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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。

  標準型(xing)是早期的Cr20Ni32型(xing)合(he)金，碳含量0.1%。

  高碳型合(he)金的(de)(de)碳含量(liang)(C)處于0.05%~0.1%之間(jian)。主(zhu)要用于600℃以上(shang)， 具有(you)粗(cu)晶粒、高蠕變強度(du)的(de)(de)特(te)點。在化(hua)(hua)工、電(dian)廠、石油化(hua)(hua)學工業中的(de)(de)過熱器、再熱器、高溫加(jia)熱、轉化(hua)(hua)、裂(lie)解爐(lu)管(guan)等方面應用。

  中(zhong)碳(tan)型合金的(de)碳(tan)含(han)量在0.03%~0.06%范(fan)圍之(zhi)間，具(ju)有中(zhong)等晶粒度，一(yi) 般(ban)用于350℃~600℃ 使用的(de)過熱(re)器(qi)、再(zai)熱(re)器(qi)等熱(re)強部件。也適用于高(gao)溫(750℃)氣冷(leng)堆換(huan)熱(re)器(qi)。

  低碳型(xing)有時也稱改良型(xing)。它是(shi)標(biao)(biao)準(zhun)型(xing)合(he)(he)金Cr20Ni32Fe合(he)(he)金的(de)改進和(he)發展。我 國鋼標(biao)(biao)號為(wei)00Cr20Ni32AlTi。碳含(han)量(liang)(C)低于(yu)0.03%并要求控制合(he)(he)金中的(de)Ti/C和(he)Ti/C+N比值(zhi)以及(ji)Al、Co等含(han)量(liang)。此合(he)(he)金的(de)特點是(shi)超低碳、細晶粒，充(chong)分(fen)穩(wen)定化、耐(nai)應力腐(fu)蝕性能優良,低碳型(xing)合(he)(he)金使用溫度≤350℃ ,主要用于(yu)壓水堆(dui)蒸發器。

一、化學(xue)成(cheng)分(fen)和組(zu)織結構

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

  表10-2所列合(he)金(jin)在高溫固溶快冷條件(jian)下的組織為(wei)奧氏體，但在500~900℃ 中溫加熱，此合(he)金(jin)有可能(neng)處(chu)于(yu)雙相(xiang)區(qu)，對(dui)于(yu)Ni處(chu)于(yu)下限，Cr處(chu)于(yu)上限的合(he)金(jin)可能(neng)性更大。業已(yi)發現(xian)，在650℃和750℃長期加熱有δ相(xiang)析出，但數量較少，尚不足以影響(xiang)合(he)金(jin)的斷裂性能(neng)。

  合(he)金的析出(chu)行為(wei)C曲(qu)線，如圖10-10 所示(shi)，析出(chu)相種類和(he)數量受(shou)合(he)金成分和(he)受(shou)熱(re)條件所制(zhi)約。

二(er)、力學性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合(he)金(jin)的室溫力學性(xing)能(neng)匯總于表10-3,典型(xing)(xing)的室溫抗(kang)拉(la)和(he)(he)抗(kang)壓強(qiang)度見表10-4。表10-5為超低(di)碳(tan)型(xing)(xing) Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的室溫和(he)(he)350℃的力學性(xing)能(neng)。 溫瞬時(shi)拉(la)伸(shen)性(xing)能(neng)如圖(tu)10-11和(he)(he)圖(tu)10-12所示。Cr20Ni32Fe 合(he)金(jin)的高溫長時(shi)力學性(xing)能(neng)見表10-6、圖(tu)10-13和(he)(he)圖(tu)10-14。

三、耐蝕(shi)性(xing)能(neng)

  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. 高溫腐蝕

  盡管Cr20Ni32Fe合金在(zai)濕態(tai)介質(zhi)中具有(you)較好(hao)的(de)耐蝕性(xing)，但(dan)此(ci)類合金良(liang)(liang)好(hao)的(de)耐高(gao)(gao)(gao)溫(wen)腐蝕性(xing)能是(shi)其突出(chu)優(you)點。在(zai)高(gao)(gao)(gao)溫(wen)條件下，由于合金中具有(you)較高(gao)(gao)(gao)的(de)銘含量(liang)和足夠的(de)鎳含量(liang)，使其能形(xing)成(cheng)防(fang)護性(xing)良(liang)(liang)好(hao)的(de)氧化膜，具有(you)良(liang)(liang)好(hao)的(de)抗(kang)滲碳性(xing)能，是(shi)耐高(gao)(gao)(gao)溫(wen)腐蝕的(de)良(liang)(liang)好(hao)材料，在(zai)工業中得(de)到了(le)廣泛(fan)應用。

  在高(gao)溫爐氣中(zhong) Cr20Ni32Fe合金的耐蝕性優于一(yi)般奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)，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)(kang)滲碳性能，Cr20Ni32Fe具有良好的(de)抗(kang)(kang)滲碳性能，試驗室試驗結果見表 10-10。它的(de)抗(kang)(kang)滲碳性能優于(yu)常規不(bu)銹鋼(gang)，相當于(yu)含(han)質(zhi)量分數為(wei)25% 鉻的(de)耐髙溫 腐蝕的(de)奧氏體不(bu)銹鋼(gang)。

  3. 晶間腐(fu)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(wen)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合金(jin)表現出(chu)良好的耐應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)性，但此合金(jin)對應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)并非免疫。在各種高(gao)溫水中的耐應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)性能(neng)與合金(jin)成分、熱處理條件、冷變(bian)形等 有(you)密切(qie)關系。試驗結果(guo)指(zhi)出(chu)，降低合金(jin)中的碳含(han)量(≤0.03%),提(ti)高(gao)鎳(nie)含(han) 量，增大Ti/C比將(jiang)提(ti)高(gao)合金(jin)的耐應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)性能(neng)。通常敏(min)化(hua)和冷變(bian)形對合金(jin)的耐應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)性能(neng)有(you)害，但有(you)的試驗結果(guo)指(zhi)出(chu)，650℃長期(qi)時效可顯著降低合金(jin)的應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)敏(min)感(gan)性。

   b. 苛性水介質中

   在壓水堆蒸(zheng)發(fa)器(qi)和鈉冷快堆蒸(zheng)發(fa)器(qi)中(zhong)，有可能(neng)會(hui)出現(xian)含NaOH的苛性水介質，目前已遇到18-8不銹鋼和 Inconel 600合(he)金的苛性應力腐蝕破裂問題。

  大量的(de)(de)(de)(de)研究表(biao)明Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)(jin)在(zai)含NaOH的(de)(de)(de)(de)苛性水(shui)(shui)介質中(zhong)的(de)(de)(de)(de)耐應(ying)力(li)腐蝕性能取決于NaOH濃(nong)度(du)和應(ying)力(li)水(shui)(shui)平(圖10-19 和 圖10-20)。 NaOH濃(nong)度(du)和應(ying)力(li)水(shui)(shui)平愈高(gao)(gao)，合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)耐應(ying)力(li)腐蝕性能下降。對低碳型的(de)(de)(de)(de)00Cr20Ni32AITi合(he)金(jin)(jin)只(zhi)有在(zai)低 NaOH濃(nong)度(du)、低應(ying)力(li)下才處(chu)于免疫區(qu)（見圖10-21，該圖中(zhong)NaOH為質量分數(shu)）。 因(yin)此，只(zhi)有在(zai)使用過程(cheng)中(zhong)避免高(gao)(gao)應(ying)力(li)出現(xian)和防止NaOH濃(nong)縮，才能保證(zheng)采用 00Cr20Ni32AlTi合(he)金(jin)(jin)設備的(de)(de)(de)(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(si)、 熱(re)加工(gong)(gong)、冷加工(gong)(gong)、熱(re)處理和焊接性能

   1. 熱加工

    Cr20Ni32Fe合(he)金的(de)熱(re)加工性(xing)能良好，類似于一(yi)般Cr-Ni奧氏體 不銹鋼，熱(re)加工溫度范圍(wei)為900~1200℃，合(he)金的(de)熱(re)彎成形(xing)(xing)通(tong)(tong)常在1000~1150℃ 范圍(wei)內進行。熱(re)成形(xing)(xing)后可以空冷，但(dan)為了減輕合(he)金的(de)晶(jing)間(jian)腐蝕傾向，應(ying)盡量(liang)快速通(tong)(tong)過(guo)540~760℃敏化區。

   2. 冷加工

     合金的(de)冷加工成型(xing)性能近似于18-8型(xing)奧氏體不(bu)(bu)銹鋼(gang)，但加工硬(ying)化傾向(xiang)低于18-8型(xing)奧氏體不(bu)(bu)銹鋼(gang)。盡管如此，在冷加工成型(xing)過程中，中間軟化退火(huo)常(chang)常(chang)是需要(yao)的(de)，中間退火(huo)溫(wen)度與固溶退火(huo)溫(wen)度相同。

   3. 熱處理(li)

    合(he)金(jin)(jin)的(de)固(gu)溶退火(huo)溫(wen)(wen)度在(zai)(zai)920~980℃ , 一般控制在(zai)(zai)980℃ ,±10℃保(bao)溫(wen)(wen)時(shi)間視產品厚(hou)度而定，但保(bao)溫(wen)(wen)時(shi)間不得(de)少于(yu)10分鐘，對于(yu)高碳合(he)金(jin)(jin)且在(zai)(zai)550℃以上溫(wen)(wen)度使(shi)用(yong)者，其固(gu)溶處理(li)溫(wen)(wen)度應為(wei)1150~1205℃。消(xiao)除(chu)應力的(de)熱處理(li)，一般在(zai)(zai)540℃以上即可產生(sheng)效果，但殘余應力的(de)完(wan)全消(xiao)除(chu)需在(zai)(zai)高于(yu)870℃的(de)溫(wen)(wen)度進行退火(huo)。

   4. 焊(han)接

    Cr20Ni32Fe型合(he)金(jin)焊(han)接性(xing)能(neng)良(liang)好，可(ke)釆用通常的(de)(de)焊(han)接方法進行 焊(han)接。試驗表(biao)明，釆用新(xin)2號焊(han)絲對00Cr20Ni32AlTi合(he)金(jin)管材(cai)與不(bu)銹鋼管板進行 TIG焊(han)接，取得了滿意的(de)(de)效(xiao)果。合(he)金(jin)的(de)(de)抗裂(lie)性(xing)能(neng)良(liang)好，接頭(tou)的(de)(de)晶間腐蝕(shi)、應力腐 蝕(shi)等亦(yi)近(jin)于母(mu)材(cai)。根據(ju)使用條(tiao)件可(ke)選(xuan)用表(biao)10-11所列的(de)(de)焊(han)接材(cai)料。

五、物理(li)性能

    Cr20Ni32Fe合金(jin)(jin)的(de)物理性能隨合金(jin)(jin)的(de)成分(fen)和試驗條件會有(you)微(wei)小變(bian)化，但不會有(you)大(da)的(de)變(bian)動(dong)。1Cr20Ni32Fe合金(jin)(jin)(Incoloy 800)的(de)物理性能見(jian)表10-12和圖(tu) 10-24。

六(liu)、應用

  產(chan)(chan)品類(lei)(lei)型和(he)應用(yong)舉例：此類(lei)(lei)合(he)金的冶(ye)金生產(chan)(chan)工(gong)藝(yi)與通常的18-8型奧氏體不 銹鋼類(lei)(lei)似，可以提供板(ban)(ban)（中(zhong)板(ban)(ban)、薄板(ban)(ban)）、管（熱擠壓和(he)冷(leng)加工(gong)管）、絲、帶、棒 和(he)鍛件(jian)等冶(ye)金產(chan)(chan)品，亦可以提供各種(zhong)鑄件(jian)。

  Cr20Ni32Fe合(he)金在含(han)氯化物和低濃度NaOH的苛性水介質中具有優良(liang)的耐(nai)應力 腐(fu)(fu)蝕性能，廣泛用(yong)于(yu)制(zhi)造(zao)耐(nai)應力腐(fu)(fu)蝕破壞的設備，代替慣用(yong)的18-8奧氏體不(bu)銹鋼。

   在動力工業(ye)中(zhong)，用以制(zhi)造壓水堆(dui)蒸(zheng)(zheng)發器(qi)、高溫氣冷堆(dui)、鈉冷快堆(dui)換熱器(qi)，以 及過熱蒸(zheng)(zheng)汽管。

   在化學加工(gong)業(ye)中，用以(yi)制造硝(xiao)酸冷卻器(qi)、醋酐裂化管以(yi)及各種換熱設備。