han)接性(xing)能良(liang)好，可釆用(yong)(yong)通常的(de)(de)焊(han)(han)(han)接方法進行 焊(han)(han)(han)接。試驗表明，釆用(yong)(yong)新2號(hao)焊(han)(han)(han)絲對(dui)00Cr20Ni32AlTi合金管材(cai)(cai)與(yu)不銹鋼管板進行 TIG焊(han)(han)(han)接，取(qu)得了(le)滿(man)意的(de)(de)效果。合金的(de)(de)抗裂性(xing)能良(liang)好，接頭的(de)(de)晶間腐蝕、應(ying)力腐 蝕等亦(yi)近于母材(cai)(cai)。根據使用(yong)(yong)條件(jian)可選用(yong)(yong)表10-11所(suo)列的(de)(de)焊(han)(han)(han)接材(cai)(cai)料。

五、物(wu)理性能

    Cr20Ni32Fe合金的物理性能(neng)隨合金的成分和試驗條件會(hui)有微小變化，但不會(hui)有大的變動(dong)。1Cr20Ni32Fe合金(Incoloy 800)的物理性能(neng)見表(biao)10-12和圖 10-24。

六、應(ying)用

  產品類(lei)型和應用舉例：此類(lei)合金(jin)的冶(ye)金(jin)生產工藝與(yu)通常的18-8型奧氏體(ti)不(bu) 銹鋼類(lei)似，可以(yi)提供板（中板、薄板）、管(guan)(guan)（熱擠壓和冷加工管(guan)(guan)）、絲(si)、帶、棒 和鍛件等冶(ye)金(jin)產品，亦可以(yi)提供各種鑄件。

  Cr20Ni32Fe合金在含(han)氯化物和低濃度NaOH的(de)苛性水介質中具(ju)有優良的(de)耐應力 腐(fu)蝕(shi)性能(neng)，廣(guang)泛用于制造耐應力腐(fu)蝕(shi)破(po)壞的(de)設備，代替(ti)慣用的(de)18-8奧氏體不銹鋼。

   在動力工(gong)業中，用以(yi)制造壓(ya)水(shui)堆蒸(zheng)發(fa)器、高溫氣冷堆、鈉冷快堆換熱(re)(re)器，以(yi) 及過熱(re)(re)蒸(zheng)汽管。

   在化(hua)學加工業(ye)中，用以制造(zao)硝(xiao)酸冷卻(que)器、醋酐裂化(hua)管以及各種換熱設備。