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產品分類 / 用途

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。


  標準型是早期的(de)Cr20Ni32型合金,碳(tan)含量0.1%。


  高碳(tan)型合金(jin)的碳(tan)含量(C)處于(yu)0.05%~0.1%之間。主要用(yong)于(yu)600℃以上(shang), 具有粗晶(jing)粒、高蠕(ru)變強度的特點。在化(hua)工、電廠、石油化(hua)學工業(ye)中的過熱(re)器、再熱(re)器、高溫加熱(re)、轉(zhuan)化(hua)、裂解爐管(guan)等方面應用(yong)。


  中(zhong)碳型(xing)合金的碳含量(liang)在0.03%~0.06%范圍之間,具有中(zhong)等晶粒度,一 般用(yong)(yong)于350℃~600℃ 使(shi)用(yong)(yong)的過熱器(qi)、再熱器(qi)等熱強部件。也(ye)適用(yong)(yong)于高溫(wen)(750℃)氣冷堆換(huan)熱器(qi)。


  低碳(tan)(tan)型(xing)(xing)有時也稱改良型(xing)(xing)。它是(shi)標準型(xing)(xing)合金(jin)(jin)Cr20Ni32Fe合金(jin)(jin)的(de)(de)改進和(he)(he)發(fa)展。我 國(guo)鋼(gang)標號為00Cr20Ni32AlTi。碳(tan)(tan)含量(liang)(C)低于0.03%并要(yao)求(qiu)控(kong)制合金(jin)(jin)中的(de)(de)Ti/C和(he)(he)Ti/C+N比值(zhi)以及Al、Co等(deng)含量(liang)。此合金(jin)(jin)的(de)(de)特點是(shi)超低碳(tan)(tan)、細晶粒,充分(fen)穩定化(hua)、耐(nai)應力腐(fu)蝕性能優良,低碳(tan)(tan)型(xing)(xing)合金(jin)(jin)使用(yong)溫(wen)度≤350℃ ,主要(yao)用(yong)于壓(ya)水(shui)堆蒸發(fa)器。



一、化學成分和組(zu)織結構


  經近60年的演(yan)變、發展的各種Cr20Ni32合(he)金的派生牌號的化學成(cheng)分列于(yu)表 10-2。



表 10-2.jpg



  表10-2所列合(he)金在高(gao)溫固溶快冷條件下的(de)組織(zhi)為奧氏(shi)體(ti),但在500~900℃ 中溫加熱(re),此合(he)金有可(ke)能處于(yu)雙相區,對(dui)于(yu)Ni處于(yu)下限,Cr處于(yu)上限的(de)合(he)金可(ke)能性(xing)更(geng)大。業(ye)已發現,在650℃和750℃長期加熱(re)有δ相析出,但數(shu)量較少,尚不足以(yi)影響合(he)金的(de)斷裂性(xing)能。


圖 10-10.jpg


  合金的析(xi)出(chu)行為C曲線,如圖10-10 所示,析(xi)出(chu)相種類(lei)和數量受合金成分(fen)和受熱條件所制約。



二、力(li)學性能(neng)


 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合(he)金的室(shi)溫(wen)力(li)學(xue)性(xing)(xing)(xing)能(neng)匯總于表(biao)10-3,典型(xing)的室(shi)溫(wen)抗拉和抗壓強(qiang)度見表(biao)10-4。表(biao)10-5為超低碳型(xing) Cr20Ni32Fe合(he)金的室(shi)溫(wen)和350℃的力(li)學(xue)性(xing)(xing)(xing)能(neng)。 溫(wen)瞬(shun)時拉伸性(xing)(xing)(xing)能(neng)如(ru)圖(tu)10-11和圖(tu)10-12所(suo)示。Cr20Ni32Fe 合(he)金的高溫(wen)長時力(li)學(xue)性(xing)(xing)(xing)能(neng)見表(biao)10-6、圖(tu)10-13和圖(tu)10-14。


表 10-3.jpg

表 10-5.jpg


三、耐蝕性能


  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。


表 10-7.jpg

表 10-7.1.jpg


  2. 高溫腐(fu)蝕(shi)


  盡管Cr20Ni32Fe合金(jin)在濕態(tai)介質中具有較好(hao)的(de)耐蝕(shi)性(xing)(xing),但此類合金(jin)良好(hao)的(de)耐高溫(wen)(wen)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)能是其(qi)突(tu)出優點。在高溫(wen)(wen)條件下,由于(yu)合金(jin)中具有較高的(de)銘含(han)量(liang)和足(zu)夠的(de)鎳含(han)量(liang),使(shi)其(qi)能形成防(fang)護性(xing)(xing)良好(hao)的(de)氧化膜,具有良好(hao)的(de)抗滲(shen)碳性(xing)(xing)能,是耐高溫(wen)(wen)腐(fu)蝕(shi)的(de)良好(hao)材(cai)料,在工業中得(de)到(dao)了廣泛應用(yong)。


  在高溫爐氣中 Cr20Ni32Fe合金的耐蝕(shi)性優(you)于一般奧氏體不銹鋼,數據見表 10-8。


表 10-8.jpg


    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。


表 10-9.jpg

   抗(kang)滲碳性能(neng),Cr20Ni32Fe具有良好(hao)的(de)抗(kang)滲碳性能(neng),試(shi)驗室試(shi)驗結果見表 10-10。它的(de)抗(kang)滲碳性能(neng)優于常規不(bu)銹鋼,相(xiang)當于含質量分數為25% 鉻的(de)耐髙溫 腐蝕的(de)奧氏(shi)體不(bu)銹鋼。



  3. 晶(jing)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。


圖 10-15.jpg

圖 10-16.jpg


   4. 應力腐蝕


    a. 高溫水介質(zhi)中(zhong)


   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。


圖 10-18.jpg


   盡管Cr20Ni32Fe合(he)(he)(he)(he)金(jin)表(biao)現(xian)出(chu)良(liang)好的耐應(ying)力(li)腐蝕性(xing),但此合(he)(he)(he)(he)金(jin)對應(ying)力(li)腐蝕并非免疫。在各種高溫水中的耐應(ying)力(li)腐蝕性(xing)能(neng)(neng)與合(he)(he)(he)(he)金(jin)成分、熱處理條件、冷變形(xing)等(deng) 有密切關系。試驗結(jie)果指出(chu),降低合(he)(he)(he)(he)金(jin)中的碳含量(liang)(≤0.03%),提高鎳含 量(liang),增(zeng)大Ti/C比將提高合(he)(he)(he)(he)金(jin)的耐應(ying)力(li)腐蝕性(xing)能(neng)(neng)。通常敏(min)化(hua)和(he)冷變形(xing)對合(he)(he)(he)(he)金(jin)的耐應(ying)力(li)腐蝕性(xing)能(neng)(neng)有害,但有的試驗結(jie)果指出(chu),650℃長期(qi)時效(xiao)可(ke)顯著降低合(he)(he)(he)(he)金(jin)的應(ying)力(li)腐蝕敏(min)感性(xing)。


   b. 苛性水介質中


   在壓(ya)水堆(dui)蒸發器(qi)和鈉冷(leng)快堆(dui)蒸發器(qi)中,有可能會(hui)出現含NaOH的苛性水介質,目前已遇(yu)到18-8不銹鋼和 Inconel 600合金的苛性應力(li)腐蝕破裂問題。


圖 10-19.jpg

  大量的(de)研(yan)究表明Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)在(zai)含NaOH的(de)苛性水介質(zhi)(zhi)中(zhong)的(de)耐(nai)應(ying)力腐蝕性能(neng)取決于(yu)NaOH濃度(du)和應(ying)力水平(圖(tu)10-19 和 圖(tu)10-20)。 NaOH濃度(du)和應(ying)力水平愈高,合(he)金(jin)的(de)耐(nai)應(ying)力腐蝕性能(neng)下(xia)降。對(dui)低(di)(di)碳型的(de)00Cr20Ni32AITi合(he)金(jin)只(zhi)有在(zai)低(di)(di) NaOH濃度(du)、低(di)(di)應(ying)力下(xia)才處(chu)于(yu)免疫區(qu)(見(jian)圖(tu)10-21,該(gai)圖(tu)中(zhong)NaOH為質(zhi)(zhi)量分數(shu))。 因此,只(zhi)有在(zai)使用(yong)過(guo)程中(zhong)避免高應(ying)力出現和防(fang)止(zhi)NaOH濃縮(suo),才能(neng)保證采用(yong) 00Cr20Ni32AlTi合(he)金(jin)設備(bei)的(de)安全運行。


   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。


圖 10-23.jpg


四、 熱(re)加(jia)工、冷加(jia)工、熱(re)處理和焊接(jie)性能


   1. 熱加工


    Cr20Ni32Fe合(he)金的熱(re)(re)加(jia)(jia)工(gong)性能(neng)良(liang)好,類似于一般Cr-Ni奧氏體 不(bu)銹鋼,熱(re)(re)加(jia)(jia)工(gong)溫度范圍(wei)為(wei)900~1200℃,合(he)金的熱(re)(re)彎成形通常在1000~1150℃ 范圍(wei)內進行。熱(re)(re)成形后(hou)可以(yi)空冷,但為(wei)了減輕(qing)合(he)金的晶(jing)間腐(fu)蝕傾向,應(ying)盡(jin)量快速通過(guo)540~760℃敏化區。


   2. 冷加工(gong)


     合(he)金(jin)的冷加(jia)工(gong)成(cheng)型(xing)性能近(jin)似于(yu)18-8型(xing)奧(ao)氏(shi)(shi)體不銹鋼,但(dan)加(jia)工(gong)硬化(hua)(hua)傾向低于(yu)18-8型(xing)奧(ao)氏(shi)(shi)體不銹鋼。盡管(guan)如此,在冷加(jia)工(gong)成(cheng)型(xing)過程中,中間軟(ruan)化(hua)(hua)退火常常是需要的,中間退火溫(wen)度與固溶退火溫(wen)度相同。


   3. 熱處理


    合(he)金(jin)的固(gu)溶退火(huo)溫(wen)(wen)度(du)在920~980℃ , 一般(ban)控(kong)制在980℃ ,±10℃保溫(wen)(wen)時間視產品厚度(du)而定,但保溫(wen)(wen)時間不得少(shao)于(yu)(yu)10分鐘,對于(yu)(yu)高碳合(he)金(jin)且(qie)在550℃以上溫(wen)(wen)度(du)使(shi)用者,其固(gu)溶處(chu)理溫(wen)(wen)度(du)應(ying)為1150~1205℃。消除應(ying)力的熱(re)處(chu)理,一般(ban)在540℃以上即可產生效果,但殘余應(ying)力的完全消除需在高于(yu)(yu)870℃的溫(wen)(wen)度(du)進行退火(huo)。

  

   4. 焊接


    Cr20Ni32Fe型合金(jin)焊(han)接(jie)性能良(liang)好,可(ke)釆用(yong)通常的焊(han)接(jie)方法進(jin)行 焊(han)接(jie)。試驗表明,釆用(yong)新2號焊(han)絲對00Cr20Ni32AlTi合金(jin)管(guan)材(cai)與不銹鋼管(guan)板進(jin)行 TIG焊(han)接(jie),取得了滿意的效果。合金(jin)的抗裂(lie)性能良(liang)好,接(jie)頭的晶間腐(fu)蝕(shi)、應力腐(fu) 蝕(shi)等亦(yi)近于母材(cai)。根據(ju)使用(yong)條(tiao)件(jian)可(ke)選用(yong)表10-11所列的焊(han)接(jie)材(cai)料(liao)。


表 10-11.jpg


五(wu)、物理性能


    Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)的物理(li)(li)性(xing)能(neng)隨合(he)(he)金(jin)的成分(fen)和試驗條件會有(you)微小變化,但不會有(you)大(da)的變動。1Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)(Incoloy 800)的物理(li)(li)性(xing)能(neng)見表10-12和圖 10-24。


表 10-12.jpg


六(liu)、應用


  產品(pin)類(lei)型(xing)和應(ying)用舉(ju)例(li):此類(lei)合金(jin)(jin)的(de)冶金(jin)(jin)生產工藝(yi)與通常的(de)18-8型(xing)奧氏(shi)體不 銹(xiu)鋼類(lei)似,可以(yi)提供(gong)板(ban)(中板(ban)、薄(bo)板(ban))、管(熱擠壓和冷加工管)、絲(si)、帶、棒 和鍛件等冶金(jin)(jin)產品(pin),亦可以(yi)提供(gong)各(ge)種鑄件。


  Cr20Ni32Fe合金在含氯化物(wu)和低濃度NaOH的(de)(de)苛性(xing)水介質中(zhong)具有優良的(de)(de)耐(nai)應力 腐蝕(shi)性(xing)能,廣泛用于制造(zao)耐(nai)應力腐蝕(shi)破壞的(de)(de)設備,代替慣用的(de)(de)18-8奧(ao)氏(shi)體不銹鋼(gang)。


   在(zai)動(dong)力工業中,用(yong)以(yi)制造壓水堆蒸發(fa)器、高溫氣冷堆、鈉冷快堆換(huan)熱器,以(yi) 及過熱蒸汽(qi)管。


   在(zai)化(hua)學加工(gong)業中,用以制造硝酸冷卻器、醋酐(gan)裂化(hua)管以及各(ge)種(zhong)換熱設備(bei)。