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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(zhun)型是早期(qi)的Cr20Ni32型合金(jin)，碳含量0.1%。

  高(gao)碳(tan)型(xing)合金的(de)碳(tan)含量(C)處于(yu)0.05%~0.1%之間。主要(yao)用于(yu)600℃以上， 具有粗(cu)晶粒(li)、高(gao)蠕變(bian)強度的(de)特點。在(zai)化工(gong)(gong)、電廠、石油化學工(gong)(gong)業中(zhong)的(de)過(guo)熱(re)器、再熱(re)器、高(gao)溫加熱(re)、轉(zhuan)化、裂(lie)解爐管等方(fang)面應用。

  中(zhong)碳(tan)型合金的碳(tan)含量在0.03%~0.06%范(fan)圍之間(jian)，具有中(zhong)等晶粒度，一 般用(yong)于(yu)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(shi)用(yong)于(yu)高溫(wen)(750℃)氣(qi)冷堆換熱(re)(re)器。

  低碳型有(you)時也(ye)稱改良型。它是標準型合(he)(he)(he)金(jin)Cr20Ni32Fe合(he)(he)(he)金(jin)的(de)改進和發展。我(wo) 國鋼(gang)標號為(wei)00Cr20Ni32AlTi。碳含量(C)低于0.03%并(bing)要(yao)求(qiu)控(kong)制(zhi)合(he)(he)(he)金(jin)中的(de)Ti/C和Ti/C+N比值以及Al、Co等(deng)含量。此合(he)(he)(he)金(jin)的(de)特點(dian)是超(chao)低碳、細(xi)晶粒，充分(fen)穩定化、耐應(ying)力腐蝕性能優(you)良,低碳型合(he)(he)(he)金(jin)使用溫度≤350℃ ,主要(yao)用于壓水堆蒸(zheng)發器。

一(yi)、化學成(cheng)分和組織(zhi)結構

  經近60年的演變(bian)、發展(zhan)的各種(zhong)Cr20Ni32合金的派生牌號(hao)的化學成分列(lie)于表 10-2。

  表10-2所列合(he)(he)(he)金(jin)在(zai)高溫固溶快(kuai)冷條件下(xia)的組織為奧(ao)氏體，但在(zai)500~900℃ 中溫加熱(re)，此(ci)合(he)(he)(he)金(jin)有可能(neng)處于(yu)雙相(xiang)區，對于(yu)Ni處于(yu)下(xia)限，Cr處于(yu)上限的合(he)(he)(he)金(jin)可能(neng)性更大。業已發現(xian)，在(zai)650℃和750℃長期加熱(re)有δ相(xiang)析出(chu)，但數量(liang)較少(shao)，尚不(bu)足以(yi)影響合(he)(he)(he)金(jin)的斷(duan)裂性能(neng)。

  合金的(de)析出行為C曲(qu)線(xian)，如圖10-10 所示，析出相種類和數量受(shou)合金成分和受(shou)熱條(tiao)件所制(zhi)約(yue)。

二(er)、力學性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合金的(de)(de)室溫(wen)力(li)(li)學性(xing)(xing)能(neng)(neng)匯總于表10-3,典型的(de)(de)室溫(wen)抗(kang)拉(la)和(he)抗(kang)壓強度見表10-4。表10-5為超低碳型 Cr20Ni32Fe合金的(de)(de)室溫(wen)和(he)350℃的(de)(de)力(li)(li)學性(xing)(xing)能(neng)(neng)。 溫(wen)瞬(shun)時拉(la)伸性(xing)(xing)能(neng)(neng)如(ru)圖10-11和(he)圖10-12所示(shi)。Cr20Ni32Fe 合金的(de)(de)高溫(wen)長時力(li)(li)學性(xing)(xing)能(neng)(neng)見表10-6、圖10-13和(he)圖10-14。

三、耐蝕(shi)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

  盡(jin)管Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)在(zai)濕態介質中(zhong)具有較(jiao)好(hao)的(de)(de)耐蝕性(xing)，但此類合(he)金(jin)良(liang)(liang)好(hao)的(de)(de)耐高(gao)溫(wen)腐蝕性(xing)能(neng)是其突出優點。在(zai)高(gao)溫(wen)條(tiao)件(jian)下(xia)，由(you)于(yu)合(he)金(jin)中(zhong)具有較(jiao)高(gao)的(de)(de)銘(ming)含量(liang)和足(zu)夠的(de)(de)鎳含量(liang)，使其能(neng)形(xing)成防護(hu)性(xing)良(liang)(liang)好(hao)的(de)(de)氧化(hua)膜，具有良(liang)(liang)好(hao)的(de)(de)抗滲(shen)碳(tan)性(xing)能(neng)，是耐高(gao)溫(wen)腐蝕的(de)(de)良(liang)(liang)好(hao)材(cai)料，在(zai)工業中(zhong)得(de)到了廣(guang)泛應用。

  在高溫(wen)爐氣中 Cr20Ni32Fe合金的耐蝕(shi)性優于(yu)一般奧氏體(ti)不(bu)銹鋼，數(shu)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)碳性能(neng)，Cr20Ni32Fe具有良好(hao)的(de)抗(kang)滲(shen)碳性能(neng)，試驗室試驗結果(guo)見表 10-10。它的(de)抗(kang)滲(shen)碳性能(neng)優于常規(gui)不銹鋼，相當于含質量分數為25% 鉻的(de)耐(nai)髙溫 腐蝕的(de)奧(ao)氏體不銹鋼。

  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(li)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(jin)管Cr20Ni32Fe合(he)(he)金表現出(chu)良(liang)好的(de)(de)耐(nai)應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)，但此合(he)(he)金對應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)并(bing)非免疫。在各種高溫水(shui)中的(de)(de)耐(nai)應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)能與合(he)(he)金成分、熱處理條件、冷變形等 有(you)密切(qie)關系。試驗結果指出(chu)，降(jiang)低合(he)(he)金中的(de)(de)碳(tan)含(han)量(≤0.03%),提(ti)高鎳(nie)含(han) 量，增大Ti/C比(bi)將(jiang)提(ti)高合(he)(he)金的(de)(de)耐(nai)應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)能。通常敏化和冷變形對合(he)(he)金的(de)(de)耐(nai)應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)能有(you)害，但有(you)的(de)(de)試驗結果指出(chu)，650℃長期(qi)時效(xiao)可(ke)顯(xian)著降(jiang)低合(he)(he)金的(de)(de)應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)敏感性(xing)(xing)。

   b. 苛性水介質(zhi)中

   在(zai)壓水堆蒸發器(qi)和鈉冷快堆蒸發器(qi)中，有可能會(hui)出現(xian)含NaOH的苛性水介質，目前已遇到18-8不銹鋼(gang)和 Inconel 600合金的苛性應力腐蝕破裂(lie)問題(ti)。

  大量(liang)的(de)研究(jiu)表明(ming)Cr20Ni32Fe合(he)金在含NaOH的(de)苛(ke)性(xing)水(shui)(shui)(shui)介質(zhi)中的(de)耐(nai)應(ying)力腐(fu)蝕性(xing)能取決(jue)于NaOH濃度和應(ying)力水(shui)(shui)(shui)平(圖10-19 和 圖10-20)。 NaOH濃度和應(ying)力水(shui)(shui)(shui)平愈高，合(he)金的(de)耐(nai)應(ying)力腐(fu)蝕性(xing)能下降。對低(di)碳型的(de)00Cr20Ni32AITi合(he)金只有(you)在低(di) NaOH濃度、低(di)應(ying)力下才處于免疫(yi)區（見圖10-21，該圖中NaOH為質(zhi)量(liang)分數）。 因(yin)此，只有(you)在使用過(guo)程中避免高應(ying)力出現和防止NaOH濃縮(suo)，才能保證采用 00Cr20Ni32AlTi合(he)金設備的(de)安全運行(xing)。

   c. NaCl溶液中(zhong)

  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)、 熱加工、冷(leng)加工、熱處(chu)理和焊接性能

   1. 熱(re)加工

    Cr20Ni32Fe合金(jin)的(de)熱(re)加工(gong)性能良好，類似于一般(ban)Cr-Ni奧氏體 不銹鋼(gang)，熱(re)加工(gong)溫度范圍(wei)為900~1200℃，合金(jin)的(de)熱(re)彎成形通(tong)常在1000~1150℃ 范圍(wei)內進行(xing)。熱(re)成形后可以空冷，但為了減輕合金(jin)的(de)晶間腐蝕(shi)傾向，應盡量快速通(tong)過(guo)540~760℃敏(min)化區。

   2. 冷(leng)加工

     合金的冷加(jia)工成型(xing)(xing)性能近似于18-8型(xing)(xing)奧氏(shi)體(ti)不銹鋼，但加(jia)工硬化傾(qing)向低(di)于18-8型(xing)(xing)奧氏(shi)體(ti)不銹鋼。盡(jin)管(guan)如(ru)此，在冷加(jia)工成型(xing)(xing)過(guo)程中(zhong)，中(zhong)間軟化退火(huo)常常是需要(yao)的，中(zhong)間退火(huo)溫度(du)與固溶退火(huo)溫度(du)相同。

   3. 熱處(chu)理

    合金(jin)的(de)固(gu)溶退火溫(wen)(wen)(wen)度(du)在(zai)(zai)920~980℃ , 一般(ban)控(kong)制在(zai)(zai)980℃ ,±10℃保溫(wen)(wen)(wen)時間視產品厚度(du)而定(ding)，但保溫(wen)(wen)(wen)時間不得少(shao)于10分(fen)鐘(zhong)，對于高(gao)碳合金(jin)且在(zai)(zai)550℃以上溫(wen)(wen)(wen)度(du)使(shi)用者，其固(gu)溶處(chu)理溫(wen)(wen)(wen)度(du)應(ying)為1150~1205℃。消(xiao)除應(ying)力(li)的(de)熱處(chu)理，一般(ban)在(zai)(zai)540℃以上即可產生效果(guo)，但殘余應(ying)力(li)的(de)完全(quan)消(xiao)除需在(zai)(zai)高(gao)于870℃的(de)溫(wen)(wen)(wen)度(du)進行退火。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合(he)金焊(han)接(jie)性能良好(hao)，可釆用(yong)通(tong)常的焊(han)接(jie)方法進行 焊(han)接(jie)。試驗表(biao)明，釆用(yong)新2號焊(han)絲對00Cr20Ni32AlTi合(he)金管(guan)材(cai)與不銹(xiu)鋼管(guan)板進行 TIG焊(han)接(jie)，取得了滿意(yi)的效果。合(he)金的抗裂性能良好(hao)，接(jie)頭(tou)的晶間腐蝕(shi)(shi)、應力腐 蝕(shi)(shi)等(deng)亦近于母材(cai)。根據使用(yong)條件可選用(yong)表(biao)10-11所列的焊(han)接(jie)材(cai)料。

五、物理性能(neng)

    Cr20Ni32Fe合金的物(wu)理性(xing)能隨合金的成(cheng)分和試驗條件會有微小變化，但不會有大的變動。1Cr20Ni32Fe合金(Incoloy 800)的物(wu)理性(xing)能見表10-12和圖 10-24。

六、應用

  產(chan)品類(lei)型和應(ying)用舉例：此(ci)類(lei)合(he)金(jin)的冶金(jin)生產(chan)工藝(yi)與通常的18-8型奧氏(shi)體不 銹鋼類(lei)似，可(ke)以(yi)提供(gong)板（中板、薄板）、管(guan)(guan)（熱擠(ji)壓和冷(leng)加(jia)工管(guan)(guan)）、絲、帶、棒 和鍛件(jian)等冶金(jin)產(chan)品，亦(yi)可(ke)以(yi)提供(gong)各種(zhong)鑄件(jian)。

  Cr20Ni32Fe合金在(zai)含氯化(hua)物和低(di)濃(nong)度NaOH的(de)(de)(de)苛性水(shui)介(jie)質中具有優良的(de)(de)(de)耐應力 腐蝕性能，廣(guang)泛用(yong)于(yu)制(zhi)造(zao)耐應力腐蝕破壞的(de)(de)(de)設(she)備(bei)，代(dai)替(ti)慣用(yong)的(de)(de)(de)18-8奧氏體(ti)不銹鋼(gang)。

   在動(dong)力(li)工業中，用以(yi)(yi)制造壓水堆(dui)蒸發器、高溫氣冷堆(dui)、鈉冷快堆(dui)換熱(re)器，以(yi)(yi) 及過熱(re)蒸汽管。

   在化(hua)學加工業(ye)中(zhong)，用(yong)以制造硝酸冷卻器、醋酐(gan)裂化(hua)管以及各種換(huan)熱(re)設備。