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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(de)Cr20Ni32型合金，碳(tan)含量0.1%。

  高(gao)碳型合金(jin)的碳含量(C)處于(yu)0.05%~0.1%之間。主要用于(yu)600℃以上， 具有(you)粗晶(jing)粒、高(gao)蠕變強(qiang)度(du)的特點。在化工(gong)、電廠、石油(you)化學(xue)工(gong)業中的過熱(re)器、再熱(re)器、高(gao)溫(wen)加熱(re)、轉(zhuan)化、裂解爐管等方面(mian)應用。

  中(zhong)(zhong)碳型合金的碳含量在0.03%~0.06%范圍之間，具有中(zhong)(zhong)等(deng)晶粒(li)度，一(yi) 般用(yong)于350℃~600℃ 使用(yong)的過熱器、再熱器等(deng)熱強部(bu)件。也(ye)適用(yong)于高溫(750℃)氣冷堆換熱器。

  低(di)碳(tan)型(xing)有時也稱改(gai)(gai)良(liang)型(xing)。它(ta)是標準(zhun)型(xing)合(he)(he)金(jin)Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)的改(gai)(gai)進(jin)和(he)發(fa)展(zhan)。我 國(guo)鋼標號為00Cr20Ni32AlTi。碳(tan)含量(liang)(C)低(di)于(yu)0.03%并(bing)要(yao)求控(kong)制合(he)(he)金(jin)中的Ti/C和(he)Ti/C+N比值(zhi)以及Al、Co等含量(liang)。此合(he)(he)金(jin)的特點是超低(di)碳(tan)、細晶粒(li)，充分穩(wen)定(ding)化、耐應力腐蝕性能優良(liang),低(di)碳(tan)型(xing)合(he)(he)金(jin)使用(yong)溫度(du)≤350℃ ,主要(yao)用(yong)于(yu)壓水(shui)堆(dui)蒸發(fa)器。

一、化學(xue)成(cheng)分(fen)和組織(zhi)結構

  經近60年的演變、發展(zhan)的各種Cr20Ni32合(he)金(jin)的派生牌號的化(hua)學成分(fen)列于表 10-2。

  表10-2所列合金(jin)(jin)在高(gao)溫(wen)(wen)固溶快冷條件(jian)下(xia)的(de)組織(zhi)為奧氏(shi)體，但在500~900℃ 中溫(wen)(wen)加熱，此合金(jin)(jin)有可(ke)能(neng)(neng)處(chu)于(yu)(yu)雙相區(qu)，對于(yu)(yu)Ni處(chu)于(yu)(yu)下(xia)限，Cr處(chu)于(yu)(yu)上限的(de)合金(jin)(jin)可(ke)能(neng)(neng)性(xing)更大(da)。業(ye)已(yi)發現(xian)，在650℃和750℃長期(qi)加熱有δ相析(xi)出(chu)，但數量較少(shao)，尚不(bu)足以(yi)影響合金(jin)(jin)的(de)斷裂性(xing)能(neng)(neng)。

  合(he)金(jin)的析(xi)出行為C曲線(xian)，如圖10-10 所示，析(xi)出相種類(lei)和數量受合(he)金(jin)成(cheng)分(fen)和受熱(re)條件所制約。

二、力(li)學性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合金(jin)的(de)室溫(wen)力(li)學性(xing)(xing)能匯總于表(biao)(biao)10-3,典型的(de)室溫(wen)抗拉和抗壓強度見表(biao)(biao)10-4。表(biao)(biao)10-5為超低碳(tan)型 Cr20Ni32Fe合金(jin)的(de)室溫(wen)和350℃的(de)力(li)學性(xing)(xing)能。 溫(wen)瞬時拉伸(shen)性(xing)(xing)能如(ru)圖10-11和圖10-12所示。Cr20Ni32Fe 合金(jin)的(de)高(gao)溫(wen)長(chang)時力(li)學性(xing)(xing)能見表(biao)(biao)10-6、圖10-13和圖10-14。

三、耐(nai)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(jin)在濕態(tai)介質中(zhong)具有較好(hao)的(de)(de)(de)耐(nai)蝕性，但此類合(he)金(jin)良(liang)好(hao)的(de)(de)(de)耐(nai)高(gao)(gao)溫腐(fu)(fu)蝕性能是其突出(chu)優點。在高(gao)(gao)溫條件下，由于合(he)金(jin)中(zhong)具有較高(gao)(gao)的(de)(de)(de)銘含量和足夠的(de)(de)(de)鎳含量，使其能形(xing)成(cheng)防護性良(liang)好(hao)的(de)(de)(de)氧化膜，具有良(liang)好(hao)的(de)(de)(de)抗滲碳性能，是耐(nai)高(gao)(gao)溫腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)(de)良(liang)好(hao)材料，在工業中(zhong)得到了廣泛應用(yong)。

  在高(gao)溫爐(lu)氣中(zhong) Cr20Ni32Fe合(he)金的耐(nai)蝕性優于一般奧氏(shi)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)性能(neng)，Cr20Ni32Fe具有良好的(de)抗(kang)滲(shen)碳(tan)性能(neng)，試驗室試驗結果見表(biao) 10-10。它的(de)抗(kang)滲(shen)碳(tan)性能(neng)優于常規不銹鋼，相(xiang)當于含(han)質量分(fen)數為(wei)25% 鉻的(de)耐(nai)髙(gao)溫 腐蝕的(de)奧氏體不銹鋼。

  3. 晶(jing)間腐蝕(shi)

   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)(he)(he)(he)金(jin)表現(xian)出(chu)(chu)良好的耐應力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)，但此(ci)合(he)(he)(he)(he)金(jin)對應力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)并非免疫。在各種(zhong)高(gao)溫(wen)水中的耐應力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)能與(yu)合(he)(he)(he)(he)金(jin)成分、熱處(chu)理條(tiao)件、冷變(bian)形(xing)等(deng) 有(you)(you)密切關系。試驗(yan)結果指出(chu)(chu)，降低(di)合(he)(he)(he)(he)金(jin)中的碳(tan)含量(≤0.03%),提高(gao)鎳(nie)含 量，增(zeng)大Ti/C比將提高(gao)合(he)(he)(he)(he)金(jin)的耐應力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)能。通常敏化和(he)冷變(bian)形(xing)對合(he)(he)(he)(he)金(jin)的耐應力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)能有(you)(you)害，但有(you)(you)的試驗(yan)結果指出(chu)(chu)，650℃長期時(shi)效可(ke)顯著(zhu)降低(di)合(he)(he)(he)(he)金(jin)的應力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)敏感性(xing)。

   b. 苛性水介(jie)質(zhi)中(zhong)

   在壓水(shui)堆蒸(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)和鈉冷快(kuai)堆蒸(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)中(zhong)，有可能會出(chu)現含NaOH的苛性(xing)水(shui)介質，目前(qian)已遇(yu)到18-8不銹鋼和 Inconel 600合金的苛性(xing)應力(li)腐蝕破(po)裂問題。

  大(da)量(liang)的(de)研究表明Cr20Ni32Fe合金在(zai)含NaOH的(de)苛(ke)性水(shui)介質中的(de)耐(nai)應(ying)力(li)腐(fu)蝕性能取決于NaOH濃度和(he)(he)(he)應(ying)力(li)水(shui)平(ping)(圖10-19 和(he)(he)(he) 圖10-20)。 NaOH濃度和(he)(he)(he)應(ying)力(li)水(shui)平(ping)愈高，合金的(de)耐(nai)應(ying)力(li)腐(fu)蝕性能下降。對(dui)低(di)碳型(xing)的(de)00Cr20Ni32AITi合金只有在(zai)低(di) NaOH濃度、低(di)應(ying)力(li)下才處于免疫區（見圖10-21，該圖中NaOH為質量(liang)分數(shu)）。 因此，只有在(zai)使用(yong)過程(cheng)中避(bi)免高應(ying)力(li)出現(xian)和(he)(he)(he)防止NaOH濃縮，才能保證采(cai)用(yong) 00Cr20Ni32AlTi合金設備(bei)的(de)安全運行。

   c. NaCl溶(rong)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、冷加工、熱(re)處(chu)理和焊接性能

   1. 熱加工(gong)

    Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)的(de)(de)熱加工(gong)性能良好，類(lei)似于一(yi)般Cr-Ni奧氏體 不銹(xiu)鋼(gang)，熱加工(gong)溫度范圍為900~1200℃，合(he)(he)金(jin)的(de)(de)熱彎成形通常在1000~1150℃ 范圍內進行。熱成形后可(ke)以空冷，但為了減輕合(he)(he)金(jin)的(de)(de)晶(jing)間腐蝕傾向，應盡量(liang)快(kuai)速通過(guo)540~760℃敏化區。

   2. 冷加工(gong)

     合金的冷加(jia)工(gong)成型性能近(jin)似于18-8型奧氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹鋼，但(dan)加(jia)工(gong)硬化傾向低于18-8型奧氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹鋼。盡(jin)管如此，在冷加(jia)工(gong)成型過程中，中間軟化退火(huo)常常是需要的，中間退火(huo)溫(wen)度與固(gu)溶退火(huo)溫(wen)度相同(tong)。

   3. 熱處理

    合金(jin)的固溶退(tui)(tui)火溫(wen)度(du)(du)在(zai)920~980℃ , 一(yi)般(ban)(ban)控制在(zai)980℃ ,±10℃保溫(wen)時(shi)(shi)間視產品厚度(du)(du)而定，但(dan)保溫(wen)時(shi)(shi)間不(bu)得少于(yu)10分鐘，對(dui)于(yu)高碳(tan)合金(jin)且在(zai)550℃以上溫(wen)度(du)(du)使用者(zhe)，其固溶處理溫(wen)度(du)(du)應(ying)(ying)(ying)為1150~1205℃。消除應(ying)(ying)(ying)力的熱處理，一(yi)般(ban)(ban)在(zai)540℃以上即可產生(sheng)效果，但(dan)殘余應(ying)(ying)(ying)力的完全消除需在(zai)高于(yu)870℃的溫(wen)度(du)(du)進行退(tui)(tui)火。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合金(jin)焊(han)(han)接(jie)(jie)性能良好(hao)，可釆用通常(chang)的焊(han)(han)接(jie)(jie)方法進行 焊(han)(han)接(jie)(jie)。試驗表明，釆用新(xin)2號焊(han)(han)絲對00Cr20Ni32AlTi合金(jin)管(guan)材與(yu)不銹鋼管(guan)板(ban)進行 TIG焊(han)(han)接(jie)(jie)，取得(de)了(le)滿意的效果。合金(jin)的抗(kang)裂性能良好(hao)，接(jie)(jie)頭的晶間腐蝕、應力(li)腐 蝕等亦(yi)近于母材。根(gen)據使用條件可選用表10-11所列(lie)的焊(han)(han)接(jie)(jie)材料(liao)。

五、物(wu)理性能

    Cr20Ni32Fe合(he)(he)金的物理性(xing)能(neng)隨合(he)(he)金的成分和試驗條件(jian)會(hui)有微小變化，但不會(hui)有大(da)的變動。1Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(Incoloy 800)的物理性(xing)能(neng)見表10-12和圖 10-24。

六、應用

  產品類型(xing)和(he)應用(yong)舉例：此類合金的冶金生產工藝與通常的18-8型(xing)奧氏體不 銹(xiu)鋼(gang)類似(si)，可以(yi)提供板（中板、薄(bo)板）、管（熱擠(ji)壓和(he)冷加工管）、絲、帶、棒(bang) 和(he)鍛(duan)件等冶金產品，亦可以(yi)提供各種鑄件。

  Cr20Ni32Fe合金在含氯化(hua)物和(he)低濃度NaOH的(de)(de)苛性(xing)水介質中具有優良的(de)(de)耐應力 腐(fu)蝕(shi)性(xing)能，廣泛用于制(zhi)造耐應力腐(fu)蝕(shi)破(po)壞的(de)(de)設備，代(dai)替慣用的(de)(de)18-8奧氏體不(bu)銹鋼。

   在動力工業中，用以制造壓水堆(dui)蒸(zheng)發(fa)器(qi)、高溫(wen)氣冷堆(dui)、鈉冷快(kuai)堆(dui)換熱(re)器(qi)，以 及(ji)過熱(re)蒸(zheng)汽管。

   在化(hua)學(xue)加工業中，用以(yi)制(zhi)造硝酸(suan)冷卻器(qi)、醋酐裂化(hua)管以(yi)及各種換(huan)熱設備。