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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(zao)期的Cr20Ni32型合金，碳含(han)量0.1%。

  高碳型合金(jin)的碳含量(C)處于(yu)0.05%~0.1%之間(jian)。主(zhu)要用(yong)于(yu)600℃以上， 具有粗晶粒、高蠕變強度的特點。在化(hua)工、電廠、石油化(hua)學工業中的過熱(re)器(qi)、再熱(re)器(qi)、高溫加熱(re)、轉化(hua)、裂解爐管等(deng)方面應用(yong)。

  中(zhong)碳(tan)型合金的(de)(de)碳(tan)含量在0.03%~0.06%范圍之間，具有(you)中(zhong)等晶粒度，一 般(ban)用于350℃~600℃ 使(shi)用的(de)(de)過熱(re)器(qi)、再熱(re)器(qi)等熱(re)強(qiang)部件(jian)。也(ye)適用于高溫(750℃)氣冷堆換熱(re)器(qi)。

  低(di)碳(tan)型(xing)有時也稱改(gai)良(liang)型(xing)。它是標準型(xing)合(he)金(jin)(jin)Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)(jin)的改(gai)進(jin)和(he)發(fa)展(zhan)。我 國鋼標號為(wei)00Cr20Ni32AlTi。碳(tan)含量(C)低(di)于(yu)0.03%并(bing)要求控制合(he)金(jin)(jin)中的Ti/C和(he)Ti/C+N比值以及Al、Co等(deng)含量。此合(he)金(jin)(jin)的特點是超低(di)碳(tan)、細晶(jing)粒(li)，充分穩(wen)定(ding)化、耐(nai)應力腐蝕(shi)性(xing)能優良(liang),低(di)碳(tan)型(xing)合(he)金(jin)(jin)使用溫度≤350℃ ,主要用于(yu)壓水堆蒸發(fa)器。

一、化學成分和組織結構

  經近60年的演變、發展的各種Cr20Ni32合金的派生牌號的化(hua)學成分列于(yu)表(biao) 10-2。

  表10-2所(suo)列合(he)金(jin)在(zai)高溫(wen)固溶快冷條件下的(de)組織為(wei)奧氏體(ti)，但(dan)在(zai)500~900℃ 中(zhong)溫(wen)加熱(re)(re)，此合(he)金(jin)有(you)可能處(chu)于雙相(xiang)區，對(dui)于Ni處(chu)于下限，Cr處(chu)于上限的(de)合(he)金(jin)可能性更大。業已(yi)發(fa)現，在(zai)650℃和(he)750℃長(chang)期加熱(re)(re)有(you)δ相(xiang)析(xi)出，但(dan)數量較少，尚不(bu)足以影響合(he)金(jin)的(de)斷裂性能。

  合金(jin)的(de)析(xi)出行為(wei)C曲(qu)線，如(ru)圖10-10 所示，析(xi)出相種類(lei)和數(shu)量受合金(jin)成分和受熱條(tiao)件(jian)所制約。

二、力學性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合(he)(he)金(jin)的(de)室(shi)溫(wen)(wen)(wen)力(li)學(xue)(xue)性能(neng)匯總于表10-3,典型的(de)室(shi)溫(wen)(wen)(wen)抗(kang)拉(la)和抗(kang)壓強(qiang)度見(jian)表10-4。表10-5為超低碳型 Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)的(de)室(shi)溫(wen)(wen)(wen)和350℃的(de)力(li)學(xue)(xue)性能(neng)。 溫(wen)(wen)(wen)瞬時(shi)拉(la)伸(shen)性能(neng)如圖(tu)10-11和圖(tu)10-12所示。Cr20Ni32Fe 合(he)(he)金(jin)的(de)高溫(wen)(wen)(wen)長時(shi)力(li)學(xue)(xue)性能(neng)見(jian)表10-6、圖(tu)10-13和圖(tu)10-14。

三、耐蝕性能(neng)

  1. 全面腐蝕(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. 高溫腐蝕

  盡管Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)在(zai)(zai)濕(shi)態介(jie)質中具(ju)有(you)較(jiao)(jiao)好(hao)的耐(nai)蝕(shi)性(xing)，但此類合(he)金(jin)良(liang)(liang)好(hao)的耐(nai)高(gao)溫(wen)腐蝕(shi)性(xing)能(neng)是其突出優點。在(zai)(zai)高(gao)溫(wen)條(tiao)件(jian)下(xia)，由于合(he)金(jin)中具(ju)有(you)較(jiao)(jiao)高(gao)的銘含量和(he)足(zu)夠的鎳含量，使其能(neng)形成防護性(xing)良(liang)(liang)好(hao)的氧(yang)化膜(mo)，具(ju)有(you)良(liang)(liang)好(hao)的抗滲碳性(xing)能(neng)，是耐(nai)高(gao)溫(wen)腐蝕(shi)的良(liang)(liang)好(hao)材料，在(zai)(zai)工(gong)業(ye)中得到(dao)了廣泛(fan)應用。

  在高溫爐氣中 Cr20Ni32Fe合金的耐蝕性優(you)于(yu)一般奧氏體(ti)不銹鋼，數據(ju)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)滲碳性能(neng)，Cr20Ni32Fe具有良(liang)好的(de)(de)抗(kang)滲碳性能(neng)，試(shi)(shi)驗室試(shi)(shi)驗結果見表 10-10。它的(de)(de)抗(kang)滲碳性能(neng)優于常規不銹(xiu)(xiu)鋼，相(xiang)當于含質(zhi)量(liang)分數為(wei)25% 鉻的(de)(de)耐髙溫 腐蝕的(de)(de)奧氏體不銹(xiu)(xiu)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(jin)管Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)表現出(chu)良好的耐(nai)應(ying)(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)性(xing)，但(dan)此(ci)合(he)(he)金(jin)對(dui)(dui)應(ying)(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)并非免疫。在各(ge)種高(gao)溫水(shui)中(zhong)(zhong)的耐(nai)應(ying)(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)性(xing)能與合(he)(he)金(jin)成(cheng)分、熱處理條件、冷變(bian)形(xing)等 有密切關(guan)系。試驗(yan)結果指出(chu)，降低(di)合(he)(he)金(jin)中(zhong)(zhong)的碳含量(≤0.03%),提(ti)(ti)高(gao)鎳含 量，增(zeng)大Ti/C比將提(ti)(ti)高(gao)合(he)(he)金(jin)的耐(nai)應(ying)(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)性(xing)能。通常(chang)敏化和冷變(bian)形(xing)對(dui)(dui)合(he)(he)金(jin)的耐(nai)應(ying)(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)性(xing)能有害，但(dan)有的試驗(yan)結果指出(chu)，650℃長期(qi)時效可顯(xian)著降低(di)合(he)(he)金(jin)的應(ying)(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)敏感性(xing)。

   b. 苛性水介質中

   在壓水堆蒸發器和鈉(na)冷(leng)快(kuai)堆蒸發器中(zhong)，有可能會出現含(han)NaOH的苛性(xing)水介質，目前已遇到18-8不(bu)銹鋼(gang)和 Inconel 600合金(jin)的苛性(xing)應力腐蝕(shi)破裂問題。

  大(da)量的研究表明Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)在(zai)(zai)含(han)NaOH的苛性(xing)水介質中(zhong)的耐(nai)應(ying)力(li)腐(fu)蝕性(xing)能取決(jue)于(yu)NaOH濃(nong)(nong)度和應(ying)力(li)水平(圖(tu)(tu)(tu)10-19 和 圖(tu)(tu)(tu)10-20)。 NaOH濃(nong)(nong)度和應(ying)力(li)水平愈高(gao)，合(he)金(jin)的耐(nai)應(ying)力(li)腐(fu)蝕性(xing)能下降。對低碳型的00Cr20Ni32AITi合(he)金(jin)只有在(zai)(zai)低 NaOH濃(nong)(nong)度、低應(ying)力(li)下才處于(yu)免疫區（見(jian)圖(tu)(tu)(tu)10-21，該圖(tu)(tu)(tu)中(zhong)NaOH為質量分數）。 因此(ci)，只有在(zai)(zai)使(shi)用(yong)過程中(zhong)避免高(gao)應(ying)力(li)出現和防止NaOH濃(nong)(nong)縮，才能保證(zheng)采用(yong) 00Cr20Ni32AlTi合(he)金(jin)設備的安全運行(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(jia)工、冷加(jia)工、熱處理和(he)焊接(jie)性能

   1. 熱加工(gong)

    Cr20Ni32Fe合金(jin)的(de)熱(re)加工(gong)性能良好，類似于一般Cr-Ni奧氏體 不銹鋼，熱(re)加工(gong)溫度范圍(wei)為(wei)900~1200℃，合金(jin)的(de)熱(re)彎成(cheng)形通常在1000~1150℃ 范圍(wei)內(nei)進行(xing)。熱(re)成(cheng)形后可以空冷，但為(wei)了減輕(qing)合金(jin)的(de)晶間腐蝕傾向，應盡(jin)量快速通過(guo)540~760℃敏(min)化區。

   2. 冷加工

     合金的(de)冷加工成(cheng)型性能近似于18-8型奧氏體不銹鋼，但加工硬化(hua)傾向低于18-8型奧氏體不銹鋼。盡(jin)管如此(ci)，在冷加工成(cheng)型過程中，中間軟(ruan)化(hua)退(tui)火(huo)常常是(shi)需要的(de)，中間退(tui)火(huo)溫度(du)與固溶退(tui)火(huo)溫度(du)相同。

   3. 熱處理

    合金的固溶退火(huo)溫(wen)(wen)度(du)(du)在(zai)920~980℃ , 一(yi)般控制在(zai)980℃ ,±10℃保溫(wen)(wen)時(shi)間視產品(pin)厚度(du)(du)而定，但保溫(wen)(wen)時(shi)間不(bu)得少(shao)于10分鐘，對(dui)于高(gao)碳合金且在(zai)550℃以上溫(wen)(wen)度(du)(du)使用者，其固溶處理(li)溫(wen)(wen)度(du)(du)應(ying)為1150~1205℃。消除應(ying)力的熱處理(li)，一(yi)般在(zai)540℃以上即可產生效果，但殘(can)余應(ying)力的完全消除需在(zai)高(gao)于870℃的溫(wen)(wen)度(du)(du)進行(xing)退火(huo)。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合(he)(he)金焊(han)接(jie)性(xing)能良(liang)(liang)好，可(ke)釆用(yong)通常的(de)焊(han)接(jie)方法(fa)進行 焊(han)接(jie)。試驗表明，釆用(yong)新2號焊(han)絲對00Cr20Ni32AlTi合(he)(he)金管(guan)材與不銹鋼管(guan)板進行 TIG焊(han)接(jie)，取(qu)得了滿(man)意(yi)的(de)效果。合(he)(he)金的(de)抗裂性(xing)能良(liang)(liang)好，接(jie)頭的(de)晶間腐(fu)蝕(shi)、應力腐(fu) 蝕(shi)等亦(yi)近于母材。根據使用(yong)條件可(ke)選用(yong)表10-11所列的(de)焊(han)接(jie)材料。

五、物(wu)理性能(neng)

    Cr20Ni32Fe合(he)金的物理性(xing)能隨合(he)金的成分(fen)和試驗條(tiao)件會有(you)微(wei)小變化，但不會有(you)大的變動。1Cr20Ni32Fe合(he)金(Incoloy 800)的物理性(xing)能見表10-12和圖 10-24。

六、應用

  產(chan)品類(lei)型和應用舉(ju)例：此類(lei)合金(jin)的(de)(de)冶(ye)金(jin)生(sheng)產(chan)工(gong)藝與通常的(de)(de)18-8型奧氏體不 銹鋼(gang)類(lei)似，可以提(ti)供板(ban)（中(zhong)板(ban)、薄(bo)板(ban)）、管（熱(re)擠壓(ya)和冷(leng)加工(gong)管）、絲、帶(dai)、棒 和鍛件等冶(ye)金(jin)產(chan)品，亦可以提(ti)供各種鑄件。

  Cr20Ni32Fe合(he)金在(zai)含氯化物(wu)和低濃(nong)度NaOH的(de)苛性水介質(zhi)中具有優(you)良的(de)耐應力 腐蝕性能(neng)，廣泛(fan)用(yong)于制造耐應力腐蝕破壞的(de)設備，代替慣用(yong)的(de)18-8奧(ao)氏(shi)體不銹鋼。

   在(zai)動力工業中，用以制(zhi)造壓水(shui)堆蒸(zheng)發器、高(gao)溫氣冷(leng)堆、鈉冷(leng)快堆換熱(re)器，以 及(ji)過(guo)熱(re)蒸(zheng)汽管。

   在化學加工業中，用以(yi)制造硝酸(suan)冷卻器(qi)、醋酐裂(lie)化管以(yi)及各種換熱(re)設備(bei)。