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Incoloy 800H

 (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(qi)的Cr20Ni32型(xing)合金，碳含量(liang)0.1%。

  高(gao)碳型合金的(de)碳含量(C)處(chu)于0.05%~0.1%之間。主(zhu)要用(yong)于600℃以上(shang)， 具有粗晶粒、高(gao)蠕變強度(du)的(de)特點(dian)。在(zai)化(hua)工、電廠、石油化(hua)學工業中的(de)過熱器(qi)、再熱器(qi)、高(gao)溫加熱、轉化(hua)、裂解(jie)爐(lu)管(guan)等方面應用(yong)。

  中碳(tan)型(xing)合金的碳(tan)含量在0.03%~0.06%范圍之間，具有中等(deng)(deng)晶粒(li)度，一 般(ban)用于350℃~600℃ 使用的過熱(re)器、再(zai)熱(re)器等(deng)(deng)熱(re)強部件。也適(shi)用于高溫(750℃)氣冷堆換熱(re)器。

  低(di)(di)碳型(xing)有時也稱改(gai)良型(xing)。它是(shi)標準(zhun)型(xing)合(he)(he)(he)金Cr20Ni32Fe合(he)(he)(he)金的改(gai)進和(he)發(fa)展(zhan)。我(wo) 國鋼標號為00Cr20Ni32AlTi。碳含量(C)低(di)(di)于0.03%并(bing)要求控制(zhi)合(he)(he)(he)金中的Ti/C和(he)Ti/C+N比值以及Al、Co等含量。此合(he)(he)(he)金的特點是(shi)超低(di)(di)碳、細晶(jing)粒，充分穩定(ding)化、耐應力(li)腐蝕性能優良,低(di)(di)碳型(xing)合(he)(he)(he)金使用(yong)溫(wen)度≤350℃ ,主要用(yong)于壓水堆蒸發(fa)器。

一(yi)、化學(xue)成(cheng)分和組織(zhi)結構

  經近60年的(de)(de)演變、發(fa)展的(de)(de)各(ge)種(zhong)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)金(jin)在高溫(wen)固溶快冷條件下的組織為奧氏(shi)體，但在500~900℃ 中溫(wen)加(jia)熱，此合(he)金(jin)有(you)可(ke)能(neng)處(chu)于雙(shuang)相(xiang)區，對于Ni處(chu)于下限(xian)，Cr處(chu)于上(shang)限(xian)的合(he)金(jin)可(ke)能(neng)性更大。業已發現，在650℃和750℃長期加(jia)熱有(you)δ相(xiang)析出，但數量較少，尚不(bu)足以影響(xiang)合(he)金(jin)的斷裂性能(neng)。

  合金(jin)的析出行為(wei)C曲線，如圖10-10 所示，析出相種類和數量(liang)受(shou)合金(jin)成分和受(shou)熱(re)條(tiao)件所制約。

二、力學性(xing)能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)室溫力(li)學(xue)性能匯(hui)總于表10-3,典(dian)型的(de)(de)(de)室溫抗拉和抗壓強度見(jian)表10-4。表10-5為超低碳型 Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)室溫和350℃的(de)(de)(de)力(li)學(xue)性能。 溫瞬(shun)時拉伸性能如圖10-11和圖10-12所示。Cr20Ni32Fe 合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)高溫長時力(li)學(xue)性能見(jian)表10-6、圖10-13和圖10-14。

三、耐(nai)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(gao)溫腐(fu)蝕

  盡管Cr20Ni32Fe合(he)金在(zai)(zai)濕態介質中(zhong)具有(you)較(jiao)好(hao)的耐蝕性(xing)，但此類合(he)金良好(hao)的耐高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)腐蝕性(xing)能(neng)是其(qi)突出優點。在(zai)(zai)高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)條件下，由于(yu)合(he)金中(zhong)具有(you)較(jiao)高(gao)(gao)(gao)的銘含(han)量(liang)和足夠的鎳(nie)含(han)量(liang)，使(shi)其(qi)能(neng)形成防護性(xing)良好(hao)的氧化膜，具有(you)良好(hao)的抗滲碳性(xing)能(neng)，是耐高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)腐蝕的良好(hao)材料，在(zai)(zai)工(gong)業中(zhong)得(de)到(dao)了廣(guang)泛應(ying)用(yong)。

  在高溫爐(lu)氣中 Cr20Ni32Fe合金的耐蝕性優于一般奧氏體不銹鋼，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。

   抗滲碳(tan)(tan)性能，Cr20Ni32Fe具有良好的抗滲碳(tan)(tan)性能，試驗室試驗結果見表 10-10。它的抗滲碳(tan)(tan)性能優(you)于常(chang)規不(bu)銹(xiu)鋼，相當于含質量分數為25% 鉻(ge)的耐髙溫 腐蝕(shi)的奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼。

  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(jie)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)表現出良(liang)好的(de)耐應(ying)力腐(fu)(fu)蝕性(xing)(xing)，但此合(he)金(jin)(jin)對(dui)應(ying)力腐(fu)(fu)蝕并非免(mian)疫。在各(ge)種高(gao)(gao)溫水中的(de)耐應(ying)力腐(fu)(fu)蝕性(xing)(xing)能(neng)(neng)與合(he)金(jin)(jin)成分、熱處理(li)條件、冷(leng)變形等 有密(mi)切關系。試驗結果指(zhi)(zhi)出，降低(di)合(he)金(jin)(jin)中的(de)碳含(han)量(≤0.03%),提高(gao)(gao)鎳含(han) 量，增大Ti/C比將(jiang)提高(gao)(gao)合(he)金(jin)(jin)的(de)耐應(ying)力腐(fu)(fu)蝕性(xing)(xing)能(neng)(neng)。通(tong)常(chang)敏(min)(min)化和冷(leng)變形對(dui)合(he)金(jin)(jin)的(de)耐應(ying)力腐(fu)(fu)蝕性(xing)(xing)能(neng)(neng)有害，但有的(de)試驗結果指(zhi)(zhi)出，650℃長期(qi)時(shi)效可顯(xian)著(zhu)降低(di)合(he)金(jin)(jin)的(de)應(ying)力腐(fu)(fu)蝕敏(min)(min)感性(xing)(xing)。

   b. 苛性水介質中

   在壓水堆蒸(zheng)發器(qi)和(he)(he)鈉冷快堆蒸(zheng)發器(qi)中，有可能會出現含NaOH的(de)苛(ke)性(xing)水介質，目前已遇到18-8不銹鋼和(he)(he) Inconel 600合(he)金的(de)苛(ke)性(xing)應(ying)力腐蝕破裂問題。

  大量(liang)的(de)(de)研究表明(ming)Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)在含NaOH的(de)(de)苛(ke)性水介質中(zhong)(zhong)的(de)(de)耐應(ying)力(li)(li)腐蝕性能(neng)取決于NaOH濃(nong)(nong)度和(he)應(ying)力(li)(li)水平(圖(tu)10-19 和(he) 圖(tu)10-20)。 NaOH濃(nong)(nong)度和(he)應(ying)力(li)(li)水平愈高，合(he)(he)金(jin)的(de)(de)耐應(ying)力(li)(li)腐蝕性能(neng)下降。對低碳型的(de)(de)00Cr20Ni32AITi合(he)(he)金(jin)只(zhi)有在低 NaOH濃(nong)(nong)度、低應(ying)力(li)(li)下才處(chu)于免疫區(qu)（見圖(tu)10-21，該圖(tu)中(zhong)(zhong)NaOH為(wei)質量(liang)分數(shu)）。 因此，只(zhi)有在使(shi)用過程中(zhong)(zhong)避(bi)免高應(ying)力(li)(li)出現和(he)防止(zhi)NaOH濃(nong)(nong)縮，才能(neng)保證采用 00Cr20Ni32AlTi合(he)(he)金(jin)設備的(de)(de)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(jia)工(gong)(gong)、冷加(jia)工(gong)(gong)、熱處(chu)理和焊接性(xing)能

   1. 熱(re)加工

    Cr20Ni32Fe合金(jin)的(de)熱加工(gong)性能良好，類似于一(yi)般(ban)Cr-Ni奧氏體 不銹鋼(gang)，熱加工(gong)溫度范圍為900~1200℃，合金(jin)的(de)熱彎成形通常在1000~1150℃ 范圍內進行。熱成形后可以空冷，但為了減(jian)輕合金(jin)的(de)晶間腐蝕傾向，應(ying)盡量快速通過540~760℃敏化(hua)區。

   2. 冷加(jia)工

     合金的冷加(jia)工(gong)成型(xing)性能(neng)近似于18-8型(xing)奧氏體(ti)不銹鋼，但加(jia)工(gong)硬化傾向(xiang)低(di)于18-8型(xing)奧氏體(ti)不銹鋼。盡管如(ru)此，在冷加(jia)工(gong)成型(xing)過程中(zhong)，中(zhong)間軟化退(tui)火(huo)常常是需要的，中(zhong)間退(tui)火(huo)溫度與固(gu)溶退(tui)火(huo)溫度相同(tong)。

   3. 熱處理

    合金的(de)固(gu)溶退火溫(wen)度在(zai)920~980℃ , 一(yi)般控(kong)制在(zai)980℃ ,±10℃保溫(wen)時(shi)間視產(chan)品厚度而定(ding)，但(dan)(dan)保溫(wen)時(shi)間不得(de)少于(yu)10分鐘，對于(yu)高碳合金且在(zai)550℃以上溫(wen)度使(shi)用者，其固(gu)溶處理(li)溫(wen)度應(ying)為1150~1205℃。消除(chu)應(ying)力的(de)熱處理(li)，一(yi)般在(zai)540℃以上即(ji)可產(chan)生效(xiao)果(guo)，但(dan)(dan)殘余(yu)應(ying)力的(de)完全消除(chu)需在(zai)高于(yu)870℃的(de)溫(wen)度進行退火。

   4. 焊接(jie)

    Cr20Ni32Fe型合(he)金(jin)(jin)焊接(jie)(jie)性能良(liang)好，可釆用通常的焊接(jie)(jie)方法進(jin)行 焊接(jie)(jie)。試(shi)驗表明，釆用新2號焊絲對(dui)00Cr20Ni32AlTi合(he)金(jin)(jin)管(guan)材(cai)(cai)與不銹鋼管(guan)板進(jin)行 TIG焊接(jie)(jie)，取(qu)得了(le)滿意的效果。合(he)金(jin)(jin)的抗裂(lie)性能良(liang)好，接(jie)(jie)頭的晶(jing)間腐(fu)蝕(shi)、應力腐(fu) 蝕(shi)等亦近于母材(cai)(cai)。根據使用條件可選用表10-11所列(lie)的焊接(jie)(jie)材(cai)(cai)料(liao)。

五、物理性(xing)能

    Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的(de)(de)物理(li)(li)性(xing)能(neng)隨合(he)金(jin)的(de)(de)成分和試驗條件會有(you)微小變化，但不會有(you)大的(de)(de)變動。1Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)(Incoloy 800)的(de)(de)物理(li)(li)性(xing)能(neng)見表10-12和圖 10-24。

六(liu)、應用(yong)

  產(chan)品類(lei)型和應用(yong)舉例：此(ci)類(lei)合金(jin)(jin)的冶金(jin)(jin)生產(chan)工(gong)藝與通常的18-8型奧氏(shi)體不 銹(xiu)鋼類(lei)似，可以提供板（中板、薄板）、管(guan)（熱(re)擠壓和冷加工(gong)管(guan)）、絲、帶、棒 和鍛件等冶金(jin)(jin)產(chan)品，亦可以提供各種(zhong)鑄(zhu)件。

  Cr20Ni32Fe合(he)金在含氯化(hua)物和(he)低濃度NaOH的苛性(xing)水(shui)介質中具有優良的耐應(ying)力(li) 腐蝕(shi)性(xing)能(neng)，廣泛用于(yu)制造耐應(ying)力(li)腐蝕(shi)破壞的設(she)備，代(dai)替慣用的18-8奧氏(shi)體(ti)不銹鋼。

   在(zai)動力工業中，用以制造壓水(shui)堆(dui)蒸發器(qi)、高(gao)溫氣(qi)冷堆(dui)、鈉冷快(kuai)堆(dui)換熱器(qi)，以 及過熱蒸汽管。

   在化學(xue)加工業中，用以(yi)(yi)制造(zao)硝酸冷卻器、醋酐裂化管以(yi)(yi)及各種(zhong)換熱設備。