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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。

  標準型是早期的Cr20Ni32型合金，碳含量0.1%。

  高碳型合金(jin)的碳含量(C)處于(yu)0.05%~0.1%之間(jian)。主要用(yong)于(yu)600℃以上(shang)， 具有(you)粗晶粒、高蠕變強度的特點(dian)。在化(hua)工、電廠、石油化(hua)學工業(ye)中(zhong)的過(guo)熱(re)器、再熱(re)器、高溫加熱(re)、轉化(hua)、裂(lie)解爐(lu)管等方面應(ying)用(yong)。

  中(zhong)碳型合金的(de)碳含量在0.03%~0.06%范圍之間，具有(you)中(zhong)等晶粒(li)度，一(yi) 般用于350℃~600℃ 使用的(de)過熱(re)(re)器、再熱(re)(re)器等熱(re)(re)強(qiang)部件(jian)。也適用于高溫(750℃)氣冷堆(dui)換熱(re)(re)器。

  低(di)(di)碳型有時也稱改良型。它是標準型合金Cr20Ni32Fe合金的(de)(de)改進和(he)發展。我 國鋼標號為00Cr20Ni32AlTi。碳含量(C)低(di)(di)于0.03%并要(yao)求控制(zhi)合金中的(de)(de)Ti/C和(he)Ti/C+N比值以(yi)及(ji)Al、Co等含量。此合金的(de)(de)特點是超(chao)低(di)(di)碳、細晶粒，充(chong)分穩定化(hua)、耐應力腐蝕(shi)性能優良,低(di)(di)碳型合金使用溫(wen)度≤350℃ ,主要(yao)用于壓水堆蒸發器(qi)。

一、化(hua)學成分和(he)組織結構

  經近60年的演變、發展的各種Cr20Ni32合金(jin)的派生牌號(hao)的化學(xue)成分列于表 10-2。

  表(biao)10-2所列合(he)金在高(gao)溫固溶快冷條件(jian)下的組織(zhi)為奧氏體，但(dan)在500~900℃ 中溫加(jia)熱，此合(he)金有(you)可能處于(yu)雙相區，對于(yu)Ni處于(yu)下限，Cr處于(yu)上限的合(he)金可能性更大。業已發現，在650℃和750℃長期加(jia)熱有(you)δ相析出，但(dan)數量較少，尚不足以影響合(he)金的斷裂性能。

  合金(jin)(jin)的析出行為C曲(qu)線(xian)，如圖10-10 所示，析出相種(zhong)類和(he)數(shu)量(liang)受(shou)合金(jin)(jin)成分和(he)受(shou)熱條件所制約。

二(er)、力學性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合金(jin)的(de)室(shi)溫(wen)力(li)學性(xing)能匯總于表(biao)(biao)10-3,典型的(de)室(shi)溫(wen)抗拉(la)和抗壓強度見(jian)表(biao)(biao)10-4。表(biao)(biao)10-5為超低碳型 Cr20Ni32Fe合金(jin)的(de)室(shi)溫(wen)和350℃的(de)力(li)學性(xing)能。 溫(wen)瞬時(shi)拉(la)伸性(xing)能如圖10-11和圖10-12所示。Cr20Ni32Fe 合金(jin)的(de)高溫(wen)長時(shi)力(li)學性(xing)能見(jian)表(biao)(biao)10-6、圖10-13和圖10-14。

三(san)、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。

  2. 高溫腐蝕

  盡管Cr20Ni32Fe合金在濕態介質中(zhong)具(ju)有較好的(de)(de)(de)耐(nai)蝕性(xing)，但(dan)此類合金良(liang)好的(de)(de)(de)耐(nai)高(gao)(gao)溫(wen)腐(fu)蝕性(xing)能(neng)(neng)是(shi)其(qi)突出優點。在高(gao)(gao)溫(wen)條件下，由于合金中(zhong)具(ju)有較高(gao)(gao)的(de)(de)(de)銘含量(liang)和(he)足夠的(de)(de)(de)鎳(nie)含量(liang)，使(shi)其(qi)能(neng)(neng)形成防護性(xing)良(liang)好的(de)(de)(de)氧化膜，具(ju)有良(liang)好的(de)(de)(de)抗滲碳性(xing)能(neng)(neng)，是(shi)耐(nai)高(gao)(gao)溫(wen)腐(fu)蝕的(de)(de)(de)良(liang)好材料，在工業中(zhong)得到了廣(guang)泛應(ying)用。

  在高溫爐氣中 Cr20Ni32Fe合金的(de)耐蝕性(xing)優于一般奧氏(shi)體不銹鋼，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(shen)碳(tan)性能(neng)，Cr20Ni32Fe具有良好的(de)(de)抗(kang)滲(shen)碳(tan)性能(neng)，試驗室(shi)試驗結果見表(biao) 10-10。它的(de)(de)抗(kang)滲(shen)碳(tan)性能(neng)優于常規(gui)不銹鋼，相當于含質量分數(shu)為25% 鉻的(de)(de)耐髙溫 腐蝕的(de)(de)奧氏體不銹鋼。

  3. 晶間腐蝕

   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. 應力腐蝕

    a. 高溫水介(jie)質(zhi)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(jin)管(guan)Cr20Ni32Fe合(he)(he)金表現(xian)出良好的(de)(de)(de)耐應(ying)力(li)(li)腐蝕性(xing)，但此合(he)(he)金對(dui)應(ying)力(li)(li)腐蝕并(bing)非免疫。在各種高溫(wen)水中的(de)(de)(de)耐應(ying)力(li)(li)腐蝕性(xing)能與合(he)(he)金成分(fen)、熱處理(li)條件(jian)、冷(leng)變(bian)形(xing)(xing)等 有密切關系。試驗結(jie)(jie)果指出，降低(di)合(he)(he)金中的(de)(de)(de)碳含(han)量(liang)(≤0.03%),提高鎳含(han) 量(liang)，增大(da)Ti/C比將提高合(he)(he)金的(de)(de)(de)耐應(ying)力(li)(li)腐蝕性(xing)能。通常敏化(hua)和(he)冷(leng)變(bian)形(xing)(xing)對(dui)合(he)(he)金的(de)(de)(de)耐應(ying)力(li)(li)腐蝕性(xing)能有害，但有的(de)(de)(de)試驗結(jie)(jie)果指出，650℃長期時(shi)效可顯著降低(di)合(he)(he)金的(de)(de)(de)應(ying)力(li)(li)腐蝕敏感性(xing)。

   b. 苛性水介質中(zhong)

   在壓水(shui)堆蒸發(fa)器和鈉冷快堆蒸發(fa)器中，有可(ke)能會出現含NaOH的(de)苛性水(shui)介(jie)質(zhi)，目(mu)前已遇到18-8不銹(xiu)鋼和 Inconel 600合金的(de)苛性應力腐蝕(shi)破裂問(wen)題。

  大(da)量的(de)研究表(biao)明(ming)Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)(jin)在含(han)NaOH的(de)苛(ke)性水介質(zhi)中(zhong)(zhong)的(de)耐應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕性能取(qu)決(jue)于NaOH濃(nong)度(du)和(he)(he)(he)應(ying)(ying)力(li)水平(圖(tu)10-19 和(he)(he)(he) 圖(tu)10-20)。 NaOH濃(nong)度(du)和(he)(he)(he)應(ying)(ying)力(li)水平愈高(gao)，合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)耐應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕性能下降。對低碳型的(de)00Cr20Ni32AITi合(he)(he)金(jin)(jin)只有(you)在低 NaOH濃(nong)度(du)、低應(ying)(ying)力(li)下才處(chu)于免疫區(qu)（見圖(tu)10-21，該圖(tu)中(zhong)(zhong)NaOH為質(zhi)量分(fen)數）。 因(yin)此(ci)，只有(you)在使(shi)用過程中(zhong)(zhong)避免高(gao)應(ying)(ying)力(li)出現和(he)(he)(he)防止NaOH濃(nong)縮，才能保證采(cai)用 00Cr20Ni32AlTi合(he)(he)金(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(re)加工(gong)、冷加工(gong)、熱(re)處理和(he)焊接(jie)性能

   1. 熱加工

    Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的(de)(de)熱(re)加(jia)(jia)工性能(neng)良好，類似于一般(ban)Cr-Ni奧氏體 不銹鋼，熱(re)加(jia)(jia)工溫度范(fan)圍為900~1200℃，合(he)金(jin)的(de)(de)熱(re)彎(wan)成形通常在(zai)1000~1150℃ 范(fan)圍內(nei)進行。熱(re)成形后可以空冷，但(dan)為了(le)減輕合(he)金(jin)的(de)(de)晶間腐蝕傾向，應盡量快速通過540~760℃敏化區。

   2. 冷加工

     合金的(de)冷加工(gong)成型(xing)(xing)性(xing)能近似于(yu)18-8型(xing)(xing)奧氏(shi)體不(bu)銹鋼，但加工(gong)硬化傾(qing)向(xiang)低于(yu)18-8型(xing)(xing)奧氏(shi)體不(bu)銹鋼。盡管如此(ci)，在冷加工(gong)成型(xing)(xing)過程中，中間軟(ruan)化退(tui)火(huo)(huo)(huo)常常是需要的(de)，中間退(tui)火(huo)(huo)(huo)溫(wen)度與固溶退(tui)火(huo)(huo)(huo)溫(wen)度相同。

   3. 熱處理

    合(he)金(jin)的固溶退(tui)火(huo)溫(wen)(wen)度(du)(du)在(zai)920~980℃ , 一般(ban)控制在(zai)980℃ ,±10℃保溫(wen)(wen)時(shi)間視(shi)產(chan)品(pin)厚(hou)度(du)(du)而(er)定，但保溫(wen)(wen)時(shi)間不得少于10分鐘，對于高(gao)(gao)碳合(he)金(jin)且在(zai)550℃以上溫(wen)(wen)度(du)(du)使用者，其固溶處(chu)理(li)溫(wen)(wen)度(du)(du)應(ying)為(wei)1150~1205℃。消除應(ying)力的熱處(chu)理(li)，一般(ban)在(zai)540℃以上即可(ke)產(chan)生效果，但殘余應(ying)力的完(wan)全消除需在(zai)高(gao)(gao)于870℃的溫(wen)(wen)度(du)(du)進行退(tui)火(huo)。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型(xing)合金(jin)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)性(xing)能(neng)良好，可(ke)釆(bian)用(yong)(yong)通常的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)方法進行 焊(han)(han)(han)(han)接(jie)。試驗表明(ming)，釆(bian)用(yong)(yong)新2號焊(han)(han)(han)(han)絲對00Cr20Ni32AlTi合金(jin)管材(cai)與不(bu)銹鋼管板進行 TIG焊(han)(han)(han)(han)接(jie)，取(qu)得了(le)滿意的(de)(de)效果(guo)。合金(jin)的(de)(de)抗裂性(xing)能(neng)良好，接(jie)頭的(de)(de)晶間腐蝕(shi)、應力腐 蝕(shi)等亦近(jin)于母材(cai)。根(gen)據使用(yong)(yong)條件可(ke)選用(yong)(yong)表10-11所列的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)材(cai)料(liao)。

五、物理性能

    Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的物(wu)理性能隨合(he)金(jin)的成分和(he)試(shi)驗條件會有微小(xiao)變化，但不會有大的變動。1Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)(Incoloy 800)的物(wu)理性能見表10-12和(he)圖 10-24。

六、應用

  產(chan)品(pin)類(lei)型和(he)(he)應(ying)用舉例(li)：此(ci)類(lei)合金的冶金生產(chan)工藝與(yu)通常的18-8型奧氏體(ti)不(bu) 銹鋼(gang)類(lei)似，可以(yi)提供(gong)板（中板、薄板）、管（熱擠壓和(he)(he)冷加工管）、絲、帶、棒 和(he)(he)鍛件(jian)等(deng)冶金產(chan)品(pin)，亦可以(yi)提供(gong)各種鑄件(jian)。

  Cr20Ni32Fe合金在含氯化物和低濃度(du)NaOH的(de)苛性(xing)水介質(zhi)中(zhong)具(ju)有(you)優(you)良的(de)耐應(ying)力(li) 腐蝕性(xing)能(neng)，廣泛用(yong)于制造耐應(ying)力(li)腐蝕破壞(huai)的(de)設(she)備，代替慣(guan)用(yong)的(de)18-8奧氏體(ti)不銹鋼(gang)。

   在動力(li)工業中，用以(yi)制造壓水堆(dui)蒸發器(qi)、高(gao)溫氣冷(leng)堆(dui)、鈉冷(leng)快堆(dui)換熱(re)器(qi)，以(yi) 及過熱(re)蒸汽管。

   在(zai)化(hua)(hua)學加工業中，用以制(zhi)造(zao)硝(xiao)酸冷卻器、醋酐裂化(hua)(hua)管以及各(ge)種(zhong)換熱設(she)備。