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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。

  標準型(xing)是早期的Cr20Ni32型(xing)合金，碳含量0.1%。

  高(gao)碳型合金(jin)的(de)(de)碳含量(liang)(C)處于0.05%~0.1%之(zhi)間。主(zhu)要用(yong)于600℃以(yi)上， 具有粗晶粒、高(gao)蠕變強(qiang)度的(de)(de)特點。在(zai)化工(gong)、電廠、石油(you)化學(xue)工(gong)業中的(de)(de)過熱(re)(re)器(qi)、再熱(re)(re)器(qi)、高(gao)溫(wen)加熱(re)(re)、轉化、裂解爐(lu)管(guan)等方面應用(yong)。

  中(zhong)碳型合金的碳含量在0.03%~0.06%范圍(wei)之間，具有中(zhong)等(deng)晶粒度(du)，一 般用(yong)于(yu)350℃~600℃ 使用(yong)的過(guo)熱(re)器(qi)、再熱(re)器(qi)等(deng)熱(re)強部件。也適(shi)用(yong)于(yu)高(gao)溫(wen)(750℃)氣(qi)冷堆換熱(re)器(qi)。

  低(di)(di)(di)碳(tan)型(xing)有時也稱(cheng)改良型(xing)。它(ta)是標準型(xing)合(he)金(jin)Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的(de)改進和發(fa)(fa)展。我 國鋼標號為00Cr20Ni32AlTi。碳(tan)含量(C)低(di)(di)(di)于0.03%并要求控制(zhi)合(he)金(jin)中的(de)Ti/C和Ti/C+N比值以及Al、Co等含量。此合(he)金(jin)的(de)特點是超(chao)低(di)(di)(di)碳(tan)、細晶(jing)粒，充分穩定化、耐應力腐蝕(shi)性能優良,低(di)(di)(di)碳(tan)型(xing)合(he)金(jin)使用(yong)溫度≤350℃ ,主要用(yong)于壓水堆蒸(zheng)發(fa)(fa)器(qi)。

一、化學(xue)成分和組織結構

  經近60年的(de)演(yan)變、發展(zhan)的(de)各種Cr20Ni32合金的(de)派(pai)生(sheng)牌(pai)號的(de)化學成分列于表 10-2。

  表10-2所列合(he)金(jin)(jin)在高溫(wen)固溶快(kuai)冷條件下的(de)組(zu)織為奧氏體，但在500~900℃ 中(zhong)溫(wen)加(jia)熱，此合(he)金(jin)(jin)有可能處(chu)于(yu)(yu)雙相區，對于(yu)(yu)Ni處(chu)于(yu)(yu)下限(xian)，Cr處(chu)于(yu)(yu)上限(xian)的(de)合(he)金(jin)(jin)可能性(xing)更大。業已發現，在650℃和750℃長期加(jia)熱有δ相析出，但數量(liang)較少，尚不足(zu)以影響合(he)金(jin)(jin)的(de)斷裂(lie)性(xing)能。

  合(he)金的析(xi)出行為C曲線，如圖(tu)10-10 所(suo)示，析(xi)出相種類和數量受合(he)金成(cheng)分(fen)和受熱條件(jian)所(suo)制約。

二(er)、力(li)學性能(neng)

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合(he)(he)金的室溫力(li)學(xue)性能匯(hui)總于表(biao)10-3,典(dian)型(xing)的室溫抗拉和(he)(he)抗壓強度見表(biao)10-4。表(biao)10-5為超低碳(tan)型(xing) Cr20Ni32Fe合(he)(he)金的室溫和(he)(he)350℃的力(li)學(xue)性能。 溫瞬時拉伸(shen)性能如圖10-11和(he)(he)圖10-12所示。Cr20Ni32Fe 合(he)(he)金的高溫長(chang)時力(li)學(xue)性能見表(biao)10-6、圖10-13和(he)(he)圖10-14。

三(san)、耐蝕性能

  1. 全(quan)面(mian)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Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)在(zai)濕態介質中(zhong)具有較好(hao)的(de)耐蝕性(xing)，但此(ci)類合(he)金(jin)良(liang)好(hao)的(de)耐高溫(wen)腐(fu)蝕性(xing)能是(shi)其突出優點。在(zai)高溫(wen)條件下，由于合(he)金(jin)中(zhong)具有較高的(de)銘含量和足夠的(de)鎳含量，使其能形成防護性(xing)良(liang)好(hao)的(de)氧化膜，具有良(liang)好(hao)的(de)抗滲(shen)碳性(xing)能，是(shi)耐高溫(wen)腐(fu)蝕的(de)良(liang)好(hao)材料，在(zai)工業中(zhong)得到了廣(guang)泛應用。

  在(zai)高溫爐氣(qi)中 Cr20Ni32Fe合金的耐(nai)蝕性(xing)優(you)于一般奧氏體不銹鋼，數據見(jian)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(tan)性能，Cr20Ni32Fe具有良好的(de)(de)(de)抗滲(shen)碳(tan)性能，試(shi)驗(yan)室試(shi)驗(yan)結(jie)果見表 10-10。它的(de)(de)(de)抗滲(shen)碳(tan)性能優(you)于常(chang)規不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)，相(xiang)當(dang)于含質量分數為25% 鉻的(de)(de)(de)耐髙溫(wen) 腐(fu)蝕的(de)(de)(de)奧(ao)氏體不銹(xiu)(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(jin)管Cr20Ni32Fe合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)表現(xian)出良好的耐應力腐(fu)蝕性(xing)(xing)，但此合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)對應力腐(fu)蝕并非免(mian)疫(yi)。在各種(zhong)高(gao)溫(wen)水中的耐應力腐(fu)蝕性(xing)(xing)能與合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)成(cheng)分(fen)、熱(re)處理條件、冷變(bian)形等 有密切(qie)關系(xi)。試驗(yan)(yan)結(jie)果(guo)指出，降(jiang)(jiang)低合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)中的碳(tan)含(han)量(liang)(≤0.03%),提高(gao)鎳含(han) 量(liang)，增大Ti/C比將提高(gao)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的耐應力腐(fu)蝕性(xing)(xing)能。通(tong)常敏(min)化和冷變(bian)形對合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的耐應力腐(fu)蝕性(xing)(xing)能有害(hai)，但有的試驗(yan)(yan)結(jie)果(guo)指出，650℃長期時效可(ke)顯著降(jiang)(jiang)低合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的應力腐(fu)蝕敏(min)感(gan)性(xing)(xing)。

   b. 苛性水介質中(zhong)

   在壓水(shui)堆蒸(zheng)發器和鈉冷快堆蒸(zheng)發器中，有(you)可能(neng)會出(chu)現含NaOH的(de)苛性(xing)水(shui)介質，目前(qian)已遇到18-8不銹(xiu)鋼和 Inconel 600合金的(de)苛性(xing)應力腐蝕破裂(lie)問(wen)題(ti)。

  大量(liang)的(de)研究表明Cr20Ni32Fe合(he)金在(zai)(zai)(zai)含NaOH的(de)苛(ke)性水介質中的(de)耐(nai)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕性能(neng)取決(jue)于NaOH濃(nong)度(du)和應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)水平(圖(tu)(tu)10-19 和 圖(tu)(tu)10-20)。 NaOH濃(nong)度(du)和應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)水平愈高，合(he)金的(de)耐(nai)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕性能(neng)下(xia)降。對低(di)碳型的(de)00Cr20Ni32AITi合(he)金只有在(zai)(zai)(zai)低(di) NaOH濃(nong)度(du)、低(di)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)下(xia)才處于免疫區（見圖(tu)(tu)10-21，該圖(tu)(tu)中NaOH為(wei)質量(liang)分數）。 因此，只有在(zai)(zai)(zai)使用(yong)(yong)過程中避免高應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)出現和防止NaOH濃(nong)縮，才能(neng)保(bao)證采用(yong)(yong) 00Cr20Ni32AlTi合(he)金設備(bei)的(de)安(an)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、 熱加(jia)工、冷加(jia)工、熱處理和焊接(jie)性能

   1. 熱(re)加工

    Cr20Ni32Fe合(he)(he)金的熱(re)加(jia)工(gong)(gong)性能良(liang)好，類(lei)似于一般Cr-Ni奧氏體 不銹鋼，熱(re)加(jia)工(gong)(gong)溫度范(fan)圍為(wei)900~1200℃，合(he)(he)金的熱(re)彎成形通(tong)常在1000~1150℃ 范(fan)圍內進(jin)行。熱(re)成形后可以空冷，但為(wei)了減輕(qing)合(he)(he)金的晶間(jian)腐蝕(shi)傾(qing)向，應盡量快速通(tong)過540~760℃敏(min)化區(qu)。

   2. 冷加工

     合金(jin)的(de)冷(leng)加(jia)工成型性能近似(si)于(yu)18-8型奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼，但加(jia)工硬化(hua)傾向低(di)于(yu)18-8型奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼。盡管(guan)如此(ci)，在冷(leng)加(jia)工成型過程中，中間軟化(hua)退(tui)火(huo)常常是需要的(de)，中間退(tui)火(huo)溫(wen)度與固溶(rong)退(tui)火(huo)溫(wen)度相同(tong)。

   3. 熱處理(li)

    合金的固溶退火(huo)溫(wen)度(du)(du)在(zai)920~980℃ , 一(yi)般控制在(zai)980℃ ,±10℃保溫(wen)時(shi)間視產品厚度(du)(du)而定，但保溫(wen)時(shi)間不(bu)得少于10分鐘(zhong)，對于高(gao)碳合金且在(zai)550℃以上(shang)溫(wen)度(du)(du)使(shi)用者，其固溶處理溫(wen)度(du)(du)應為1150~1205℃。消除應力的熱處理，一(yi)般在(zai)540℃以上(shang)即可產生效果，但殘余應力的完全消除需在(zai)高(gao)于870℃的溫(wen)度(du)(du)進行退火(huo)。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合(he)(he)金(jin)焊(han)接(jie)(jie)性(xing)能良好，可釆用(yong)通(tong)常的焊(han)接(jie)(jie)方法進行 焊(han)接(jie)(jie)。試驗表明(ming)，釆用(yong)新2號焊(han)絲對00Cr20Ni32AlTi合(he)(he)金(jin)管材(cai)與不(bu)銹鋼管板進行 TIG焊(han)接(jie)(jie)，取得(de)了(le)滿意的效果。合(he)(he)金(jin)的抗裂性(xing)能良好，接(jie)(jie)頭的晶間腐蝕、應力(li)腐 蝕等亦近(jin)于(yu)母材(cai)。根據(ju)使用(yong)條(tiao)件可選用(yong)表10-11所列的焊(han)接(jie)(jie)材(cai)料。

五、物理性能

    Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)的物(wu)理(li)性能(neng)隨合(he)(he)金(jin)的成分(fen)和(he)試驗條件(jian)會(hui)有(you)微小(xiao)變(bian)化，但(dan)不會(hui)有(you)大(da)的變(bian)動。1Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)(Incoloy 800)的物(wu)理(li)性能(neng)見表(biao)10-12和(he)圖 10-24。

六、應用

  產(chan)品類型和應用舉例：此類合金的冶(ye)金生產(chan)工(gong)藝與通(tong)常的18-8型奧氏體不 銹鋼類似，可以提供(gong)板(ban)（中板(ban)、薄板(ban)）、管（熱擠壓和冷加工(gong)管）、絲、帶、棒 和鍛件等冶(ye)金產(chan)品，亦可以提供(gong)各種鑄件。

  Cr20Ni32Fe合金在含(han)氯化物和低濃(nong)度NaOH的苛性(xing)水介質中具有優良的耐應(ying)力 腐蝕性(xing)能，廣(guang)泛(fan)用于(yu)制造耐應(ying)力腐蝕破壞的設備(bei)，代替慣用的18-8奧氏體不銹鋼。

   在動力工(gong)業中(zhong)，用以(yi)制造(zao)壓水堆(dui)蒸發器、高溫氣(qi)冷(leng)(leng)堆(dui)、鈉冷(leng)(leng)快堆(dui)換熱(re)器，以(yi) 及過熱(re)蒸汽管。

   在化學(xue)加工(gong)業中，用以制造硝(xiao)酸冷卻器(qi)、醋(cu)酐裂化管以及各種換(huan)熱設備(bei)。