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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(he)金，碳(tan)含量0.1%。

  高碳(tan)型合(he)金的碳(tan)含(han)量(C)處于0.05%~0.1%之間(jian)。主要用于600℃以上， 具有粗(cu)晶粒、高蠕變(bian)強度的特點。在化(hua)工、電廠、石油(you)化(hua)學工業中的過熱器、再熱器、高溫加熱、轉(zhuan)化(hua)、裂(lie)解爐管等方面應用。

  中(zhong)碳型合金的(de)碳含量(liang)在0.03%~0.06%范圍(wei)之間，具有中(zhong)等(deng)晶(jing)粒度，一 般(ban)用(yong)于350℃~600℃ 使用(yong)的(de)過熱(re)(re)器(qi)、再熱(re)(re)器(qi)等(deng)熱(re)(re)強部件。也適用(yong)于高溫(750℃)氣(qi)冷(leng)堆換熱(re)(re)器(qi)。

  低(di)碳型(xing)有時也稱(cheng)改良(liang)型(xing)。它是標(biao)準型(xing)合(he)金(jin)Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的改進和發(fa)展。我 國鋼標(biao)號為00Cr20Ni32AlTi。碳含量(C)低(di)于(yu)0.03%并要(yao)求(qiu)控制合(he)金(jin)中的Ti/C和Ti/C+N比值以及(ji)Al、Co等(deng)含量。此合(he)金(jin)的特點(dian)是超低(di)碳、細晶粒，充分穩定化、耐應力(li)腐蝕性(xing)能(neng)優良(liang),低(di)碳型(xing)合(he)金(jin)使(shi)用溫度≤350℃ ,主要(yao)用于(yu)壓水堆蒸發(fa)器。

一、化(hua)學成分和組織(zhi)結構

  經近(jin)60年的(de)(de)演(yan)變、發展(zhan)的(de)(de)各種Cr20Ni32合金的(de)(de)派生牌號的(de)(de)化學成分列于表 10-2。

  表10-2所列合(he)(he)金(jin)在(zai)高溫固(gu)溶快(kuai)冷條件下(xia)的(de)(de)組織(zhi)為奧氏體，但在(zai)500~900℃ 中溫加(jia)熱(re)，此合(he)(he)金(jin)有可能(neng)處于(yu)雙相(xiang)區，對于(yu)Ni處于(yu)下(xia)限，Cr處于(yu)上限的(de)(de)合(he)(he)金(jin)可能(neng)性(xing)更大(da)。業已發現(xian)，在(zai)650℃和750℃長(chang)期加(jia)熱(re)有δ相(xiang)析(xi)出，但數量較少，尚不足以影(ying)響合(he)(he)金(jin)的(de)(de)斷裂性(xing)能(neng)。

  合(he)金(jin)的析出(chu)行為C曲(qu)線，如(ru)圖10-10 所示，析出(chu)相種類和(he)數量受(shou)合(he)金(jin)成分和(he)受(shou)熱條(tiao)件所制約。

二(er)、力學性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合金的室溫力(li)學(xue)性(xing)(xing)能(neng)匯(hui)總于表(biao)(biao)10-3,典型的室溫抗拉和抗壓強度見表(biao)(biao)10-4。表(biao)(biao)10-5為超低碳(tan)型 Cr20Ni32Fe合金的室溫和350℃的力(li)學(xue)性(xing)(xing)能(neng)。 溫瞬時(shi)(shi)拉伸性(xing)(xing)能(neng)如圖10-11和圖10-12所示(shi)。Cr20Ni32Fe 合金的高溫長時(shi)(shi)力(li)學(xue)性(xing)(xing)能(neng)見表(biao)(biao)10-6、圖10-13和圖10-14。

三、耐蝕性能

  1. 全面腐蝕

  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. 高溫腐蝕

  盡管(guan)Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)(jin)在(zai)濕態介(jie)質中(zhong)具(ju)有較好(hao)(hao)的耐蝕(shi)性，但此類合(he)(he)金(jin)(jin)良(liang)好(hao)(hao)的耐高(gao)(gao)溫腐蝕(shi)性能(neng)是其(qi)突出優點。在(zai)高(gao)(gao)溫條件下，由于(yu)合(he)(he)金(jin)(jin)中(zhong)具(ju)有較高(gao)(gao)的銘含(han)量和足夠的鎳含(han)量，使其(qi)能(neng)形成(cheng)防護性良(liang)好(hao)(hao)的氧(yang)化膜，具(ju)有良(liang)好(hao)(hao)的抗滲碳(tan)性能(neng)，是耐高(gao)(gao)溫腐蝕(shi)的良(liang)好(hao)(hao)材料，在(zai)工(gong)業中(zhong)得到(dao)了廣泛應用。

  在高溫爐氣中 Cr20Ni32Fe合金的耐蝕性優于一般奧氏(shi)體不銹(xiu)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)(kang)滲(shen)碳(tan)性能，Cr20Ni32Fe具有良好的(de)抗(kang)(kang)滲(shen)碳(tan)性能，試驗(yan)室試驗(yan)結果(guo)見(jian)表 10-10。它(ta)的(de)抗(kang)(kang)滲(shen)碳(tan)性能優于(yu)常規不銹鋼，相當于(yu)含(han)質量分數(shu)為25% 鉻(ge)的(de)耐髙溫(wen) 腐蝕的(de)奧氏體不銹鋼。

  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

    a. 高溫水介質(zhi)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(jin)(jin)表現出良好的(de)耐(nai)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕性(xing)，但此(ci)合(he)(he)金(jin)(jin)對應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕并非免疫。在各種高溫水(shui)中的(de)耐(nai)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕性(xing)能(neng)與合(he)(he)金(jin)(jin)成分(fen)、熱處(chu)理條件(jian)、冷(leng)變(bian)形(xing)等 有密切(qie)關系。試驗(yan)(yan)結(jie)果(guo)指出，降低(di)合(he)(he)金(jin)(jin)中的(de)碳(tan)含量(≤0.03%),提高鎳含 量，增(zeng)大Ti/C比將提高合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)耐(nai)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕性(xing)能(neng)。通常敏化(hua)和冷(leng)變(bian)形(xing)對合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)耐(nai)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕性(xing)能(neng)有害，但有的(de)試驗(yan)(yan)結(jie)果(guo)指出，650℃長期時效可顯著降低(di)合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕敏感性(xing)。

   b. 苛(ke)性水介質中

   在壓水堆蒸發(fa)器(qi)和鈉冷快堆蒸發(fa)器(qi)中，有(you)可能會出現含NaOH的苛性水介質，目前已遇(yu)到(dao)18-8不(bu)銹鋼和 Inconel 600合金的苛性應力腐蝕(shi)破裂問(wen)題。

  大量的研究表明(ming)Cr20Ni32Fe合金(jin)在(zai)含NaOH的苛性水介質中的耐應力腐(fu)蝕(shi)(shi)性能取決于NaOH濃(nong)度(du)和應力水平(圖(tu)10-19 和 圖(tu)10-20)。 NaOH濃(nong)度(du)和應力水平愈(yu)高(gao)(gao)，合金(jin)的耐應力腐(fu)蝕(shi)(shi)性能下降。對低碳型的00Cr20Ni32AITi合金(jin)只有在(zai)低 NaOH濃(nong)度(du)、低應力下才(cai)處于免疫區（見圖(tu)10-21，該(gai)圖(tu)中NaOH為質量分數）。 因此，只有在(zai)使用過程中避免高(gao)(gao)應力出(chu)現和防止NaOH濃(nong)縮，才(cai)能保證采用 00Cr20Ni32AlTi合金(jin)設備的安全運行。

   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(re)加工(gong)、冷(leng)加工(gong)、熱(re)處理(li)和(he)焊接(jie)性能(neng)

   1. 熱加工(gong)

    Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)的(de)(de)熱加工(gong)性能(neng)良好，類似于一般Cr-Ni奧氏(shi)體 不銹(xiu)鋼(gang)，熱加工(gong)溫度范圍為(wei)900~1200℃，合(he)(he)金(jin)的(de)(de)熱彎(wan)成(cheng)形(xing)通常在1000~1150℃ 范圍內(nei)進行(xing)。熱成(cheng)形(xing)后可以空冷，但(dan)為(wei)了(le)減輕合(he)(he)金(jin)的(de)(de)晶間腐蝕(shi)傾向，應盡量快速通過540~760℃敏化區(qu)。

   2. 冷(leng)加工

     合金的(de)(de)冷加工成型(xing)(xing)性能(neng)近(jin)似于18-8型(xing)(xing)奧(ao)氏(shi)體不銹(xiu)鋼，但(dan)加工硬化(hua)傾向低于18-8型(xing)(xing)奧(ao)氏(shi)體不銹(xiu)鋼。盡管如此，在冷加工成型(xing)(xing)過程中，中間軟化(hua)退火(huo)(huo)常常是需要的(de)(de)，中間退火(huo)(huo)溫度與(yu)固溶退火(huo)(huo)溫度相同。

   3. 熱處(chu)理

    合(he)金的(de)固溶退(tui)火溫(wen)度在(zai)920~980℃ , 一般(ban)控(kong)制在(zai)980℃ ,±10℃保溫(wen)時(shi)間視產(chan)品厚度而(er)定，但(dan)保溫(wen)時(shi)間不得少于(yu)10分(fen)鐘，對于(yu)高碳合(he)金且在(zai)550℃以上溫(wen)度使用者(zhe)，其固溶處(chu)理溫(wen)度應為(wei)1150~1205℃。消除應力的(de)熱(re)處(chu)理，一般(ban)在(zai)540℃以上即可產(chan)生(sheng)效果，但(dan)殘余應力的(de)完(wan)全(quan)消除需(xu)在(zai)高于(yu)870℃的(de)溫(wen)度進行退(tui)火。

   4. 焊(han)接(jie)

    Cr20Ni32Fe型(xing)合金(jin)焊(han)(han)(han)接(jie)性能良好，可釆(bian)用通常的焊(han)(han)(han)接(jie)方(fang)法進行(xing) 焊(han)(han)(han)接(jie)。試驗表(biao)明(ming)，釆(bian)用新(xin)2號焊(han)(han)(han)絲對00Cr20Ni32AlTi合金(jin)管(guan)材與不銹鋼管(guan)板進行(xing) TIG焊(han)(han)(han)接(jie)，取得了(le)滿意的效果。合金(jin)的抗裂(lie)性能良好，接(jie)頭(tou)的晶間腐(fu)蝕(shi)、應力(li)腐(fu) 蝕(shi)等亦近于母(mu)材。根據使(shi)用條(tiao)件可選用表(biao)10-11所列(lie)的焊(han)(han)(han)接(jie)材料。

五、物理性能

    Cr20Ni32Fe合金的(de)物(wu)理性能隨合金的(de)成分和(he)試驗條件會有(you)微小(xiao)變化，但不會有(you)大(da)的(de)變動(dong)。1Cr20Ni32Fe合金(Incoloy 800)的(de)物(wu)理性能見表10-12和(he)圖 10-24。

六、應用

  產(chan)品類型(xing)(xing)和應用舉例(li)：此類合金(jin)的冶金(jin)生產(chan)工藝與通常的18-8型(xing)(xing)奧氏體不(bu) 銹鋼類似，可(ke)以(yi)提供板(ban)（中(zhong)板(ban)、薄板(ban)）、管(guan)（熱(re)擠壓和冷加工管(guan)）、絲、帶、棒(bang) 和鍛件(jian)等冶金(jin)產(chan)品，亦(yi)可(ke)以(yi)提供各種鑄(zhu)件(jian)。

  Cr20Ni32Fe合金在含(han)氯(lv)化物和低濃(nong)度NaOH的(de)(de)苛性水介質中具有(you)優良的(de)(de)耐應(ying)力 腐(fu)蝕(shi)(shi)性能，廣泛(fan)用于制造耐應(ying)力腐(fu)蝕(shi)(shi)破壞的(de)(de)設備，代替慣用的(de)(de)18-8奧氏體不(bu)銹鋼。

   在動(dong)力工業中，用以(yi)制造壓水堆(dui)(dui)蒸(zheng)發器、高溫(wen)氣冷堆(dui)(dui)、鈉(na)冷快堆(dui)(dui)換熱(re)器，以(yi) 及過熱(re)蒸(zheng)汽管(guan)。

   在(zai)化學加工業中，用以制(zhi)造硝酸冷卻器、醋酐裂化管以及(ji)各種換熱設備。