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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。

  標準型是(shi)早期的Cr20Ni32型合(he)金(jin)，碳含量(liang)0.1%。

  高碳(tan)型合金(jin)的碳(tan)含量(liang)(C)處(chu)于0.05%~0.1%之間。主要用于600℃以上， 具(ju)有粗晶(jing)粒、高蠕變強度(du)的特點。在(zai)化工、電廠、石(shi)油化學工業中的過熱(re)器、再(zai)熱(re)器、高溫加(jia)熱(re)、轉化、裂解爐管(guan)等方面應用。

  中碳(tan)型合金的碳(tan)含量在0.03%~0.06%范圍之間(jian)，具有中等(deng)晶粒度，一(yi) 般用于350℃~600℃ 使用的過熱(re)(re)(re)器(qi)、再熱(re)(re)(re)器(qi)等(deng)熱(re)(re)(re)強部件。也適用于高(gao)溫(750℃)氣冷堆換熱(re)(re)(re)器(qi)。

  低(di)碳(tan)型有時也(ye)稱改良型。它是(shi)標準型合(he)(he)金(jin)Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)的改進和(he)發(fa)展(zhan)。我 國鋼標號為00Cr20Ni32AlTi。碳(tan)含量(C)低(di)于0.03%并(bing)要求(qiu)控(kong)制合(he)(he)金(jin)中的Ti/C和(he)Ti/C+N比(bi)值以及Al、Co等(deng)含量。此合(he)(he)金(jin)的特點是(shi)超低(di)碳(tan)、細晶粒，充分(fen)穩定化、耐應力腐(fu)蝕性(xing)能優良,低(di)碳(tan)型合(he)(he)金(jin)使(shi)用溫度≤350℃ ,主要用于壓水堆(dui)蒸(zheng)發(fa)器。

一、化學(xue)成分和組織(zhi)結構

  經近(jin)60年的演變、發展的各種Cr20Ni32合金的派生牌號的化學成分(fen)列于(yu)表(biao) 10-2。

  表10-2所列合(he)金(jin)在(zai)高(gao)溫(wen)固溶(rong)快(kuai)冷條件下的組織為奧氏體，但在(zai)500~900℃ 中溫(wen)加熱，此合(he)金(jin)有可能處(chu)于(yu)雙相區，對于(yu)Ni處(chu)于(yu)下限，Cr處(chu)于(yu)上限的合(he)金(jin)可能性(xing)更大。業已發現，在(zai)650℃和750℃長期(qi)加熱有δ相析出(chu)，但數量較少，尚(shang)不足以(yi)影響合(he)金(jin)的斷裂性(xing)能。

  合金(jin)的析出(chu)行為C曲線(xian)，如圖10-10 所示，析出(chu)相種類和數量受合金(jin)成分和受熱條件(jian)所制約。

二、力學性(xing)能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合(he)金(jin)的(de)室(shi)(shi)(shi)溫(wen)力學性(xing)能(neng)匯總于表10-3,典(dian)型的(de)室(shi)(shi)(shi)溫(wen)抗拉(la)和抗壓強度見(jian)表10-4。表10-5為超低碳型 Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的(de)室(shi)(shi)(shi)溫(wen)和350℃的(de)力學性(xing)能(neng)。 溫(wen)瞬時(shi)拉(la)伸(shen)性(xing)能(neng)如圖(tu)(tu)10-11和圖(tu)(tu)10-12所示。Cr20Ni32Fe 合(he)金(jin)的(de)高(gao)溫(wen)長時(shi)力學性(xing)能(neng)見(jian)表10-6、圖(tu)(tu)10-13和圖(tu)(tu)10-14。

三、耐(nai)蝕性能

  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(gao)溫腐蝕(shi)

  盡管(guan)Cr20Ni32Fe合金在(zai)濕態介質中(zhong)(zhong)具有(you)較好(hao)的(de)耐蝕性，但此類合金良(liang)(liang)好(hao)的(de)耐高溫腐蝕性能(neng)是(shi)其突出優點(dian)。在(zai)高溫條件下(xia)，由于(yu)合金中(zhong)(zhong)具有(you)較高的(de)銘含(han)(han)量和足夠的(de)鎳(nie)含(han)(han)量，使其能(neng)形成防護(hu)性良(liang)(liang)好(hao)的(de)氧化膜，具有(you)良(liang)(liang)好(hao)的(de)抗(kang)滲碳(tan)性能(neng)，是(shi)耐高溫腐蝕的(de)良(liang)(liang)好(hao)材料，在(zai)工業中(zhong)(zhong)得到(dao)了廣泛應用。

  在高溫爐氣中 Cr20Ni32Fe合金的耐蝕性優于一般奧氏體不銹鋼，數據見表(biao) 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。

   抗滲(shen)碳(tan)性能，Cr20Ni32Fe具有良好(hao)的抗滲(shen)碳(tan)性能，試(shi)驗(yan)室試(shi)驗(yan)結果見表 10-10。它的抗滲(shen)碳(tan)性能優于常(chang)規不銹(xiu)鋼，相當于含質量(liang)分數為25% 鉻的耐髙溫 腐蝕的奧氏體不銹(xiu)鋼。

  3. 晶間(jian)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. 高溫(wen)水介質(zhi)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(jin)管Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)表現出良好(hao)的(de)耐(nai)應(ying)力(li)腐蝕(shi)性，但(dan)此合(he)金(jin)對(dui)應(ying)力(li)腐蝕(shi)并非(fei)免疫。在各種高溫水中的(de)耐(nai)應(ying)力(li)腐蝕(shi)性能(neng)與合(he)金(jin)成分、熱處理條件、冷變形(xing)等 有密切關(guan)系。試驗結果(guo)指出，降(jiang)低合(he)金(jin)中的(de)碳含量(liang)(≤0.03%),提高鎳含 量(liang)，增大Ti/C比將提高合(he)金(jin)的(de)耐(nai)應(ying)力(li)腐蝕(shi)性能(neng)。通常敏化和(he)冷變形(xing)對(dui)合(he)金(jin)的(de)耐(nai)應(ying)力(li)腐蝕(shi)性能(neng)有害，但(dan)有的(de)試驗結果(guo)指出，650℃長期時效可顯著降(jiang)低合(he)金(jin)的(de)應(ying)力(li)腐蝕(shi)敏感性。

   b. 苛性水(shui)介質中

   在(zai)壓水(shui)堆蒸發器和鈉冷快堆蒸發器中(zhong)，有可能(neng)會出現含NaOH的苛(ke)性(xing)水(shui)介質，目前已(yi)遇到18-8不(bu)銹鋼和 Inconel 600合金(jin)的苛(ke)性(xing)應力(li)腐蝕破裂問題。

  大(da)量的(de)研究表明Cr20Ni32Fe合(he)金在(zai)(zai)含NaOH的(de)苛性水(shui)介質(zhi)中(zhong)的(de)耐(nai)應(ying)力(li)(li)腐蝕性能(neng)(neng)取決于(yu)NaOH濃度和(he)應(ying)力(li)(li)水(shui)平(圖(tu)(tu)10-19 和(he) 圖(tu)(tu)10-20)。 NaOH濃度和(he)應(ying)力(li)(li)水(shui)平愈高，合(he)金的(de)耐(nai)應(ying)力(li)(li)腐蝕性能(neng)(neng)下降。對低(di)(di)碳型的(de)00Cr20Ni32AITi合(he)金只有(you)在(zai)(zai)低(di)(di) NaOH濃度、低(di)(di)應(ying)力(li)(li)下才處(chu)于(yu)免疫區（見圖(tu)(tu)10-21，該圖(tu)(tu)中(zhong)NaOH為質(zhi)量分數(shu)）。 因(yin)此，只有(you)在(zai)(zai)使(shi)用(yong)過程中(zhong)避免高應(ying)力(li)(li)出現和(he)防止(zhi)NaOH濃縮，才能(neng)(neng)保證采(cai)用(yong) 00Cr20Ni32AlTi合(he)金設備的(de)安(an)全(quan)運(yun)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)(re)加(jia)工、冷加(jia)工、熱(re)(re)處理和焊接性能(neng)

   1. 熱加工

    Cr20Ni32Fe合金(jin)的(de)熱(re)加(jia)工(gong)性能良(liang)好，類似于一般Cr-Ni奧(ao)氏(shi)體 不銹鋼，熱(re)加(jia)工(gong)溫(wen)度(du)范圍(wei)為900~1200℃，合金(jin)的(de)熱(re)彎(wan)成(cheng)(cheng)形(xing)通常在1000~1150℃ 范圍(wei)內(nei)進(jin)行。熱(re)成(cheng)(cheng)形(xing)后可以空冷，但為了(le)減輕(qing)合金(jin)的(de)晶間腐蝕傾向(xiang)，應(ying)盡量快速通過(guo)540~760℃敏化(hua)區。

   2. 冷加工

     合金的(de)(de)冷加(jia)工成(cheng)型性能(neng)近似(si)于(yu)18-8型奧氏體不銹鋼，但加(jia)工硬(ying)化(hua)(hua)傾向低(di)于(yu)18-8型奧氏體不銹鋼。盡管如此，在冷加(jia)工成(cheng)型過(guo)程中，中間軟(ruan)化(hua)(hua)退(tui)火常常是需要的(de)(de)，中間退(tui)火溫度與固溶(rong)退(tui)火溫度相同。

   3. 熱處(chu)理(li)

    合金的(de)(de)固溶(rong)退火(huo)溫(wen)(wen)度(du)(du)在(zai)920~980℃ , 一般控制(zhi)在(zai)980℃ ,±10℃保溫(wen)(wen)時間視(shi)產品厚度(du)(du)而定，但(dan)保溫(wen)(wen)時間不得少于10分(fen)鐘，對于高碳合金且在(zai)550℃以(yi)上溫(wen)(wen)度(du)(du)使用者，其固溶(rong)處理溫(wen)(wen)度(du)(du)應為(wei)1150~1205℃。消除應力的(de)(de)熱處理，一般在(zai)540℃以(yi)上即(ji)可產生效果，但(dan)殘(can)余應力的(de)(de)完全(quan)消除需在(zai)高于870℃的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)進行退火(huo)。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合金焊(han)接(jie)性能(neng)良好(hao)，可釆用(yong)通(tong)常的(de)焊(han)接(jie)方法進行 焊(han)接(jie)。試驗表明(ming)，釆用(yong)新2號焊(han)絲對00Cr20Ni32AlTi合金管(guan)(guan)材(cai)與不銹鋼管(guan)(guan)板進行 TIG焊(han)接(jie)，取得(de)了滿意的(de)效果。合金的(de)抗裂性能(neng)良好(hao)，接(jie)頭的(de)晶(jing)間腐(fu)蝕、應力腐(fu) 蝕等亦(yi)近于母材(cai)。根據使用(yong)條件可選用(yong)表10-11所列的(de)焊(han)接(jie)材(cai)料。

五、物理性能

    Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的(de)物理(li)(li)性能(neng)隨合(he)金(jin)的(de)成分(fen)和試驗(yan)條件(jian)會有微小變(bian)(bian)化，但不(bu)會有大的(de)變(bian)(bian)動。1Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)(Incoloy 800)的(de)物理(li)(li)性能(neng)見表10-12和圖 10-24。

六、應用

  產品類(lei)型和(he)應用舉例(li)：此類(lei)合金的冶金生產工藝(yi)與通常(chang)的18-8型奧氏體不(bu) 銹鋼類(lei)似(si)，可(ke)以提(ti)供(gong)板（中(zhong)板、薄板）、管（熱擠壓和(he)冷加工管）、絲、帶、棒(bang) 和(he)鍛(duan)件(jian)等冶金產品，亦可(ke)以提(ti)供(gong)各種鑄件(jian)。

  Cr20Ni32Fe合金在含氯(lv)化物和低濃度NaOH的(de)苛性水(shui)介質中具有優良的(de)耐(nai)應力 腐(fu)蝕(shi)性能，廣泛用于制造耐(nai)應力腐(fu)蝕(shi)破壞的(de)設備，代替慣用的(de)18-8奧氏體不(bu)銹鋼。

   在(zai)動(dong)力工業(ye)中，用以制造壓水堆蒸發(fa)器(qi)、高溫(wen)氣冷(leng)(leng)堆、鈉冷(leng)(leng)快(kuai)堆換熱器(qi)，以 及過熱蒸汽管。

   在化學加工業中，用以(yi)制造硝(xiao)酸冷卻(que)器、醋酐裂(lie)化管以(yi)及各種換(huan)熱設備。