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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。

  標準型是早期的Cr20Ni32型合金(jin)，碳(tan)含量0.1%。

  高(gao)碳型(xing)合金的(de)(de)碳含量(C)處于(yu)0.05%~0.1%之間。主要(yao)用(yong)于(yu)600℃以上， 具有粗晶粒、高(gao)蠕變強(qiang)度的(de)(de)特點。在化(hua)工(gong)、電廠、石油化(hua)學工(gong)業(ye)中的(de)(de)過熱(re)器、再熱(re)器、高(gao)溫加熱(re)、轉(zhuan)化(hua)、裂解爐管等方面應用(yong)。

  中碳型合金(jin)的碳含(han)量在0.03%~0.06%范圍(wei)之(zhi)間(jian)，具(ju)有中等晶粒(li)度(du)，一(yi) 般用于350℃~600℃ 使(shi)用的過熱器(qi)、再熱器(qi)等熱強部件(jian)。也(ye)適用于高溫(750℃)氣冷堆換熱器(qi)。

  低(di)碳型(xing)(xing)有(you)時也(ye)稱改良(liang)型(xing)(xing)。它是(shi)標(biao)準型(xing)(xing)合(he)金(jin)(jin)(jin)Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)改進和發展。我 國鋼(gang)標(biao)號為00Cr20Ni32AlTi。碳含(han)量(C)低(di)于(yu)0.03%并要(yao)求控制合(he)金(jin)(jin)(jin)中(zhong)的(de)Ti/C和Ti/C+N比(bi)值以及Al、Co等含(han)量。此合(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)特點是(shi)超低(di)碳、細晶粒(li)，充分(fen)穩定化(hua)、耐(nai)應力(li)腐(fu)蝕性能優良(liang),低(di)碳型(xing)(xing)合(he)金(jin)(jin)(jin)使用溫度≤350℃ ,主要(yao)用于(yu)壓水堆蒸發器。

一、化學(xue)成分和組織結構(gou)

  經(jing)近60年的演變、發展(zhan)的各種(zhong)Cr20Ni32合金的派(pai)生(sheng)牌號的化學成分(fen)列于(yu)表 10-2。

  表10-2所列合金(jin)(jin)在高溫固溶快(kuai)冷條件(jian)下的組織為奧氏體，但在500~900℃ 中溫加(jia)熱，此合金(jin)(jin)有可(ke)能(neng)處(chu)于(yu)(yu)雙相區，對于(yu)(yu)Ni處(chu)于(yu)(yu)下限，Cr處(chu)于(yu)(yu)上限的合金(jin)(jin)可(ke)能(neng)性更大。業(ye)已發(fa)現(xian)，在650℃和750℃長期加(jia)熱有δ相析出(chu)，但數量較少，尚不足以影響合金(jin)(jin)的斷裂(lie)性能(neng)。

  合金的析(xi)出行為(wei)C曲(qu)線，如圖(tu)10-10 所示，析(xi)出相(xiang)種類和數(shu)量(liang)受合金成(cheng)分和受熱(re)條件所制約(yue)。

二、力學性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合(he)金的(de)(de)室(shi)溫(wen)(wen)力(li)學(xue)性能(neng)匯總(zong)于表(biao)10-3,典型的(de)(de)室(shi)溫(wen)(wen)抗(kang)拉和(he)抗(kang)壓強(qiang)度見(jian)表(biao)10-4。表(biao)10-5為超低碳型 Cr20Ni32Fe合(he)金的(de)(de)室(shi)溫(wen)(wen)和(he)350℃的(de)(de)力(li)學(xue)性能(neng)。 溫(wen)(wen)瞬時拉伸(shen)性能(neng)如圖10-11和(he)圖10-12所示(shi)。Cr20Ni32Fe 合(he)金的(de)(de)高(gao)溫(wen)(wen)長時力(li)學(xue)性能(neng)見(jian)表(biao)10-6、圖10-13和(he)圖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(fu)蝕

  盡管Cr20Ni32Fe合金(jin)在濕(shi)態介質中(zhong)具(ju)有較(jiao)好(hao)的(de)耐蝕性(xing)(xing)(xing)，但此類合金(jin)良(liang)好(hao)的(de)耐高(gao)溫腐(fu)蝕性(xing)(xing)(xing)能(neng)是其突出優點(dian)。在高(gao)溫條件下(xia)，由于合金(jin)中(zhong)具(ju)有較(jiao)高(gao)的(de)銘含量和(he)足(zu)夠的(de)鎳含量，使其能(neng)形成防護性(xing)(xing)(xing)良(liang)好(hao)的(de)氧化膜，具(ju)有良(liang)好(hao)的(de)抗(kang)滲碳(tan)性(xing)(xing)(xing)能(neng)，是耐高(gao)溫腐(fu)蝕的(de)良(liang)好(hao)材料，在工業(ye)中(zhong)得到了廣(guang)泛(fan)應用。

  在(zai)高溫爐氣中 Cr20Ni32Fe合金的(de)耐蝕(shi)性(xing)優(you)于一般(ban)奧(ao)氏體不銹鋼(gang)，數(shu)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(neng)(neng)，Cr20Ni32Fe具(ju)有良好(hao)的抗滲碳(tan)(tan)性能(neng)(neng)，試(shi)驗(yan)室試(shi)驗(yan)結果見(jian)表(biao) 10-10。它的抗滲碳(tan)(tan)性能(neng)(neng)優(you)于常(chang)規不銹鋼(gang)，相當(dang)于含質量分數為25% 鉻的耐髙溫 腐蝕的奧氏體不銹鋼(gang)。

  3. 晶間腐(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(shi)

    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)(he)(he)金(jin)表現出良好的(de)(de)(de)耐應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕性，但(dan)此合(he)(he)(he)金(jin)對(dui)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕并非免疫。在各(ge)種高溫水中的(de)(de)(de)耐應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕性能與(yu)合(he)(he)(he)金(jin)成(cheng)分、熱處理(li)條件、冷(leng)變形等 有密切關系(xi)。試(shi)驗結果指出，降低(di)合(he)(he)(he)金(jin)中的(de)(de)(de)碳含量(liang)(≤0.03%),提高鎳含 量(liang)，增大Ti/C比將提高合(he)(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)耐應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕性能。通常敏化和冷(leng)變形對(dui)合(he)(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)耐應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕性能有害(hai)，但(dan)有的(de)(de)(de)試(shi)驗結果指出，650℃長(chang)期時效可顯著降低(di)合(he)(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕敏感性。

   b. 苛性水介質中(zhong)

   在(zai)壓水(shui)堆(dui)蒸(zheng)發(fa)器和鈉冷(leng)快堆(dui)蒸(zheng)發(fa)器中，有(you)可能會(hui)出現含(han)NaOH的(de)(de)苛(ke)性(xing)水(shui)介質，目前已遇到18-8不銹鋼和 Inconel 600合金的(de)(de)苛(ke)性(xing)應力腐蝕破裂問題。

  大量的(de)研究表明Cr20Ni32Fe合金在(zai)(zai)含(han)NaOH的(de)苛(ke)性水介質中的(de)耐(nai)應力(li)腐蝕(shi)性能(neng)取(qu)決于(yu)NaOH濃度和(he)應力(li)水平(圖10-19 和(he) 圖10-20)。 NaOH濃度和(he)應力(li)水平愈高(gao)，合金的(de)耐(nai)應力(li)腐蝕(shi)性能(neng)下(xia)降。對(dui)低碳型的(de)00Cr20Ni32AITi合金只有在(zai)(zai)低 NaOH濃度、低應力(li)下(xia)才(cai)處(chu)于(yu)免(mian)疫區（見圖10-21，該圖中NaOH為質量分數(shu)）。 因此(ci)，只有在(zai)(zai)使用過(guo)程中避免(mian)高(gao)應力(li)出(chu)現(xian)和(he)防止NaOH濃縮，才(cai)能(neng)保證采用 00Cr20Ni32AlTi合金設備的(de)安全運行(xing)。

   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(re)加工、冷(leng)加工、熱(re)處理和焊(han)接性(xing)能(neng)

   1. 熱加(jia)工

    Cr20Ni32Fe合金的(de)(de)熱(re)加工性能良好，類似于(yu)一般(ban)Cr-Ni奧氏體 不銹鋼，熱(re)加工溫度(du)范(fan)圍為900~1200℃，合金的(de)(de)熱(re)彎成形(xing)通常在1000~1150℃ 范(fan)圍內(nei)進行(xing)。熱(re)成形(xing)后可以(yi)空冷，但為了(le)減輕合金的(de)(de)晶間腐蝕傾向，應盡量(liang)快速通過(guo)540~760℃敏化區。

   2. 冷加工

     合金的冷加工(gong)成型性能近似于18-8型奧氏(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼，但加工(gong)硬(ying)化傾向低于18-8型奧氏(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼。盡管如此，在冷加工(gong)成型過(guo)程中，中間軟化退火常常是需要的，中間退火溫(wen)度(du)與固溶(rong)退火溫(wen)度(du)相同。

   3. 熱處理

    合(he)金的(de)固溶(rong)退(tui)火(huo)溫度在(zai)920~980℃ , 一般控制在(zai)980℃ ,±10℃保(bao)溫時間視產(chan)品厚度而定，但保(bao)溫時間不得少(shao)于10分鐘(zhong)，對于高碳合(he)金且在(zai)550℃以(yi)上(shang)溫度使用者，其(qi)固溶(rong)處(chu)理溫度應(ying)為1150~1205℃。消除(chu)應(ying)力的(de)熱處(chu)理，一般在(zai)540℃以(yi)上(shang)即可產(chan)生效果，但殘余(yu)應(ying)力的(de)完全消除(chu)需在(zai)高于870℃的(de)溫度進行退(tui)火(huo)。

   4. 焊(han)接

    Cr20Ni32Fe型合(he)(he)金焊(han)(han)接(jie)性能良好，可(ke)釆用(yong)通常的(de)焊(han)(han)接(jie)方法(fa)進(jin)行(xing) 焊(han)(han)接(jie)。試驗表明(ming)，釆用(yong)新2號焊(han)(han)絲對00Cr20Ni32AlTi合(he)(he)金管(guan)材(cai)與不(bu)銹(xiu)鋼管(guan)板進(jin)行(xing) TIG焊(han)(han)接(jie)，取得了滿(man)意的(de)效(xiao)果。合(he)(he)金的(de)抗裂性能良好，接(jie)頭的(de)晶(jing)間(jian)腐(fu)蝕、應力腐(fu) 蝕等亦近于母材(cai)。根據使(shi)用(yong)條件可(ke)選用(yong)表10-11所列的(de)焊(han)(han)接(jie)材(cai)料(liao)。

五、物理(li)性能(neng)

    Cr20Ni32Fe合金的物(wu)理(li)性能(neng)隨合金的成分和試驗條件會(hui)(hui)有微小變化，但不會(hui)(hui)有大的變動。1Cr20Ni32Fe合金(Incoloy 800)的物(wu)理(li)性能(neng)見表10-12和圖 10-24。

六、應用

  產(chan)品(pin)類(lei)型和(he)應(ying)用舉例(li)：此類(lei)合(he)金的冶(ye)金生(sheng)產(chan)工藝(yi)與通常的18-8型奧氏(shi)體不 銹鋼類(lei)似，可以提(ti)供板(ban)（中(zhong)板(ban)、薄板(ban)）、管(guan)（熱擠壓和(he)冷加工管(guan)）、絲、帶、棒 和(he)鍛件(jian)等冶(ye)金產(chan)品(pin)，亦可以提(ti)供各種鑄件(jian)。

  Cr20Ni32Fe合金在(zai)含氯(lv)化(hua)物和(he)低(di)濃度NaOH的(de)苛性水(shui)介(jie)質中具(ju)有優(you)良的(de)耐(nai)應(ying)(ying)力 腐蝕(shi)性能，廣泛(fan)用于制造耐(nai)應(ying)(ying)力腐蝕(shi)破壞(huai)的(de)設備(bei)，代(dai)替(ti)慣用的(de)18-8奧(ao)氏體(ti)不銹鋼。

   在(zai)動力工業中，用以制造壓(ya)水堆蒸(zheng)發器、高溫氣冷堆、鈉冷快堆換熱器，以 及過熱蒸(zheng)汽管(guan)。

   在化(hua)學加工業中，用以制(zhi)造(zao)硝酸冷卻器、醋酐裂化(hua)管以及各種換熱(re)設備。