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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)(xing)是早(zao)期的Cr20Ni32型(xing)(xing)合金，碳含量0.1%。

  高(gao)碳型合金的碳含量(C)處于0.05%~0.1%之(zhi)間。主要用于600℃以(yi)上(shang)， 具有粗晶粒、高(gao)蠕變強(qiang)度的特點。在化工、電廠、石油(you)化學工業中(zhong)的過熱器、再(zai)熱器、高(gao)溫(wen)加熱、轉化、裂(lie)解(jie)爐管等方面應(ying)用。

  中(zhong)碳(tan)型合(he)金的碳(tan)含量(liang)在0.03%~0.06%范(fan)圍之(zhi)間，具有中(zhong)等晶粒度，一 般用于350℃~600℃ 使用的過(guo)熱器、再熱器等熱強部(bu)件。也適用于高溫(750℃)氣(qi)冷(leng)堆換(huan)熱器。

  低碳型有時(shi)也稱(cheng)改(gai)良型。它是(shi)標準型合金(jin)Cr20Ni32Fe合金(jin)的(de)改(gai)進和發(fa)展(zhan)。我 國鋼(gang)標號為00Cr20Ni32AlTi。碳含量(liang)(C)低于0.03%并要求控制合金(jin)中(zhong)的(de)Ti/C和Ti/C+N比值以及Al、Co等(deng)含量(liang)。此合金(jin)的(de)特(te)點是(shi)超低碳、細(xi)晶粒，充分穩定(ding)化、耐應力(li)腐蝕性能優(you)良,低碳型合金(jin)使用溫度≤350℃ ,主(zhu)要用于壓水堆蒸發(fa)器。

一、化(hua)學成分和(he)組織(zhi)結構(gou)

  經(jing)近60年的(de)演變、發展的(de)各種Cr20Ni32合金的(de)派生牌號的(de)化學成分列于表(biao) 10-2。

  表10-2所(suo)列合金在高溫(wen)固溶(rong)快冷條(tiao)件下的組織為(wei)奧氏體，但在500~900℃ 中溫(wen)加熱，此合金有可能處于(yu)雙相(xiang)區(qu)，對于(yu)Ni處于(yu)下限，Cr處于(yu)上(shang)限的合金可能性更大。業(ye)已(yi)發現(xian)，在650℃和750℃長期加熱有δ相(xiang)析出，但數量較少(shao)，尚不足(zu)以影(ying)響合金的斷裂性能。

  合金(jin)(jin)的析(xi)出行為(wei)C曲線(xian)，如圖10-10 所示(shi)，析(xi)出相種類和數量受(shou)合金(jin)(jin)成(cheng)分和受(shou)熱條件所制約。

二、力學(xue)性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合金的室(shi)溫力學性能匯總于表(biao)10-3,典型的室(shi)溫抗拉和抗壓強(qiang)度見表(biao)10-4。表(biao)10-5為超低碳型 Cr20Ni32Fe合金的室(shi)溫和350℃的力學性能。 溫瞬時(shi)拉伸性能如圖(tu)10-11和圖(tu)10-12所(suo)示。Cr20Ni32Fe 合金的高溫長(chang)時(shi)力學性能見表(biao)10-6、圖(tu)10-13和圖(tu)10-14。

三、耐蝕性能

  1. 全面(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合金(jin)在濕態介質中(zhong)具有(you)較好(hao)(hao)的(de)耐(nai)蝕性(xing)，但此類合金(jin)良好(hao)(hao)的(de)耐(nai)高溫腐蝕性(xing)能是其突出優點。在高溫條件下，由(you)于合金(jin)中(zhong)具有(you)較高的(de)銘含量和(he)足夠的(de)鎳含量，使其能形成防(fang)護性(xing)良好(hao)(hao)的(de)氧化膜(mo)，具有(you)良好(hao)(hao)的(de)抗滲碳性(xing)能，是耐(nai)高溫腐蝕的(de)良好(hao)(hao)材料，在工業(ye)中(zhong)得到了廣泛應用。

  在高溫爐(lu)氣中 Cr20Ni32Fe合金的耐蝕(shi)性優于一般奧(ao)氏體不銹鋼，數據(ju)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)性(xing)能(neng)，Cr20Ni32Fe具(ju)有良好(hao)的抗滲碳(tan)性(xing)能(neng)，試驗室試驗結果見表 10-10。它的抗滲碳(tan)性(xing)能(neng)優于常規不銹(xiu)鋼，相當于含(han)質量(liang)分數為25% 鉻的耐髙溫 腐蝕(shi)的奧氏體不銹(xiu)鋼。

  3. 晶(jing)間腐(fu)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)金(jin)(jin)表現出良好的(de)(de)(de)(de)耐(nai)應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)性(xing)，但此合(he)金(jin)(jin)對應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)并(bing)非(fei)免(mian)疫。在各種高(gao)(gao)溫水中的(de)(de)(de)(de)耐(nai)應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)性(xing)能(neng)與合(he)金(jin)(jin)成分、熱處(chu)理(li)條件、冷(leng)變形(xing)等(deng) 有密切關(guan)系(xi)。試驗(yan)結果指(zhi)出，降(jiang)低(di)合(he)金(jin)(jin)中的(de)(de)(de)(de)碳含量(≤0.03%),提(ti)高(gao)(gao)鎳(nie)含 量，增大Ti/C比將(jiang)提(ti)高(gao)(gao)合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)性(xing)能(neng)。通常敏化和冷(leng)變形(xing)對合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)性(xing)能(neng)有害，但有的(de)(de)(de)(de)試驗(yan)結果指(zhi)出，650℃長期時效可顯著降(jiang)低(di)合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)敏感性(xing)。

   b. 苛性水(shui)介質中

   在壓水堆蒸發器和(he)鈉冷快堆蒸發器中，有(you)可能會出現(xian)含NaOH的苛(ke)(ke)性水介質，目(mu)前已遇到18-8不銹鋼和(he) Inconel 600合金的苛(ke)(ke)性應力(li)腐蝕破裂問題。

  大量的(de)研(yan)究表明Cr20Ni32Fe合金在含(han)NaOH的(de)苛性(xing)水(shui)介(jie)質中的(de)耐應(ying)(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)性(xing)能取(qu)決于NaOH濃(nong)度(du)和應(ying)(ying)(ying)力(li)水(shui)平(圖10-19 和 圖10-20)。 NaOH濃(nong)度(du)和應(ying)(ying)(ying)力(li)水(shui)平愈高，合金的(de)耐應(ying)(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)性(xing)能下降。對(dui)低(di)碳型的(de)00Cr20Ni32AITi合金只有在低(di) NaOH濃(nong)度(du)、低(di)應(ying)(ying)(ying)力(li)下才處于免疫區(qu)（見圖10-21，該圖中NaOH為質量分數）。 因此(ci)，只有在使用過(guo)程(cheng)中避免高應(ying)(ying)(ying)力(li)出現和防止NaOH濃(nong)縮，才能保證采用 00Cr20Ni32AlTi合金設備(bei)的(de)安(an)全運(yun)行。

   c. NaCl溶液(ye)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(he)焊(han)接性能

   1. 熱加工

    Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的熱加工性能良好，類(lei)似于一(yi)般Cr-Ni奧氏體(ti) 不(bu)銹鋼，熱加工溫度范圍為900~1200℃，合(he)金(jin)的熱彎成(cheng)形通(tong)常在1000~1150℃ 范圍內進行(xing)。熱成(cheng)形后(hou)可以空冷，但為了減輕合(he)金(jin)的晶間(jian)腐蝕(shi)傾向，應盡(jin)量快速(su)通(tong)過540~760℃敏化區(qu)。

   2. 冷加工

     合金的冷加(jia)工成(cheng)型(xing)性能近似于18-8型(xing)奧氏體不銹鋼(gang)，但(dan)加(jia)工硬化(hua)傾向低于18-8型(xing)奧氏體不銹鋼(gang)。盡管如此(ci)，在冷加(jia)工成(cheng)型(xing)過程中(zhong)，中(zhong)間(jian)軟化(hua)退火常(chang)(chang)常(chang)(chang)是(shi)需(xu)要的，中(zhong)間(jian)退火溫度與(yu)固(gu)溶退火溫度相同。

   3. 熱處理

    合金的(de)固溶退火(huo)溫度在920~980℃ , 一(yi)般(ban)控制在980℃ ,±10℃保溫時(shi)間視(shi)產品(pin)厚度而定，但(dan)保溫時(shi)間不得少于10分鐘，對于高碳合金且在550℃以上溫度使(shi)用者，其固溶處理溫度應(ying)為1150~1205℃。消(xiao)除應(ying)力的(de)熱處理，一(yi)般(ban)在540℃以上即可產生效果，但(dan)殘余應(ying)力的(de)完全消(xiao)除需在高于870℃的(de)溫度進行退火(huo)。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)焊接(jie)性(xing)(xing)能(neng)良好，可釆(bian)用(yong)(yong)通常的(de)(de)焊接(jie)方法(fa)進行 焊接(jie)。試(shi)驗表明，釆(bian)用(yong)(yong)新(xin)2號(hao)焊絲對00Cr20Ni32AlTi合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)管(guan)材與不銹鋼(gang)管(guan)板(ban)進行 TIG焊接(jie)，取得了滿意的(de)(de)效果(guo)。合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)抗裂性(xing)(xing)能(neng)良好，接(jie)頭的(de)(de)晶間(jian)腐(fu)(fu)蝕、應力腐(fu)(fu) 蝕等亦(yi)近于母材。根據使用(yong)(yong)條件可選用(yong)(yong)表10-11所列(lie)的(de)(de)焊接(jie)材料。

五(wu)、物(wu)理性能

    Cr20Ni32Fe合金(jin)的(de)物(wu)理(li)性能隨合金(jin)的(de)成分和(he)試驗條件會有微(wei)小變化，但(dan)不會有大的(de)變動。1Cr20Ni32Fe合金(jin)(Incoloy 800)的(de)物(wu)理(li)性能見表10-12和(he)圖 10-24。

六、應用

  產(chan)品類型和(he)(he)應用舉例(li)：此類合(he)金(jin)的(de)冶金(jin)生產(chan)工藝(yi)與通(tong)常的(de)18-8型奧氏體不 銹鋼類似，可以提供(gong)板（中板、薄板）、管(guan)（熱擠壓和(he)(he)冷加工管(guan)）、絲、帶、棒 和(he)(he)鍛件(jian)等冶金(jin)產(chan)品，亦(yi)可以提供(gong)各(ge)種鑄件(jian)。

  Cr20Ni32Fe合(he)金在含氯化物和(he)低濃度NaOH的苛性水介質中具有優良的耐(nai)應力 腐蝕性能，廣泛用于制造耐(nai)應力腐蝕破壞(huai)的設備，代替慣用的18-8奧氏體不銹鋼(gang)。

   在動(dong)力工業(ye)中，用以制造壓(ya)水堆(dui)蒸發(fa)器、高溫氣冷堆(dui)、鈉(na)冷快(kuai)堆(dui)換(huan)熱器，以 及過(guo)熱蒸汽管。

   在化(hua)學加工業中，用以制造(zao)硝酸冷卻(que)器、醋酐(gan)裂化(hua)管以及各種(zhong)換(huan)熱設備。