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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，碳含量0.1%。

  高(gao)(gao)碳型合金的碳含量(C)處于0.05%~0.1%之間(jian)。主要用(yong)于600℃以上， 具有(you)粗(cu)晶(jing)粒(li)、高(gao)(gao)蠕變(bian)強度的特(te)點。在化工、電(dian)廠、石油(you)化學工業(ye)中的過熱(re)器、再熱(re)器、高(gao)(gao)溫加熱(re)、轉化、裂解(jie)爐管等方(fang)面應用(yong)。

  中(zhong)(zhong)碳型合金的(de)(de)碳含量在0.03%~0.06%范(fan)圍之間，具有中(zhong)(zhong)等晶粒度，一(yi) 般用(yong)于350℃~600℃ 使(shi)用(yong)的(de)(de)過熱器、再(zai)熱器等熱強(qiang)部件。也適用(yong)于高(gao)溫(750℃)氣冷堆換熱器。

  低碳型有(you)時也稱改良型。它是標準型合(he)金(jin)Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的改進和發(fa)展。我(wo) 國鋼(gang)標號為00Cr20Ni32AlTi。碳含量(C)低于0.03%并要(yao)求控制合(he)金(jin)中的Ti/C和Ti/C+N比值以及Al、Co等含量。此合(he)金(jin)的特點是超(chao)低碳、細(xi)晶粒，充分穩定化、耐(nai)應力腐蝕性能優良,低碳型合(he)金(jin)使(shi)用(yong)溫(wen)度≤350℃ ,主要(yao)用(yong)于壓水(shui)堆蒸發(fa)器。

一、化學成分和組織結構

  經近60年的(de)演變、發展的(de)各種(zhong)Cr20Ni32合(he)金的(de)派生(sheng)牌號的(de)化學(xue)成(cheng)分列(lie)于(yu)表 10-2。

  表(biao)10-2所列合金(jin)(jin)在高溫固溶快(kuai)冷條件下的組織為奧氏體，但(dan)在500~900℃ 中溫加(jia)熱，此合金(jin)(jin)有可能(neng)(neng)處于(yu)雙(shuang)相(xiang)區(qu)，對于(yu)Ni處于(yu)下限(xian)，Cr處于(yu)上限(xian)的合金(jin)(jin)可能(neng)(neng)性(xing)更大。業(ye)已發現，在650℃和750℃長期加(jia)熱有δ相(xiang)析(xi)出，但(dan)數量較少，尚(shang)不足以(yi)影(ying)響合金(jin)(jin)的斷(duan)裂性(xing)能(neng)(neng)。

  合(he)金(jin)的析出行為(wei)C曲線，如(ru)圖10-10 所示，析出相(xiang)種類和數(shu)量受合(he)金(jin)成(cheng)分和受熱條件所制約。

二、力學性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合金的(de)室溫(wen)(wen)(wen)力學性(xing)(xing)(xing)能(neng)匯總(zong)于表(biao)(biao)10-3,典型的(de)室溫(wen)(wen)(wen)抗拉和抗壓強度見表(biao)(biao)10-4。表(biao)(biao)10-5為超低碳型 Cr20Ni32Fe合金的(de)室溫(wen)(wen)(wen)和350℃的(de)力學性(xing)(xing)(xing)能(neng)。 溫(wen)(wen)(wen)瞬(shun)時(shi)拉伸性(xing)(xing)(xing)能(neng)如圖10-11和圖10-12所(suo)示。Cr20Ni32Fe 合金的(de)高溫(wen)(wen)(wen)長(chang)時(shi)力學性(xing)(xing)(xing)能(neng)見表(biao)(biao)10-6、圖10-13和圖10-14。

三、耐蝕(shi)性能

  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. 高溫腐蝕

  盡管(guan)Cr20Ni32Fe合金(jin)在(zai)濕態(tai)介質中具(ju)(ju)有(you)較(jiao)好的(de)(de)耐(nai)蝕性，但此類合金(jin)良(liang)(liang)好的(de)(de)耐(nai)高(gao)溫腐蝕性能是其突(tu)出優點。在(zai)高(gao)溫條件下，由于合金(jin)中具(ju)(ju)有(you)較(jiao)高(gao)的(de)(de)銘(ming)含(han)量(liang)和足夠的(de)(de)鎳(nie)含(han)量(liang)，使其能形成(cheng)防護性良(liang)(liang)好的(de)(de)氧化(hua)膜，具(ju)(ju)有(you)良(liang)(liang)好的(de)(de)抗滲碳性能，是耐(nai)高(gao)溫腐蝕的(de)(de)良(liang)(liang)好材料(liao)，在(zai)工業中得到了廣(guang)泛(fan)應用(yong)。

  在高(gao)溫爐(lu)氣中(zhong) Cr20Ni32Fe合金的耐蝕性優于一般奧氏體不銹鋼，數據見表 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。

   抗滲碳(tan)性能，Cr20Ni32Fe具有(you)良好的(de)抗滲碳(tan)性能，試驗室試驗結果(guo)見表 10-10。它的(de)抗滲碳(tan)性能優于常規不(bu)銹鋼，相(xiang)當于含質(zhi)量分數為25% 鉻的(de)耐髙溫 腐蝕(shi)的(de)奧(ao)氏體不(bu)銹鋼。

  3. 晶(jing)間(jian)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(li)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)金表現出(chu)良好的(de)(de)耐(nai)(nai)應(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕性，但此合(he)(he)金對應(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕并非(fei)免疫。在各(ge)種(zhong)高(gao)溫(wen)水(shui)中(zhong)的(de)(de)耐(nai)(nai)應(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕性能(neng)與合(he)(he)金成分(fen)、熱(re)處理條件、冷變(bian)形等 有(you)(you)(you)密切(qie)關系(xi)。試驗結果指出(chu)，降低合(he)(he)金中(zhong)的(de)(de)碳含量(≤0.03%),提高(gao)鎳含 量，增(zeng)大Ti/C比將提高(gao)合(he)(he)金的(de)(de)耐(nai)(nai)應(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕性能(neng)。通常敏化和冷變(bian)形對合(he)(he)金的(de)(de)耐(nai)(nai)應(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕性能(neng)有(you)(you)(you)害，但有(you)(you)(you)的(de)(de)試驗結果指出(chu)，650℃長期時效(xiao)可(ke)顯著降低合(he)(he)金的(de)(de)應(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕敏感性。

   b. 苛(ke)性水(shui)介質中

   在壓水(shui)堆(dui)蒸(zheng)發器和(he)鈉(na)冷快堆(dui)蒸(zheng)發器中，有可能會出現含NaOH的苛(ke)性水(shui)介質，目前已遇到18-8不銹鋼和(he) Inconel 600合(he)金的苛(ke)性應力腐蝕破(po)裂問題。

  大量(liang)的(de)研究表明Cr20Ni32Fe合(he)金在含NaOH的(de)苛性水(shui)介質中(zhong)(zhong)的(de)耐(nai)應力腐(fu)蝕性能(neng)取決于NaOH濃(nong)度(du)和(he)(he)(he)應力水(shui)平(圖10-19 和(he)(he)(he) 圖10-20)。 NaOH濃(nong)度(du)和(he)(he)(he)應力水(shui)平愈高，合(he)金的(de)耐(nai)應力腐(fu)蝕性能(neng)下(xia)降(jiang)。對低碳型的(de)00Cr20Ni32AITi合(he)金只有在低 NaOH濃(nong)度(du)、低應力下(xia)才(cai)處(chu)于免疫區（見圖10-21，該圖中(zhong)(zhong)NaOH為質量(liang)分數(shu)）。 因此，只有在使用過程中(zhong)(zhong)避免高應力出現和(he)(he)(he)防止NaOH濃(nong)縮(suo)，才(cai)能(neng)保(bao)證采用 00Cr20Ni32AlTi合(he)金設備的(de)安(an)全運行。

   c. NaCl溶(rong)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(re)加(jia)工(gong)、冷加(jia)工(gong)、熱(re)處理和焊接性能

   1. 熱加工

    Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的(de)熱(re)(re)(re)(re)加工性(xing)能良好，類(lei)似于(yu)一般(ban)Cr-Ni奧氏體 不銹鋼，熱(re)(re)(re)(re)加工溫度范圍(wei)為(wei)900~1200℃，合(he)金(jin)的(de)熱(re)(re)(re)(re)彎(wan)成形通常在1000~1150℃ 范圍(wei)內進行(xing)。熱(re)(re)(re)(re)成形后可以(yi)空冷，但為(wei)了減(jian)輕合(he)金(jin)的(de)晶間腐蝕(shi)傾向，應盡量快速通過540~760℃敏化區(qu)。

   2. 冷加工

     合金的冷(leng)加(jia)(jia)工成型(xing)性能近似于(yu)18-8型(xing)奧氏(shi)體不銹鋼(gang)，但加(jia)(jia)工硬化傾向低(di)于(yu)18-8型(xing)奧氏(shi)體不銹鋼(gang)。盡管如(ru)此，在冷(leng)加(jia)(jia)工成型(xing)過程中(zhong)，中(zhong)間軟化退火(huo)常常是需要的，中(zhong)間退火(huo)溫度與(yu)固(gu)溶退火(huo)溫度相同。

   3. 熱處(chu)理(li)

    合金的固(gu)溶(rong)退火(huo)溫(wen)度(du)(du)在(zai)920~980℃ , 一般(ban)控制(zhi)在(zai)980℃ ,±10℃保溫(wen)時(shi)間視產品厚度(du)(du)而定，但保溫(wen)時(shi)間不(bu)得少于(yu)10分鐘，對于(yu)高(gao)碳合金且(qie)在(zai)550℃以上溫(wen)度(du)(du)使(shi)用者，其固(gu)溶(rong)處理溫(wen)度(du)(du)應(ying)(ying)為1150~1205℃。消(xiao)除應(ying)(ying)力的熱處理，一般(ban)在(zai)540℃以上即可產生(sheng)效果，但殘余(yu)應(ying)(ying)力的完全(quan)消(xiao)除需在(zai)高(gao)于(yu)870℃的溫(wen)度(du)(du)進行退火(huo)。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合金焊(han)(han)(han)接(jie)性能良好，可釆(bian)用通常的焊(han)(han)(han)接(jie)方法進行(xing) 焊(han)(han)(han)接(jie)。試驗表(biao)明，釆(bian)用新2號(hao)焊(han)(han)(han)絲對(dui)00Cr20Ni32AlTi合金管材(cai)與不銹鋼管板進行(xing) TIG焊(han)(han)(han)接(jie)，取得了滿(man)意的效果。合金的抗裂性能良好，接(jie)頭的晶間(jian)腐蝕、應力腐 蝕等亦近于母(mu)材(cai)。根據使用條(tiao)件可選用表(biao)10-11所列的焊(han)(han)(han)接(jie)材(cai)料。

五、物理性能

    Cr20Ni32Fe合金的(de)物理(li)性(xing)能(neng)隨合金的(de)成分和試驗條件會有微(wei)小(xiao)變化(hua)，但(dan)不會有大(da)的(de)變動。1Cr20Ni32Fe合金(Incoloy 800)的(de)物理(li)性(xing)能(neng)見表(biao)10-12和圖 10-24。

六、應(ying)用

  產品類型和應用舉例(li)：此(ci)類合金的冶金生(sheng)產工藝與通常的18-8型奧氏(shi)體(ti)不(bu) 銹鋼類似(si)，可以提(ti)供板(ban)（中板(ban)、薄(bo)板(ban)）、管（熱擠(ji)壓和冷加(jia)工管）、絲、帶、棒 和鍛(duan)件等冶金產品，亦(yi)可以提(ti)供各(ge)種(zhong)鑄件。

  Cr20Ni32Fe合金在含氯化物和低濃度NaOH的(de)苛性水介質中(zhong)具有(you)優良的(de)耐(nai)應(ying)力(li) 腐(fu)蝕性能，廣泛用(yong)于制造耐(nai)應(ying)力(li)腐(fu)蝕破(po)壞的(de)設(she)備，代替慣用(yong)的(de)18-8奧(ao)氏體不銹鋼。

   在動(dong)力工(gong)業中，用以制造壓水堆(dui)蒸發器(qi)、高溫氣冷(leng)堆(dui)、鈉冷(leng)快堆(dui)換熱器(qi)，以 及過熱蒸汽管(guan)。

   在(zai)化學加工業中(zhong)，用(yong)以制造硝(xiao)酸冷卻器、醋酐裂化管以及各(ge)種換熱設備(bei)。