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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(xing)是早期(qi)的Cr20Ni32型(xing)合金，碳含量0.1%。

  高碳(tan)型合金的碳(tan)含量(liang)(C)處于0.05%~0.1%之間。主要(yao)用于600℃以上， 具(ju)有粗晶粒、高蠕變強度的特點。在化(hua)(hua)工、電廠、石油化(hua)(hua)學工業中(zhong)的過(guo)熱(re)器(qi)、再熱(re)器(qi)、高溫加熱(re)、轉(zhuan)化(hua)(hua)、裂(lie)解爐管等方面應用。

  中碳型(xing)合金(jin)的碳含量在0.03%~0.06%范圍之間，具(ju)有(you)中等晶粒(li)度，一 般用于350℃~600℃ 使用的過(guo)熱器(qi)、再熱器(qi)等熱強部件。也適(shi)用于高溫(750℃)氣冷(leng)堆換熱器(qi)。

  低(di)碳(tan)(tan)型有(you)時也稱改(gai)良型。它是(shi)標準型合(he)(he)金Cr20Ni32Fe合(he)(he)金的改(gai)進和發(fa)展(zhan)。我 國(guo)鋼標號為(wei)00Cr20Ni32AlTi。碳(tan)(tan)含量(liang)(C)低(di)于0.03%并要求控(kong)制合(he)(he)金中(zhong)的Ti/C和Ti/C+N比值(zhi)以及Al、Co等含量(liang)。此(ci)合(he)(he)金的特點是(shi)超低(di)碳(tan)(tan)、細晶粒，充分穩定化、耐(nai)應力腐(fu)蝕性能優良,低(di)碳(tan)(tan)型合(he)(he)金使用溫度≤350℃ ,主(zhu)要用于壓水堆蒸發(fa)器。

一、化學成分和(he)組織(zhi)結構

  經近(jin)60年的(de)(de)演變、發展的(de)(de)各種Cr20Ni32合金的(de)(de)派生(sheng)牌號的(de)(de)化學成(cheng)分列于(yu)表(biao) 10-2。

  表10-2所列(lie)合(he)金(jin)(jin)在高溫固溶(rong)快冷條件下(xia)的(de)(de)組織(zhi)為(wei)奧氏體，但在500~900℃ 中溫加熱(re)，此(ci)合(he)金(jin)(jin)有可能(neng)處(chu)于雙相(xiang)區(qu)，對于Ni處(chu)于下(xia)限(xian)，Cr處(chu)于上限(xian)的(de)(de)合(he)金(jin)(jin)可能(neng)性更大。業(ye)已發(fa)現，在650℃和750℃長期加熱(re)有δ相(xiang)析(xi)出，但數(shu)量較(jiao)少(shao)，尚(shang)不足以(yi)影(ying)響合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)斷裂性能(neng)。

  合(he)金的(de)析出行為(wei)C曲線，如圖10-10 所示，析出相種類和(he)(he)數量受合(he)金成分(fen)和(he)(he)受熱(re)條件所制約。

二、力學性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合(he)金(jin)的(de)(de)室(shi)溫(wen)(wen)力(li)學性(xing)(xing)能(neng)匯總于表(biao)(biao)10-3,典型的(de)(de)室(shi)溫(wen)(wen)抗拉和(he)抗壓強度(du)見表(biao)(biao)10-4。表(biao)(biao)10-5為超(chao)低碳(tan)型 Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的(de)(de)室(shi)溫(wen)(wen)和(he)350℃的(de)(de)力(li)學性(xing)(xing)能(neng)。 溫(wen)(wen)瞬時(shi)拉伸性(xing)(xing)能(neng)如圖10-11和(he)圖10-12所示。Cr20Ni32Fe 合(he)金(jin)的(de)(de)高(gao)溫(wen)(wen)長時(shi)力(li)學性(xing)(xing)能(neng)見表(biao)(biao)10-6、圖10-13和(he)圖10-14。

三、耐蝕性能

  1. 全面(mian)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. 高溫腐蝕

  盡管Cr20Ni32Fe合金在濕態介(jie)質(zhi)中(zhong)具(ju)有較(jiao)好的(de)(de)耐蝕性(xing)，但此類合金良(liang)好的(de)(de)耐高(gao)(gao)溫腐蝕性(xing)能(neng)是其突出優點。在高(gao)(gao)溫條件下，由于合金中(zhong)具(ju)有較(jiao)高(gao)(gao)的(de)(de)銘(ming)含量和足夠的(de)(de)鎳含量，使其能(neng)形成防護性(xing)良(liang)好的(de)(de)氧化膜，具(ju)有良(liang)好的(de)(de)抗滲(shen)碳性(xing)能(neng)，是耐高(gao)(gao)溫腐蝕的(de)(de)良(liang)好材料，在工(gong)業(ye)中(zhong)得到了(le)廣泛應用。

  在高溫(wen)爐氣(qi)中(zhong) Cr20Ni32Fe合金的(de)耐蝕性優于(yu)一般奧氏體不(bu)銹鋼，數據(ju)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)能，Cr20Ni32Fe具有良好的(de)抗(kang)滲(shen)碳(tan)性(xing)能，試(shi)驗(yan)室(shi)試(shi)驗(yan)結果見表 10-10。它的(de)抗(kang)滲(shen)碳(tan)性(xing)能優(you)于常規不銹鋼(gang)，相當(dang)于含(han)質(zhi)量分(fen)數為25% 鉻(ge)的(de)耐(nai)髙(gao)溫 腐蝕的(de)奧氏體不銹鋼(gang)。

  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(gao)溫(wen)水介質中(zhong)

   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)表現出(chu)良好(hao)的(de)(de)耐應(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕性(xing)，但此合(he)金(jin)對應(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕并非(fei)免疫。在各種(zhong)高(gao)溫水中(zhong)的(de)(de)耐應(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕性(xing)能與合(he)金(jin)成分、熱處理條件、冷(leng)變形(xing)(xing)等 有(you)密切關系(xi)。試(shi)驗結果(guo)(guo)指(zhi)出(chu)，降低合(he)金(jin)中(zhong)的(de)(de)碳含(han)量(≤0.03%),提高(gao)鎳含(han) 量，增(zeng)大Ti/C比將提高(gao)合(he)金(jin)的(de)(de)耐應(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕性(xing)能。通(tong)常敏化和冷(leng)變形(xing)(xing)對合(he)金(jin)的(de)(de)耐應(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕性(xing)能有(you)害(hai)，但有(you)的(de)(de)試(shi)驗結果(guo)(guo)指(zhi)出(chu)，650℃長期(qi)時效可顯著降低合(he)金(jin)的(de)(de)應(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕敏感(gan)性(xing)。

   b. 苛性水介質中

   在壓水堆蒸發器和鈉冷快堆蒸發器中，有可能會出現含NaOH的苛性(xing)水介質，目前(qian)已遇到18-8不銹鋼和 Inconel 600合金的苛性(xing)應(ying)力腐蝕破裂問題。

  大量的研究表(biao)明Cr20Ni32Fe合金(jin)(jin)在含NaOH的苛(ke)性水(shui)介質(zhi)中的耐應(ying)(ying)力(li)腐蝕性能取決于NaOH濃(nong)(nong)度(du)(du)和(he)應(ying)(ying)力(li)水(shui)平(圖10-19 和(he) 圖10-20)。 NaOH濃(nong)(nong)度(du)(du)和(he)應(ying)(ying)力(li)水(shui)平愈(yu)高(gao)，合金(jin)(jin)的耐應(ying)(ying)力(li)腐蝕性能下降。對低碳型的00Cr20Ni32AITi合金(jin)(jin)只(zhi)有在低 NaOH濃(nong)(nong)度(du)(du)、低應(ying)(ying)力(li)下才(cai)處于免疫區(qu)（見圖10-21，該圖中NaOH為質(zhi)量分數）。 因此，只(zhi)有在使用過程中避免高(gao)應(ying)(ying)力(li)出現和(he)防(fang)止NaOH濃(nong)(nong)縮(suo)，才(cai)能保證采用 00Cr20Ni32AlTi合金(jin)(jin)設備的安全運行。

   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、冷加(jia)工、熱(re)處理和(he)焊接性(xing)能(neng)

   1. 熱加工

    Cr20Ni32Fe合(he)金的熱(re)加工性(xing)能良好，類似于一般Cr-Ni奧氏體(ti) 不銹鋼，熱(re)加工溫(wen)度范(fan)圍為(wei)900~1200℃，合(he)金的熱(re)彎成形通常(chang)在1000~1150℃ 范(fan)圍內進行(xing)。熱(re)成形后可(ke)以空冷(leng)，但為(wei)了減輕合(he)金的晶間腐蝕傾向，應盡量快速通過540~760℃敏化(hua)區。

   2. 冷加(jia)工

     合(he)金的(de)冷加(jia)(jia)工成型(xing)(xing)性能(neng)近似于18-8型(xing)(xing)奧(ao)(ao)氏體(ti)不銹(xiu)鋼，但加(jia)(jia)工硬(ying)化傾(qing)向低于18-8型(xing)(xing)奧(ao)(ao)氏體(ti)不銹(xiu)鋼。盡管如此，在冷加(jia)(jia)工成型(xing)(xing)過(guo)程(cheng)中，中間軟化退火(huo)常(chang)常(chang)是需要(yao)的(de)，中間退火(huo)溫度與(yu)固溶退火(huo)溫度相同。

   3. 熱處理

    合金的(de)固溶退火(huo)溫(wen)度在920~980℃ , 一(yi)般控制在980℃ ,±10℃保溫(wen)時(shi)間視產(chan)品厚(hou)度而定，但(dan)保溫(wen)時(shi)間不得少(shao)于10分鐘，對于高(gao)碳合金且(qie)在550℃以上溫(wen)度使用者，其固溶處理溫(wen)度應(ying)(ying)為1150~1205℃。消除(chu)(chu)應(ying)(ying)力的(de)熱處理，一(yi)般在540℃以上即可產(chan)生(sheng)效果，但(dan)殘余應(ying)(ying)力的(de)完全(quan)消除(chu)(chu)需在高(gao)于870℃的(de)溫(wen)度進行退火(huo)。

   4. 焊(han)接

    Cr20Ni32Fe型合(he)金焊接(jie)性(xing)能(neng)良好，可(ke)釆用(yong)通常的(de)焊接(jie)方法進行 焊接(jie)。試驗表明(ming)，釆用(yong)新(xin)2號焊絲對00Cr20Ni32AlTi合(he)金管材與(yu)不(bu)銹鋼管板進行 TIG焊接(jie)，取得了滿意(yi)的(de)效果。合(he)金的(de)抗裂(lie)性(xing)能(neng)良好，接(jie)頭(tou)的(de)晶間(jian)腐(fu)蝕(shi)、應(ying)力腐(fu) 蝕(shi)等亦近于母材。根據使用(yong)條件可(ke)選用(yong)表10-11所列(lie)的(de)焊接(jie)材料。

五、物理性能

    Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的(de)(de)物理性(xing)能隨(sui)合(he)金(jin)的(de)(de)成分和(he)試驗條件會有(you)微小變(bian)化，但不(bu)會有(you)大的(de)(de)變(bian)動。1Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)(Incoloy 800)的(de)(de)物理性(xing)能見表10-12和(he)圖(tu) 10-24。

六、應(ying)用

  產(chan)品類(lei)型和(he)應(ying)用(yong)舉例：此類(lei)合金的(de)冶金生產(chan)工(gong)藝與(yu)通常的(de)18-8型奧氏體不 銹鋼類(lei)似，可(ke)以提供板（中板、薄(bo)板）、管(guan)（熱擠(ji)壓(ya)和(he)冷加(jia)工(gong)管(guan)）、絲、帶、棒 和(he)鍛件等冶金產(chan)品，亦可(ke)以提供各種鑄件。

  Cr20Ni32Fe合金在(zai)含氯化物和低濃度NaOH的苛(ke)性水介質中具有優良的耐應(ying)力 腐(fu)蝕性能，廣(guang)泛(fan)用(yong)于制造(zao)耐應(ying)力腐(fu)蝕破壞的設(she)備，代替慣用(yong)的18-8奧氏(shi)體(ti)不銹鋼。

   在動力工(gong)業中，用以制(zhi)造壓水堆蒸發(fa)器(qi)、高溫(wen)氣(qi)冷(leng)堆、鈉冷(leng)快堆換熱器(qi)，以 及(ji)過熱蒸汽管。

   在化學(xue)加工業中，用以制造(zao)硝酸(suan)冷卻(que)器(qi)、醋(cu)酐裂(lie)化管以及各種換熱設備(bei)。