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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。

  標準型是早期的Cr20Ni32型合金，碳含量0.1%。

  高碳(tan)型(xing)合金的(de)碳(tan)含量(C)處于0.05%~0.1%之(zhi)間。主要用于600℃以上， 具有(you)粗晶粒、高蠕變強度的(de)特點。在化工、電(dian)廠、石油化學工業中(zhong)的(de)過熱(re)器、再熱(re)器、高溫(wen)加熱(re)、轉化、裂解爐管等方面(mian)應用。

  中碳(tan)(tan)型合金(jin)的碳(tan)(tan)含(han)量(liang)在0.03%~0.06%范圍之(zhi)間，具有中等晶粒度，一 般(ban)用于(yu)350℃~600℃ 使用的過熱(re)器(qi)(qi)、再熱(re)器(qi)(qi)等熱(re)強(qiang)部件。也適用于(yu)高溫(750℃)氣冷堆(dui)換(huan)熱(re)器(qi)(qi)。

  低(di)碳(tan)型(xing)有時也(ye)稱改良(liang)型(xing)。它是標準型(xing)合金(jin)(jin)Cr20Ni32Fe合金(jin)(jin)的(de)改進(jin)和(he)發展。我(wo) 國鋼標號為00Cr20Ni32AlTi。碳(tan)含量(C)低(di)于(yu)0.03%并要求控(kong)制合金(jin)(jin)中的(de)Ti/C和(he)Ti/C+N比值以及Al、Co等含量。此合金(jin)(jin)的(de)特點是超低(di)碳(tan)、細晶粒(li)，充分穩定化、耐應力(li)腐(fu)蝕性能(neng)優良(liang),低(di)碳(tan)型(xing)合金(jin)(jin)使用(yong)溫度≤350℃ ,主要用(yong)于(yu)壓水堆蒸(zheng)發器(qi)。

一、化(hua)學成分和組織結構

  經近60年的(de)演變、發展的(de)各種Cr20Ni32合金的(de)派生牌號的(de)化學(xue)成分列(lie)于表 10-2。

  表10-2所(suo)列合(he)金在(zai)高溫固溶(rong)快冷條件下的(de)組織為(wei)奧氏體(ti)，但在(zai)500~900℃ 中溫加熱，此合(he)金有可(ke)能(neng)(neng)處于(yu)雙相區(qu)，對于(yu)Ni處于(yu)下限，Cr處于(yu)上限的(de)合(he)金可(ke)能(neng)(neng)性(xing)更大(da)。業已發現，在(zai)650℃和750℃長期加熱有δ相析出，但數量(liang)較(jiao)少，尚不足(zu)以影響合(he)金的(de)斷裂性(xing)能(neng)(neng)。

  合(he)金的析出(chu)行為(wei)C曲(qu)線(xian)，如圖10-10 所(suo)示，析出(chu)相種(zhong)類和數量受(shou)合(he)金成分和受(shou)熱條件所(suo)制約。

二、力學性(xing)能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合金(jin)的室溫(wen)(wen)(wen)力(li)(li)學(xue)性能匯總(zong)于表(biao)10-3,典型(xing)(xing)的室溫(wen)(wen)(wen)抗(kang)(kang)拉(la)(la)和(he)抗(kang)(kang)壓強度見表(biao)10-4。表(biao)10-5為超低碳型(xing)(xing) Cr20Ni32Fe合金(jin)的室溫(wen)(wen)(wen)和(he)350℃的力(li)(li)學(xue)性能。 溫(wen)(wen)(wen)瞬時拉(la)(la)伸性能如圖(tu)10-11和(he)圖(tu)10-12所示(shi)。Cr20Ni32Fe 合金(jin)的高(gao)溫(wen)(wen)(wen)長時力(li)(li)學(xue)性能見表(biao)10-6、圖(tu)10-13和(he)圖(tu)10-14。

三、耐蝕性能

  1. 全面腐蝕

  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)(he)金(jin)在濕態介(jie)質中具(ju)有(you)較(jiao)好(hao)的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)，但此類合(he)(he)(he)金(jin)良好(hao)的(de)(de)耐(nai)高(gao)溫腐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)能是其(qi)突出優點。在高(gao)溫條(tiao)件(jian)下，由于(yu)合(he)(he)(he)金(jin)中具(ju)有(you)較(jiao)高(gao)的(de)(de)銘含量(liang)和足(zu)夠的(de)(de)鎳含量(liang)，使(shi)其(qi)能形成防護(hu)性(xing)(xing)良好(hao)的(de)(de)氧化膜，具(ju)有(you)良好(hao)的(de)(de)抗(kang)滲碳(tan)性(xing)(xing)能，是耐(nai)高(gao)溫腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)良好(hao)材料，在工業中得到(dao)了廣泛應用。

  在高溫(wen)爐氣中 Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的(de)耐(nai)蝕性(xing)優(you)于一般(ban)奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼，數(shu)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)滲碳(tan)性能(neng)，Cr20Ni32Fe具(ju)有良好(hao)的抗(kang)滲碳(tan)性能(neng)，試驗室試驗結果見表(biao) 10-10。它(ta)的抗(kang)滲碳(tan)性能(neng)優于(yu)常規不銹(xiu)鋼，相(xiang)當于(yu)含質量分數(shu)為25% 鉻的耐髙溫 腐蝕的奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼。

  3. 晶間(jian)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(he)金(jin)表(biao)現出良(liang)好(hao)的(de)耐應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)性，但(dan)此合(he)金(jin)對應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)并非免疫。在各種高溫水中(zhong)的(de)耐應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)性能(neng)(neng)與合(he)金(jin)成分(fen)、熱(re)處理條件(jian)、冷(leng)變形(xing)等 有密切關系。試驗結果指出，降低合(he)金(jin)中(zhong)的(de)碳含量(≤0.03%),提(ti)高鎳含 量，增大Ti/C比將提(ti)高合(he)金(jin)的(de)耐應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)性能(neng)(neng)。通常敏化(hua)和冷(leng)變形(xing)對合(he)金(jin)的(de)耐應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)性能(neng)(neng)有害，但(dan)有的(de)試驗結果指出，650℃長期時效可(ke)顯著降低合(he)金(jin)的(de)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)敏感性。

   b. 苛性水介(jie)質中(zhong)

   在(zai)壓水(shui)堆蒸(zheng)發器(qi)和(he)鈉冷快(kuai)堆蒸(zheng)發器(qi)中，有可能會出(chu)現含NaOH的苛性(xing)水(shui)介(jie)質，目前已(yi)遇到18-8不(bu)銹(xiu)鋼和(he) Inconel 600合金的苛性(xing)應力腐蝕破裂問(wen)題。

  大量(liang)的(de)研究表明Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)在(zai)含NaOH的(de)苛性(xing)水(shui)(shui)(shui)介(jie)質中的(de)耐(nai)應(ying)力(li)腐蝕性(xing)能(neng)取決于NaOH濃(nong)度和應(ying)力(li)水(shui)(shui)(shui)平(圖10-19 和 圖10-20)。 NaOH濃(nong)度和應(ying)力(li)水(shui)(shui)(shui)平愈高(gao)，合(he)金(jin)的(de)耐(nai)應(ying)力(li)腐蝕性(xing)能(neng)下降。對低碳型的(de)00Cr20Ni32AITi合(he)金(jin)只有在(zai)低 NaOH濃(nong)度、低應(ying)力(li)下才處于免疫區(qu)（見(jian)圖10-21，該圖中NaOH為質量(liang)分數）。 因(yin)此(ci)，只有在(zai)使用過程中避(bi)免高(gao)應(ying)力(li)出現和防止(zhi)NaOH濃(nong)縮(suo)，才能(neng)保證采用 00Cr20Ni32AlTi合(he)金(jin)設(she)備(bei)的(de)安全運行。

   c. NaCl溶液(ye)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(si)、 熱(re)加(jia)工(gong)、冷(leng)加(jia)工(gong)、熱(re)處理和焊(han)接(jie)性能

   1. 熱(re)加工

    Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)的熱加工(gong)性能良好，類似于一般Cr-Ni奧(ao)氏體 不銹鋼，熱加工(gong)溫(wen)度范圍(wei)為(wei)900~1200℃，合(he)(he)金(jin)的熱彎(wan)成形通(tong)常在1000~1150℃ 范圍(wei)內(nei)進行。熱成形后可以(yi)空冷(leng)，但為(wei)了減輕合(he)(he)金(jin)的晶間腐蝕傾向(xiang)，應盡量(liang)快速通(tong)過540~760℃敏化區(qu)。

   2. 冷加工(gong)

     合金的冷加(jia)工(gong)成(cheng)型(xing)性能(neng)近似于18-8型(xing)奧氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼，但(dan)加(jia)工(gong)硬化(hua)傾向低于18-8型(xing)奧氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼。盡管如此(ci)，在冷加(jia)工(gong)成(cheng)型(xing)過(guo)程中，中間(jian)軟化(hua)退火(huo)常(chang)常(chang)是(shi)需要的，中間(jian)退火(huo)溫度與固溶退火(huo)溫度相(xiang)同。

   3. 熱(re)處理

    合金的(de)固(gu)溶退火(huo)(huo)溫(wen)(wen)度在(zai)(zai)920~980℃ , 一般控制在(zai)(zai)980℃ ,±10℃保(bao)溫(wen)(wen)時間(jian)視(shi)產(chan)品厚度而定，但保(bao)溫(wen)(wen)時間(jian)不(bu)得少于10分鐘(zhong)，對于高碳(tan)合金且在(zai)(zai)550℃以上(shang)溫(wen)(wen)度使用者，其固(gu)溶處理溫(wen)(wen)度應(ying)為1150~1205℃。消除(chu)應(ying)力的(de)熱處理，一般在(zai)(zai)540℃以上(shang)即可產(chan)生效果，但殘余應(ying)力的(de)完全消除(chu)需在(zai)(zai)高于870℃的(de)溫(wen)(wen)度進行退火(huo)(huo)。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合金焊接(jie)性能良好，可釆用(yong)通常的(de)焊接(jie)方法進行(xing) 焊接(jie)。試驗表明，釆用(yong)新(xin)2號焊絲對00Cr20Ni32AlTi合金管(guan)材與不(bu)銹鋼管(guan)板進行(xing) TIG焊接(jie)，取(qu)得了(le)滿意的(de)效果。合金的(de)抗裂性能良好，接(jie)頭的(de)晶間(jian)腐蝕、應(ying)力腐 蝕等亦(yi)近于母材。根據使(shi)用(yong)條件可選用(yong)表10-11所列的(de)焊接(jie)材料。

五、物理性能

    Cr20Ni32Fe合金的(de)物理(li)性(xing)能隨合金的(de)成(cheng)分和試驗條(tiao)件(jian)會有(you)(you)微小變(bian)化，但不會有(you)(you)大的(de)變(bian)動(dong)。1Cr20Ni32Fe合金(Incoloy 800)的(de)物理(li)性(xing)能見表10-12和圖 10-24。

六、應用(yong)

  產品類(lei)型(xing)(xing)和應用舉(ju)例：此(ci)類(lei)合金的冶(ye)金生(sheng)產工藝與通常的18-8型(xing)(xing)奧(ao)氏體(ti)不 銹鋼(gang)類(lei)似，可(ke)以提(ti)供(gong)板（中板、薄板）、管（熱(re)擠壓和冷(leng)加工管）、絲、帶、棒 和鍛件等冶(ye)金產品，亦可(ke)以提(ti)供(gong)各種鑄件。

  Cr20Ni32Fe合金在含氯化物和低濃度(du)NaOH的苛(ke)性(xing)水介質中具有優良的耐(nai)應力(li) 腐蝕(shi)(shi)性(xing)能，廣泛用于制造耐(nai)應力(li)腐蝕(shi)(shi)破壞的設備(bei)，代替慣用的18-8奧氏體不銹鋼。

   在(zai)動力工(gong)業中，用(yong)以(yi)制造壓水堆(dui)(dui)蒸發器、高(gao)溫氣冷堆(dui)(dui)、鈉冷快堆(dui)(dui)換熱器，以(yi) 及(ji)過(guo)熱蒸汽管。

   在化(hua)學(xue)加工業中，用以制造硝酸冷卻(que)器、醋酐裂化(hua)管以及各種換(huan)熱設備(bei)。