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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(zhun)型(xing)是早期的Cr20Ni32型(xing)合(he)金，碳(tan)含(han)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(zhu)要(yao)用于(yu)600℃以上， 具有粗晶粒、高蠕變(bian)強(qiang)度的特點(dian)。在化(hua)(hua)工、電廠、石油(you)化(hua)(hua)學(xue)工業中的過熱器、再熱器、高溫加(jia)熱、轉化(hua)(hua)、裂(lie)解爐管等(deng)方(fang)面應用。

  中碳型合金的碳含量在(zai)0.03%~0.06%范圍之間，具(ju)有中等(deng)晶粒度，一(yi) 般用于350℃~600℃ 使用的過熱(re)器(qi)、再熱(re)器(qi)等(deng)熱(re)強(qiang)部件。也適用于高溫(750℃)氣冷堆換熱(re)器(qi)。

  低(di)(di)碳型(xing)有時也稱改良(liang)型(xing)。它是標準型(xing)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)Cr20Ni32Fe合(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)改進(jin)和發展。我 國(guo)鋼(gang)標號為00Cr20Ni32AlTi。碳含量(liang)(C)低(di)(di)于(yu)0.03%并要求控(kong)制合(he)(he)(he)金(jin)(jin)中(zhong)的(de)Ti/C和Ti/C+N比值以(yi)及Al、Co等含量(liang)。此合(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)特點(dian)是超(chao)低(di)(di)碳、細晶粒，充分穩定化、耐應力腐蝕性(xing)能優(you)良(liang),低(di)(di)碳型(xing)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)使用溫度(du)≤350℃ ,主要用于(yu)壓水(shui)堆(dui)蒸發器。

一、化學成分和組織結(jie)構

  經近60年的演變、發展的各種Cr20Ni32合(he)金的派生牌號的化學成分列于表 10-2。

  表(biao)10-2所列合(he)金在(zai)高溫(wen)固溶(rong)快(kuai)冷條件下的(de)組織(zhi)為奧氏體，但在(zai)500~900℃ 中(zhong)溫(wen)加(jia)(jia)熱，此(ci)合(he)金有(you)可能(neng)處(chu)于雙(shuang)相區，對于Ni處(chu)于下限，Cr處(chu)于上限的(de)合(he)金可能(neng)性更大。業已發現，在(zai)650℃和750℃長(chang)期加(jia)(jia)熱有(you)δ相析出，但數(shu)量較少，尚不(bu)足以影響合(he)金的(de)斷裂性能(neng)。

  合金的析(xi)出行為C曲線，如(ru)圖(tu)10-10 所示，析(xi)出相種(zhong)類和數量(liang)受(shou)(shou)合金成(cheng)分和受(shou)(shou)熱條件(jian)所制約。

二、力學(xue)性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合(he)金(jin)(jin)的(de)室溫(wen)(wen)力(li)(li)學性(xing)能(neng)匯總于表(biao)(biao)10-3,典型的(de)室溫(wen)(wen)抗拉和(he)抗壓強度見表(biao)(biao)10-4。表(biao)(biao)10-5為(wei)超低碳型 Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)(jin)的(de)室溫(wen)(wen)和(he)350℃的(de)力(li)(li)學性(xing)能(neng)。 溫(wen)(wen)瞬時(shi)拉伸(shen)性(xing)能(neng)如圖(tu)10-11和(he)圖(tu)10-12所(suo)示。Cr20Ni32Fe 合(he)金(jin)(jin)的(de)高溫(wen)(wen)長時(shi)力(li)(li)學性(xing)能(neng)見表(biao)(biao)10-6、圖(tu)10-13和(he)圖(tu)10-14。

三、耐蝕性能(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(gao)溫腐蝕(shi)

  盡管(guan)Cr20Ni32Fe合金(jin)(jin)在(zai)濕態介(jie)質中(zhong)具有(you)較好的(de)耐蝕性(xing)，但此(ci)類合金(jin)(jin)良(liang)好的(de)耐高溫(wen)腐(fu)蝕性(xing)能是其突出優點。在(zai)高溫(wen)條(tiao)件下，由于合金(jin)(jin)中(zhong)具有(you)較高的(de)銘含量(liang)和足(zu)夠的(de)鎳(nie)含量(liang)，使其能形成防護性(xing)良(liang)好的(de)氧化膜，具有(you)良(liang)好的(de)抗滲碳性(xing)能，是耐高溫(wen)腐(fu)蝕的(de)良(liang)好材料，在(zai)工(gong)業中(zhong)得到了廣泛應用。

  在(zai)高溫(wen)爐氣中 Cr20Ni32Fe合金的(de)耐蝕性優于一般奧(ao)氏(shi)體不銹鋼，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(kang)(kang)滲碳(tan)性能(neng)，Cr20Ni32Fe具(ju)有良好的(de)抗(kang)(kang)滲碳(tan)性能(neng)，試(shi)驗(yan)室試(shi)驗(yan)結果見表 10-10。它的(de)抗(kang)(kang)滲碳(tan)性能(neng)優于(yu)常規(gui)不(bu)銹鋼，相當于(yu)含質量分數為25% 鉻的(de)耐髙(gao)溫 腐蝕的(de)奧氏體(ti)不(bu)銹鋼。

  3. 晶間腐(fu)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(gao)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Cr20Ni32Fe合金表(biao)現出(chu)(chu)良好(hao)的(de)(de)(de)耐應(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)，但此合金對應(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)并非免疫。在各種高(gao)溫水中(zhong)的(de)(de)(de)耐應(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)能與(yu)合金成分、熱處理(li)條件、冷(leng)變形等 有(you)密切關(guan)系(xi)。試驗結果指出(chu)(chu)，降(jiang)低合金中(zhong)的(de)(de)(de)碳含(han)量(liang)(≤0.03%),提高(gao)鎳含(han) 量(liang)，增(zeng)大Ti/C比將(jiang)提高(gao)合金的(de)(de)(de)耐應(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)能。通(tong)常敏(min)化和冷(leng)變形對合金的(de)(de)(de)耐應(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)能有(you)害，但有(you)的(de)(de)(de)試驗結果指出(chu)(chu)，650℃長期時(shi)效可顯著(zhu)降(jiang)低合金的(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)敏(min)感(gan)性(xing)。

   b. 苛性水(shui)介質中

   在壓水(shui)堆(dui)蒸發器(qi)(qi)和(he)鈉冷(leng)快堆(dui)蒸發器(qi)(qi)中(zhong)，有(you)可(ke)能(neng)會出現含(han)NaOH的(de)苛性水(shui)介質，目前已遇到18-8不銹(xiu)鋼和(he) Inconel 600合金(jin)的(de)苛性應力腐蝕破裂(lie)問題。

  大量的(de)(de)(de)研(yan)究表(biao)明Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)(jin)在含NaOH的(de)(de)(de)苛(ke)性水(shui)介質中(zhong)的(de)(de)(de)耐應力(li)(li)腐蝕性能(neng)(neng)取決于(yu)NaOH濃(nong)度和應力(li)(li)水(shui)平(ping)(圖10-19 和 圖10-20)。 NaOH濃(nong)度和應力(li)(li)水(shui)平(ping)愈高(gao)，合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)耐應力(li)(li)腐蝕性能(neng)(neng)下降。對低(di)(di)碳型的(de)(de)(de)00Cr20Ni32AITi合(he)金(jin)(jin)只(zhi)有(you)在低(di)(di) NaOH濃(nong)度、低(di)(di)應力(li)(li)下才處于(yu)免疫區（見圖10-21，該圖中(zhong)NaOH為質量分數）。 因此，只(zhi)有(you)在使用過(guo)程中(zhong)避免高(gao)應力(li)(li)出現(xian)和防止NaOH濃(nong)縮(suo)，才能(neng)(neng)保(bao)證采(cai)用 00Cr20Ni32AlTi合(he)金(jin)(jin)設(she)備的(de)(de)(de)安全運行(xing)。

   c. NaCl溶(rong)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(leng)加工、熱處理(li)和(he)焊(han)接性能

   1. 熱(re)加工

    Cr20Ni32Fe合(he)金的(de)熱加工性能良好，類似于一(yi)般Cr-Ni奧氏體 不銹(xiu)鋼，熱加工溫(wen)度范(fan)圍為(wei)900~1200℃，合(he)金的(de)熱彎成(cheng)形(xing)通常在1000~1150℃ 范(fan)圍內進行。熱成(cheng)形(xing)后(hou)可以空(kong)冷(leng)，但為(wei)了(le)減輕(qing)合(he)金的(de)晶間腐(fu)蝕傾向(xiang)，應盡量快速通過540~760℃敏化區。

   2. 冷加工

     合金的(de)冷加(jia)工成型性能近似(si)于(yu)18-8型奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)，但加(jia)工硬(ying)化傾向(xiang)低(di)于(yu)18-8型奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)。盡管(guan)如此，在冷加(jia)工成型過程中，中間軟(ruan)化退(tui)火(huo)常(chang)常(chang)是(shi)需(xu)要的(de)，中間退(tui)火(huo)溫度與固溶退(tui)火(huo)溫度相同(tong)。

   3. 熱處(chu)理

    合金的(de)(de)固溶(rong)退火溫(wen)度(du)在(zai)(zai)920~980℃ , 一般控制在(zai)(zai)980℃ ,±10℃保溫(wen)時間視產(chan)品(pin)厚度(du)而定，但(dan)保溫(wen)時間不得(de)少于(yu)10分鐘，對(dui)于(yu)高碳(tan)合金且在(zai)(zai)550℃以上溫(wen)度(du)使用者，其固溶(rong)處(chu)理(li)溫(wen)度(du)應(ying)為1150~1205℃。消除應(ying)力的(de)(de)熱處(chu)理(li)，一般在(zai)(zai)540℃以上即可產(chan)生效果，但(dan)殘余應(ying)力的(de)(de)完全消除需(xu)在(zai)(zai)高于(yu)870℃的(de)(de)溫(wen)度(du)進行(xing)退火。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合(he)金焊接(jie)(jie)性能良好(hao)，可釆用(yong)通(tong)常的(de)焊接(jie)(jie)方法進行(xing) 焊接(jie)(jie)。試驗表明(ming)，釆用(yong)新2號(hao)焊絲對00Cr20Ni32AlTi合(he)金管材與(yu)不(bu)銹鋼管板進行(xing) TIG焊接(jie)(jie)，取得了滿意的(de)效(xiao)果(guo)。合(he)金的(de)抗裂性能良好(hao)，接(jie)(jie)頭的(de)晶間(jian)腐蝕、應力腐 蝕等亦近于母材。根(gen)據使用(yong)條件(jian)可選用(yong)表10-11所列的(de)焊接(jie)(jie)材料。

五、物理性能

    Cr20Ni32Fe合金的(de)(de)物理性能隨合金的(de)(de)成分和試驗(yan)條件會(hui)有(you)微小變化，但不會(hui)有(you)大的(de)(de)變動。1Cr20Ni32Fe合金(Incoloy 800)的(de)(de)物理性能見表10-12和圖 10-24。

六、應用(yong)

  產品類型和(he)(he)應用舉例：此(ci)類合(he)金(jin)的冶金(jin)生產工藝與通常(chang)的18-8型奧氏(shi)體不 銹(xiu)鋼(gang)類似，可以(yi)提供板(ban)(ban)（中(zhong)板(ban)(ban)、薄板(ban)(ban)）、管（熱擠壓(ya)和(he)(he)冷加工管）、絲(si)、帶、棒 和(he)(he)鍛件等冶金(jin)產品，亦可以(yi)提供各種(zhong)鑄件。

  Cr20Ni32Fe合金(jin)在含氯化物和低濃度NaOH的苛性水介質(zhi)中具(ju)有優良的耐應(ying)力(li)(li) 腐蝕性能，廣泛用(yong)于制造(zao)耐應(ying)力(li)(li)腐蝕破壞(huai)的設備(bei)，代替慣(guan)用(yong)的18-8奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼。

   在動力工業中(zhong)，用以制造壓水(shui)堆(dui)(dui)蒸發器、高溫(wen)氣冷堆(dui)(dui)、鈉冷快堆(dui)(dui)換熱器，以 及過熱蒸汽管。

   在(zai)化學加工業中，用以制(zhi)造硝酸(suan)冷卻器(qi)、醋酐(gan)裂化管以及各種換熱(re)設備(bei)。