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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。

  標準型是早(zao)期的Cr20Ni32型合金，碳含量0.1%。

  高碳型合金的(de)碳含量(C)處于0.05%~0.1%之間(jian)。主(zhu)要(yao)用(yong)于600℃以上， 具有粗晶(jing)粒、高蠕變強度(du)的(de)特(te)點。在化工、電廠、石油(you)化學工業中的(de)過熱器(qi)、再熱器(qi)、高溫(wen)加熱、轉化、裂解爐管等方面(mian)應用(yong)。

  中碳型(xing)合金的(de)碳含量在0.03%~0.06%范圍(wei)之(zhi)間，具有中等晶粒度，一 般用于350℃~600℃ 使用的(de)過熱器、再熱器等熱強部件(jian)。也適用于高溫(750℃)氣冷堆換熱器。

  低(di)碳型(xing)(xing)有時也稱改良(liang)型(xing)(xing)。它是(shi)標準型(xing)(xing)合(he)金(jin)(jin)Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)(jin)的改進和發展。我 國鋼標號為00Cr20Ni32AlTi。碳含量(C)低(di)于0.03%并要(yao)求控制合(he)金(jin)(jin)中(zhong)的Ti/C和Ti/C+N比值(zhi)以及Al、Co等含量。此(ci)合(he)金(jin)(jin)的特點是(shi)超(chao)低(di)碳、細(xi)晶粒，充(chong)分穩定化、耐(nai)應力腐蝕性能優良(liang),低(di)碳型(xing)(xing)合(he)金(jin)(jin)使用溫度≤350℃ ,主要(yao)用于壓水堆蒸發器。

一、化學成分和組織(zhi)結構(gou)

  經近60年的(de)演變、發展的(de)各(ge)種Cr20Ni32合(he)金的(de)派(pai)生(sheng)牌號的(de)化學成分(fen)列于表 10-2。

  表10-2所(suo)列合金(jin)(jin)(jin)在(zai)高(gao)溫(wen)固(gu)溶快冷條件下(xia)的組織(zhi)為奧氏體，但(dan)在(zai)500~900℃ 中溫(wen)加熱(re)(re)，此合金(jin)(jin)(jin)有可能處于(yu)(yu)雙相(xiang)區，對于(yu)(yu)Ni處于(yu)(yu)下(xia)限，Cr處于(yu)(yu)上限的合金(jin)(jin)(jin)可能性更(geng)大(da)。業已(yi)發現，在(zai)650℃和750℃長期加熱(re)(re)有δ相(xiang)析出，但(dan)數(shu)量較少，尚(shang)不足(zu)以影響(xiang)合金(jin)(jin)(jin)的斷裂性能。

  合金的(de)析出行(xing)為(wei)C曲線，如圖10-10 所(suo)示，析出相種類和數量(liang)受(shou)合金成分和受(shou)熱條(tiao)件所(suo)制(zhi)約。

二、力學性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合(he)金的(de)室(shi)溫(wen)(wen)力學性(xing)能(neng)匯(hui)總(zong)于表10-3,典型(xing)的(de)室(shi)溫(wen)(wen)抗拉(la)和(he)(he)抗壓強(qiang)度見表10-4。表10-5為(wei)超低碳型(xing) Cr20Ni32Fe合(he)金的(de)室(shi)溫(wen)(wen)和(he)(he)350℃的(de)力學性(xing)能(neng)。 溫(wen)(wen)瞬時(shi)拉(la)伸(shen)性(xing)能(neng)如圖10-11和(he)(he)圖10-12所示。Cr20Ni32Fe 合(he)金的(de)高溫(wen)(wen)長(chang)時(shi)力學性(xing)能(neng)見表10-6、圖10-13和(he)(he)圖10-14。

三、耐(nai)蝕性能

  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Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)(jin)在濕態介質中(zhong)具有較(jiao)好的耐(nai)蝕(shi)(shi)性，但此類合(he)(he)金(jin)(jin)良好的耐(nai)高(gao)(gao)溫(wen)腐(fu)蝕(shi)(shi)性能(neng)是(shi)其(qi)突出優點。在高(gao)(gao)溫(wen)條件(jian)下，由于合(he)(he)金(jin)(jin)中(zhong)具有較(jiao)高(gao)(gao)的銘含量和足夠的鎳含量，使其(qi)能(neng)形成防護性良好的氧化膜，具有良好的抗滲碳性能(neng)，是(shi)耐(nai)高(gao)(gao)溫(wen)腐(fu)蝕(shi)(shi)的良好材料(liao)，在工業中(zhong)得(de)到(dao)了廣(guang)泛應(ying)用。

  在高溫爐氣中(zhong) Cr20Ni32Fe合金的耐(nai)蝕性優于一般奧(ao)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(tan)性(xing)(xing)能，Cr20Ni32Fe具(ju)有良(liang)好的抗(kang)滲碳(tan)性(xing)(xing)能，試(shi)驗室試(shi)驗結果見表 10-10。它的抗(kang)滲碳(tan)性(xing)(xing)能優于常(chang)規不銹鋼(gang)，相當于含質量分(fen)數為25% 鉻的耐髙溫 腐蝕的奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)。

  3. 晶間(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. 應力腐(fu)蝕

    a. 高溫水(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(guan)Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)表現出良(liang)好(hao)的(de)(de)耐應(ying)力(li)(li)腐蝕性，但此(ci)合(he)(he)金(jin)對應(ying)力(li)(li)腐蝕并非免疫(yi)。在各種(zhong)高溫水中(zhong)的(de)(de)耐應(ying)力(li)(li)腐蝕性能與合(he)(he)金(jin)成分、熱處理條件(jian)、冷變形等 有密切關系(xi)。試驗(yan)結果(guo)指出，降低合(he)(he)金(jin)中(zhong)的(de)(de)碳含量(≤0.03%),提高鎳含 量，增大(da)Ti/C比將提高合(he)(he)金(jin)的(de)(de)耐應(ying)力(li)(li)腐蝕性能。通(tong)常敏(min)化(hua)和冷變形對合(he)(he)金(jin)的(de)(de)耐應(ying)力(li)(li)腐蝕性能有害，但有的(de)(de)試驗(yan)結果(guo)指出，650℃長期時效(xiao)可顯著降低合(he)(he)金(jin)的(de)(de)應(ying)力(li)(li)腐蝕敏(min)感性。

   b. 苛性水介(jie)質(zhi)中(zhong)

   在壓水堆蒸發(fa)器(qi)和鈉冷快堆蒸發(fa)器(qi)中，有可能會出現含NaOH的苛性水介質，目前(qian)已遇(yu)到18-8不銹鋼和 Inconel 600合金的苛性應力腐蝕破裂問題。

  大量的(de)研究(jiu)表明Cr20Ni32Fe合金(jin)(jin)(jin)(jin)在含(han)NaOH的(de)苛性(xing)水(shui)介質中的(de)耐(nai)應(ying)力(li)(li)(li)腐蝕性(xing)能取(qu)決于NaOH濃度和應(ying)力(li)(li)(li)水(shui)平(ping)(圖10-19 和 圖10-20)。 NaOH濃度和應(ying)力(li)(li)(li)水(shui)平(ping)愈高，合金(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)耐(nai)應(ying)力(li)(li)(li)腐蝕性(xing)能下降。對低碳型的(de)00Cr20Ni32AITi合金(jin)(jin)(jin)(jin)只(zhi)有在低 NaOH濃度、低應(ying)力(li)(li)(li)下才處于免疫區(qu)（見圖10-21，該(gai)圖中NaOH為質量分數）。 因此，只(zhi)有在使用過程中避免高應(ying)力(li)(li)(li)出(chu)現和防止NaOH濃縮，才能保(bao)證采用 00Cr20Ni32AlTi合金(jin)(jin)(jin)(jin)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、 熱加(jia)工、冷加(jia)工、熱處理和焊接性能

   1. 熱加工

    Cr20Ni32Fe合金的(de)熱(re)加工性能良好，類(lei)似于一般Cr-Ni奧氏體 不銹鋼(gang)，熱(re)加工溫度范(fan)圍(wei)為(wei)900~1200℃，合金的(de)熱(re)彎成形(xing)通常(chang)在(zai)1000~1150℃ 范(fan)圍(wei)內進行。熱(re)成形(xing)后(hou)可(ke)以空冷(leng)，但(dan)為(wei)了減輕合金的(de)晶間(jian)腐蝕傾向，應(ying)盡量快(kuai)速(su)通過540~760℃敏(min)化(hua)區。

   2. 冷加工(gong)

     合金的(de)冷加工成型(xing)性能(neng)近似于(yu)(yu)18-8型(xing)奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼(gang)，但加工硬化(hua)傾(qing)向低于(yu)(yu)18-8型(xing)奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼(gang)。盡管如(ru)此，在冷加工成型(xing)過(guo)程中，中間(jian)軟(ruan)化(hua)退(tui)火常(chang)常(chang)是需要的(de)，中間(jian)退(tui)火溫度與固(gu)溶退(tui)火溫度相(xiang)同。

   3. 熱處理(li)

    合金(jin)(jin)的(de)固(gu)溶退火(huo)溫(wen)度(du)(du)在(zai)920~980℃ , 一(yi)般(ban)控制在(zai)980℃ ,±10℃保溫(wen)時間視產品厚(hou)度(du)(du)而定，但保溫(wen)時間不(bu)得少(shao)于(yu)10分鐘，對于(yu)高碳合金(jin)(jin)且在(zai)550℃以上溫(wen)度(du)(du)使用(yong)者，其固(gu)溶處(chu)理(li)(li)溫(wen)度(du)(du)應為1150~1205℃。消(xiao)除應力(li)的(de)熱處(chu)理(li)(li)，一(yi)般(ban)在(zai)540℃以上即可產生效果(guo)，但殘余應力(li)的(de)完(wan)全消(xiao)除需在(zai)高于(yu)870℃的(de)溫(wen)度(du)(du)進行退火(huo)。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合(he)金(jin)焊(han)接(jie)性能(neng)良好，可(ke)釆用通(tong)常的焊(han)接(jie)方法(fa)進行 焊(han)接(jie)。試驗表明(ming)，釆用新2號焊(han)絲對00Cr20Ni32AlTi合(he)金(jin)管(guan)材與(yu)不(bu)銹鋼管(guan)板進行 TIG焊(han)接(jie)，取得了(le)滿意(yi)的效果(guo)。合(he)金(jin)的抗裂性能(neng)良好，接(jie)頭的晶間腐蝕(shi)、應力腐 蝕(shi)等亦近于母材。根據使用條件可(ke)選用表10-11所列的焊(han)接(jie)材料(liao)。

五、物理性(xing)能

    Cr20Ni32Fe合(he)金的物(wu)理性能(neng)隨合(he)金的成分和試驗(yan)條件會有微(wei)小變(bian)化(hua)，但(dan)不會有大的變(bian)動。1Cr20Ni32Fe合(he)金(Incoloy 800)的物(wu)理性能(neng)見(jian)表10-12和圖(tu) 10-24。

六、應用

  產品類型和應(ying)用(yong)舉例：此(ci)類合金(jin)的冶金(jin)生產工藝與通(tong)常的18-8型奧氏體不 銹(xiu)鋼類似，可(ke)以(yi)提(ti)供板（中板、薄板）、管（熱擠壓和冷加工管）、絲、帶、棒 和鍛件等冶金(jin)產品，亦可(ke)以(yi)提(ti)供各(ge)種鑄件。

  Cr20Ni32Fe合金(jin)在含(han)氯化物(wu)和低濃度NaOH的(de)(de)苛性水介質中具有優良(liang)的(de)(de)耐(nai)應力 腐蝕性能(neng)，廣泛用于制造耐(nai)應力腐蝕破壞的(de)(de)設(she)備，代(dai)替慣用的(de)(de)18-8奧氏體(ti)不銹鋼。

   在動(dong)力(li)工(gong)業中，用以制造壓水(shui)堆(dui)蒸發器、高(gao)溫氣冷(leng)堆(dui)、鈉冷(leng)快堆(dui)換熱器，以 及過熱蒸汽管(guan)。

   在化(hua)學加工業中，用以(yi)制(zhi)造硝酸冷卻器、醋酐裂化(hua)管以(yi)及各種換熱設備。