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Incoloy 800H

 (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。

  標準型是早期的Cr20Ni32型合金，碳含量0.1%。

  高碳型合金的(de)(de)(de)碳含量(liang)(C)處于0.05%~0.1%之間。主要用(yong)于600℃以上， 具有粗晶(jing)粒、高蠕變(bian)強度的(de)(de)(de)特點。在化工、電廠(chang)、石(shi)油(you)化學(xue)工業中的(de)(de)(de)過熱器、再熱器、高溫加熱、轉化、裂解(jie)爐管等方面應用(yong)。

  中(zhong)(zhong)碳型合金的碳含(han)量在0.03%~0.06%范(fan)圍(wei)之間，具有中(zhong)(zhong)等(deng)晶粒度，一 般用于(yu)350℃~600℃ 使(shi)用的過熱器(qi)、再熱器(qi)等(deng)熱強部件。也(ye)適用于(yu)高溫(750℃)氣冷(leng)堆換熱器(qi)。

  低碳(tan)(tan)型有時也稱改良型。它是標(biao)準型合(he)(he)金Cr20Ni32Fe合(he)(he)金的改進和(he)發展。我 國鋼(gang)標(biao)號(hao)為(wei)00Cr20Ni32AlTi。碳(tan)(tan)含(han)量(C)低于0.03%并要求(qiu)控制合(he)(he)金中的Ti/C和(he)Ti/C+N比(bi)值以(yi)及Al、Co等含(han)量。此合(he)(he)金的特(te)點是超低碳(tan)(tan)、細晶粒(li)，充(chong)分穩定化、耐應力腐(fu)蝕性能優良,低碳(tan)(tan)型合(he)(he)金使(shi)用溫度≤350℃ ,主(zhu)要用于壓水堆蒸發器。

一、化學成分和組織(zhi)結構

  經近60年的演變(bian)、發展的各種Cr20Ni32合金的派生牌號的化學成分(fen)列于表 10-2。

  表10-2所列合(he)金(jin)(jin)在(zai)高溫(wen)固溶快冷條件下(xia)的組織為(wei)奧氏(shi)體，但(dan)在(zai)500~900℃ 中溫(wen)加熱(re)，此合(he)金(jin)(jin)有可能處(chu)(chu)于(yu)雙(shuang)相區，對于(yu)Ni處(chu)(chu)于(yu)下(xia)限，Cr處(chu)(chu)于(yu)上(shang)限的合(he)金(jin)(jin)可能性(xing)更大。業已發現，在(zai)650℃和750℃長期加熱(re)有δ相析(xi)出，但(dan)數(shu)量較(jiao)少(shao)，尚不足以(yi)影響合(he)金(jin)(jin)的斷裂性(xing)能。

  合金(jin)的(de)析(xi)出行為C曲線，如圖10-10 所示，析(xi)出相種類和(he)數量(liang)受合金(jin)成分和(he)受熱條件所制約。

二、力學性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合(he)(he)金的(de)(de)(de)(de)(de)室溫(wen)力(li)(li)(li)學性(xing)(xing)能(neng)匯總于(yu)表(biao)(biao)10-3,典型(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)室溫(wen)抗(kang)拉和(he)抗(kang)壓強度見表(biao)(biao)10-4。表(biao)(biao)10-5為超低碳型(xing) Cr20Ni32Fe合(he)(he)金的(de)(de)(de)(de)(de)室溫(wen)和(he)350℃的(de)(de)(de)(de)(de)力(li)(li)(li)學性(xing)(xing)能(neng)。 溫(wen)瞬時(shi)(shi)拉伸性(xing)(xing)能(neng)如圖(tu)10-11和(he)圖(tu)10-12所示。Cr20Ni32Fe 合(he)(he)金的(de)(de)(de)(de)(de)高溫(wen)長(chang)時(shi)(shi)力(li)(li)(li)學性(xing)(xing)能(neng)見表(biao)(biao)10-6、圖(tu)10-13和(he)圖(tu)10-14。

三(san)、耐蝕性能(neng)

  1. 全(quan)面(mian)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(fu)蝕

  盡管Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)在(zai)濕(shi)態介質中具(ju)有(you)較好(hao)(hao)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕性(xing)，但(dan)此(ci)類合(he)(he)金(jin)良好(hao)(hao)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)高(gao)溫腐(fu)蝕性(xing)能(neng)是其(qi)突出優點。在(zai)高(gao)溫條件下(xia)，由(you)于合(he)(he)金(jin)中具(ju)有(you)較高(gao)的(de)(de)(de)(de)銘含量和足夠的(de)(de)(de)(de)鎳含量，使(shi)其(qi)能(neng)形成防(fang)護性(xing)良好(hao)(hao)的(de)(de)(de)(de)氧化(hua)膜，具(ju)有(you)良好(hao)(hao)的(de)(de)(de)(de)抗滲碳性(xing)能(neng)，是耐(nai)高(gao)溫腐(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)良好(hao)(hao)材料(liao)，在(zai)工業中得到了廣泛應用。

  在高(gao)溫爐氣(qi)中(zhong) Cr20Ni32Fe合金的耐蝕性優于(yu)一般(ban)奧氏體(ti)不銹鋼，數據(ju)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(kang)滲碳性(xing)能，Cr20Ni32Fe具有良好的抗(kang)滲碳性(xing)能，試(shi)驗室試(shi)驗結果(guo)見表 10-10。它的抗(kang)滲碳性(xing)能優于(yu)常規不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)，相當于(yu)含質量分(fen)數為(wei)25% 鉻(ge)的耐(nai)髙(gao)溫 腐(fu)蝕的奧氏體(ti)不銹(xiu)(xiu)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(li)腐蝕

    a. 高溫(wen)水(shui)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)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)表現出良好的(de)(de)(de)耐(nai)應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)，但此合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)對應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)并非免疫(yi)。在各種高溫水中的(de)(de)(de)耐(nai)應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)能與合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)成(cheng)分、熱處(chu)理條件、冷(leng)變形等 有密(mi)切(qie)關系。試(shi)驗(yan)結(jie)果(guo)指(zhi)出，降(jiang)低合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)中的(de)(de)(de)碳含(han)量(≤0.03%),提高鎳含(han) 量，增大Ti/C比將提高合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)耐(nai)應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)能。通常敏化和冷(leng)變形對合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)耐(nai)應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)能有害，但有的(de)(de)(de)試(shi)驗(yan)結(jie)果(guo)指(zhi)出，650℃長期(qi)時效可顯(xian)著降(jiang)低合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)敏感(gan)性(xing)(xing)。

   b. 苛性水介質中(zhong)

   在(zai)壓水堆(dui)蒸發(fa)器(qi)(qi)和(he)鈉冷(leng)快(kuai)堆(dui)蒸發(fa)器(qi)(qi)中，有可能會出現(xian)含(han)NaOH的苛性水介質，目前已(yi)遇到18-8不銹(xiu)鋼(gang)和(he) Inconel 600合金的苛性應力腐蝕破裂(lie)問題。

  大量(liang)的(de)研究(jiu)表明Cr20Ni32Fe合金在(zai)(zai)含NaOH的(de)苛性水(shui)介質(zhi)中(zhong)的(de)耐應(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)性能取決(jue)于NaOH濃度和(he)(he)應(ying)(ying)力(li)水(shui)平(ping)(圖10-19 和(he)(he) 圖10-20)。 NaOH濃度和(he)(he)應(ying)(ying)力(li)水(shui)平(ping)愈高(gao)，合金的(de)耐應(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)性能下降。對低碳型(xing)的(de)00Cr20Ni32AITi合金只(zhi)有在(zai)(zai)低 NaOH濃度、低應(ying)(ying)力(li)下才處于免疫區（見圖10-21，該圖中(zhong)NaOH為質(zhi)量(liang)分數）。 因此，只(zhi)有在(zai)(zai)使用過程中(zhong)避免高(gao)應(ying)(ying)力(li)出現和(he)(he)防止NaOH濃縮，才能保證采用 00Cr20Ni32AlTi合金設備的(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(re)(re)加工、冷(leng)加工、熱(re)(re)處理(li)和焊接(jie)性能

   1. 熱加工

    Cr20Ni32Fe合(he)金的(de)熱(re)加(jia)工性能良好，類似于(yu)一般Cr-Ni奧氏體 不銹(xiu)鋼，熱(re)加(jia)工溫度范圍(wei)(wei)為900~1200℃，合(he)金的(de)熱(re)彎成(cheng)形(xing)通(tong)常在1000~1150℃ 范圍(wei)(wei)內進行。熱(re)成(cheng)形(xing)后(hou)可以空冷，但為了減輕合(he)金的(de)晶間腐(fu)蝕傾向(xiang)，應盡量快速通(tong)過(guo)540~760℃敏化(hua)區。

   2. 冷加(jia)工

     合金的冷加(jia)工(gong)成(cheng)型(xing)性(xing)能近似于(yu)18-8型(xing)奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)，但加(jia)工(gong)硬化傾向低于(yu)18-8型(xing)奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)。盡(jin)管(guan)如此，在冷加(jia)工(gong)成(cheng)型(xing)過程中，中間(jian)軟化退火(huo)常(chang)(chang)常(chang)(chang)是(shi)需要的，中間(jian)退火(huo)溫度(du)與(yu)固溶(rong)退火(huo)溫度(du)相同。

   3. 熱處理

    合(he)金的(de)(de)固(gu)溶(rong)退(tui)火(huo)溫(wen)度在920~980℃ , 一般(ban)控(kong)制在980℃ ,±10℃保溫(wen)時(shi)間視產(chan)品厚度而(er)定，但(dan)保溫(wen)時(shi)間不得(de)少于(yu)(yu)(yu)10分鐘，對于(yu)(yu)(yu)高(gao)碳合(he)金且(qie)在550℃以(yi)上(shang)溫(wen)度使用者，其固(gu)溶(rong)處(chu)理(li)溫(wen)度應(ying)為1150~1205℃。消(xiao)除(chu)(chu)應(ying)力(li)的(de)(de)熱處(chu)理(li)，一般(ban)在540℃以(yi)上(shang)即可(ke)產(chan)生效果，但(dan)殘余應(ying)力(li)的(de)(de)完全消(xiao)除(chu)(chu)需在高(gao)于(yu)(yu)(yu)870℃的(de)(de)溫(wen)度進行退(tui)火(huo)。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型(xing)合金(jin)焊(han)(han)接(jie)性(xing)能(neng)良好，可(ke)釆用(yong)通常的焊(han)(han)接(jie)方法進行(xing) 焊(han)(han)接(jie)。試驗表(biao)明，釆用(yong)新2號焊(han)(han)絲對00Cr20Ni32AlTi合金(jin)管材與不銹鋼管板進行(xing) TIG焊(han)(han)接(jie)，取得了(le)滿(man)意的效果(guo)。合金(jin)的抗(kang)裂性(xing)能(neng)良好，接(jie)頭的晶間腐蝕、應力腐 蝕等亦近于母(mu)材。根據使用(yong)條件可(ke)選用(yong)表(biao)10-11所列的焊(han)(han)接(jie)材料。

五、物理性能

    Cr20Ni32Fe合金的物理性能隨合金的成分和試驗條(tiao)件會(hui)有(you)微小變化，但不(bu)會(hui)有(you)大的變動。1Cr20Ni32Fe合金(Incoloy 800)的物理性能見表10-12和圖 10-24。

六、應用

  產(chan)(chan)(chan)品類(lei)(lei)型(xing)和應用舉例：此類(lei)(lei)合金的冶(ye)金生產(chan)(chan)(chan)工藝與通常的18-8型(xing)奧氏(shi)體不 銹(xiu)鋼類(lei)(lei)似，可以提(ti)供(gong)板（中板、薄板）、管(guan)（熱擠壓和冷加工管(guan)）、絲、帶、棒 和鍛件等冶(ye)金產(chan)(chan)(chan)品，亦(yi)可以提(ti)供(gong)各種鑄件。

  Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)在(zai)含氯化物和低濃度NaOH的(de)(de)(de)苛性水介(jie)質(zhi)中(zhong)具有優良的(de)(de)(de)耐應(ying)力(li)(li) 腐蝕(shi)(shi)性能，廣泛用于制造耐應(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)(shi)破壞(huai)的(de)(de)(de)設備，代替慣(guan)用的(de)(de)(de)18-8奧(ao)氏體不(bu)銹鋼(gang)。

   在動力工業中，用以制(zhi)造(zao)壓水堆蒸(zheng)發器、高(gao)溫氣冷堆、鈉冷快堆換(huan)熱器，以 及過(guo)熱蒸(zheng)汽管。

   在(zai)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(she)備。