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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(liang)0.1%。

  高(gao)碳(tan)(tan)型合金的碳(tan)(tan)含量(C)處于(yu)0.05%~0.1%之間。主(zhu)要(yao)用于(yu)600℃以上， 具有粗晶粒、高(gao)蠕(ru)變強(qiang)度的特點。在(zai)化(hua)(hua)工(gong)(gong)、電廠、石(shi)油化(hua)(hua)學工(gong)(gong)業中的過熱器(qi)、再熱器(qi)、高(gao)溫加熱、轉化(hua)(hua)、裂(lie)解爐管等方面應用。

  中碳型(xing)合金的碳含量(liang)在(zai)0.03%~0.06%范圍(wei)之間，具有中等(deng)晶粒度(du)，一 般(ban)用于(yu)350℃~600℃ 使用的過熱器、再熱器等(deng)熱強(qiang)部件。也(ye)適用于(yu)高溫(750℃)氣(qi)冷(leng)堆換熱器。

  低(di)碳(tan)型有時(shi)也稱改良型。它是標(biao)準型合(he)金Cr20Ni32Fe合(he)金的(de)改進和發展。我 國鋼(gang)標(biao)號為00Cr20Ni32AlTi。碳(tan)含(han)量(C)低(di)于(yu)0.03%并要(yao)求(qiu)控制合(he)金中的(de)Ti/C和Ti/C+N比值以及Al、Co等含(han)量。此合(he)金的(de)特點是超(chao)低(di)碳(tan)、細晶粒，充分穩定(ding)化(hua)、耐應(ying)力腐蝕性(xing)能(neng)優良,低(di)碳(tan)型合(he)金使(shi)用溫度(du)≤350℃ ,主要(yao)用于(yu)壓水堆蒸發器。

一、化學成(cheng)分和組織(zhi)結構

  經近60年的(de)演變、發展的(de)各種(zhong)Cr20Ni32合金的(de)派(pai)生牌號(hao)的(de)化學(xue)成分列于表 10-2。

  表10-2所列合(he)金(jin)在(zai)高溫固溶(rong)快(kuai)冷條件下(xia)(xia)的組(zu)織為奧氏體(ti)，但(dan)(dan)在(zai)500~900℃ 中(zhong)溫加熱，此合(he)金(jin)有可(ke)能處于雙(shuang)相(xiang)(xiang)區，對于Ni處于下(xia)(xia)限，Cr處于上限的合(he)金(jin)可(ke)能性(xing)更大。業已發現，在(zai)650℃和750℃長期加熱有δ相(xiang)(xiang)析出，但(dan)(dan)數(shu)量(liang)較少(shao)，尚不足以影響合(he)金(jin)的斷裂性(xing)能。

  合金(jin)的析(xi)出行為C曲線，如圖(tu)10-10 所(suo)示，析(xi)出相種類和(he)(he)數(shu)量(liang)受合金(jin)成分和(he)(he)受熱條件所(suo)制約(yue)。

二、力(li)學(xue)性(xing)能(neng)

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

三、耐蝕性能(neng)

  1. 全面(mian)腐(fu)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)溫腐蝕

  盡(jin)管Cr20Ni32Fe合(he)金在濕態介質中具(ju)有較好(hao)的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性，但此類合(he)金良好(hao)的(de)(de)耐(nai)高(gao)溫(wen)腐蝕(shi)性能(neng)是(shi)其突出優點。在高(gao)溫(wen)條件下，由于合(he)金中具(ju)有較高(gao)的(de)(de)銘含量和足夠的(de)(de)鎳含量，使其能(neng)形成防護性良好(hao)的(de)(de)氧化膜(mo)，具(ju)有良好(hao)的(de)(de)抗(kang)滲碳(tan)性能(neng)，是(shi)耐(nai)高(gao)溫(wen)腐蝕(shi)的(de)(de)良好(hao)材料，在工業中得到了廣泛應(ying)用(yong)。

  在高溫爐氣中(zhong) Cr20Ni32Fe合金的(de)耐蝕性優于一般奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼，數據(ju)見(jian)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(kang)滲(shen)碳性能(neng)(neng)，Cr20Ni32Fe具有良好的(de)抗(kang)滲(shen)碳性能(neng)(neng)，試(shi)驗(yan)室試(shi)驗(yan)結果(guo)見表 10-10。它的(de)抗(kang)滲(shen)碳性能(neng)(neng)優于常規(gui)不銹鋼，相當于含(han)質量分數為25% 鉻的(de)耐髙溫(wen) 腐蝕(shi)的(de)奧(ao)氏體不銹鋼。

  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. 高溫(wen)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(he)金表現(xian)出(chu)良好的(de)(de)耐(nai)應力腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)，但此合(he)金對(dui)應力腐(fu)蝕(shi)并(bing)非(fei)免疫。在(zai)各種(zhong)高溫水中的(de)(de)耐(nai)應力腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)能與合(he)金成分、熱處理條件、冷(leng)變形等 有密切(qie)關系。試驗結(jie)果(guo)指出(chu)，降低合(he)金中的(de)(de)碳含(han)量(≤0.03%),提高鎳(nie)含(han) 量，增大Ti/C比將提高合(he)金的(de)(de)耐(nai)應力腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)能。通(tong)常敏化和冷(leng)變形對(dui)合(he)金的(de)(de)耐(nai)應力腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)能有害(hai)，但有的(de)(de)試驗結(jie)果(guo)指出(chu)，650℃長期時(shi)效可顯(xian)著降低合(he)金的(de)(de)應力腐(fu)蝕(shi)敏感(gan)性(xing)(xing)(xing)。

   b. 苛性(xing)水介質中(zhong)

   在壓水(shui)堆(dui)蒸發(fa)器和(he)鈉冷快堆(dui)蒸發(fa)器中，有(you)可能會出現含NaOH的苛(ke)性水(shui)介質，目(mu)前已遇到(dao)18-8不銹鋼和(he) Inconel 600合金的苛(ke)性應力腐(fu)蝕(shi)破(po)裂問題。

  大量(liang)的研究表(biao)明Cr20Ni32Fe合金在(zai)含(han)NaOH的苛性(xing)(xing)水(shui)介質中(zhong)的耐應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕性(xing)(xing)能(neng)取決于NaOH濃度和(he)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)水(shui)平(ping)(圖10-19 和(he) 圖10-20)。 NaOH濃度和(he)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)水(shui)平(ping)愈高(gao)(gao)，合金的耐應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕性(xing)(xing)能(neng)下降。對(dui)低碳型的00Cr20Ni32AITi合金只(zhi)有在(zai)低 NaOH濃度、低應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)下才(cai)處于免疫區（見圖10-21，該圖中(zhong)NaOH為質量(liang)分數）。 因此，只(zhi)有在(zai)使用過程(cheng)中(zhong)避免高(gao)(gao)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)出現和(he)防(fang)止NaOH濃縮，才(cai)能(neng)保證采用 00Cr20Ni32AlTi合金設(she)備的安(an)全運(yun)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、 熱加工、冷(leng)加工、熱處(chu)理和(he)焊接(jie)性能

   1. 熱(re)加(jia)工

    Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的(de)熱(re)加工(gong)性能良好，類似于一般(ban)Cr-Ni奧氏體 不銹鋼，熱(re)加工(gong)溫度范圍(wei)為900~1200℃，合(he)金(jin)的(de)熱(re)彎成形通(tong)(tong)常在(zai)1000~1150℃ 范圍(wei)內進行。熱(re)成形后可以(yi)空冷(leng)，但為了減輕合(he)金(jin)的(de)晶間(jian)腐(fu)蝕傾(qing)向(xiang)，應盡量快速通(tong)(tong)過540~760℃敏化區。

   2. 冷加工

     合金的冷加(jia)工(gong)成型性能近(jin)似(si)于18-8型奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼，但(dan)加(jia)工(gong)硬(ying)化(hua)傾向(xiang)低于18-8型奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼。盡(jin)管如(ru)此，在冷加(jia)工(gong)成型過(guo)程中(zhong)，中(zhong)間軟化(hua)退(tui)火常常是(shi)需要的，中(zhong)間退(tui)火溫度與固(gu)溶退(tui)火溫度相同。

   3. 熱處理

    合(he)金的(de)(de)固(gu)溶(rong)退(tui)火溫(wen)(wen)度(du)在(zai)920~980℃ , 一般控制(zhi)在(zai)980℃ ,±10℃保溫(wen)(wen)時間視產品厚(hou)度(du)而定，但保溫(wen)(wen)時間不得少于10分鐘(zhong)，對(dui)于高碳合(he)金且在(zai)550℃以上(shang)(shang)溫(wen)(wen)度(du)使用(yong)者，其固(gu)溶(rong)處(chu)理溫(wen)(wen)度(du)應(ying)(ying)為1150~1205℃。消除應(ying)(ying)力的(de)(de)熱處(chu)理，一般在(zai)540℃以上(shang)(shang)即可(ke)產生效(xiao)果(guo)，但殘余應(ying)(ying)力的(de)(de)完全消除需在(zai)高于870℃的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)進行退(tui)火。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合金焊接(jie)(jie)性能(neng)良好，可釆(bian)用(yong)通常(chang)的焊接(jie)(jie)方法進行 焊接(jie)(jie)。試驗(yan)表(biao)明，釆(bian)用(yong)新(xin)2號(hao)焊絲(si)對00Cr20Ni32AlTi合金管材與不銹鋼管板進行 TIG焊接(jie)(jie)，取得了滿意的效果(guo)。合金的抗(kang)裂性能(neng)良好，接(jie)(jie)頭(tou)的晶間(jian)腐(fu)蝕、應力腐(fu) 蝕等亦近于母材。根據(ju)使用(yong)條件(jian)可選用(yong)表(biao)10-11所列的焊接(jie)(jie)材料。

五、物理性能

    Cr20Ni32Fe合(he)金的(de)物理性能隨(sui)合(he)金的(de)成分和(he)試驗條件(jian)會有微小變化(hua)，但不會有大的(de)變動。1Cr20Ni32Fe合(he)金(Incoloy 800)的(de)物理性能見表10-12和(he)圖 10-24。

六、應用

  產品(pin)類型(xing)和應用舉(ju)例：此類合(he)金(jin)的(de)冶(ye)(ye)金(jin)生產工藝與通常(chang)的(de)18-8型(xing)奧氏體不(bu) 銹(xiu)鋼(gang)類似，可(ke)以(yi)提供(gong)板（中板、薄板）、管(guan)（熱(re)擠壓(ya)和冷加工管(guan)）、絲、帶、棒 和鍛件等(deng)冶(ye)(ye)金(jin)產品(pin)，亦(yi)可(ke)以(yi)提供(gong)各(ge)種鑄件。

  Cr20Ni32Fe合金在含氯化物和(he)低濃(nong)度NaOH的(de)苛性(xing)水(shui)介質中具有優良的(de)耐應力(li) 腐(fu)蝕性(xing)能(neng)，廣(guang)泛用(yong)于制造(zao)耐應力(li)腐(fu)蝕破(po)壞的(de)設(she)備，代替慣用(yong)的(de)18-8奧氏體不銹鋼(gang)。

   在動力工業中，用以制造壓水堆(dui)蒸(zheng)發器(qi)、高溫(wen)氣冷(leng)堆(dui)、鈉(na)冷(leng)快堆(dui)換熱(re)器(qi)，以 及過熱(re)蒸(zheng)汽管。

   在化學加(jia)工業中(zhong)，用以制造硝酸冷卻器、醋酐(gan)裂化管以及(ji)各種換熱設(she)備。