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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(biao)準型是早期(qi)的Cr20Ni32型合金，碳含(han)量(liang)0.1%。

  高(gao)碳型(xing)合金的(de)碳含量(C)處于0.05%~0.1%之間。主要用于600℃以上， 具有(you)粗晶粒、高(gao)蠕變強度的(de)特點。在化(hua)工(gong)、電廠、石(shi)油化(hua)學工(gong)業中的(de)過(guo)熱(re)器、再熱(re)器、高(gao)溫加熱(re)、轉(zhuan)化(hua)、裂解爐管等方面應用。

  中(zhong)碳型合金的碳含量在0.03%~0.06%范圍之間，具有中(zhong)等晶粒度，一 般(ban)用于350℃~600℃ 使(shi)用的過(guo)熱(re)器(qi)(qi)、再熱(re)器(qi)(qi)等熱(re)強部件。也適用于高溫(750℃)氣(qi)冷堆換熱(re)器(qi)(qi)。

  低(di)(di)碳(tan)型(xing)(xing)有時也稱改良型(xing)(xing)。它(ta)是標準型(xing)(xing)合(he)金(jin)(jin)Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)(jin)的改進和(he)發(fa)展。我(wo) 國鋼標號為00Cr20Ni32AlTi。碳(tan)含(han)量(C)低(di)(di)于0.03%并要求控(kong)制(zhi)合(he)金(jin)(jin)中(zhong)的Ti/C和(he)Ti/C+N比(bi)值以及Al、Co等含(han)量。此合(he)金(jin)(jin)的特點是超(chao)低(di)(di)碳(tan)、細晶粒，充(chong)分穩(wen)定化、耐(nai)應力(li)腐蝕性能優良,低(di)(di)碳(tan)型(xing)(xing)合(he)金(jin)(jin)使用(yong)溫(wen)度≤350℃ ,主要用(yong)于壓水(shui)堆(dui)蒸發(fa)器。

一、化學(xue)成分和(he)組織結構

  經(jing)近60年的演變(bian)、發(fa)展的各種Cr20Ni32合金(jin)的派生牌號的化學成分列于表 10-2。

  表(biao)10-2所(suo)列合(he)金在(zai)高溫固溶快冷條件下(xia)的(de)(de)組織為奧氏體，但在(zai)500~900℃ 中溫加熱，此(ci)合(he)金有可能處(chu)(chu)于(yu)(yu)雙相區，對(dui)于(yu)(yu)Ni處(chu)(chu)于(yu)(yu)下(xia)限(xian)，Cr處(chu)(chu)于(yu)(yu)上限(xian)的(de)(de)合(he)金可能性(xing)更大。業(ye)已發現，在(zai)650℃和750℃長(chang)期加熱有δ相析出，但數量較少，尚不足以影響(xiang)合(he)金的(de)(de)斷(duan)裂性(xing)能。

  合金的析出(chu)行為C曲線，如圖10-10 所示，析出(chu)相種(zhong)類和(he)數量受合金成分和(he)受熱條件所制約(yue)。

二、力(li)學(xue)性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合(he)金的(de)室(shi)溫(wen)力學性(xing)能匯總于表(biao)10-3,典型的(de)室(shi)溫(wen)抗(kang)拉和(he)(he)抗(kang)壓強度(du)見表(biao)10-4。表(biao)10-5為超(chao)低(di)碳型 Cr20Ni32Fe合(he)金的(de)室(shi)溫(wen)和(he)(he)350℃的(de)力學性(xing)能。 溫(wen)瞬時拉伸性(xing)能如圖(tu)(tu)10-11和(he)(he)圖(tu)(tu)10-12所示。Cr20Ni32Fe 合(he)金的(de)高溫(wen)長時力學性(xing)能見表(biao)10-6、圖(tu)(tu)10-13和(he)(he)圖(tu)(tu)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(shi)

  盡管Cr20Ni32Fe合金在濕態介質中(zhong)具(ju)有(you)較好(hao)的(de)(de)耐蝕性(xing)，但此類合金良好(hao)的(de)(de)耐高(gao)溫(wen)腐(fu)蝕性(xing)能(neng)是其突(tu)出優點。在高(gao)溫(wen)條件下，由于合金中(zhong)具(ju)有(you)較高(gao)的(de)(de)銘含量(liang)和足夠的(de)(de)鎳含量(liang)，使其能(neng)形成防護性(xing)良好(hao)的(de)(de)氧化膜，具(ju)有(you)良好(hao)的(de)(de)抗滲(shen)碳性(xing)能(neng)，是耐高(gao)溫(wen)腐(fu)蝕的(de)(de)良好(hao)材料(liao)，在工業中(zhong)得到了廣泛應用。

  在高溫爐(lu)氣中 Cr20Ni32Fe合金的耐蝕性優(you)于一(yi)般奧氏體不銹鋼，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(kang)滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)性(xing)(xing)能(neng)，Cr20Ni32Fe具有良好(hao)的抗(kang)滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)性(xing)(xing)能(neng)，試(shi)驗(yan)室試(shi)驗(yan)結果見表 10-10。它的抗(kang)滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)性(xing)(xing)能(neng)優于常規不銹(xiu)鋼(gang)，相當于含(han)質量分數為(wei)25% 鉻的耐髙溫 腐蝕的奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)。

  3. 晶間腐(fu)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(fu)蝕(shi)

    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合金(jin)(jin)(jin)表現出良好的(de)(de)耐(nai)(nai)應力腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性，但此合金(jin)(jin)(jin)對(dui)應力腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)并非(fei)免疫(yi)。在各種高(gao)溫(wen)水中(zhong)的(de)(de)耐(nai)(nai)應力腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性能與合金(jin)(jin)(jin)成分(fen)、熱處(chu)理條(tiao)件(jian)、冷(leng)變形等 有密切關系。試(shi)驗(yan)結(jie)果(guo)指(zhi)出，降低(di)合金(jin)(jin)(jin)中(zhong)的(de)(de)碳含量(liang)(liang)(≤0.03%),提高(gao)鎳含 量(liang)(liang)，增(zeng)大Ti/C比將提高(gao)合金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)耐(nai)(nai)應力腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性能。通常敏化和(he)冷(leng)變形對(dui)合金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)耐(nai)(nai)應力腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性能有害(hai)，但有的(de)(de)試(shi)驗(yan)結(jie)果(guo)指(zhi)出，650℃長期時(shi)效可顯著降低(di)合金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)應力腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)敏感性。

   b. 苛(ke)性水介(jie)質中

   在壓水堆(dui)蒸發(fa)器(qi)和鈉冷快堆(dui)蒸發(fa)器(qi)中，有(you)可能會出現含NaOH的(de)苛性(xing)水介(jie)質，目(mu)前已遇到(dao)18-8不(bu)銹鋼和 Inconel 600合(he)金的(de)苛性(xing)應力腐蝕(shi)破裂問題。

  大(da)量的研究表明(ming)Cr20Ni32Fe合(he)(he)(he)金在含NaOH的苛性水介質中(zhong)的耐應(ying)力腐(fu)蝕(shi)性能(neng)取決于NaOH濃(nong)度和應(ying)力水平(ping)(圖(tu)10-19 和 圖(tu)10-20)。 NaOH濃(nong)度和應(ying)力水平(ping)愈高，合(he)(he)(he)金的耐應(ying)力腐(fu)蝕(shi)性能(neng)下降。對低碳型的00Cr20Ni32AITi合(he)(he)(he)金只(zhi)有在低 NaOH濃(nong)度、低應(ying)力下才(cai)處于免疫區（見(jian)圖(tu)10-21，該(gai)圖(tu)中(zhong)NaOH為質量分(fen)數(shu)）。 因此，只(zhi)有在使用過(guo)程(cheng)中(zhong)避免高應(ying)力出現和防止(zhi)NaOH濃(nong)縮，才(cai)能(neng)保(bao)證采用 00Cr20Ni32AlTi合(he)(he)(he)金設(she)備的安全運行(xing)。

   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、 熱加工、冷加工、熱處理(li)和焊接(jie)性(xing)能

   1. 熱加工

    Cr20Ni32Fe合金(jin)的(de)熱(re)加工性能良好，類似于一般Cr-Ni奧氏體 不(bu)銹鋼，熱(re)加工溫度范圍為(wei)900~1200℃，合金(jin)的(de)熱(re)彎(wan)成(cheng)形通常(chang)在1000~1150℃ 范圍內(nei)進行。熱(re)成(cheng)形后可(ke)以空冷，但(dan)為(wei)了減輕合金(jin)的(de)晶間(jian)腐(fu)蝕傾向，應(ying)盡(jin)量快速通過540~760℃敏化區。

   2. 冷加工

     合金的(de)冷加(jia)工成(cheng)型(xing)性能近(jin)似(si)于18-8型(xing)奧氏(shi)體不(bu)銹鋼，但(dan)加(jia)工硬化(hua)傾向(xiang)低于18-8型(xing)奧氏(shi)體不(bu)銹鋼。盡管如此(ci)，在(zai)冷加(jia)工成(cheng)型(xing)過程中，中間軟化(hua)退火(huo)(huo)常(chang)常(chang)是(shi)需要的(de)，中間退火(huo)(huo)溫(wen)度與固溶退火(huo)(huo)溫(wen)度相同。

   3. 熱處理(li)

    合金(jin)的固溶退(tui)火溫(wen)度(du)在920~980℃ , 一般(ban)控制(zhi)在980℃ ,±10℃保溫(wen)時間(jian)視產品厚度(du)而(er)定，但保溫(wen)時間(jian)不得少于(yu)10分鐘，對(dui)于(yu)高碳合金(jin)且在550℃以(yi)上溫(wen)度(du)使用者(zhe)，其固溶處理溫(wen)度(du)應為1150~1205℃。消除(chu)應力(li)的熱處理，一般(ban)在540℃以(yi)上即可產生效果，但殘余應力(li)的完全(quan)消除(chu)需在高于(yu)870℃的溫(wen)度(du)進行退(tui)火。

   4. 焊接(jie)

    Cr20Ni32Fe型合金焊(han)接(jie)(jie)性能(neng)良好(hao)，可釆用通常的(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)方法進行(xing) 焊(han)接(jie)(jie)。試驗表明，釆用新2號焊(han)絲對00Cr20Ni32AlTi合金管材與(yu)不(bu)銹鋼管板進行(xing) TIG焊(han)接(jie)(jie)，取得了(le)滿(man)意的(de)(de)效果。合金的(de)(de)抗裂性能(neng)良好(hao)，接(jie)(jie)頭的(de)(de)晶間(jian)腐蝕(shi)(shi)、應力(li)腐 蝕(shi)(shi)等(deng)亦近(jin)于母材。根據使用條件(jian)可選(xuan)用表10-11所列的(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)材料。

五、物理性能

    Cr20Ni32Fe合金(jin)的物理(li)(li)性(xing)能(neng)隨合金(jin)的成分和試驗條件會(hui)有微小變化(hua)，但不會(hui)有大的變動。1Cr20Ni32Fe合金(jin)(Incoloy 800)的物理(li)(li)性(xing)能(neng)見表10-12和圖(tu) 10-24。

六、應用

  產(chan)品(pin)(pin)類型(xing)和(he)應用舉例：此類合(he)金(jin)的冶金(jin)生產(chan)工藝與通常的18-8型(xing)奧氏體不 銹(xiu)鋼類似，可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)板（中板、薄板）、管（熱擠壓和(he)冷加(jia)工管）、絲、帶(dai)、棒 和(he)鍛件等冶金(jin)產(chan)品(pin)(pin)，亦可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)各種鑄件。

  Cr20Ni32Fe合金(jin)在(zai)含氯(lv)化物和低濃度(du)NaOH的苛(ke)性水介質(zhi)中具有優良的耐(nai)應力(li) 腐(fu)(fu)蝕性能，廣泛用于制造耐(nai)應力(li)腐(fu)(fu)蝕破壞的設備，代替(ti)慣用的18-8奧氏(shi)體不(bu)銹鋼。

   在動(dong)力工業(ye)中(zhong)，用以(yi)制造壓水(shui)堆(dui)蒸發器(qi)、高溫氣冷堆(dui)、鈉冷快堆(dui)換熱(re)器(qi)，以(yi) 及過熱(re)蒸汽管。

   在化學加工業中，用以(yi)制造硝酸冷卻器、醋酐裂(lie)化管以(yi)及各種換(huan)熱設備。