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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(biao)準型是早期(qi)的Cr20Ni32型合金，碳含(han)量0.1%。

  高(gao)(gao)碳型合金(jin)的(de)(de)碳含量(C)處于0.05%~0.1%之間。主要用(yong)于600℃以(yi)上， 具有粗(cu)晶粒、高(gao)(gao)蠕變強度(du)的(de)(de)特點。在化(hua)工、電廠、石(shi)油化(hua)學工業中(zhong)的(de)(de)過(guo)熱器、再熱器、高(gao)(gao)溫加熱、轉化(hua)、裂(lie)解爐管等方面應用(yong)。

  中碳型(xing)合金的碳含量在0.03%~0.06%范圍之間(jian)，具有中等(deng)晶粒(li)度，一 般(ban)用于(yu)350℃~600℃ 使用的過熱器、再熱器等(deng)熱強部件。也適用于(yu)高溫(750℃)氣冷堆換(huan)熱器。

  低(di)碳型有時也稱改良(liang)(liang)型。它是(shi)標(biao)(biao)準型合(he)金Cr20Ni32Fe合(he)金的(de)改進和發展。我 國鋼(gang)標(biao)(biao)號(hao)為(wei)00Cr20Ni32AlTi。碳含量(C)低(di)于(yu)0.03%并要求控制合(he)金中(zhong)的(de)Ti/C和Ti/C+N比值以及Al、Co等含量。此合(he)金的(de)特(te)點是(shi)超低(di)碳、細(xi)晶粒，充分穩(wen)定化、耐(nai)應力腐蝕性能優良(liang)(liang),低(di)碳型合(he)金使用溫度(du)≤350℃ ,主要用于(yu)壓水(shui)堆蒸發器。

一(yi)、化(hua)學成分(fen)和組織結(jie)構

  經近60年(nian)的演變、發展(zhan)的各種(zhong)Cr20Ni32合金的派生牌號的化學(xue)成分列于表(biao) 10-2。

  表10-2所列(lie)合(he)金(jin)在高溫(wen)固(gu)溶快冷條件下的組織為(wei)奧氏體(ti)，但在500~900℃ 中溫(wen)加(jia)熱，此合(he)金(jin)有可(ke)能處于(yu)(yu)雙(shuang)相(xiang)區，對于(yu)(yu)Ni處于(yu)(yu)下限(xian)，Cr處于(yu)(yu)上限(xian)的合(he)金(jin)可(ke)能性更大。業已發現，在650℃和750℃長(chang)期加(jia)熱有δ相(xiang)析(xi)出，但數(shu)量較少，尚不足(zu)以(yi)影響合(he)金(jin)的斷裂性能。

  合(he)(he)金的(de)析出行為(wei)C曲(qu)線，如圖(tu)10-10 所示，析出相種類和數量(liang)受合(he)(he)金成分和受熱條件(jian)所制約。

二、力學性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合金的室(shi)溫力(li)學(xue)性(xing)(xing)能匯總于表10-3,典型(xing)的室(shi)溫抗(kang)拉(la)(la)和(he)抗(kang)壓(ya)強(qiang)度見(jian)表10-4。表10-5為超低(di)碳(tan)型(xing) Cr20Ni32Fe合金的室(shi)溫和(he)350℃的力(li)學(xue)性(xing)(xing)能。 溫瞬時(shi)拉(la)(la)伸性(xing)(xing)能如(ru)圖10-11和(he)圖10-12所示。Cr20Ni32Fe 合金的高溫長時(shi)力(li)學(xue)性(xing)(xing)能見(jian)表10-6、圖10-13和(he)圖10-14。

三、耐蝕(shi)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(jin)在(zai)濕(shi)態介(jie)質中(zhong)(zhong)具有(you)較好的(de)(de)耐蝕(shi)(shi)性(xing)，但此類合金(jin)良(liang)好的(de)(de)耐高(gao)溫腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)(neng)是(shi)其突出優點。在(zai)高(gao)溫條(tiao)件下，由于(yu)合金(jin)中(zhong)(zhong)具有(you)較高(gao)的(de)(de)銘含量(liang)和足夠的(de)(de)鎳含量(liang)，使其能(neng)(neng)形成防(fang)護(hu)性(xing)良(liang)好的(de)(de)氧化(hua)膜，具有(you)良(liang)好的(de)(de)抗滲碳性(xing)能(neng)(neng)，是(shi)耐高(gao)溫腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)良(liang)好材料，在(zai)工(gong)業中(zhong)(zhong)得(de)到了廣泛應用。

  在高溫爐(lu)氣中 Cr20Ni32Fe合(he)金的耐蝕性(xing)優于一般奧氏體不銹鋼，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)滲(shen)碳(tan)性(xing)(xing)能，Cr20Ni32Fe具(ju)有良好的抗(kang)滲(shen)碳(tan)性(xing)(xing)能，試驗(yan)室(shi)試驗(yan)結(jie)果見表 10-10。它的抗(kang)滲(shen)碳(tan)性(xing)(xing)能優(you)于常規不銹鋼(gang)，相當于含(han)質量(liang)分數(shu)為(wei)25% 鉻的耐髙溫 腐蝕(shi)的奧氏體不銹鋼(gang)。

  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(gao)溫水介質(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)(he)金(jin)表現出良好的(de)耐(nai)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕性，但(dan)此合(he)(he)金(jin)對(dui)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕并非免疫(yi)。在各種高溫水中(zhong)的(de)耐(nai)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕性能與合(he)(he)金(jin)成(cheng)分、熱(re)處理條件、冷變形等 有(you)密切關系。試驗結果指出，降低合(he)(he)金(jin)中(zhong)的(de)碳含量(liang)(≤0.03%),提高鎳含 量(liang)，增大Ti/C比將(jiang)提高合(he)(he)金(jin)的(de)耐(nai)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕性能。通常敏(min)化和冷變形對(dui)合(he)(he)金(jin)的(de)耐(nai)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕性能有(you)害，但(dan)有(you)的(de)試驗結果指出，650℃長期時效可顯著降低合(he)(he)金(jin)的(de)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕敏(min)感性。

   b. 苛性水介質中(zhong)

   在壓水(shui)堆(dui)蒸發器和鈉冷快堆(dui)蒸發器中，有(you)可能會出現(xian)含NaOH的苛(ke)性水(shui)介質，目前已遇(yu)到18-8不銹鋼和 Inconel 600合金的苛(ke)性應(ying)力腐蝕破裂問(wen)題。

  大(da)量的(de)研究表明Cr20Ni32Fe合(he)金在(zai)含NaOH的(de)苛(ke)性(xing)水介質(zhi)(zhi)中的(de)耐(nai)應(ying)力腐蝕性(xing)能取決于NaOH濃度(du)和(he)應(ying)力水平(圖(tu)(tu)10-19 和(he) 圖(tu)(tu)10-20)。 NaOH濃度(du)和(he)應(ying)力水平愈高(gao)，合(he)金的(de)耐(nai)應(ying)力腐蝕性(xing)能下(xia)降。對(dui)低碳型的(de)00Cr20Ni32AITi合(he)金只有在(zai)低 NaOH濃度(du)、低應(ying)力下(xia)才處于免(mian)疫區（見(jian)圖(tu)(tu)10-21，該圖(tu)(tu)中NaOH為(wei)質(zhi)(zhi)量分(fen)數(shu)）。 因此，只有在(zai)使用過(guo)程(cheng)中避免(mian)高(gao)應(ying)力出現(xian)和(he)防止(zhi)NaOH濃縮(suo)，才能保證采(cai)用 00Cr20Ni32AlTi合(he)金設備的(de)安全運行。

   c. NaCl溶液中(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、熱處理和(he)焊接性能

   1. 熱加(jia)工

    Cr20Ni32Fe合金的(de)熱加(jia)工性能良好，類似(si)于一般(ban)Cr-Ni奧氏體(ti) 不(bu)銹鋼，熱加(jia)工溫度范(fan)(fan)圍為(wei)900~1200℃，合金的(de)熱彎成形通(tong)(tong)常在1000~1150℃ 范(fan)(fan)圍內進行。熱成形后可以(yi)空冷，但為(wei)了減輕(qing)合金的(de)晶間腐蝕傾向，應盡量快速通(tong)(tong)過540~760℃敏(min)化區。

   2. 冷加工

     合金的冷加(jia)工(gong)(gong)成型性(xing)能近似(si)于18-8型奧氏(shi)體(ti)不銹鋼，但(dan)加(jia)工(gong)(gong)硬化傾向低于18-8型奧氏(shi)體(ti)不銹鋼。盡管(guan)如此，在冷加(jia)工(gong)(gong)成型過(guo)程(cheng)中(zhong)，中(zhong)間(jian)軟化退(tui)(tui)火(huo)常常是需要(yao)的，中(zhong)間(jian)退(tui)(tui)火(huo)溫度與固(gu)溶退(tui)(tui)火(huo)溫度相同。

   3. 熱處理(li)

    合金的(de)固溶退火(huo)溫(wen)度(du)(du)在(zai)920~980℃ , 一(yi)般(ban)控制在(zai)980℃ ,±10℃保溫(wen)時(shi)間視產(chan)品厚(hou)度(du)(du)而定，但(dan)(dan)保溫(wen)時(shi)間不(bu)得少于10分鐘(zhong)，對于高碳合金且在(zai)550℃以(yi)上溫(wen)度(du)(du)使用者，其固溶處理溫(wen)度(du)(du)應為1150~1205℃。消(xiao)除應力的(de)熱處理，一(yi)般(ban)在(zai)540℃以(yi)上即(ji)可產(chan)生效(xiao)果，但(dan)(dan)殘余應力的(de)完全消(xiao)除需在(zai)高于870℃的(de)溫(wen)度(du)(du)進行退火(huo)。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合(he)(he)金(jin)焊(han)(han)接(jie)性能良好(hao)，可(ke)釆用(yong)(yong)通(tong)常的(de)焊(han)(han)接(jie)方法進(jin)行(xing) 焊(han)(han)接(jie)。試驗表明，釆用(yong)(yong)新2號焊(han)(han)絲對00Cr20Ni32AlTi合(he)(he)金(jin)管材(cai)與(yu)不銹鋼管板進(jin)行(xing) TIG焊(han)(han)接(jie)，取得了(le)滿(man)意的(de)效果。合(he)(he)金(jin)的(de)抗裂性能良好(hao)，接(jie)頭的(de)晶(jing)間腐(fu)蝕(shi)、應力腐(fu) 蝕(shi)等亦近(jin)于母材(cai)。根(gen)據使(shi)用(yong)(yong)條件可(ke)選用(yong)(yong)表10-11所(suo)列的(de)焊(han)(han)接(jie)材(cai)料。

五(wu)、物(wu)理性能

    Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的(de)物(wu)(wu)理(li)性能隨合(he)金(jin)的(de)成分和(he)試驗(yan)條(tiao)件會(hui)有(you)微小變化，但不會(hui)有(you)大的(de)變動。1Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)(Incoloy 800)的(de)物(wu)(wu)理(li)性能見表10-12和(he)圖 10-24。

六、應(ying)用

  產(chan)品(pin)類型(xing)和應(ying)用舉例：此類合金(jin)(jin)(jin)的冶(ye)金(jin)(jin)(jin)生產(chan)工(gong)藝(yi)與(yu)通(tong)常(chang)的18-8型(xing)奧氏體不 銹(xiu)鋼類似(si)，可(ke)以提供板(ban)（中板(ban)、薄板(ban)）、管（熱(re)擠壓和冷(leng)加工(gong)管）、絲(si)、帶、棒(bang) 和鍛(duan)件(jian)等(deng)冶(ye)金(jin)(jin)(jin)產(chan)品(pin)，亦可(ke)以提供各(ge)種(zhong)鑄(zhu)件(jian)。

  Cr20Ni32Fe合金在含氯(lv)化物和低濃度(du)NaOH的(de)(de)苛性水(shui)介質(zhi)中(zhong)具有優良的(de)(de)耐(nai)應(ying)力(li) 腐蝕性能(neng)，廣(guang)泛用于制(zhi)造耐(nai)應(ying)力(li)腐蝕破壞的(de)(de)設備(bei)，代(dai)替慣用的(de)(de)18-8奧氏體不銹鋼。

   在動力工(gong)業(ye)中，用以制造壓水堆蒸發器、高溫氣冷堆、鈉冷快(kuai)堆換熱器，以 及(ji)過熱蒸汽管。

   在化(hua)學加(jia)工業(ye)中(zhong)，用以制造(zao)硝(xiao)酸冷卻器(qi)、醋酐裂化(hua)管以及各種換熱設備。