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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(tan)含量0.1%。

  高(gao)(gao)碳(tan)型合金的(de)(de)碳(tan)含(han)量(C)處(chu)于(yu)0.05%~0.1%之(zhi)間。主(zhu)要用于(yu)600℃以上， 具有粗晶粒、高(gao)(gao)蠕變(bian)強度的(de)(de)特點。在化工(gong)、電廠、石油(you)化學工(gong)業中的(de)(de)過熱(re)器、再熱(re)器、高(gao)(gao)溫加熱(re)、轉化、裂解爐(lu)管等方(fang)面應(ying)用。

  中碳(tan)型合金的(de)碳(tan)含量在0.03%~0.06%范圍之間，具(ju)有(you)中等晶粒度，一 般(ban)用(yong)于350℃~600℃ 使用(yong)的(de)過熱器(qi)、再熱器(qi)等熱強部件(jian)。也適用(yong)于高(gao)溫(750℃)氣冷堆換熱器(qi)。

  低碳(tan)型有(you)時也稱(cheng)改良(liang)型。它是標準型合金(jin)Cr20Ni32Fe合金(jin)的改進(jin)和發展。我(wo) 國(guo)鋼標號為00Cr20Ni32AlTi。碳(tan)含量(liang)(C)低于(yu)0.03%并要求(qiu)控制合金(jin)中的Ti/C和Ti/C+N比值以(yi)及Al、Co等含量(liang)。此合金(jin)的特點是超低碳(tan)、細晶粒，充(chong)分穩(wen)定化、耐應力腐蝕性能(neng)優良(liang),低碳(tan)型合金(jin)使(shi)用(yong)溫度≤350℃ ,主要用(yong)于(yu)壓水堆蒸發器。

一、化學(xue)成分和組織結構

  經近60年的(de)演變、發展的(de)各種Cr20Ni32合金(jin)的(de)派生牌號的(de)化學(xue)成(cheng)分列于(yu)表(biao) 10-2。

  表10-2所列合金在高溫(wen)固溶快冷(leng)條件下(xia)(xia)的組織為(wei)奧氏體，但(dan)在500~900℃ 中(zhong)溫(wen)加熱，此合金有(you)可(ke)能(neng)處(chu)(chu)于雙(shuang)相(xiang)區，對(dui)于Ni處(chu)(chu)于下(xia)(xia)限，Cr處(chu)(chu)于上限的合金可(ke)能(neng)性更大。業已發現，在650℃和750℃長期加熱有(you)δ相(xiang)析出，但(dan)數量較少，尚不足以(yi)影響合金的斷裂性能(neng)。

  合金的析出(chu)行為C曲線，如圖10-10 所(suo)(suo)示，析出(chu)相種類(lei)和數量受(shou)合金成(cheng)分(fen)和受(shou)熱條件所(suo)(suo)制約。

二、力學(xue)性能(neng)

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合金的室(shi)溫(wen)力(li)學(xue)性能匯總于表10-3,典(dian)型(xing)的室(shi)溫(wen)抗(kang)(kang)拉和抗(kang)(kang)壓強度(du)見表10-4。表10-5為超(chao)低碳型(xing) Cr20Ni32Fe合金的室(shi)溫(wen)和350℃的力(li)學(xue)性能。 溫(wen)瞬時(shi)拉伸性能如圖(tu)10-11和圖(tu)10-12所示(shi)。Cr20Ni32Fe 合金的高溫(wen)長(chang)時(shi)力(li)學(xue)性能見表10-6、圖(tu)10-13和圖(tu)10-14。

三、耐蝕性(xing)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. 高溫腐蝕(shi)

  盡管Cr20Ni32Fe合金在濕態(tai)介(jie)質中(zhong)(zhong)具(ju)有(you)(you)較好的耐(nai)蝕性，但(dan)此類合金良(liang)好的耐(nai)高(gao)溫腐蝕性能是其突出優點。在高(gao)溫條件下，由于合金中(zhong)(zhong)具(ju)有(you)(you)較高(gao)的銘含量(liang)和(he)足夠的鎳(nie)含量(liang)，使其能形成(cheng)防護性良(liang)好的氧(yang)化膜(mo)，具(ju)有(you)(you)良(liang)好的抗滲碳性能，是耐(nai)高(gao)溫腐蝕的良(liang)好材料，在工業中(zhong)(zhong)得到了廣泛應用。

  在(zai)高(gao)溫(wen)爐氣(qi)中 Cr20Ni32Fe合金的耐蝕性(xing)優于一(yi)般奧(ao)氏體不銹鋼(gang)，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(shen)碳性能，Cr20Ni32Fe具(ju)有良(liang)好的抗滲(shen)碳性能，試(shi)驗(yan)室試(shi)驗(yan)結果見表(biao) 10-10。它的抗滲(shen)碳性能優于常規不(bu)銹鋼(gang)(gang)，相當于含質量分數為25% 鉻(ge)的耐(nai)髙溫 腐(fu)蝕的奧(ao)氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang)。

  3. 晶間腐(fu)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. 應力(li)腐蝕

    a. 高溫水介(jie)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)表現(xian)出良好的(de)(de)耐應(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)，但此合(he)(he)(he)金(jin)對應(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)并非免疫。在各種高溫水中的(de)(de)耐應(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)能(neng)與合(he)(he)(he)金(jin)成分、熱處(chu)理條(tiao)件、冷(leng)變形等 有(you)密切關系。試驗(yan)結果指出，降低(di)合(he)(he)(he)金(jin)中的(de)(de)碳含量(≤0.03%),提高鎳含 量，增(zeng)大Ti/C比將提高合(he)(he)(he)金(jin)的(de)(de)耐應(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)能(neng)。通(tong)常敏化和冷(leng)變形對合(he)(he)(he)金(jin)的(de)(de)耐應(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)能(neng)有(you)害(hai)，但有(you)的(de)(de)試驗(yan)結果指出，650℃長期時(shi)效可顯(xian)著降低(di)合(he)(he)(he)金(jin)的(de)(de)應(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)敏感(gan)性(xing)(xing)(xing)。

   b. 苛性水介質(zhi)中(zhong)

   在壓水堆(dui)蒸發器和鈉冷快(kuai)堆(dui)蒸發器中，有可能會(hui)出現含(han)NaOH的苛(ke)(ke)性(xing)水介質(zhi)，目(mu)前已遇到18-8不(bu)銹鋼和 Inconel 600合金的苛(ke)(ke)性(xing)應力腐蝕(shi)破裂問題。

  大量的(de)研究表明(ming)Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)在(zai)含NaOH的(de)苛性(xing)水(shui)介質中(zhong)的(de)耐應(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)性(xing)能取決于NaOH濃(nong)度(du)和應(ying)力(li)(li)(li)水(shui)平(圖(tu)10-19 和 圖(tu)10-20)。 NaOH濃(nong)度(du)和應(ying)力(li)(li)(li)水(shui)平愈高(gao)，合(he)(he)金(jin)的(de)耐應(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)性(xing)能下(xia)降。對低碳型(xing)的(de)00Cr20Ni32AITi合(he)(he)金(jin)只有在(zai)低 NaOH濃(nong)度(du)、低應(ying)力(li)(li)(li)下(xia)才處于免(mian)疫(yi)區（見圖(tu)10-21，該(gai)圖(tu)中(zhong)NaOH為質量分數）。 因此，只有在(zai)使用過(guo)程中(zhong)避免(mian)高(gao)應(ying)力(li)(li)(li)出現和防止NaOH濃(nong)縮，才能保證采用 00Cr20Ni32AlTi合(he)(he)金(jin)設備的(de)安全(quan)運(yun)行(xing)。

   c. NaCl溶液中(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、 熱加工、冷加工、熱處理和焊接性能

   1. 熱(re)加(jia)工

    Cr20Ni32Fe合金的熱加(jia)工性能良好(hao)，類(lei)似(si)于一(yi)般Cr-Ni奧氏(shi)體 不銹(xiu)鋼(gang)，熱加(jia)工溫度范圍為(wei)900~1200℃，合金的熱彎成(cheng)形通常(chang)在1000~1150℃ 范圍內進行(xing)。熱成(cheng)形后可以空冷，但為(wei)了(le)減(jian)輕合金的晶間腐蝕傾向(xiang)，應(ying)盡量快速(su)通過540~760℃敏化區。

   2. 冷加工

     合(he)金的冷加(jia)(jia)工(gong)(gong)成型性能近似(si)于(yu)(yu)18-8型奧氏體(ti)不銹鋼(gang)，但加(jia)(jia)工(gong)(gong)硬(ying)化傾向低于(yu)(yu)18-8型奧氏體(ti)不銹鋼(gang)。盡(jin)管如此，在(zai)冷加(jia)(jia)工(gong)(gong)成型過(guo)程中，中間軟(ruan)化退(tui)火(huo)常(chang)常(chang)是需要的，中間退(tui)火(huo)溫(wen)度與固溶退(tui)火(huo)溫(wen)度相同。

   3. 熱處理

    合金的(de)(de)固溶(rong)(rong)退火(huo)溫(wen)(wen)度(du)(du)在(zai)(zai)(zai)(zai)920~980℃ , 一般控制(zhi)在(zai)(zai)(zai)(zai)980℃ ,±10℃保(bao)溫(wen)(wen)時間(jian)視產(chan)品厚度(du)(du)而定(ding)，但保(bao)溫(wen)(wen)時間(jian)不得少于(yu)(yu)10分鐘，對(dui)于(yu)(yu)高碳合金且在(zai)(zai)(zai)(zai)550℃以(yi)上溫(wen)(wen)度(du)(du)使用者(zhe)，其固溶(rong)(rong)處(chu)(chu)理溫(wen)(wen)度(du)(du)應為1150~1205℃。消(xiao)除(chu)應力的(de)(de)熱(re)處(chu)(chu)理，一般在(zai)(zai)(zai)(zai)540℃以(yi)上即可產(chan)生效果，但殘余應力的(de)(de)完全消(xiao)除(chu)需在(zai)(zai)(zai)(zai)高于(yu)(yu)870℃的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)進(jin)行退火(huo)。

   4. 焊(han)接

    Cr20Ni32Fe型(xing)合金(jin)焊(han)接(jie)性(xing)能(neng)良(liang)好，可釆(bian)用(yong)(yong)通常的(de)焊(han)接(jie)方法(fa)進(jin)行(xing)(xing) 焊(han)接(jie)。試(shi)驗表明，釆(bian)用(yong)(yong)新2號焊(han)絲對00Cr20Ni32AlTi合金(jin)管(guan)材(cai)與(yu)不銹鋼管(guan)板進(jin)行(xing)(xing) TIG焊(han)接(jie)，取得了滿意的(de)效果(guo)。合金(jin)的(de)抗(kang)裂性(xing)能(neng)良(liang)好，接(jie)頭的(de)晶(jing)間腐蝕(shi)、應力腐 蝕(shi)等亦(yi)近于母(mu)材(cai)。根據(ju)使用(yong)(yong)條件可選用(yong)(yong)表10-11所列(lie)的(de)焊(han)接(jie)材(cai)料。

五、物理性能

    Cr20Ni32Fe合金(jin)(jin)的(de)(de)物理性能隨合金(jin)(jin)的(de)(de)成分和(he)試驗條件會有微小變化，但(dan)不會有大的(de)(de)變動。1Cr20Ni32Fe合金(jin)(jin)(Incoloy 800)的(de)(de)物理性能見表(biao)10-12和(he)圖(tu) 10-24。

六、應(ying)用

  產品(pin)類型和應用(yong)舉例：此類合金的冶金生產工藝與通常的18-8型奧氏(shi)體不 銹鋼類似，可(ke)以提(ti)供板（中板、薄板）、管（熱擠壓和冷加工管）、絲、帶、棒 和鍛(duan)件等冶金產品(pin)，亦可(ke)以提(ti)供各種鑄件。

  Cr20Ni32Fe合金在含氯化物和低濃度NaOH的(de)苛性水介質中(zhong)具(ju)有優(you)良的(de)耐應力(li) 腐蝕(shi)性能(neng)，廣泛用于制(zhi)造耐應力(li)腐蝕(shi)破壞(huai)的(de)設備，代替慣用的(de)18-8奧氏(shi)體不(bu)銹鋼。

   在動力工業中，用以(yi)制造壓水堆(dui)(dui)蒸發器(qi)、高溫氣冷堆(dui)(dui)、鈉冷快(kuai)堆(dui)(dui)換熱器(qi)，以(yi) 及過熱蒸汽管。

   在化學(xue)加工業中，用以制造硝酸冷卻器、醋酐裂化管以及各(ge)種換熱設備(bei)。