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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(xing)是早期的Cr20Ni32型(xing)合金，碳含量0.1%。

  高碳(tan)型合金的碳(tan)含量(C)處于0.05%~0.1%之間。主要用于600℃以上， 具有粗晶粒、高蠕變(bian)強度(du)的特點。在化(hua)工(gong)、電廠、石油化(hua)學(xue)工(gong)業中的過熱器、再熱器、高溫加熱、轉化(hua)、裂解(jie)爐管等方面應用。

  中(zhong)碳(tan)型合金(jin)的碳(tan)含量(liang)在0.03%~0.06%范圍之間，具(ju)有中(zhong)等(deng)晶(jing)粒(li)度(du)，一 般(ban)用于350℃~600℃ 使用的過(guo)熱(re)器、再(zai)熱(re)器等(deng)熱(re)強部件。也適用于高(gao)溫(750℃)氣冷(leng)堆換熱(re)器。

  低碳(tan)(tan)型(xing)有時也稱改良(liang)型(xing)。它是標準(zhun)型(xing)合(he)金Cr20Ni32Fe合(he)金的改進和發展。我(wo) 國(guo)鋼標號為00Cr20Ni32AlTi。碳(tan)(tan)含(han)量(C)低于0.03%并要求(qiu)控制合(he)金中的Ti/C和Ti/C+N比值以及Al、Co等含(han)量。此合(he)金的特點是超低碳(tan)(tan)、細晶(jing)粒，充分穩定(ding)化、耐應力腐(fu)蝕性能優良(liang),低碳(tan)(tan)型(xing)合(he)金使用溫度≤350℃ ,主要用于壓水(shui)堆蒸發器。

一、化(hua)學(xue)成分和組織(zhi)結構(gou)

  經(jing)近(jin)60年的(de)(de)(de)演變(bian)、發展的(de)(de)(de)各種Cr20Ni32合金的(de)(de)(de)派(pai)生牌號的(de)(de)(de)化學成分(fen)列于表 10-2。

  表10-2所列(lie)合(he)金在高(gao)溫固溶快冷條件下的組織為(wei)奧氏體(ti)，但在500~900℃ 中溫加(jia)熱，此合(he)金有(you)可(ke)能處(chu)于(yu)雙相區，對于(yu)Ni處(chu)于(yu)下限，Cr處(chu)于(yu)上限的合(he)金可(ke)能性更大。業已發(fa)現，在650℃和750℃長期加(jia)熱有(you)δ相析出，但數量較(jiao)少，尚不足以影響合(he)金的斷(duan)裂性能。

  合金的析出行(xing)為C曲線(xian)，如圖10-10 所(suo)示，析出相(xiang)種類和數量受合金成分(fen)和受熱條件所(suo)制約。

二、力(li)學性(xing)能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合金的室溫(wen)力學(xue)性(xing)(xing)能(neng)匯總于表(biao)10-3,典型的室溫(wen)抗拉和抗壓強度見表(biao)10-4。表(biao)10-5為超(chao)低碳(tan)型 Cr20Ni32Fe合金的室溫(wen)和350℃的力學(xue)性(xing)(xing)能(neng)。 溫(wen)瞬時拉伸性(xing)(xing)能(neng)如(ru)圖(tu)10-11和圖(tu)10-12所(suo)示。Cr20Ni32Fe 合金的高溫(wen)長時力學(xue)性(xing)(xing)能(neng)見表(biao)10-6、圖(tu)10-13和圖(tu)10-14。

三、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. 高溫(wen)腐蝕

  盡管(guan)Cr20Ni32Fe合金在濕態介質中具有較好(hao)的(de)耐(nai)蝕(shi)性，但此類合金良(liang)(liang)好(hao)的(de)耐(nai)高(gao)溫(wen)腐(fu)蝕(shi)性能是其突(tu)出優點。在高(gao)溫(wen)條件下，由于合金中具有較高(gao)的(de)銘(ming)含量(liang)和足夠的(de)鎳含量(liang)，使其能形成(cheng)防護(hu)性良(liang)(liang)好(hao)的(de)氧(yang)化(hua)膜，具有良(liang)(liang)好(hao)的(de)抗(kang)滲(shen)碳性能，是耐(nai)高(gao)溫(wen)腐(fu)蝕(shi)的(de)良(liang)(liang)好(hao)材料，在工業中得到了廣泛應用。

  在高(gao)溫爐氣中(zhong) Cr20Ni32Fe合(he)金的耐蝕性優于一(yi)般(ban)奧氏(shi)體(ti)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具有良好的抗滲碳(tan)性能，試(shi)驗(yan)室試(shi)驗(yan)結果見(jian)表 10-10。它(ta)的抗滲碳(tan)性能優于常(chang)規不(bu)銹鋼，相(xiang)當于含質量(liang)分數為25% 鉻的耐髙溫 腐蝕的奧(ao)氏體不(bu)銹鋼。

  3. 晶間腐蝕(shi)

   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(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)金(jin)表現出(chu)(chu)良好的(de)耐應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)，但(dan)此合(he)金(jin)對應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)并非免(mian)疫。在各種高(gao)溫水(shui)中的(de)耐應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)與合(he)金(jin)成分(fen)、熱(re)處理(li)條(tiao)件、冷(leng)變形等 有密切關(guan)系(xi)。試驗結(jie)(jie)果指出(chu)(chu)，降低合(he)金(jin)中的(de)碳含量(liang)(≤0.03%),提高(gao)鎳含 量(liang)，增大Ti/C比將提高(gao)合(he)金(jin)的(de)耐應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)。通常敏化和(he)冷(leng)變形對合(he)金(jin)的(de)耐應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)有害，但(dan)有的(de)試驗結(jie)(jie)果指出(chu)(chu)，650℃長(chang)期時效可顯著降低合(he)金(jin)的(de)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)敏感性(xing)(xing)。

   b. 苛性水(shui)介質中

   在壓水(shui)堆蒸發(fa)器和鈉冷快堆蒸發(fa)器中，有(you)可(ke)能會出現含NaOH的(de)苛性水(shui)介質，目前(qian)已遇到(dao)18-8不(bu)銹(xiu)鋼和 Inconel 600合金(jin)的(de)苛性應力腐蝕破裂問題。

  大量(liang)的(de)研究表(biao)明Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)(jin)在含NaOH的(de)苛性水介質中的(de)耐(nai)應(ying)力腐蝕性能取決于NaOH濃(nong)(nong)度和(he)應(ying)力水平(ping)(圖(tu)10-19 和(he) 圖(tu)10-20)。 NaOH濃(nong)(nong)度和(he)應(ying)力水平(ping)愈(yu)高，合(he)金(jin)(jin)的(de)耐(nai)應(ying)力腐蝕性能下降。對(dui)低碳型的(de)00Cr20Ni32AITi合(he)金(jin)(jin)只(zhi)有在低 NaOH濃(nong)(nong)度、低應(ying)力下才(cai)處于免(mian)疫(yi)區（見圖(tu)10-21，該圖(tu)中NaOH為質量(liang)分數(shu)）。 因此，只(zhi)有在使用過程中避(bi)免(mian)高應(ying)力出現和(he)防止NaOH濃(nong)(nong)縮，才(cai)能保證(zheng)采用 00Cr20Ni32AlTi合(he)金(jin)(jin)設備的(de)安全運行。

   c. NaCl溶液(ye)中(zhong)

  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(xing)能

   1. 熱加工

    Cr20Ni32Fe合(he)金的熱(re)加工(gong)性能良好，類似于一般(ban)Cr-Ni奧氏體 不銹鋼，熱(re)加工(gong)溫度(du)范圍(wei)為900~1200℃，合(he)金的熱(re)彎成形通常在1000~1150℃ 范圍(wei)內進行。熱(re)成形后可(ke)以空冷，但為了減輕合(he)金的晶間腐(fu)蝕傾向，應盡(jin)量快速通過540~760℃敏化區。

   2. 冷加(jia)工

     合金的冷(leng)加(jia)工(gong)成型(xing)性能(neng)近(jin)似于(yu)18-8型(xing)奧(ao)氏體不銹鋼，但(dan)加(jia)工(gong)硬(ying)化傾向(xiang)低于(yu)18-8型(xing)奧(ao)氏體不銹鋼。盡管(guan)如此(ci)，在冷(leng)加(jia)工(gong)成型(xing)過程中，中間軟化退(tui)火(huo)常常是需要的，中間退(tui)火(huo)溫度與固溶退(tui)火(huo)溫度相同(tong)。

   3. 熱處理

    合(he)金(jin)的固溶(rong)退火溫(wen)(wen)度(du)在(zai)920~980℃ , 一般控制在(zai)980℃ ,±10℃保(bao)溫(wen)(wen)時(shi)間視產品厚度(du)而定，但保(bao)溫(wen)(wen)時(shi)間不(bu)得(de)少于(yu)10分鐘(zhong)，對于(yu)高碳(tan)合(he)金(jin)且在(zai)550℃以(yi)上(shang)(shang)溫(wen)(wen)度(du)使用者(zhe)，其固溶(rong)處理(li)溫(wen)(wen)度(du)應為1150~1205℃。消除應力的熱處理(li)，一般在(zai)540℃以(yi)上(shang)(shang)即可產生效果，但殘余應力的完全消除需在(zai)高于(yu)870℃的溫(wen)(wen)度(du)進行(xing)退火。

   4. 焊接(jie)

    Cr20Ni32Fe型合(he)金焊(han)接(jie)性(xing)(xing)能良(liang)好，可釆用(yong)通(tong)常的(de)焊(han)接(jie)方(fang)法進(jin)行 焊(han)接(jie)。試驗表(biao)明，釆用(yong)新2號(hao)焊(han)絲對00Cr20Ni32AlTi合(he)金管材(cai)與不銹鋼管板進(jin)行 TIG焊(han)接(jie)，取(qu)得了滿意的(de)效(xiao)果。合(he)金的(de)抗(kang)裂性(xing)(xing)能良(liang)好，接(jie)頭(tou)的(de)晶間腐蝕(shi)、應力腐 蝕(shi)等亦近(jin)于母材(cai)。根據使用(yong)條件可選(xuan)用(yong)表(biao)10-11所列的(de)焊(han)接(jie)材(cai)料(liao)。

五、物理性能

    Cr20Ni32Fe合金(jin)(jin)的(de)物理(li)性(xing)能(neng)隨合金(jin)(jin)的(de)成分和試驗(yan)條(tiao)件會有微(wei)小(xiao)變化，但(dan)不會有大的(de)變動。1Cr20Ni32Fe合金(jin)(jin)(Incoloy 800)的(de)物理(li)性(xing)能(neng)見表10-12和圖(tu) 10-24。

六(liu)、應用

  產(chan)品類(lei)型和(he)應用舉例：此類(lei)合金的(de)冶(ye)金生產(chan)工藝與(yu)通常(chang)的(de)18-8型奧氏體不 銹鋼類(lei)似，可以提供板（中(zhong)板、薄板）、管(guan)（熱擠壓(ya)和(he)冷加(jia)工管(guan)）、絲、帶、棒 和(he)鍛件等冶(ye)金產(chan)品，亦可以提供各種(zhong)鑄件。

  Cr20Ni32Fe合金(jin)在含氯化物(wu)和低濃度NaOH的苛(ke)性水(shui)介質中具有優(you)良的耐(nai)應(ying)力 腐(fu)(fu)蝕(shi)性能，廣泛用(yong)于制造耐(nai)應(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)破壞的設備(bei)，代替(ti)慣用(yong)的18-8奧(ao)氏體(ti)不銹(xiu)鋼。

   在動力工(gong)業(ye)中，用以(yi)制造(zao)壓水堆(dui)蒸發器、高溫氣冷(leng)堆(dui)、鈉(na)冷(leng)快(kuai)堆(dui)換(huan)熱器，以(yi) 及過(guo)熱蒸汽管。

   在化學加工業中，用以制造硝酸冷卻(que)器、醋酐裂化管以及各種換(huan)熱設備(bei)。