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Incoloy 800

  (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(he)金，碳含量0.1%。

  高(gao)碳(tan)型(xing)合金的碳(tan)含量(C)處于(yu)0.05%~0.1%之間。主要(yao)用(yong)于(yu)600℃以上， 具有粗晶粒、高(gao)蠕變強度的特點。在化工(gong)、電廠、石油(you)化學工(gong)業中的過熱(re)器、再熱(re)器、高(gao)溫加熱(re)、轉化、裂解(jie)爐管等方面(mian)應(ying)用(yong)。

  中碳型合金的(de)碳含量(liang)在0.03%~0.06%范(fan)圍(wei)之間，具有(you)中等(deng)晶(jing)粒度，一 般用于350℃~600℃ 使用的(de)過熱(re)器、再(zai)熱(re)器等(deng)熱(re)強(qiang)部件。也(ye)適用于高溫(750℃)氣冷堆換熱(re)器。

  低(di)碳(tan)(tan)(tan)型(xing)(xing)有時(shi)也稱改良(liang)型(xing)(xing)。它是(shi)標準型(xing)(xing)合金Cr20Ni32Fe合金的(de)改進和(he)發展(zhan)。我 國(guo)鋼標號(hao)為(wei)00Cr20Ni32AlTi。碳(tan)(tan)(tan)含量(liang)(C)低(di)于(yu)0.03%并要求(qiu)控制合金中的(de)Ti/C和(he)Ti/C+N比值(zhi)以及Al、Co等含量(liang)。此(ci)合金的(de)特點是(shi)超低(di)碳(tan)(tan)(tan)、細晶粒，充分(fen)穩定(ding)化(hua)、耐應力腐蝕性能優良(liang),低(di)碳(tan)(tan)(tan)型(xing)(xing)合金使用(yong)溫度(du)≤350℃ ,主要用(yong)于(yu)壓水堆蒸發器。

一、化(hua)學成(cheng)分和組織結構

  經近60年的(de)(de)演變、發展的(de)(de)各種(zhong)Cr20Ni32合(he)金(jin)的(de)(de)派生(sheng)牌號的(de)(de)化學成分(fen)列于(yu)表 10-2。

  表10-2所列合金在(zai)高溫(wen)固(gu)溶快冷條件下的組織(zhi)為奧氏(shi)體，但在(zai)500~900℃ 中(zhong)溫(wen)加(jia)熱(re)，此(ci)合金有可(ke)能處(chu)于(yu)雙(shuang)相(xiang)區，對于(yu)Ni處(chu)于(yu)下限，Cr處(chu)于(yu)上限的合金可(ke)能性更大。業已(yi)發現，在(zai)650℃和750℃長期加(jia)熱(re)有δ相(xiang)析(xi)出，但數量較少(shao)，尚不足以影響合金的斷裂(lie)性能。

  合金的析出(chu)行為C曲(qu)線(xian)，如(ru)圖10-10 所示，析出(chu)相種類和(he)數量受(shou)合金成分和(he)受(shou)熱條件(jian)所制(zhi)約(yue)。

二、力學性能(neng)

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合(he)金的(de)室溫力(li)(li)學(xue)性(xing)能(neng)匯總于(yu)表(biao)10-3,典型的(de)室溫抗拉(la)和(he)抗壓強度(du)見(jian)(jian)表(biao)10-4。表(biao)10-5為超低碳型 Cr20Ni32Fe合(he)金的(de)室溫和(he)350℃的(de)力(li)(li)學(xue)性(xing)能(neng)。 溫瞬時拉(la)伸性(xing)能(neng)如圖10-11和(he)圖10-12所示。Cr20Ni32Fe 合(he)金的(de)高溫長(chang)時力(li)(li)學(xue)性(xing)能(neng)見(jian)(jian)表(biao)10-6、圖10-13和(he)圖10-14。

三(san)、耐蝕性能(neng)

  1. 全面腐(fu)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(jin)管(guan)Cr20Ni32Fe合金(jin)在(zai)濕態介質中(zhong)具(ju)有較(jiao)好(hao)的耐蝕(shi)性(xing)(xing)，但此類(lei)合金(jin)良(liang)(liang)(liang)好(hao)的耐高(gao)溫(wen)腐蝕(shi)性(xing)(xing)能(neng)是(shi)其(qi)突(tu)出優點。在(zai)高(gao)溫(wen)條件下，由(you)于合金(jin)中(zhong)具(ju)有較(jiao)高(gao)的銘含量和足夠的鎳(nie)含量，使其(qi)能(neng)形成防護性(xing)(xing)良(liang)(liang)(liang)好(hao)的氧化(hua)膜(mo)，具(ju)有良(liang)(liang)(liang)好(hao)的抗滲碳性(xing)(xing)能(neng)，是(shi)耐高(gao)溫(wen)腐蝕(shi)的良(liang)(liang)(liang)好(hao)材料，在(zai)工業中(zhong)得到了廣(guang)泛應用。

  在(zai)高溫爐氣中 Cr20Ni32Fe合金的耐(nai)蝕性優于一般奧(ao)氏體不銹(xiu)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)碳性(xing)(xing)能(neng)，Cr20Ni32Fe具有(you)良好的抗(kang)滲(shen)碳性(xing)(xing)能(neng)，試驗室試驗結果(guo)見表 10-10。它(ta)的抗(kang)滲(shen)碳性(xing)(xing)能(neng)優于(yu)常規不(bu)銹鋼，相當于(yu)含質量分數為(wei)25% 鉻(ge)的耐髙溫 腐蝕的奧氏體不(bu)銹鋼。

  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)(he)金(jin)(jin)表現出(chu)良好的(de)耐(nai)(nai)應(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕性(xing)，但此合(he)(he)金(jin)(jin)對(dui)應(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕并非免疫。在各種高溫水(shui)中的(de)耐(nai)(nai)應(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕性(xing)能與合(he)(he)金(jin)(jin)成分、熱(re)處理條件、冷變形等 有密切(qie)關系。試(shi)驗(yan)結果指出(chu)，降低(di)合(he)(he)金(jin)(jin)中的(de)碳含(han)量(≤0.03%),提高鎳含(han) 量，增大Ti/C比將提高合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)耐(nai)(nai)應(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕性(xing)能。通常敏化(hua)和冷變形對(dui)合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)耐(nai)(nai)應(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕性(xing)能有害，但有的(de)試(shi)驗(yan)結果指出(chu)，650℃長(chang)期時效可顯著降低(di)合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)應(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕敏感性(xing)。

   b. 苛性水介質中

   在壓(ya)水堆(dui)蒸(zheng)發器(qi)和鈉(na)冷快堆(dui)蒸(zheng)發器(qi)中，有可能會出現含NaOH的(de)苛(ke)性水介(jie)質，目前已遇到18-8不銹鋼和 Inconel 600合金(jin)的(de)苛(ke)性應力腐蝕破(po)裂問題(ti)。

  大(da)量的(de)(de)研究(jiu)表明Cr20Ni32Fe合金(jin)(jin)在(zai)(zai)含NaOH的(de)(de)苛性水介質中的(de)(de)耐應(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕性能(neng)取(qu)決(jue)于NaOH濃(nong)度(du)(du)和(he)應(ying)(ying)力(li)(li)水平(圖10-19 和(he) 圖10-20)。 NaOH濃(nong)度(du)(du)和(he)應(ying)(ying)力(li)(li)水平愈高(gao)，合金(jin)(jin)的(de)(de)耐應(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕性能(neng)下降。對(dui)低(di)碳型的(de)(de)00Cr20Ni32AITi合金(jin)(jin)只有在(zai)(zai)低(di) NaOH濃(nong)度(du)(du)、低(di)應(ying)(ying)力(li)(li)下才處(chu)于免疫區（見圖10-21，該圖中NaOH為(wei)質量分數）。 因此，只有在(zai)(zai)使用(yong)過程中避免高(gao)應(ying)(ying)力(li)(li)出現和(he)防止NaOH濃(nong)縮，才能(neng)保證(zheng)采(cai)用(yong) 00Cr20Ni32AlTi合金(jin)(jin)設(she)備的(de)(de)安全運行。

   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(jia)工、冷加(jia)工、熱(re)處理和焊接性能

   1. 熱加工

    Cr20Ni32Fe合金的(de)熱(re)加工性能良好，類似于一般Cr-Ni奧氏(shi)體 不銹鋼，熱(re)加工溫度范圍為900~1200℃，合金的(de)熱(re)彎成形通常在1000~1150℃ 范圍內進行。熱(re)成形后可以空冷，但為了(le)減輕合金的(de)晶間腐蝕傾向，應盡量(liang)快速通過540~760℃敏化(hua)區。

   2. 冷加工

     合金的(de)冷(leng)加工(gong)成型性(xing)能(neng)近(jin)似于18-8型奧(ao)氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)，但加工(gong)硬化(hua)傾向(xiang)低于18-8型奧(ao)氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)。盡管如此(ci)，在冷(leng)加工(gong)成型過程中，中間(jian)軟(ruan)化(hua)退火(huo)常(chang)(chang)常(chang)(chang)是需要(yao)的(de)，中間(jian)退火(huo)溫度(du)與固溶退火(huo)溫度(du)相同。

   3. 熱處(chu)理

    合(he)金的固(gu)溶退(tui)火(huo)溫(wen)(wen)度在920~980℃ , 一般(ban)控制在980℃ ,±10℃保(bao)溫(wen)(wen)時間視產品厚度而(er)定，但保(bao)溫(wen)(wen)時間不得少于10分鐘，對于高碳合(he)金且在550℃以(yi)上溫(wen)(wen)度使(shi)用者，其固(gu)溶處理(li)溫(wen)(wen)度應為1150~1205℃。消除(chu)應力的熱處理(li)，一般(ban)在540℃以(yi)上即可產生效果，但殘余應力的完全(quan)消除(chu)需在高于870℃的溫(wen)(wen)度進行退(tui)火(huo)。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合金焊(han)接(jie)性(xing)能良(liang)好(hao)，可(ke)釆用(yong)通(tong)常的(de)焊(han)接(jie)方法進行 焊(han)接(jie)。試(shi)驗(yan)表明，釆用(yong)新(xin)2號焊(han)絲對00Cr20Ni32AlTi合金管材與不銹(xiu)鋼管板進行 TIG焊(han)接(jie)，取得(de)了滿意(yi)的(de)效果。合金的(de)抗裂性(xing)能良(liang)好(hao)，接(jie)頭(tou)的(de)晶間腐蝕、應(ying)力腐 蝕等(deng)亦(yi)近于母(mu)材。根據(ju)使用(yong)條件可(ke)選用(yong)表10-11所(suo)列的(de)焊(han)接(jie)材料。

五、物理(li)性能

    Cr20Ni32Fe合金(jin)的物理(li)性能隨(sui)合金(jin)的成分和(he)試驗條件會(hui)有微小變化，但不會(hui)有大的變動(dong)。1Cr20Ni32Fe合金(jin)(Incoloy 800)的物理(li)性能見表10-12和(he)圖 10-24。

六、應用

  產品(pin)類(lei)型和(he)應用舉例(li)：此類(lei)合金的冶金生產工(gong)藝與通常的18-8型奧氏體(ti)不 銹鋼類(lei)似，可以提供板(ban)（中板(ban)、薄板(ban)）、管（熱擠壓(ya)和(he)冷加工(gong)管）、絲、帶、棒(bang) 和(he)鍛件(jian)等冶金產品(pin)，亦可以提供各種鑄件(jian)。

  Cr20Ni32Fe合金在(zai)含氯化物和低濃度NaOH的(de)(de)苛性(xing)水介質中具(ju)有優良的(de)(de)耐(nai)應(ying)力 腐(fu)蝕性(xing)能(neng)，廣泛用于(yu)制造耐(nai)應(ying)力腐(fu)蝕破壞的(de)(de)設備，代替慣用的(de)(de)18-8奧氏體(ti)不銹鋼(gang)。

   在(zai)動力工業中，用以(yi)制(zhi)造壓水堆(dui)蒸(zheng)發器(qi)、高溫(wen)氣冷堆(dui)、鈉(na)冷快(kuai)堆(dui)換熱器(qi)，以(yi) 及過(guo)熱蒸(zheng)汽管。

   在化(hua)學(xue)加(jia)工業中，用以(yi)制(zhi)造硝酸冷卻器、醋(cu)酐裂(lie)化(hua)管以(yi)及各種換熱設備。