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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)型是早期的Cr20Ni32型合金，碳含量0.1%。

  高(gao)碳型合金(jin)的碳含量(liang)(C)處于0.05%~0.1%之間。主要用于600℃以上， 具有粗晶粒、高(gao)蠕(ru)變(bian)強度的特(te)點。在化(hua)工(gong)、電廠、石油化(hua)學(xue)工(gong)業中的過熱(re)(re)(re)器、再(zai)熱(re)(re)(re)器、高(gao)溫加熱(re)(re)(re)、轉化(hua)、裂(lie)解爐(lu)管等方面應用。

  中碳型合金的碳含量在0.03%~0.06%范圍(wei)之間，具(ju)有(you)中等(deng)晶粒度(du)，一(yi) 般(ban)用于350℃~600℃ 使用的過熱器、再熱器等(deng)熱強(qiang)部件。也適用于高溫(750℃)氣(qi)冷堆換(huan)熱器。

  低碳(tan)(tan)型有時也(ye)稱改良型。它是(shi)標準型合(he)金(jin)Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的(de)(de)(de)改進(jin)和發展。我 國鋼標號為00Cr20Ni32AlTi。碳(tan)(tan)含(han)量(liang)(C)低于0.03%并要求控制合(he)金(jin)中的(de)(de)(de)Ti/C和Ti/C+N比值以及Al、Co等含(han)量(liang)。此合(he)金(jin)的(de)(de)(de)特點(dian)是(shi)超低碳(tan)(tan)、細(xi)晶粒，充(chong)分穩定(ding)化、耐應力腐(fu)蝕性(xing)能優良,低碳(tan)(tan)型合(he)金(jin)使用溫度(du)≤350℃ ,主要用于壓水堆(dui)蒸發器。

一、化學成分(fen)和(he)組織結構

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

  表10-2所列合(he)金在高溫固溶快冷條件(jian)下的(de)組織為奧氏體，但在500~900℃ 中(zhong)溫加熱，此合(he)金有(you)(you)可能(neng)(neng)處(chu)于(yu)雙(shuang)相區，對于(yu)Ni處(chu)于(yu)下限，Cr處(chu)于(yu)上(shang)限的(de)合(he)金可能(neng)(neng)性更大。業已發現，在650℃和750℃長期加熱有(you)(you)δ相析出，但數量(liang)較(jiao)少，尚(shang)不足(zu)以影響(xiang)合(he)金的(de)斷裂性能(neng)(neng)。

  合金的析出行為C曲線，如圖10-10 所(suo)示，析出相種類和(he)數(shu)量受(shou)合金成分和(he)受(shou)熱條件所(suo)制約。

二、力(li)學性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合金的(de)(de)室溫(wen)力學(xue)性(xing)能匯總(zong)于表(biao)10-3,典型的(de)(de)室溫(wen)抗(kang)拉和(he)抗(kang)壓強度見表(biao)10-4。表(biao)10-5為超低碳型 Cr20Ni32Fe合金的(de)(de)室溫(wen)和(he)350℃的(de)(de)力學(xue)性(xing)能。 溫(wen)瞬(shun)時拉伸性(xing)能如圖(tu)10-11和(he)圖(tu)10-12所示。Cr20Ni32Fe 合金的(de)(de)高溫(wen)長時力學(xue)性(xing)能見表(biao)10-6、圖(tu)10-13和(he)圖(tu)10-14。

三、耐蝕性能

  1. 全面腐蝕(shi)

  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(wen)腐蝕

  盡管Cr20Ni32Fe合(he)金在濕態介質中具有較(jiao)好(hao)的(de)(de)耐蝕性(xing)，但此類合(he)金良(liang)好(hao)的(de)(de)耐高溫腐蝕性(xing)能(neng)(neng)是其突出優點。在高溫條件下，由于合(he)金中具有較(jiao)高的(de)(de)銘含(han)量(liang)和(he)足夠的(de)(de)鎳(nie)含(han)量(liang)，使其能(neng)(neng)形成防(fang)護性(xing)良(liang)好(hao)的(de)(de)氧(yang)化膜，具有良(liang)好(hao)的(de)(de)抗(kang)滲碳性(xing)能(neng)(neng)，是耐高溫腐蝕的(de)(de)良(liang)好(hao)材料(liao)，在工業(ye)中得到了(le)廣泛應(ying)用。

  在高溫(wen)爐氣中(zhong) Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的耐蝕性(xing)優于一般(ban)奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼，數據(ju)見表(biao) 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)(shen)碳(tan)(tan)性(xing)能(neng)，Cr20Ni32Fe具有良好的抗滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)性(xing)能(neng)，試(shi)驗(yan)(yan)室試(shi)驗(yan)(yan)結果見表 10-10。它的抗滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)性(xing)能(neng)優(you)于常規不銹鋼(gang)，相當于含(han)質(zhi)量分數為25% 鉻的耐(nai)髙溫 腐蝕的奧(ao)氏(shi)體不銹鋼(gang)。

  3. 晶(jing)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(gao)溫水介質中

   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Cr20Ni32Fe合金(jin)表現出良好(hao)的(de)耐應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性，但(dan)(dan)此(ci)合金(jin)對(dui)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)并非免疫(yi)。在各(ge)種高溫水中的(de)耐應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性能(neng)與合金(jin)成(cheng)分、熱處理條件、冷(leng)變形(xing)等 有密(mi)切關系(xi)。試(shi)驗(yan)(yan)結果指出，降低合金(jin)中的(de)碳含(han)(han)量(liang)(≤0.03%),提(ti)高鎳(nie)含(han)(han) 量(liang)，增大Ti/C比將提(ti)高合金(jin)的(de)耐應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性能(neng)。通常敏化和(he)冷(leng)變形(xing)對(dui)合金(jin)的(de)耐應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性能(neng)有害，但(dan)(dan)有的(de)試(shi)驗(yan)(yan)結果指出，650℃長期時效可顯著降低合金(jin)的(de)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)敏感性。

   b. 苛(ke)性水介質(zhi)中

   在(zai)壓(ya)水(shui)堆(dui)(dui)蒸(zheng)發器和鈉冷(leng)快堆(dui)(dui)蒸(zheng)發器中，有可(ke)能會出現含NaOH的苛(ke)性(xing)水(shui)介(jie)質，目前已遇到18-8不銹鋼和 Inconel 600合金的苛(ke)性(xing)應(ying)力(li)腐(fu)蝕破裂問題。

  大量(liang)的(de)(de)研究表明(ming)Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)在含NaOH的(de)(de)苛性水(shui)介質(zhi)中(zhong)的(de)(de)耐應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)性能取決于NaOH濃度和(he)應(ying)力(li)水(shui)平(圖10-19 和(he) 圖10-20)。 NaOH濃度和(he)應(ying)力(li)水(shui)平愈高，合(he)金(jin)的(de)(de)耐應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)性能下(xia)降。對(dui)低碳(tan)型的(de)(de)00Cr20Ni32AITi合(he)金(jin)只有(you)在低 NaOH濃度、低應(ying)力(li)下(xia)才處于免疫區（見圖10-21，該圖中(zhong)NaOH為(wei)質(zhi)量(liang)分數）。 因此，只有(you)在使用(yong)過程中(zhong)避(bi)免高應(ying)力(li)出現和(he)防止NaOH濃縮，才能保證采(cai)用(yong) 00Cr20Ni32AlTi合(he)金(jin)設(she)備的(de)(de)安(an)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)處理和焊(han)接性能

   1. 熱加(jia)工

    Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)的熱(re)加(jia)工(gong)性能良好，類似(si)于一般Cr-Ni奧氏體 不銹鋼，熱(re)加(jia)工(gong)溫(wen)度范圍(wei)為900~1200℃，合(he)(he)金(jin)的熱(re)彎成形通(tong)常(chang)在1000~1150℃ 范圍(wei)內進(jin)行。熱(re)成形后可以空冷，但為了(le)減(jian)輕(qing)合(he)(he)金(jin)的晶間腐蝕(shi)傾(qing)向，應盡量快速通(tong)過540~760℃敏化區。

   2. 冷加(jia)工

     合金的冷加工成型(xing)性(xing)能近(jin)似于18-8型(xing)奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼，但(dan)加工硬化傾向(xiang)低于18-8型(xing)奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼。盡管如此，在冷加工成型(xing)過程中(zhong)(zhong)，中(zhong)(zhong)間(jian)軟化退火(huo)常常是需要的，中(zhong)(zhong)間(jian)退火(huo)溫度與固溶(rong)退火(huo)溫度相同。

   3. 熱處理

    合(he)金(jin)的(de)固(gu)溶(rong)退火(huo)溫度在(zai)(zai)920~980℃ , 一(yi)般控(kong)制在(zai)(zai)980℃ ,±10℃保(bao)溫時(shi)間視產品厚度而(er)定，但(dan)保(bao)溫時(shi)間不得少于(yu)10分鐘(zhong)，對于(yu)高(gao)碳合(he)金(jin)且在(zai)(zai)550℃以上溫度使用者，其固(gu)溶(rong)處(chu)理溫度應(ying)(ying)為1150~1205℃。消(xiao)除應(ying)(ying)力的(de)熱處(chu)理，一(yi)般在(zai)(zai)540℃以上即(ji)可產生(sheng)效果，但(dan)殘余應(ying)(ying)力的(de)完全(quan)消(xiao)除需在(zai)(zai)高(gao)于(yu)870℃的(de)溫度進行退火(huo)。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合(he)金(jin)焊接性能良好，可(ke)釆(bian)用(yong)通(tong)常的(de)焊接方法進(jin)行 焊接。試(shi)驗(yan)表明(ming)，釆(bian)用(yong)新2號焊絲(si)對00Cr20Ni32AlTi合(he)金(jin)管材(cai)與不(bu)銹鋼管板(ban)進(jin)行 TIG焊接，取得了滿意的(de)效果。合(he)金(jin)的(de)抗(kang)裂性能良好，接頭的(de)晶間腐蝕(shi)、應力(li)腐 蝕(shi)等亦近于母材(cai)。根(gen)據使(shi)用(yong)條件可(ke)選用(yong)表10-11所列的(de)焊接材(cai)料。

五、物理性能

    Cr20Ni32Fe合金(jin)的(de)(de)(de)物理性(xing)能(neng)隨合金(jin)的(de)(de)(de)成分和試驗條件會(hui)有(you)微(wei)小變化，但不會(hui)有(you)大的(de)(de)(de)變動(dong)。1Cr20Ni32Fe合金(jin)(Incoloy 800)的(de)(de)(de)物理性(xing)能(neng)見表10-12和圖 10-24。

六、應(ying)用(yong)

  產品類(lei)型(xing)和(he)應用舉(ju)例：此類(lei)合金(jin)(jin)的冶金(jin)(jin)生(sheng)產工藝(yi)與通常的18-8型(xing)奧氏體不 銹鋼類(lei)似，可以(yi)提供板（中板、薄板）、管(guan)（熱擠壓(ya)和(he)冷加(jia)工管(guan)）、絲(si)、帶、棒 和(he)鍛件等冶金(jin)(jin)產品，亦可以(yi)提供各種鑄件。

  Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)在(zai)含氯化物和低(di)濃度(du)NaOH的苛性(xing)水介(jie)質中具有優良(liang)的耐應力 腐(fu)蝕(shi)性(xing)能，廣泛用(yong)于制(zhi)造(zao)耐應力腐(fu)蝕(shi)破壞的設備，代替慣用(yong)的18-8奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼。

   在動(dong)力(li)工業中，用以制(zhi)造壓水堆蒸發(fa)器、高溫氣(qi)冷堆、鈉冷快堆換熱器，以 及過熱蒸汽管。

   在化學加工業中(zhong)，用以制造硝酸(suan)冷卻器、醋酐裂化管以及各種(zhong)換熱設(she)備。