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

  高(gao)碳型合金的碳含量(C)處(chu)于0.05%~0.1%之間。主要用(yong)于600℃以上， 具有粗晶粒、高(gao)蠕變強度的特點。在化工、電廠、石油(you)化學(xue)工業(ye)中(zhong)的過(guo)熱(re)器(qi)、再熱(re)器(qi)、高(gao)溫加熱(re)、轉化、裂解爐(lu)管等方面應(ying)用(yong)。

  中碳型合金的(de)碳含量在0.03%~0.06%范圍之(zhi)間，具有中等晶粒(li)度，一 般用于(yu)(yu)350℃~600℃ 使用的(de)過熱(re)器、再熱(re)器等熱(re)強部(bu)件。也(ye)適用于(yu)(yu)高溫(750℃)氣冷堆換熱(re)器。

  低碳(tan)型(xing)有時(shi)也稱改良(liang)型(xing)。它是標準型(xing)合金(jin)(jin)(jin)Cr20Ni32Fe合金(jin)(jin)(jin)的(de)改進和發展(zhan)。我 國鋼(gang)標號為00Cr20Ni32AlTi。碳(tan)含量(C)低于(yu)(yu)0.03%并要求控制(zhi)合金(jin)(jin)(jin)中的(de)Ti/C和Ti/C+N比值以及(ji)Al、Co等(deng)含量。此合金(jin)(jin)(jin)的(de)特點(dian)是超低碳(tan)、細晶粒，充分穩定化、耐應(ying)力腐蝕性能優良(liang),低碳(tan)型(xing)合金(jin)(jin)(jin)使用溫度≤350℃ ,主要用于(yu)(yu)壓水堆蒸發器。

一、化學成(cheng)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(hao)的化學成分(fen)列于(yu)表 10-2。

  表(biao)10-2所列合(he)金(jin)(jin)在高溫固(gu)溶快冷條(tiao)件下(xia)的組織為(wei)奧氏體，但在500~900℃ 中(zhong)溫加(jia)熱(re)，此合(he)金(jin)(jin)有(you)(you)可能(neng)處(chu)于雙相(xiang)區，對于Ni處(chu)于下(xia)限，Cr處(chu)于上(shang)限的合(he)金(jin)(jin)可能(neng)性更大。業已發現，在650℃和750℃長期(qi)加(jia)熱(re)有(you)(you)δ相(xiang)析(xi)出，但數量較少，尚不足(zu)以(yi)影響(xiang)合(he)金(jin)(jin)的斷(duan)裂性能(neng)。

  合(he)金的析出(chu)行為C曲(qu)線，如圖10-10 所示，析出(chu)相(xiang)種類和(he)數量受(shou)合(he)金成分和(he)受(shou)熱條件所制約。

二、力學性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合(he)金(jin)的(de)室溫力學(xue)(xue)性(xing)能匯總于(yu)表10-3,典型的(de)室溫抗拉(la)和抗壓(ya)強度見(jian)(jian)表10-4。表10-5為超低碳(tan)型 Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的(de)室溫和350℃的(de)力學(xue)(xue)性(xing)能。 溫瞬時拉(la)伸(shen)性(xing)能如(ru)圖10-11和圖10-12所(suo)示。Cr20Ni32Fe 合(he)金(jin)的(de)高溫長時力學(xue)(xue)性(xing)能見(jian)(jian)表10-6、圖10-13和圖10-14。

三、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(guan)Cr20Ni32Fe合(he)金在濕態介(jie)質中具(ju)有較(jiao)好的(de)(de)耐蝕(shi)性，但此類合(he)金良好的(de)(de)耐高(gao)(gao)(gao)溫(wen)腐蝕(shi)性能是(shi)其突出優(you)點。在高(gao)(gao)(gao)溫(wen)條(tiao)件下，由于(yu)合(he)金中具(ju)有較(jiao)高(gao)(gao)(gao)的(de)(de)銘(ming)含(han)量和足夠的(de)(de)鎳含(han)量，使其能形(xing)成防(fang)護(hu)性良好的(de)(de)氧化膜，具(ju)有良好的(de)(de)抗滲(shen)碳性能，是(shi)耐高(gao)(gao)(gao)溫(wen)腐蝕(shi)的(de)(de)良好材料，在工業中得到了廣泛應用。

  在高溫(wen)爐氣中 Cr20Ni32Fe合金的耐蝕(shi)性(xing)優于(yu)一般(ban)奧氏體不銹鋼(gang)，數據見(jian)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(shen)(shen)碳性能(neng)，Cr20Ni32Fe具(ju)有良好的抗滲(shen)(shen)碳性能(neng)，試驗(yan)室(shi)試驗(yan)結果見表 10-10。它(ta)的抗滲(shen)(shen)碳性能(neng)優于(yu)常規不(bu)(bu)銹鋼，相當于(yu)含質量分數為25% 鉻(ge)的耐髙溫(wen) 腐蝕的奧(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)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(shui)介質(zhi)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合金(jin)表現出良(liang)好(hao)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)應力腐蝕(shi)(shi)性，但此(ci)合金(jin)對應力腐蝕(shi)(shi)并非免疫。在各種高溫(wen)水中(zhong)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)應力腐蝕(shi)(shi)性能與合金(jin)成分(fen)、熱處理(li)條件、冷(leng)變(bian)形等 有密切關系。試(shi)驗結果指出，降低(di)合金(jin)中(zhong)的(de)(de)(de)碳含量(≤0.03%),提高鎳含 量，增大Ti/C比將提高合金(jin)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)應力腐蝕(shi)(shi)性能。通(tong)常敏化和冷(leng)變(bian)形對合金(jin)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)應力腐蝕(shi)(shi)性能有害，但有的(de)(de)(de)試(shi)驗結果指出，650℃長期時效(xiao)可顯著降低(di)合金(jin)的(de)(de)(de)應力腐蝕(shi)(shi)敏感性。

   b. 苛性(xing)水介質中

   在(zai)壓水(shui)堆蒸(zheng)發(fa)器和(he)鈉冷(leng)快堆蒸(zheng)發(fa)器中(zhong)，有(you)可能會出現含(han)NaOH的苛性(xing)水(shui)介(jie)質，目前已遇到18-8不銹鋼和(he) Inconel 600合金的苛性(xing)應力腐蝕破裂問題(ti)。

  大量的(de)(de)研究(jiu)表明(ming)Cr20Ni32Fe合(he)金在含NaOH的(de)(de)苛(ke)性水介質中的(de)(de)耐(nai)應(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕性能取決于NaOH濃度和(he)(he)應(ying)力(li)(li)水平(圖(tu)10-19 和(he)(he) 圖(tu)10-20)。 NaOH濃度和(he)(he)應(ying)力(li)(li)水平愈高(gao)，合(he)金的(de)(de)耐(nai)應(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕性能下降。對低碳(tan)型的(de)(de)00Cr20Ni32AITi合(he)金只有(you)在低 NaOH濃度、低應(ying)力(li)(li)下才(cai)處于免(mian)(mian)疫區（見圖(tu)10-21，該圖(tu)中NaOH為質量分數）。 因此，只有(you)在使(shi)用(yong)過程中避免(mian)(mian)高(gao)應(ying)力(li)(li)出(chu)現和(he)(he)防止NaOH濃縮，才(cai)能保(bao)證采(cai)用(yong) 00Cr20Ni32AlTi合(he)金設備的(de)(de)安全運行。

   c. NaCl溶液(ye)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、冷加工、熱(re)處理和焊接性能

   1. 熱加工

    Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)的熱(re)加(jia)工性(xing)能良(liang)好，類似(si)于一般(ban)Cr-Ni奧氏體(ti) 不(bu)銹鋼(gang)，熱(re)加(jia)工溫度范圍為(wei)900~1200℃，合(he)(he)金(jin)的熱(re)彎成形通常在1000~1150℃ 范圍內(nei)進行。熱(re)成形后可以空冷，但為(wei)了減輕合(he)(he)金(jin)的晶間腐蝕(shi)傾向(xiang)，應盡(jin)量快速(su)通過540~760℃敏(min)化區。

   2. 冷加工

     合金的(de)冷加工(gong)成型(xing)性(xing)能近(jin)似于18-8型(xing)奧氏(shi)體(ti)不銹鋼，但(dan)加工(gong)硬化傾向(xiang)低于18-8型(xing)奧氏(shi)體(ti)不銹鋼。盡管(guan)如此，在冷加工(gong)成型(xing)過程(cheng)中(zhong)，中(zhong)間軟(ruan)化退火(huo)常(chang)常(chang)是(shi)需要(yao)的(de)，中(zhong)間退火(huo)溫(wen)度與固溶退火(huo)溫(wen)度相同。

   3. 熱處理

    合金的(de)固溶(rong)退火(huo)(huo)溫(wen)(wen)度在920~980℃ , 一(yi)般(ban)控制在980℃ ,±10℃保溫(wen)(wen)時間(jian)視(shi)產(chan)品厚度而定(ding)，但保溫(wen)(wen)時間(jian)不得少于(yu)10分鐘，對于(yu)高碳合金且在550℃以(yi)上溫(wen)(wen)度使用者，其固溶(rong)處理溫(wen)(wen)度應(ying)(ying)為1150~1205℃。消除應(ying)(ying)力(li)的(de)熱處理，一(yi)般(ban)在540℃以(yi)上即可產(chan)生效果，但殘余應(ying)(ying)力(li)的(de)完全消除需在高于(yu)870℃的(de)溫(wen)(wen)度進行退火(huo)(huo)。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合金(jin)焊接性能良好(hao)，可釆用(yong)通常的(de)(de)焊接方(fang)法進(jin)行 焊接。試驗表明，釆用(yong)新2號焊絲(si)對00Cr20Ni32AlTi合金(jin)管材與不銹鋼管板進(jin)行 TIG焊接，取得了(le)滿意的(de)(de)效果。合金(jin)的(de)(de)抗(kang)裂(lie)性能良好(hao)，接頭的(de)(de)晶(jing)間腐蝕(shi)、應力腐 蝕(shi)等亦近于母材。根據使用(yong)條(tiao)件可選用(yong)表10-11所列的(de)(de)焊接材料。

五、物理性能

    Cr20Ni32Fe合(he)(he)(he)金的物理性能隨合(he)(he)(he)金的成分和試驗(yan)條(tiao)件會有微(wei)小變化，但(dan)不會有大的變動(dong)。1Cr20Ni32Fe合(he)(he)(he)金(Incoloy 800)的物理性能見表10-12和圖 10-24。

六、應用

  產(chan)品類(lei)(lei)型和應(ying)用舉例：此類(lei)(lei)合金的(de)冶金生產(chan)工(gong)藝與通(tong)常(chang)的(de)18-8型奧氏體(ti)不(bu) 銹(xiu)鋼(gang)類(lei)(lei)似，可以提(ti)供板(ban)（中板(ban)、薄板(ban)）、管（熱(re)擠(ji)壓和冷加工(gong)管）、絲、帶(dai)、棒(bang) 和鍛(duan)件(jian)等冶金產(chan)品，亦可以提(ti)供各種鑄件(jian)。

  Cr20Ni32Fe合(he)金在含氯化物(wu)和(he)低濃度NaOH的苛(ke)性水介質中具有優良的耐應力 腐蝕性能，廣泛用(yong)于制造(zao)耐應力腐蝕破壞的設(she)備，代替慣用(yong)的18-8奧(ao)氏(shi)體不銹鋼。

   在動力工(gong)業中，用以(yi)制(zhi)造壓水(shui)堆(dui)蒸發器、高(gao)溫氣冷堆(dui)、鈉冷快堆(dui)換熱器，以(yi) 及過熱蒸汽管。

   在化(hua)學加工業中，用以制造硝酸冷卻器、醋酐裂化(hua)管以及各種換熱設備。