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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(xing)是(shi)早期(qi)的Cr20Ni32型(xing)合(he)金，碳含(han)量0.1%。

  高(gao)碳型合金的碳含(han)量(C)處(chu)于0.05%~0.1%之間。主要用(yong)于600℃以上(shang)， 具有粗晶粒、高(gao)蠕變強度(du)的特點(dian)。在化(hua)(hua)工、電廠、石油(you)化(hua)(hua)學工業中的過熱器(qi)、再熱器(qi)、高(gao)溫加熱、轉化(hua)(hua)、裂解(jie)爐(lu)管等方面應(ying)用(yong)。

  中(zhong)碳型合金的碳含量(liang)在0.03%~0.06%范圍之(zhi)間，具有中(zhong)等晶粒度，一 般用于(yu)350℃~600℃ 使用的過熱(re)器、再熱(re)器等熱(re)強部件(jian)。也適用于(yu)高溫(750℃)氣冷(leng)堆換熱(re)器。

  低碳型有時也稱改(gai)(gai)良型。它是(shi)(shi)標(biao)準型合(he)金(jin)(jin)(jin)Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)改(gai)(gai)進和發展。我 國鋼標(biao)號為(wei)00Cr20Ni32AlTi。碳含量(C)低于0.03%并要求控制(zhi)合(he)金(jin)(jin)(jin)中的(de)Ti/C和Ti/C+N比值以(yi)及(ji)Al、Co等含量。此合(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)特點是(shi)(shi)超低碳、細晶粒(li)，充分穩(wen)定化、耐(nai)應(ying)力腐蝕性(xing)能優良,低碳型合(he)金(jin)(jin)(jin)使用(yong)溫度≤350℃ ,主要用(yong)于壓水(shui)堆蒸發器。

一(yi)、化學成分(fen)和組織結構

  經近(jin)60年的(de)演(yan)變、發展的(de)各種(zhong)Cr20Ni32合金的(de)派生牌號的(de)化學成分列于表(biao) 10-2。

  表(biao)10-2所(suo)列合(he)(he)金在(zai)高溫固(gu)溶快冷條件(jian)下的組織為奧氏體，但在(zai)500~900℃ 中溫加熱(re)，此合(he)(he)金有可能(neng)處于雙相區，對于Ni處于下限，Cr處于上(shang)限的合(he)(he)金可能(neng)性更大。業已發現(xian)，在(zai)650℃和(he)750℃長期加熱(re)有δ相析出，但數量較少，尚(shang)不足以影響(xiang)合(he)(he)金的斷裂性能(neng)。

  合(he)金(jin)的析出(chu)行為(wei)C曲線，如圖(tu)10-10 所示(shi)，析出(chu)相種類和數量(liang)受合(he)金(jin)成分和受熱(re)條件所制約。

二、力學性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合(he)金的(de)室溫力(li)學(xue)性(xing)(xing)能(neng)匯總于表10-3,典型的(de)室溫抗(kang)拉和(he)(he)抗(kang)壓(ya)強度見表10-4。表10-5為超(chao)低碳型 Cr20Ni32Fe合(he)金的(de)室溫和(he)(he)350℃的(de)力(li)學(xue)性(xing)(xing)能(neng)。 溫瞬(shun)時(shi)拉伸性(xing)(xing)能(neng)如圖(tu)10-11和(he)(he)圖(tu)10-12所示(shi)。Cr20Ni32Fe 合(he)金的(de)高溫長時(shi)力(li)學(xue)性(xing)(xing)能(neng)見表10-6、圖(tu)10-13和(he)(he)圖(tu)10-14。

三(san)、耐蝕性能(neng)

  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)溫腐蝕

  盡管Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)在濕態介質(zhi)中(zhong)具有較好(hao)(hao)(hao)的(de)耐蝕(shi)性(xing)，但此類合(he)金(jin)良(liang)(liang)好(hao)(hao)(hao)的(de)耐高溫腐蝕(shi)性(xing)能是其(qi)突出優(you)點。在高溫條件下，由(you)于(yu)合(he)金(jin)中(zhong)具有較高的(de)銘含量(liang)(liang)和足夠(gou)的(de)鎳含量(liang)(liang)，使其(qi)能形(xing)成(cheng)防(fang)護性(xing)良(liang)(liang)好(hao)(hao)(hao)的(de)氧化膜，具有良(liang)(liang)好(hao)(hao)(hao)的(de)抗滲碳性(xing)能，是耐高溫腐蝕(shi)的(de)良(liang)(liang)好(hao)(hao)(hao)材料，在工業中(zhong)得(de)到了廣泛應用。

  在(zai)高溫爐氣(qi)中 Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的耐蝕性優于一般奧(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(kang)滲碳性(xing)(xing)能(neng)，Cr20Ni32Fe具有(you)良(liang)好的抗(kang)滲碳性(xing)(xing)能(neng)，試驗(yan)室試驗(yan)結(jie)果見表 10-10。它的抗(kang)滲碳性(xing)(xing)能(neng)優于(yu)常規不銹鋼，相當于(yu)含質量分(fen)數為25% 鉻的耐髙溫 腐蝕的奧氏體(ti)不銹鋼。

  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。

   盡管Cr20Ni32Fe合(he)(he)金表(biao)現出良(liang)好的(de)(de)(de)耐應力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)，但(dan)此合(he)(he)金對應力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)并非(fei)免疫。在各種高(gao)溫水中的(de)(de)(de)耐應力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能與(yu)合(he)(he)金成分(fen)、熱處理條件、冷變形(xing)(xing)等 有密(mi)切關系。試(shi)(shi)驗結(jie)果指出，降低合(he)(he)金中的(de)(de)(de)碳含量(liang)(≤0.03%),提高(gao)鎳含 量(liang)，增大Ti/C比將提高(gao)合(he)(he)金的(de)(de)(de)耐應力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能。通(tong)常敏化和冷變形(xing)(xing)對合(he)(he)金的(de)(de)(de)耐應力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能有害，但(dan)有的(de)(de)(de)試(shi)(shi)驗結(jie)果指出，650℃長期時(shi)效可顯著降低合(he)(he)金的(de)(de)(de)應力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)敏感性(xing)。

   b. 苛(ke)性水介質(zhi)中

   在壓水堆(dui)蒸(zheng)發(fa)器(qi)和(he)鈉冷快堆(dui)蒸(zheng)發(fa)器(qi)中，有可能(neng)會出現含NaOH的苛性水介(jie)質(zhi)，目前已遇到18-8不銹鋼(gang)和(he) Inconel 600合金的苛性應力腐蝕(shi)破裂問題。

  大量的(de)研究表(biao)明Cr20Ni32Fe合金在(zai)(zai)含NaOH的(de)苛性水(shui)介(jie)質中的(de)耐應(ying)(ying)力腐蝕性能取決于NaOH濃(nong)度和應(ying)(ying)力水(shui)平(圖(tu)10-19 和 圖(tu)10-20)。 NaOH濃(nong)度和應(ying)(ying)力水(shui)平愈(yu)高，合金的(de)耐應(ying)(ying)力腐蝕性能下降。對低碳型的(de)00Cr20Ni32AITi合金只有在(zai)(zai)低 NaOH濃(nong)度、低應(ying)(ying)力下才處于免疫(yi)區（見(jian)圖(tu)10-21，該圖(tu)中NaOH為質量分數）。 因此(ci)，只有在(zai)(zai)使用(yong)過(guo)程中避免高應(ying)(ying)力出現和防止NaOH濃(nong)縮(suo)，才能保證采用(yong) 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、 熱加工、冷加工、熱處理和焊接性(xing)能

   1. 熱加工

    Cr20Ni32Fe合金(jin)的(de)(de)熱(re)加(jia)工性(xing)能良好，類似于一般Cr-Ni奧氏體 不銹(xiu)鋼，熱(re)加(jia)工溫度范圍(wei)為900~1200℃，合金(jin)的(de)(de)熱(re)彎成形(xing)(xing)通(tong)常在1000~1150℃ 范圍(wei)內(nei)進行(xing)。熱(re)成形(xing)(xing)后可以空冷(leng)，但(dan)為了減輕(qing)合金(jin)的(de)(de)晶間腐蝕傾向，應盡量快速(su)通(tong)過540~760℃敏化(hua)區。

   2. 冷(leng)加工

     合金的冷加工成型(xing)(xing)性能近似于18-8型(xing)(xing)奧氏體不銹(xiu)鋼，但(dan)加工硬化(hua)傾向低(di)于18-8型(xing)(xing)奧氏體不銹(xiu)鋼。盡管如此，在冷加工成型(xing)(xing)過程中(zhong)(zhong)，中(zhong)(zhong)間軟(ruan)化(hua)退(tui)火(huo)常常是(shi)需要的，中(zhong)(zhong)間退(tui)火(huo)溫度與固溶退(tui)火(huo)溫度相同。

   3. 熱處理(li)

    合(he)金(jin)的(de)固(gu)溶退火溫(wen)(wen)(wen)度(du)在920~980℃ , 一般控制在980℃ ,±10℃保(bao)溫(wen)(wen)(wen)時(shi)(shi)間(jian)視產(chan)品(pin)厚度(du)而定，但(dan)保(bao)溫(wen)(wen)(wen)時(shi)(shi)間(jian)不(bu)得少于10分鐘，對于高碳合(he)金(jin)且在550℃以上溫(wen)(wen)(wen)度(du)使用者，其固(gu)溶處理溫(wen)(wen)(wen)度(du)應(ying)為1150~1205℃。消除應(ying)力的(de)熱處理，一般在540℃以上即可(ke)產(chan)生(sheng)效果(guo)，但(dan)殘余應(ying)力的(de)完全消除需(xu)在高于870℃的(de)溫(wen)(wen)(wen)度(du)進行(xing)退火。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合金焊(han)接(jie)(jie)(jie)性能良好(hao)，可釆用通常(chang)的焊(han)接(jie)(jie)(jie)方法進行(xing) 焊(han)接(jie)(jie)(jie)。試驗表明(ming)，釆用新2號焊(han)絲(si)對00Cr20Ni32AlTi合金管(guan)材(cai)與不銹(xiu)鋼(gang)管(guan)板進行(xing) TIG焊(han)接(jie)(jie)(jie)，取(qu)得了滿意的效果。合金的抗裂性能良好(hao)，接(jie)(jie)(jie)頭的晶間(jian)腐蝕、應力腐 蝕等亦近(jin)于母材(cai)。根據(ju)使(shi)用條件可選用表10-11所列的焊(han)接(jie)(jie)(jie)材(cai)料(liao)。

五、物理(li)性能(neng)

    Cr20Ni32Fe合金(jin)的(de)(de)物(wu)理性(xing)能隨合金(jin)的(de)(de)成分和(he)試驗條件會(hui)有(you)微(wei)小(xiao)變化(hua)，但不會(hui)有(you)大的(de)(de)變動。1Cr20Ni32Fe合金(jin)(Incoloy 800)的(de)(de)物(wu)理性(xing)能見表10-12和(he)圖 10-24。

六、應用

  產品類(lei)型和(he)應用舉例：此類(lei)合(he)金的(de)冶(ye)金生(sheng)產工(gong)藝(yi)與通(tong)常的(de)18-8型奧氏體不 銹(xiu)鋼類(lei)似，可以(yi)提供板（中板、薄板）、管(guan)(guan)（熱擠壓和(he)冷加(jia)工(gong)管(guan)(guan)）、絲、帶、棒 和(he)鍛(duan)件等冶(ye)金產品，亦可以(yi)提供各(ge)種鑄件。

  Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)在含氯化物和低濃(nong)度(du)NaOH的苛性(xing)(xing)水(shui)介質中具有優良的耐應(ying)力 腐蝕(shi)性(xing)(xing)能(neng)，廣泛用(yong)于制造耐應(ying)力腐蝕(shi)破壞的設備，代替慣(guan)用(yong)的18-8奧氏體不銹鋼。

   在動力工業(ye)中(zhong)，用以制造壓水(shui)堆蒸(zheng)發器(qi)、高溫氣冷堆、鈉冷快堆換(huan)熱(re)器(qi)，以 及過(guo)熱(re)蒸(zheng)汽管。

   在化(hua)學加(jia)工業中，用(yong)以制造硝酸(suan)冷卻(que)器、醋酐裂化(hua)管以及各(ge)種換熱設備。