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NS 112 (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(zhun)型(xing)是早期的Cr20Ni32型(xing)合金，碳(tan)含量0.1%。

  高碳(tan)(tan)型合金(jin)的(de)碳(tan)(tan)含量(liang)(C)處于0.05%~0.1%之間。主(zhu)要用(yong)于600℃以上， 具有(you)粗(cu)晶粒、高蠕變強(qiang)度(du)的(de)特點。在化工、電廠、石油(you)化學工業中的(de)過熱(re)器(qi)、再熱(re)器(qi)、高溫加熱(re)、轉(zhuan)化、裂解爐管等方(fang)面(mian)應(ying)用(yong)。

  中碳(tan)型合金的碳(tan)含量在0.03%~0.06%范圍之(zhi)間，具(ju)有中等(deng)晶粒度(du)，一 般用(yong)于(yu)350℃~600℃ 使(shi)用(yong)的過熱(re)器、再熱(re)器等(deng)熱(re)強部(bu)件。也適用(yong)于(yu)高溫(750℃)氣冷堆換熱(re)器。

  低(di)(di)碳(tan)(tan)型(xing)有(you)時也稱改良型(xing)。它是標準型(xing)合金(jin)Cr20Ni32Fe合金(jin)的(de)改進和發展。我 國鋼標號為00Cr20Ni32AlTi。碳(tan)(tan)含量(C)低(di)(di)于0.03%并要求控制(zhi)合金(jin)中的(de)Ti/C和Ti/C+N比值以及(ji)Al、Co等(deng)含量。此(ci)合金(jin)的(de)特點是超低(di)(di)碳(tan)(tan)、細晶粒，充(chong)分穩定化(hua)、耐應力腐蝕性(xing)能優良,低(di)(di)碳(tan)(tan)型(xing)合金(jin)使用溫(wen)度(du)≤350℃ ,主要用于壓水堆蒸(zheng)發器。

一(yi)、化(hua)學成分和組織結構

  經近60年(nian)的(de)演(yan)變、發展(zhan)的(de)各種(zhong)Cr20Ni32合金(jin)的(de)派生牌號(hao)的(de)化學成分列于表 10-2。

  表(biao)10-2所列合金(jin)在(zai)高溫固溶快(kuai)冷條件下的(de)組(zu)織為奧(ao)氏(shi)體，但在(zai)500~900℃ 中(zhong)溫加熱，此合金(jin)有(you)可能處(chu)于雙相區，對于Ni處(chu)于下限，Cr處(chu)于上限的(de)合金(jin)可能性更大。業已發現，在(zai)650℃和750℃長期加熱有(you)δ相析(xi)出，但數量較(jiao)少，尚(shang)不足(zu)以影響(xiang)合金(jin)的(de)斷裂性能。

  合(he)金的(de)析出行為C曲(qu)線，如圖(tu)10-10 所示，析出相種類和數量受合(he)金成分和受熱(re)條件(jian)所制約。

二、力學性(xing)能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合金(jin)的室(shi)(shi)溫(wen)力(li)(li)學(xue)性能(neng)匯總于表(biao)(biao)(biao)10-3,典型的室(shi)(shi)溫(wen)抗(kang)拉和(he)抗(kang)壓強度見表(biao)(biao)(biao)10-4。表(biao)(biao)(biao)10-5為超(chao)低碳(tan)型 Cr20Ni32Fe合金(jin)的室(shi)(shi)溫(wen)和(he)350℃的力(li)(li)學(xue)性能(neng)。 溫(wen)瞬時(shi)拉伸性能(neng)如圖10-11和(he)圖10-12所示。Cr20Ni32Fe 合金(jin)的高(gao)溫(wen)長時(shi)力(li)(li)學(xue)性能(neng)見表(biao)(biao)(biao)10-6、圖10-13和(he)圖10-14。

三(san)、耐蝕(shi)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(wen)腐蝕

  盡管Cr20Ni32Fe合(he)金在濕(shi)態介質(zhi)中具有較好(hao)的(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)，但此類合(he)金良好(hao)的(de)(de)(de)耐高溫腐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)是其突(tu)出優點。在高溫條(tiao)件(jian)下，由于合(he)金中具有較高的(de)(de)(de)銘含量(liang)和足夠的(de)(de)(de)鎳含量(liang)，使其能(neng)形成防護性(xing)(xing)良好(hao)的(de)(de)(de)氧化膜，具有良好(hao)的(de)(de)(de)抗滲碳性(xing)(xing)能(neng)，是耐高溫腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)良好(hao)材料，在工業中得(de)到了廣泛應用。

  在高溫爐(lu)氣(qi)中 Cr20Ni32Fe合(he)金的耐蝕性(xing)優于一(yi)般奧(ao)氏體不銹鋼，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。

   抗滲(shen)碳性能(neng)，Cr20Ni32Fe具有良(liang)好的(de)抗滲(shen)碳性能(neng)，試驗(yan)室試驗(yan)結果見(jian)表 10-10。它的(de)抗滲(shen)碳性能(neng)優于(yu)常(chang)規不銹鋼，相當于(yu)含質量分數(shu)為25% 鉻的(de)耐髙溫 腐蝕的(de)奧氏(shi)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(ying)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)(he)金(jin)(jin)表現出(chu)良好的(de)(de)(de)耐(nai)應(ying)(ying)力腐蝕(shi)性(xing)，但(dan)此合(he)(he)金(jin)(jin)對應(ying)(ying)力腐蝕(shi)并非免疫。在各種高(gao)(gao)溫(wen)水中的(de)(de)(de)耐(nai)應(ying)(ying)力腐蝕(shi)性(xing)能與合(he)(he)金(jin)(jin)成分、熱處(chu)理(li)條件(jian)、冷變(bian)形等 有(you)密(mi)切關(guan)系(xi)。試(shi)驗結(jie)果(guo)(guo)指出(chu)，降低合(he)(he)金(jin)(jin)中的(de)(de)(de)碳含量(liang)(liang)(≤0.03%),提高(gao)(gao)鎳含 量(liang)(liang)，增大Ti/C比將提高(gao)(gao)合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)耐(nai)應(ying)(ying)力腐蝕(shi)性(xing)能。通常敏(min)化和冷變(bian)形對合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)耐(nai)應(ying)(ying)力腐蝕(shi)性(xing)能有(you)害，但(dan)有(you)的(de)(de)(de)試(shi)驗結(jie)果(guo)(guo)指出(chu)，650℃長期時效可(ke)顯著降低合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)應(ying)(ying)力腐蝕(shi)敏(min)感性(xing)。

   b. 苛性(xing)水介(jie)質中

   在壓(ya)水堆蒸(zheng)發器(qi)和(he)鈉冷快堆蒸(zheng)發器(qi)中，有可能(neng)會出現含NaOH的苛性水介質，目前已遇到18-8不(bu)銹鋼和(he) Inconel 600合(he)金的苛性應力腐(fu)蝕破裂問題。

  大量的(de)研(yan)究表明(ming)Cr20Ni32Fe合金在含NaOH的(de)苛性水介質(zhi)中(zhong)的(de)耐應力(li)(li)腐蝕性能(neng)取決于NaOH濃(nong)度(du)和應力(li)(li)水平(圖10-19 和 圖10-20)。 NaOH濃(nong)度(du)和應力(li)(li)水平愈(yu)高，合金的(de)耐應力(li)(li)腐蝕性能(neng)下降。對低(di)碳(tan)型(xing)的(de)00Cr20Ni32AITi合金只(zhi)有在低(di) NaOH濃(nong)度(du)、低(di)應力(li)(li)下才處(chu)于免(mian)疫區（見圖10-21，該圖中(zhong)NaOH為質(zhi)量分數）。 因(yin)此(ci)，只(zhi)有在使用過(guo)程(cheng)中(zhong)避免(mian)高應力(li)(li)出現和防止(zhi)NaOH濃(nong)縮(suo)，才能(neng)保證采用 00Cr20Ni32AlTi合金設(she)備的(de)安全運行。

   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、 熱加(jia)工、冷(leng)加(jia)工、熱處理和焊接性能(neng)

   1. 熱(re)加工(gong)

    Cr20Ni32Fe合(he)(he)金的熱加工性(xing)能良好，類(lei)似于一般Cr-Ni奧氏體 不(bu)銹鋼，熱加工溫度范圍(wei)為900~1200℃，合(he)(he)金的熱彎成(cheng)形(xing)(xing)通(tong)常在1000~1150℃ 范圍(wei)內進行。熱成(cheng)形(xing)(xing)后可以空(kong)冷，但(dan)為了減輕合(he)(he)金的晶間腐蝕(shi)傾(qing)向，應盡量快速通(tong)過540~760℃敏化區。

   2. 冷加工(gong)

     合金的冷加(jia)工(gong)(gong)成型(xing)性(xing)能近(jin)似于(yu)18-8型(xing)奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼，但加(jia)工(gong)(gong)硬化(hua)傾(qing)向低(di)于(yu)18-8型(xing)奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼。盡管如此，在冷加(jia)工(gong)(gong)成型(xing)過程中，中間軟化(hua)退(tui)火(huo)常常是(shi)需要的，中間退(tui)火(huo)溫度(du)與固(gu)溶退(tui)火(huo)溫度(du)相(xiang)同(tong)。

   3. 熱處理

    合(he)金的固(gu)溶退火(huo)(huo)溫(wen)度(du)在(zai)920~980℃ , 一(yi)般控制在(zai)980℃ ,±10℃保(bao)溫(wen)時間視產品厚度(du)而定，但(dan)保(bao)溫(wen)時間不得少(shao)于(yu)10分鐘，對于(yu)高(gao)碳合(he)金且(qie)在(zai)550℃以上溫(wen)度(du)使用者，其固(gu)溶處理(li)(li)溫(wen)度(du)應(ying)為1150~1205℃。消除(chu)應(ying)力的熱處理(li)(li)，一(yi)般在(zai)540℃以上即可產生效果，但(dan)殘余應(ying)力的完全消除(chu)需在(zai)高(gao)于(yu)870℃的溫(wen)度(du)進行退火(huo)(huo)。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合金焊(han)接(jie)性(xing)能良好，可釆用(yong)(yong)通常的(de)焊(han)接(jie)方法進(jin)行 焊(han)接(jie)。試驗表明，釆用(yong)(yong)新2號焊(han)絲對00Cr20Ni32AlTi合金管(guan)(guan)材與不銹鋼管(guan)(guan)板進(jin)行 TIG焊(han)接(jie)，取得了(le)滿意的(de)效果(guo)。合金的(de)抗裂性(xing)能良好，接(jie)頭的(de)晶(jing)間腐蝕、應力(li)腐 蝕等(deng)亦(yi)近于母材。根據使用(yong)(yong)條件可選用(yong)(yong)表10-11所列的(de)焊(han)接(jie)材料(liao)。

五、物(wu)理性能(neng)

    Cr20Ni32Fe合(he)金的(de)(de)物理性(xing)能(neng)隨合(he)金的(de)(de)成分和(he)試(shi)驗條件會(hui)有微(wei)小變化，但(dan)不會(hui)有大(da)的(de)(de)變動。1Cr20Ni32Fe合(he)金(Incoloy 800)的(de)(de)物理性(xing)能(neng)見(jian)表(biao)10-12和(he)圖 10-24。

六、應用

  產(chan)品類型和應用舉例：此類合金的冶金生產(chan)工藝與通常的18-8型奧氏體不 銹鋼類似，可以提供板(ban)（中板(ban)、薄板(ban)）、管（熱擠壓(ya)和冷加工管）、絲、帶、棒 和鍛件等冶金產(chan)品，亦可以提供各種鑄件。

  Cr20Ni32Fe合金在含氯化物和低濃度NaOH的苛性(xing)(xing)水介質(zhi)中具(ju)有(you)優良的耐應力(li) 腐(fu)蝕性(xing)(xing)能，廣泛用于制造耐應力(li)腐(fu)蝕破壞的設備，代替慣用的18-8奧氏體不銹鋼。

   在動(dong)力(li)工(gong)業中，用以(yi)制(zhi)造壓(ya)水堆(dui)(dui)蒸發器、高溫氣(qi)冷(leng)堆(dui)(dui)、鈉冷(leng)快堆(dui)(dui)換熱器，以(yi) 及過熱蒸汽管。

   在化學(xue)加工業中，用以(yi)制(zhi)造硝酸冷卻器、醋(cu)酐裂化管以(yi)及各種換(huan)熱設備。