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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)是早期(qi)的Cr20Ni32型(xing)合(he)金，碳含量0.1%。

  高碳型合金(jin)的(de)碳含量(C)處于(yu)0.05%~0.1%之間(jian)。主(zhu)要用(yong)于(yu)600℃以上(shang)， 具有(you)粗晶粒(li)、高蠕變(bian)強(qiang)度的(de)特(te)點。在化工、電廠、石油化學工業中(zhong)的(de)過熱(re)(re)器(qi)(qi)、再熱(re)(re)器(qi)(qi)、高溫加(jia)熱(re)(re)、轉(zhuan)化、裂(lie)解爐管(guan)等方面應用(yong)。

  中碳型(xing)合金的碳含量(liang)在0.03%~0.06%范(fan)圍之間，具(ju)有中等(deng)晶粒度，一 般用于(yu)350℃~600℃ 使用的過熱(re)器、再熱(re)器等(deng)熱(re)強部(bu)件。也適(shi)用于(yu)高溫(wen)(750℃)氣冷堆換熱(re)器。

  低碳(tan)型(xing)有時(shi)也稱改良型(xing)。它(ta)是標準型(xing)合(he)金(jin)Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的(de)改進和(he)發展。我 國鋼標號(hao)為00Cr20Ni32AlTi。碳(tan)含(han)量(liang)(C)低于0.03%并要求(qiu)控制合(he)金(jin)中的(de)Ti/C和(he)Ti/C+N比值以及Al、Co等(deng)含(han)量(liang)。此(ci)合(he)金(jin)的(de)特點是超低碳(tan)、細晶粒(li)，充分(fen)穩(wen)定化、耐(nai)應力腐蝕性(xing)能優良,低碳(tan)型(xing)合(he)金(jin)使用(yong)溫(wen)度≤350℃ ,主要用(yong)于壓(ya)水堆蒸發器。

一、化學成分和組織結(jie)構

  經近60年的演(yan)變(bian)、發展的各種Cr20Ni32合(he)金(jin)的派(pai)生牌(pai)號的化(hua)學成分(fen)列于表 10-2。

  表(biao)10-2所(suo)列合金(jin)在(zai)高溫固溶(rong)快冷條件下(xia)的(de)組織為奧氏體，但在(zai)500~900℃ 中溫加(jia)熱(re)，此合金(jin)有可能(neng)處(chu)于(yu)雙相(xiang)區，對于(yu)Ni處(chu)于(yu)下(xia)限(xian)，Cr處(chu)于(yu)上限(xian)的(de)合金(jin)可能(neng)性更大。業(ye)已發現(xian)，在(zai)650℃和750℃長期加(jia)熱(re)有δ相(xiang)析出，但數量較少，尚不足以(yi)影響合金(jin)的(de)斷裂性能(neng)。

  合金的析出(chu)行為C曲(qu)線，如圖10-10 所示，析出(chu)相種類和數量(liang)受合金成分(fen)和受熱條件所制(zhi)約。

二、力學性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合金(jin)的(de)室(shi)溫(wen)力(li)學(xue)性(xing)能(neng)匯總于表10-3,典型的(de)室(shi)溫(wen)抗拉和抗壓強度見表10-4。表10-5為超(chao)低(di)碳型 Cr20Ni32Fe合金(jin)的(de)室(shi)溫(wen)和350℃的(de)力(li)學(xue)性(xing)能(neng)。 溫(wen)瞬時拉伸性(xing)能(neng)如(ru)圖(tu)10-11和圖(tu)10-12所示。Cr20Ni32Fe 合金(jin)的(de)高溫(wen)長(chang)時力(li)學(xue)性(xing)能(neng)見表10-6、圖(tu)10-13和圖(tu)10-14。

三、耐蝕性能

  1. 全面(mian)腐蝕(shi)

  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)在濕態介質中具(ju)有(you)較好(hao)的耐蝕性(xing)(xing)(xing)，但此(ci)類(lei)合(he)金(jin)良好(hao)的耐高溫(wen)腐(fu)蝕性(xing)(xing)(xing)能(neng)是(shi)其突出(chu)優點。在高溫(wen)條(tiao)件下(xia)，由于合(he)金(jin)中具(ju)有(you)較高的銘含量(liang)和(he)足夠的鎳含量(liang)，使其能(neng)形成防(fang)護性(xing)(xing)(xing)良好(hao)的氧化膜，具(ju)有(you)良好(hao)的抗滲碳性(xing)(xing)(xing)能(neng)，是(shi)耐高溫(wen)腐(fu)蝕的良好(hao)材(cai)料(liao)，在工業中得(de)到了廣(guang)泛應用(yong)。

  在高溫(wen)爐(lu)氣中 Cr20Ni32Fe合金的耐蝕性優(you)于(yu)一般奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼，數據見表(biao) 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(shen)碳(tan)性(xing)能，Cr20Ni32Fe具有良好的(de)抗(kang)滲(shen)碳(tan)性(xing)能，試驗室試驗結果見表 10-10。它(ta)的(de)抗(kang)滲(shen)碳(tan)性(xing)能優于常規不銹鋼(gang)，相(xiang)當于含質量分數為(wei)25% 鉻的(de)耐(nai)髙溫 腐蝕的(de)奧氏(shi)體不銹鋼(gang)。

  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(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。

   盡管Cr20Ni32Fe合(he)金表現(xian)出良(liang)好的(de)(de)耐(nai)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性，但(dan)此合(he)金對應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)并非免疫。在各種(zhong)高溫水(shui)中的(de)(de)耐(nai)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性能(neng)與(yu)合(he)金成分(fen)、熱處理條件、冷變(bian)形等 有密切關系(xi)。試(shi)驗結果(guo)指出，降(jiang)低合(he)金中的(de)(de)碳(tan)含(han)量(≤0.03%),提(ti)高鎳含(han) 量，增(zeng)大Ti/C比將提(ti)高合(he)金的(de)(de)耐(nai)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性能(neng)。通常敏(min)化(hua)和冷變(bian)形對合(he)金的(de)(de)耐(nai)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性能(neng)有害，但(dan)有的(de)(de)試(shi)驗結果(guo)指出，650℃長期時(shi)效可顯(xian)著降(jiang)低合(he)金的(de)(de)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)敏(min)感性。

   b. 苛性水介(jie)質(zhi)中(zhong)

   在壓水(shui)堆蒸發(fa)器(qi)和鈉冷(leng)快堆蒸發(fa)器(qi)中，有(you)可能會(hui)出(chu)現含NaOH的(de)苛性(xing)(xing)水(shui)介質(zhi)，目(mu)前已遇到18-8不銹鋼和 Inconel 600合(he)金的(de)苛性(xing)(xing)應力腐蝕破(po)裂問題(ti)。

  大(da)量(liang)的研究表明Cr20Ni32Fe合金(jin)(jin)在(zai)(zai)含(han)NaOH的苛性水(shui)介質(zhi)(zhi)中的耐(nai)應(ying)力腐蝕(shi)性能(neng)取決于NaOH濃度和(he)(he)應(ying)力水(shui)平(ping)(圖(tu)10-19 和(he)(he) 圖(tu)10-20)。 NaOH濃度和(he)(he)應(ying)力水(shui)平(ping)愈高(gao)，合金(jin)(jin)的耐(nai)應(ying)力腐蝕(shi)性能(neng)下降。對低碳型的00Cr20Ni32AITi合金(jin)(jin)只有(you)在(zai)(zai)低 NaOH濃度、低應(ying)力下才處(chu)于免疫(yi)區（見圖(tu)10-21，該圖(tu)中NaOH為(wei)質(zhi)(zhi)量(liang)分數）。 因此，只有(you)在(zai)(zai)使用過程中避免高(gao)應(ying)力出(chu)現(xian)和(he)(he)防止NaOH濃縮，才能(neng)保證(zheng)采(cai)用 00Cr20Ni32AlTi合金(jin)(jin)設備(bei)的安全運(yun)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(si)、 熱加(jia)工、冷(leng)加(jia)工、熱處理和焊接性能

   1. 熱加工

    Cr20Ni32Fe合金(jin)(jin)的(de)熱加(jia)工性能(neng)良好，類似于一般Cr-Ni奧氏體 不銹(xiu)鋼，熱加(jia)工溫(wen)度(du)范圍為(wei)900~1200℃，合金(jin)(jin)的(de)熱彎成(cheng)形通常在1000~1150℃ 范圍內進行。熱成(cheng)形后可以(yi)空(kong)冷，但為(wei)了減輕合金(jin)(jin)的(de)晶間腐蝕(shi)傾向，應(ying)盡量快速通過(guo)540~760℃敏化區。

   2. 冷加(jia)工(gong)

     合金的冷(leng)加工(gong)成(cheng)型(xing)性能近似于18-8型(xing)奧氏體不銹鋼，但加工(gong)硬化(hua)傾向低于18-8型(xing)奧氏體不銹鋼。盡管如(ru)此，在冷(leng)加工(gong)成(cheng)型(xing)過(guo)程中，中間軟化(hua)退(tui)(tui)火常(chang)常(chang)是需(xu)要的，中間退(tui)(tui)火溫度與固溶退(tui)(tui)火溫度相同。

   3. 熱(re)處理

    合金(jin)的(de)(de)固(gu)溶退(tui)火(huo)溫(wen)(wen)度(du)(du)在(zai)920~980℃ , 一般(ban)(ban)控(kong)制在(zai)980℃ ,±10℃保溫(wen)(wen)時(shi)(shi)間視產品(pin)厚度(du)(du)而(er)定，但保溫(wen)(wen)時(shi)(shi)間不得少(shao)于(yu)(yu)10分(fen)鐘，對于(yu)(yu)高碳合金(jin)且(qie)在(zai)550℃以上溫(wen)(wen)度(du)(du)使用者，其固(gu)溶處(chu)理(li)(li)溫(wen)(wen)度(du)(du)應為1150~1205℃。消(xiao)除(chu)應力的(de)(de)熱處(chu)理(li)(li)，一般(ban)(ban)在(zai)540℃以上即可產生效(xiao)果，但殘(can)余(yu)應力的(de)(de)完(wan)全(quan)消(xiao)除(chu)需在(zai)高于(yu)(yu)870℃的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)進行退(tui)火(huo)。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合金焊(han)(han)接(jie)性(xing)能良好(hao)，可釆用(yong)通常(chang)的焊(han)(han)接(jie)方法進行 焊(han)(han)接(jie)。試驗表明，釆用(yong)新(xin)2號焊(han)(han)絲對00Cr20Ni32AlTi合金管(guan)材與不銹鋼管(guan)板(ban)進行 TIG焊(han)(han)接(jie)，取得(de)了滿意的效果。合金的抗(kang)裂性(xing)能良好(hao)，接(jie)頭的晶間腐蝕、應力腐 蝕等亦近于母材。根(gen)據使用(yong)條件可選用(yong)表10-11所列的焊(han)(han)接(jie)材料。

五、物理性能(neng)

    Cr20Ni32Fe合金(jin)(jin)(jin)的物(wu)理性能隨(sui)合金(jin)(jin)(jin)的成分和試驗條件會(hui)有微小(xiao)變(bian)化(hua)，但(dan)不會(hui)有大的變(bian)動。1Cr20Ni32Fe合金(jin)(jin)(jin)(Incoloy 800)的物(wu)理性能見表(biao)10-12和圖 10-24。

六、應用(yong)

  產品類(lei)型(xing)和應(ying)用舉例：此(ci)類(lei)合金(jin)的冶金(jin)生產工藝與通常的18-8型(xing)奧氏體不 銹鋼類(lei)似，可(ke)以提供板（中板、薄板）、管（熱擠壓和冷加(jia)工管）、絲、帶(dai)、棒 和鍛件等(deng)冶金(jin)產品，亦(yi)可(ke)以提供各(ge)種鑄(zhu)件。

  Cr20Ni32Fe合金(jin)在含氯化(hua)物和低濃度NaOH的苛性(xing)水(shui)介質中具(ju)有(you)優良的耐(nai)應力 腐蝕性(xing)能，廣泛用于(yu)制(zhi)造耐(nai)應力腐蝕破壞的設備，代替慣用的18-8奧氏體(ti)不銹鋼。

   在動力工業中，用以制(zhi)造壓水堆(dui)蒸發器、高溫(wen)氣冷堆(dui)、鈉冷快堆(dui)換熱(re)(re)器，以 及過熱(re)(re)蒸汽(qi)管。

   在化(hua)學加工業中，用(yong)以(yi)制造硝酸冷卻器、醋(cu)酐裂化(hua)管以(yi)及各種換熱設(she)備。