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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(zhun)型是早期的Cr20Ni32型合(he)金，碳(tan)含量0.1%。

  高碳(tan)型合金的碳(tan)含量(C)處于0.05%~0.1%之(zhi)間。主要用(yong)于600℃以上， 具(ju)有(you)粗晶粒、高蠕(ru)變強度的特點。在化工、電廠、石油化學工業中的過熱(re)(re)器、再熱(re)(re)器、高溫加熱(re)(re)、轉化、裂解爐管等方(fang)面應用(yong)。

  中(zhong)碳型合金的(de)碳含(han)量在0.03%~0.06%范圍之間，具有中(zhong)等晶粒度，一(yi) 般(ban)用(yong)于(yu)350℃~600℃ 使用(yong)的(de)過熱(re)(re)(re)器、再(zai)熱(re)(re)(re)器等熱(re)(re)(re)強部件。也適用(yong)于(yu)高溫(750℃)氣冷堆換熱(re)(re)(re)器。

  低碳(tan)型有(you)時也稱(cheng)改良型。它是(shi)標準型合(he)(he)金(jin)Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)的(de)改進和發展。我(wo) 國鋼標號為00Cr20Ni32AlTi。碳(tan)含量(C)低于0.03%并要求控制(zhi)合(he)(he)金(jin)中的(de)Ti/C和Ti/C+N比值以及Al、Co等含量。此(ci)合(he)(he)金(jin)的(de)特點是(shi)超低碳(tan)、細晶粒，充分(fen)穩定化(hua)、耐應力腐蝕性(xing)能(neng)優良,低碳(tan)型合(he)(he)金(jin)使(shi)用溫度(du)≤350℃ ,主要用于壓(ya)水堆蒸發器。

一(yi)、化(hua)學成分和組織(zhi)結構

  經近60年的(de)演變、發展的(de)各種(zhong)Cr20Ni32合(he)金的(de)派生(sheng)牌號的(de)化學(xue)成分列于(yu)表 10-2。

  表10-2所列合金(jin)(jin)在高溫固溶快冷條(tiao)件下的(de)組織為奧(ao)氏體，但在500~900℃ 中溫加熱，此(ci)合金(jin)(jin)有(you)可能(neng)處于(yu)雙相區，對(dui)于(yu)Ni處于(yu)下限，Cr處于(yu)上(shang)限的(de)合金(jin)(jin)可能(neng)性更(geng)大。業已發(fa)現，在650℃和(he)750℃長期加熱有(you)δ相析出(chu)，但數量較少(shao)，尚不足以影響合金(jin)(jin)的(de)斷裂性能(neng)。

  合金的析(xi)出(chu)行為C曲(qu)線，如圖(tu)10-10 所示，析(xi)出(chu)相(xiang)種類(lei)和(he)數(shu)量受合金成分和(he)受熱條件所制約。

二、力學性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合(he)金(jin)的(de)(de)(de)室(shi)溫力學(xue)性(xing)能(neng)匯總于表(biao)10-3,典型(xing)的(de)(de)(de)室(shi)溫抗拉和(he)抗壓強度見(jian)表(biao)10-4。表(biao)10-5為超低碳型(xing) Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的(de)(de)(de)室(shi)溫和(he)350℃的(de)(de)(de)力學(xue)性(xing)能(neng)。 溫瞬(shun)時拉伸性(xing)能(neng)如圖(tu)10-11和(he)圖(tu)10-12所示。Cr20Ni32Fe 合(he)金(jin)的(de)(de)(de)高溫長時力學(xue)性(xing)能(neng)見(jian)表(biao)10-6、圖(tu)10-13和(he)圖(tu)10-14。

三(san)、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. 高溫腐蝕

  盡管Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)在(zai)濕態(tai)介質中具(ju)有(you)較(jiao)好(hao)的耐(nai)(nai)蝕性(xing)(xing)(xing)，但(dan)此類(lei)合(he)金(jin)良好(hao)的耐(nai)(nai)高溫(wen)(wen)腐蝕性(xing)(xing)(xing)能(neng)是其突(tu)出優點(dian)。在(zai)高溫(wen)(wen)條件下，由(you)于合(he)金(jin)中具(ju)有(you)較(jiao)高的銘含量(liang)和足夠的鎳含量(liang)，使(shi)其能(neng)形(xing)成防護性(xing)(xing)(xing)良好(hao)的氧化(hua)膜，具(ju)有(you)良好(hao)的抗(kang)滲(shen)碳性(xing)(xing)(xing)能(neng)，是耐(nai)(nai)高溫(wen)(wen)腐蝕的良好(hao)材(cai)料(liao)，在(zai)工(gong)業(ye)中得到了廣泛(fan)應用。

  在高溫爐氣中 Cr20Ni32Fe合金的(de)耐蝕性優于一般奧氏體不(bu)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)碳性能，Cr20Ni32Fe具(ju)有良好的(de)抗滲(shen)碳性能，試驗室試驗結果見表 10-10。它的(de)抗滲(shen)碳性能優于常規不銹(xiu)鋼，相(xiang)當(dang)于含(han)質(zhi)量分數為25% 鉻(ge)的(de)耐髙溫 腐蝕的(de)奧氏體不銹(xiu)鋼。

  3. 晶間(jian)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(wen)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(jin)管Cr20Ni32Fe合(he)(he)(he)金(jin)表現出(chu)良(liang)好的(de)耐應(ying)(ying)力腐(fu)蝕性(xing)，但此合(he)(he)(he)金(jin)對應(ying)(ying)力腐(fu)蝕并(bing)非免疫(yi)。在(zai)各種高溫水中的(de)耐應(ying)(ying)力腐(fu)蝕性(xing)能與合(he)(he)(he)金(jin)成(cheng)分、熱處理條件、冷變(bian)形(xing)等 有(you)(you)密切關(guan)系。試驗(yan)結果指(zhi)出(chu)，降(jiang)低合(he)(he)(he)金(jin)中的(de)碳(tan)含量(≤0.03%),提高鎳含 量，增大Ti/C比(bi)將提高合(he)(he)(he)金(jin)的(de)耐應(ying)(ying)力腐(fu)蝕性(xing)能。通常敏(min)化(hua)和冷變(bian)形(xing)對合(he)(he)(he)金(jin)的(de)耐應(ying)(ying)力腐(fu)蝕性(xing)能有(you)(you)害，但有(you)(you)的(de)試驗(yan)結果指(zhi)出(chu)，650℃長期時(shi)效可顯(xian)著降(jiang)低合(he)(he)(he)金(jin)的(de)應(ying)(ying)力腐(fu)蝕敏(min)感性(xing)。

   b. 苛(ke)性(xing)水介質中

   在壓水堆(dui)蒸(zheng)發器和(he)鈉(na)冷(leng)快堆(dui)蒸(zheng)發器中，有(you)可能(neng)會出現(xian)含NaOH的苛性(xing)水介質，目前已遇到18-8不銹鋼(gang)和(he) Inconel 600合金的苛性(xing)應力腐蝕破(po)裂問(wen)題。

  大量(liang)的研(yan)究(jiu)表明Cr20Ni32Fe合金(jin)(jin)在(zai)(zai)含(han)NaOH的苛(ke)性水介質中(zhong)的耐(nai)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)性能(neng)(neng)取(qu)決于NaOH濃(nong)度和應(ying)(ying)力(li)水平(圖(tu)(tu)10-19 和 圖(tu)(tu)10-20)。 NaOH濃(nong)度和應(ying)(ying)力(li)水平愈(yu)高，合金(jin)(jin)的耐(nai)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)性能(neng)(neng)下降。對低碳型(xing)的00Cr20Ni32AITi合金(jin)(jin)只有在(zai)(zai)低 NaOH濃(nong)度、低應(ying)(ying)力(li)下才處于免疫區（見圖(tu)(tu)10-21，該圖(tu)(tu)中(zhong)NaOH為質量(liang)分數）。 因此，只有在(zai)(zai)使用(yong)過程中(zhong)避免高應(ying)(ying)力(li)出現(xian)和防(fang)止NaOH濃(nong)縮，才能(neng)(neng)保證采用(yong) 00Cr20Ni32AlTi合金(jin)(jin)設(she)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、 熱加工、冷(leng)加工、熱處理和焊接性(xing)能(neng)

   1. 熱加工

    Cr20Ni32Fe合(he)金的熱加工性能良(liang)好(hao)，類似于一般Cr-Ni奧氏體 不銹鋼，熱加工溫(wen)度(du)范圍為900~1200℃，合(he)金的熱彎成形通(tong)常在1000~1150℃ 范圍內進行。熱成形后可以(yi)空冷，但為了減輕(qing)合(he)金的晶間(jian)腐(fu)蝕傾向(xiang)，應盡量(liang)快速通(tong)過540~760℃敏(min)化區。

   2. 冷(leng)加工

     合金的(de)冷(leng)加工成(cheng)型(xing)性能近(jin)似于(yu)18-8型(xing)奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼，但加工硬化(hua)傾向低于(yu)18-8型(xing)奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼。盡管如此，在冷(leng)加工成(cheng)型(xing)過程中，中間軟化(hua)退(tui)火常(chang)常(chang)是需(xu)要(yao)的(de)，中間退(tui)火溫度與固溶退(tui)火溫度相同(tong)。

   3. 熱處理

    合金(jin)的(de)固溶(rong)(rong)退火溫度在920~980℃ , 一般控制(zhi)在980℃ ,±10℃保溫時間視(shi)產品厚度而(er)定，但(dan)(dan)保溫時間不得少于(yu)10分(fen)鐘(zhong)，對于(yu)高碳合金(jin)且在550℃以上溫度使用者，其(qi)固溶(rong)(rong)處理溫度應為1150~1205℃。消(xiao)除應力(li)的(de)熱處理，一般在540℃以上即可產生效果，但(dan)(dan)殘余應力(li)的(de)完全消(xiao)除需在高于(yu)870℃的(de)溫度進行退火。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型(xing)合金(jin)焊(han)接性能良好(hao)，可釆用(yong)通常的焊(han)接方法進行(xing) 焊(han)接。試驗表明，釆用(yong)新2號焊(han)絲對00Cr20Ni32AlTi合金(jin)管(guan)材(cai)與不銹鋼管(guan)板進行(xing) TIG焊(han)接，取得了滿(man)意的效果(guo)。合金(jin)的抗裂(lie)性能良好(hao)，接頭的晶(jing)間腐蝕(shi)、應(ying)力腐 蝕(shi)等亦近(jin)于母材(cai)。根據使(shi)用(yong)條件可選用(yong)表10-11所列(lie)的焊(han)接材(cai)料。

五、物(wu)理性能

    Cr20Ni32Fe合(he)(he)金的(de)物理性能隨合(he)(he)金的(de)成分和試驗條件會有微小變化(hua)，但不(bu)會有大的(de)變動。1Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(Incoloy 800)的(de)物理性能見表10-12和圖 10-24。

六、應(ying)用(yong)

  產品類(lei)型和應用(yong)舉例：此類(lei)合金(jin)的冶金(jin)生產工(gong)藝與通常(chang)的18-8型奧氏體不(bu) 銹鋼類(lei)似，可以(yi)提(ti)(ti)供板（中板、薄板）、管（熱擠壓和冷加工(gong)管）、絲、帶、棒 和鍛(duan)件(jian)等冶金(jin)產品，亦可以(yi)提(ti)(ti)供各種(zhong)鑄件(jian)。

  Cr20Ni32Fe合金在(zai)含氯化物和低濃(nong)度NaOH的(de)苛性水介質(zhi)中具有優良的(de)耐(nai)應(ying)(ying)力(li) 腐蝕性能，廣泛用于制造耐(nai)應(ying)(ying)力(li)腐蝕破(po)壞(huai)的(de)設備，代替(ti)慣用的(de)18-8奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼。

   在動力工業中，用以(yi)制造(zao)壓水堆蒸(zheng)發(fa)器(qi)、高溫氣冷(leng)堆、鈉冷(leng)快堆換熱(re)(re)器(qi)，以(yi) 及過熱(re)(re)蒸(zheng)汽管。

   在化學加(jia)工(gong)業中，用以制(zhi)造硝酸冷卻器(qi)、醋酐裂(lie)化管以及各(ge)種換熱設(she)備。