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NS 112 (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(zhun)型(xing)(xing)是早期的Cr20Ni32型(xing)(xing)合金，碳含量0.1%。

  高(gao)碳型合(he)金(jin)的(de)碳含量(liang)(C)處于0.05%~0.1%之間(jian)。主要用于600℃以上， 具有粗晶(jing)粒、高(gao)蠕變強度的(de)特點。在化(hua)工、電廠、石(shi)油化(hua)學工業中(zhong)的(de)過熱器、再熱器、高(gao)溫加熱、轉化(hua)、裂解(jie)爐(lu)管等(deng)方面應用。

  中(zhong)碳(tan)型合金的碳(tan)含量在0.03%~0.06%范圍之(zhi)間(jian)，具有中(zhong)等晶粒度，一 般用(yong)于350℃~600℃ 使用(yong)的過熱(re)(re)器、再熱(re)(re)器等熱(re)(re)強部件。也適用(yong)于高溫(wen)(750℃)氣冷堆(dui)換熱(re)(re)器。

  低(di)碳型(xing)有時也稱改(gai)良型(xing)。它是標(biao)(biao)準型(xing)合(he)金(jin)Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的(de)改(gai)進和發展。我 國鋼標(biao)(biao)號為(wei)00Cr20Ni32AlTi。碳含量(liang)(C)低(di)于0.03%并要(yao)求(qiu)控制合(he)金(jin)中(zhong)的(de)Ti/C和Ti/C+N比值以及Al、Co等(deng)含量(liang)。此合(he)金(jin)的(de)特點是超低(di)碳、細晶(jing)粒，充分(fen)穩定化、耐應力腐蝕性能(neng)優良,低(di)碳型(xing)合(he)金(jin)使用溫度≤350℃ ,主要(yao)用于壓水堆蒸發器。

一(yi)、化(hua)學成分和(he)組織結(jie)構

  經近60年的演變、發展的各種Cr20Ni32合金的派生牌號(hao)的化學(xue)成分(fen)列于表 10-2。

  表10-2所列(lie)合(he)金在高(gao)溫固溶快冷條(tiao)件下的(de)(de)(de)組織為(wei)奧氏(shi)體，但在500~900℃ 中溫加熱(re)，此合(he)金有可(ke)能(neng)處于(yu)雙相(xiang)(xiang)區，對于(yu)Ni處于(yu)下限(xian)，Cr處于(yu)上限(xian)的(de)(de)(de)合(he)金可(ke)能(neng)性更大(da)。業已(yi)發現，在650℃和750℃長(chang)期加熱(re)有δ相(xiang)(xiang)析出，但數量較少，尚不足以影響合(he)金的(de)(de)(de)斷(duan)裂(lie)性能(neng)。

  合(he)金的析(xi)出(chu)行為(wei)C曲線，如圖10-10 所(suo)(suo)示，析(xi)出(chu)相種類和數量(liang)受(shou)合(he)金成分(fen)和受(shou)熱條件所(suo)(suo)制約。

二、力學性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合(he)(he)金(jin)的(de)室溫力學性(xing)能匯總于表(biao)10-3,典型的(de)室溫抗拉和抗壓(ya)強度見表(biao)10-4。表(biao)10-5為(wei)超低(di)碳型 Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)的(de)室溫和350℃的(de)力學性(xing)能。 溫瞬(shun)時拉伸性(xing)能如圖10-11和圖10-12所(suo)示。Cr20Ni32Fe 合(he)(he)金(jin)的(de)高溫長時力學性(xing)能見表(biao)10-6、圖10-13和圖10-14。

三、耐蝕性能

  1. 全面(mian)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

  盡管Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)在濕態介質中(zhong)(zhong)具(ju)有(you)較好(hao)(hao)的(de)(de)耐(nai)(nai)蝕性，但此(ci)類合(he)金(jin)良好(hao)(hao)的(de)(de)耐(nai)(nai)高(gao)溫腐蝕性能是其突出(chu)優點。在高(gao)溫條件下(xia)，由于(yu)合(he)金(jin)中(zhong)(zhong)具(ju)有(you)較高(gao)的(de)(de)銘含(han)量和足夠(gou)的(de)(de)鎳含(han)量，使(shi)其能形(xing)成防(fang)護性良好(hao)(hao)的(de)(de)氧(yang)化膜(mo)，具(ju)有(you)良好(hao)(hao)的(de)(de)抗滲(shen)碳性能，是耐(nai)(nai)高(gao)溫腐蝕的(de)(de)良好(hao)(hao)材料，在工業中(zhong)(zhong)得(de)到(dao)了(le)廣泛應用。

  在高溫爐氣中 Cr20Ni32Fe合金(jin)的耐蝕性(xing)優于一般奧氏體不銹鋼，數(shu)據見(jian)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)能，Cr20Ni32Fe具(ju)有良好的(de)抗(kang)滲(shen)碳性(xing)能，試(shi)驗室試(shi)驗結(jie)果見(jian)表(biao) 10-10。它(ta)的(de)抗(kang)滲(shen)碳性(xing)能優(you)于(yu)常規不(bu)銹鋼，相當于(yu)含質量分數為(wei)25% 鉻的(de)耐髙(gao)溫 腐蝕的(de)奧氏體不(bu)銹鋼。

  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. 高溫水(shui)介(jie)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)金(jin)(jin)(jin)表現(xian)出(chu)良好(hao)的(de)(de)耐(nai)應(ying)(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)，但此合(he)金(jin)(jin)(jin)對(dui)應(ying)(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)并非免疫(yi)。在各種高(gao)溫水中(zhong)的(de)(de)耐(nai)應(ying)(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)(neng)與合(he)金(jin)(jin)(jin)成分、熱處理條件、冷變(bian)形等(deng) 有(you)密切關系。試(shi)驗(yan)結果(guo)指出(chu)，降(jiang)低合(he)金(jin)(jin)(jin)中(zhong)的(de)(de)碳含量(≤0.03%),提(ti)(ti)高(gao)鎳含 量，增大(da)Ti/C比將提(ti)(ti)高(gao)合(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)耐(nai)應(ying)(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)(neng)。通常(chang)敏化和冷變(bian)形對(dui)合(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)耐(nai)應(ying)(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)(neng)有(you)害，但有(you)的(de)(de)試(shi)驗(yan)結果(guo)指出(chu)，650℃長期時效可顯著降(jiang)低合(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)應(ying)(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)敏感性(xing)。

   b. 苛性水(shui)介質中

   在壓(ya)水(shui)堆(dui)蒸發(fa)器和(he)鈉冷快(kuai)堆(dui)蒸發(fa)器中，有可能會出現含NaOH的(de)苛性水(shui)介質，目前已(yi)遇(yu)到18-8不銹鋼和(he) Inconel 600合金的(de)苛性應力腐蝕破(po)裂問題。

  大量的(de)研究表明Cr20Ni32Fe合金(jin)在(zai)含NaOH的(de)苛(ke)性(xing)水介(jie)質中的(de)耐(nai)應(ying)力腐蝕性(xing)能(neng)取決(jue)于NaOH濃(nong)(nong)度和(he)應(ying)力水平(圖10-19 和(he) 圖10-20)。 NaOH濃(nong)(nong)度和(he)應(ying)力水平愈高(gao)，合金(jin)的(de)耐(nai)應(ying)力腐蝕性(xing)能(neng)下(xia)降。對低(di)碳型的(de)00Cr20Ni32AITi合金(jin)只(zhi)有在(zai)低(di) NaOH濃(nong)(nong)度、低(di)應(ying)力下(xia)才(cai)處于免疫(yi)區(qu)（見(jian)圖10-21，該圖中NaOH為質量分數(shu)）。 因此，只(zhi)有在(zai)使用過程中避免高(gao)應(ying)力出現和(he)防止NaOH濃(nong)(nong)縮，才(cai)能(neng)保證采用 00Cr20Ni32AlTi合金(jin)設備的(de)安全運行(xing)。

   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、冷加工、熱處理和焊接性能

   1. 熱加工

    Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的(de)熱(re)加(jia)(jia)工性能(neng)良(liang)好，類似(si)于一般Cr-Ni奧(ao)氏體 不銹鋼(gang)，熱(re)加(jia)(jia)工溫度范圍為(wei)900~1200℃，合(he)金(jin)的(de)熱(re)彎成形(xing)通常在1000~1150℃ 范圍內進行。熱(re)成形(xing)后(hou)可以空冷(leng)，但為(wei)了減輕合(he)金(jin)的(de)晶(jing)間腐(fu)蝕傾向，應盡量快速(su)通過540~760℃敏(min)化區。

   2. 冷加(jia)工(gong)

     合金的冷加工(gong)成型性能(neng)近似于18-8型奧(ao)氏體(ti)不銹鋼，但(dan)加工(gong)硬化傾向低于18-8型奧(ao)氏體(ti)不銹鋼。盡管如此，在冷加工(gong)成型過程中(zhong)，中(zhong)間軟化退(tui)火常常是需要的，中(zhong)間退(tui)火溫度與固溶退(tui)火溫度相同(tong)。

   3. 熱處理

    合金的固溶退(tui)(tui)火溫(wen)(wen)度在920~980℃ , 一(yi)般(ban)控(kong)制在980℃ ,±10℃保(bao)(bao)溫(wen)(wen)時間視(shi)產品(pin)厚(hou)度而定，但保(bao)(bao)溫(wen)(wen)時間不得少于(yu)10分(fen)鐘，對于(yu)高碳合金且(qie)在550℃以上溫(wen)(wen)度使用者，其(qi)固溶處(chu)理溫(wen)(wen)度應為1150~1205℃。消除應力的熱處(chu)理，一(yi)般(ban)在540℃以上即可產生(sheng)效(xiao)果(guo)，但殘余應力的完全消除需在高于(yu)870℃的溫(wen)(wen)度進行(xing)退(tui)(tui)火。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合(he)金焊(han)(han)(han)(han)接性(xing)能良好，可釆用(yong)通常的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接方法進(jin)(jin)行 焊(han)(han)(han)(han)接。試(shi)驗表明，釆用(yong)新2號(hao)焊(han)(han)(han)(han)絲(si)對00Cr20Ni32AlTi合(he)金管(guan)材與不銹鋼管(guan)板進(jin)(jin)行 TIG焊(han)(han)(han)(han)接，取(qu)得了(le)滿意的(de)(de)效果。合(he)金的(de)(de)抗(kang)裂性(xing)能良好，接頭的(de)(de)晶間腐蝕(shi)、應力腐 蝕(shi)等亦近于(yu)母材。根據使用(yong)條件可選用(yong)表10-11所列的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接材料。

五、物理性能

    Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)(jin)的(de)物(wu)理性(xing)能隨合(he)金(jin)(jin)的(de)成分和試驗條(tiao)件會有(you)微小變化，但不會有(you)大的(de)變動。1Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)(jin)(Incoloy 800)的(de)物(wu)理性(xing)能見表10-12和圖 10-24。

六(liu)、應用

  產(chan)品類型和應用舉例：此類合金的(de)冶金生產(chan)工藝與通常的(de)18-8型奧氏體不 銹(xiu)鋼(gang)類似，可以(yi)提供板(ban)（中板(ban)、薄板(ban)）、管(guan)（熱擠壓和冷加(jia)工管(guan)）、絲、帶(dai)、棒(bang) 和鍛件等(deng)冶金產(chan)品，亦可以(yi)提供各種鑄件。

  Cr20Ni32Fe合金在含(han)氯化物(wu)和低濃度NaOH的苛性水介質中具有優良的耐應(ying)力(li) 腐(fu)蝕性能，廣(guang)泛用(yong)于制(zhi)造耐應(ying)力(li)腐(fu)蝕破壞的設備，代替慣用(yong)的18-8奧氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)。

   在動力工業中(zhong)，用以制造壓(ya)水堆蒸(zheng)發器(qi)、高(gao)溫(wen)氣(qi)冷(leng)堆、鈉冷(leng)快堆換(huan)熱器(qi)，以 及過熱蒸(zheng)汽管。

   在化(hua)學加(jia)工業(ye)中(zhong)，用以制造硝酸冷卻器(qi)、醋酐裂(lie)化(hua)管(guan)以及(ji)各種換熱設(she)備。