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

  高碳(tan)型合金的(de)(de)碳(tan)含(han)量(C)處于0.05%~0.1%之間。主要(yao)用于600℃以上(shang)， 具(ju)有粗晶粒、高蠕(ru)變(bian)強(qiang)度(du)的(de)(de)特(te)點(dian)。在化工(gong)、電廠、石油化學工(gong)業中的(de)(de)過熱器(qi)、再熱器(qi)、高溫加熱、轉化、裂(lie)解爐管等(deng)方(fang)面應用。

  中碳(tan)型合金的(de)碳(tan)含量在0.03%~0.06%范圍之間(jian)，具有(you)中等晶粒度，一(yi) 般用于350℃~600℃ 使用的(de)過熱(re)器、再熱(re)器等熱(re)強部(bu)件。也適用于高溫(750℃)氣(qi)冷堆換熱(re)器。

  低碳型有時也(ye)稱(cheng)改(gai)良型。它是標(biao)準型合金(jin)Cr20Ni32Fe合金(jin)的改(gai)進和(he)發展(zhan)。我(wo) 國鋼(gang)標(biao)號為00Cr20Ni32AlTi。碳含量(C)低于0.03%并要求控制合金(jin)中(zhong)的Ti/C和(he)Ti/C+N比值以及Al、Co等含量。此合金(jin)的特(te)點是超低碳、細晶粒，充(chong)分穩(wen)定化、耐(nai)應(ying)力腐蝕性能優良,低碳型合金(jin)使用(yong)溫度≤350℃ ,主要用(yong)于壓水(shui)堆蒸發器。

一、化學成分和組織結構

  經近60年(nian)的演變、發展的各(ge)種Cr20Ni32合金的派(pai)生牌號的化學成分(fen)列(lie)于表 10-2。

  表(biao)10-2所列合金(jin)(jin)在(zai)(zai)高(gao)溫固溶快冷(leng)條件下的(de)組織為奧氏體，但(dan)在(zai)(zai)500~900℃ 中溫加熱(re)，此(ci)合金(jin)(jin)有(you)可(ke)能處(chu)于(yu)雙相(xiang)區(qu)，對于(yu)Ni處(chu)于(yu)下限(xian)，Cr處(chu)于(yu)上限(xian)的(de)合金(jin)(jin)可(ke)能性更大。業已發現，在(zai)(zai)650℃和750℃長期加熱(re)有(you)δ相(xiang)析出，但(dan)數量較少，尚不足以影響合金(jin)(jin)的(de)斷裂性能。

  合(he)金的析出行為C曲線，如(ru)圖10-10 所(suo)(suo)示，析出相種類和(he)數量(liang)受合(he)金成分和(he)受熱條(tiao)件(jian)所(suo)(suo)制約。

二(er)、力學性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合金的(de)室溫(wen)力學性(xing)(xing)能匯總(zong)于(yu)表10-3,典型(xing)(xing)的(de)室溫(wen)抗拉和(he)抗壓強(qiang)度見(jian)表10-4。表10-5為超低(di)碳型(xing)(xing) Cr20Ni32Fe合金的(de)室溫(wen)和(he)350℃的(de)力學性(xing)(xing)能。 溫(wen)瞬(shun)時拉伸(shen)性(xing)(xing)能如圖(tu)(tu)10-11和(he)圖(tu)(tu)10-12所示。Cr20Ni32Fe 合金的(de)高溫(wen)長時力學性(xing)(xing)能見(jian)表10-6、圖(tu)(tu)10-13和(he)圖(tu)(tu)10-14。

三、耐蝕(shi)性能

  1. 全面(mian)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(shi)

  盡(jin)管Cr20Ni32Fe合金(jin)在濕態介(jie)質(zhi)中具有較(jiao)好(hao)的(de)(de)耐(nai)蝕性(xing)，但此類(lei)合金(jin)良好(hao)的(de)(de)耐(nai)高溫(wen)腐(fu)蝕性(xing)能(neng)(neng)是(shi)其(qi)突出優點。在高溫(wen)條件下，由于(yu)合金(jin)中具有較(jiao)高的(de)(de)銘含(han)(han)量(liang)和足夠(gou)的(de)(de)鎳含(han)(han)量(liang)，使其(qi)能(neng)(neng)形成防護性(xing)良好(hao)的(de)(de)氧化膜，具有良好(hao)的(de)(de)抗滲碳性(xing)能(neng)(neng)，是(shi)耐(nai)高溫(wen)腐(fu)蝕的(de)(de)良好(hao)材料，在工業(ye)中得(de)到(dao)了廣泛應用。

  在高溫爐氣(qi)中(zhong) Cr20Ni32Fe合金的(de)耐蝕(shi)性優于一般奧氏體(ti)不銹鋼，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。

   抗滲碳性能(neng)，Cr20Ni32Fe具有良好的(de)(de)抗滲碳性能(neng)，試驗(yan)室試驗(yan)結果見表 10-10。它(ta)的(de)(de)抗滲碳性能(neng)優(you)于常規不(bu)銹鋼，相當于含質量分數為(wei)25% 鉻的(de)(de)耐髙溫 腐蝕的(de)(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(gao)溫水介質中

   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)金表(biao)現出良好的(de)(de)(de)耐應力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕性，但此合(he)金對應力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕并非免疫。在各種高(gao)溫水中的(de)(de)(de)耐應力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕性能(neng)與合(he)金成分、熱處(chu)理條件、冷變形等(deng) 有(you)密切關系。試驗結果(guo)指出，降(jiang)低(di)合(he)金中的(de)(de)(de)碳含量(≤0.03%),提高(gao)鎳(nie)含 量，增大Ti/C比將提高(gao)合(he)金的(de)(de)(de)耐應力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕性能(neng)。通常敏(min)化(hua)和冷變形對合(he)金的(de)(de)(de)耐應力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕性能(neng)有(you)害，但有(you)的(de)(de)(de)試驗結果(guo)指出，650℃長(chang)期時效(xiao)可顯著降(jiang)低(di)合(he)金的(de)(de)(de)應力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕敏(min)感性。

   b. 苛性水(shui)介(jie)質中

   在壓水(shui)堆蒸發(fa)器和鈉冷(leng)快堆蒸發(fa)器中，有(you)可能會出現(xian)含NaOH的(de)苛性(xing)水(shui)介質，目前(qian)已(yi)遇到(dao)18-8不銹鋼和 Inconel 600合(he)金的(de)苛性(xing)應(ying)力腐蝕破裂問題(ti)。

  大量(liang)的研究表(biao)明Cr20Ni32Fe合金(jin)在含NaOH的苛性(xing)水介(jie)質(zhi)中的耐應力腐蝕性(xing)能(neng)(neng)取決于NaOH濃(nong)度和應力水平(圖(tu)10-19 和 圖(tu)10-20)。 NaOH濃(nong)度和應力水平愈(yu)高(gao)，合金(jin)的耐應力腐蝕性(xing)能(neng)(neng)下(xia)降。對低碳型的00Cr20Ni32AITi合金(jin)只(zhi)有在低 NaOH濃(nong)度、低應力下(xia)才處于免疫區（見圖(tu)10-21，該圖(tu)中NaOH為質(zhi)量(liang)分數）。 因此，只(zhi)有在使用過程中避(bi)免高(gao)應力出現和防止(zhi)NaOH濃(nong)縮，才能(neng)(neng)保證采(cai)用 00Cr20Ni32AlTi合金(jin)設(she)備的安全(quan)運行。

   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(si)、 熱(re)加(jia)(jia)工(gong)、冷加(jia)(jia)工(gong)、熱(re)處理(li)和(he)焊接性能

   1. 熱加工

    Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的熱加(jia)工(gong)性能良好，類似于一般Cr-Ni奧(ao)氏(shi)體(ti) 不銹鋼，熱加(jia)工(gong)溫度范(fan)圍為(wei)900~1200℃，合(he)金(jin)的熱彎成(cheng)形通常(chang)在1000~1150℃ 范(fan)圍內進行。熱成(cheng)形后(hou)可以空冷，但(dan)為(wei)了(le)減輕合(he)金(jin)的晶間腐蝕傾向，應盡量(liang)快速通過540~760℃敏(min)化區(qu)。

   2. 冷加(jia)工(gong)

     合金的冷(leng)(leng)加(jia)工(gong)成型(xing)性能近似(si)于(yu)(yu)18-8型(xing)奧(ao)氏(shi)體不銹鋼，但加(jia)工(gong)硬(ying)化傾向低于(yu)(yu)18-8型(xing)奧(ao)氏(shi)體不銹鋼。盡管如此，在冷(leng)(leng)加(jia)工(gong)成型(xing)過(guo)程中，中間軟化退火常常是需要的，中間退火溫(wen)度(du)與固溶(rong)退火溫(wen)度(du)相同。

   3. 熱處理

    合金(jin)(jin)的(de)(de)固溶退火溫(wen)(wen)度在920~980℃ , 一(yi)般控制在980℃ ,±10℃保(bao)溫(wen)(wen)時(shi)間(jian)視產品厚度而定，但保(bao)溫(wen)(wen)時(shi)間(jian)不得少(shao)于10分鐘，對于高(gao)碳(tan)合金(jin)(jin)且在550℃以上(shang)溫(wen)(wen)度使(shi)用者，其固溶處理溫(wen)(wen)度應(ying)(ying)為(wei)1150~1205℃。消除應(ying)(ying)力的(de)(de)熱處理，一(yi)般在540℃以上(shang)即可產生效(xiao)果，但殘余(yu)應(ying)(ying)力的(de)(de)完全消除需在高(gao)于870℃的(de)(de)溫(wen)(wen)度進(jin)行退火。

   4. 焊接(jie)

    Cr20Ni32Fe型合金(jin)焊接性(xing)能良好，可(ke)釆用(yong)通常的焊接方法(fa)進(jin)行(xing) 焊接。試驗表明，釆用(yong)新2號焊絲對00Cr20Ni32AlTi合金(jin)管(guan)(guan)材(cai)(cai)(cai)與不銹鋼(gang)管(guan)(guan)板進(jin)行(xing) TIG焊接，取得了滿意的效(xiao)果。合金(jin)的抗裂性(xing)能良好，接頭的晶(jing)間腐蝕(shi)、應力腐 蝕(shi)等亦近于母材(cai)(cai)(cai)。根(gen)據(ju)使(shi)用(yong)條件可(ke)選用(yong)表10-11所列(lie)的焊接材(cai)(cai)(cai)料。

五、物理性能

    Cr20Ni32Fe合金的(de)物理性(xing)能隨合金的(de)成分(fen)和試驗條件會有微小變化，但不會有大的(de)變動。1Cr20Ni32Fe合金(Incoloy 800)的(de)物理性(xing)能見表(biao)10-12和圖 10-24。

六、應用(yong)

  產品類型和應用舉(ju)例(li)：此類合金(jin)(jin)的(de)冶金(jin)(jin)生產工(gong)藝(yi)與通常的(de)18-8型奧氏體(ti)不 銹鋼(gang)類似，可以(yi)提供板(ban)(ban)（中板(ban)(ban)、薄板(ban)(ban)）、管（熱(re)擠壓和冷(leng)加工(gong)管）、絲、帶、棒 和鍛件(jian)等冶金(jin)(jin)產品，亦可以(yi)提供各種鑄件(jian)。

  Cr20Ni32Fe合金(jin)在含氯化物和低濃度NaOH的苛性水介質中(zhong)具有(you)優良的耐應(ying)力 腐(fu)蝕性能(neng)，廣泛用于制(zhi)造耐應(ying)力腐(fu)蝕破壞的設備(bei)，代替慣用的18-8奧氏體不銹鋼。

   在動力工業中，用(yong)以(yi)制造壓水堆(dui)蒸發(fa)器、高(gao)溫氣冷堆(dui)、鈉冷快(kuai)堆(dui)換熱器，以(yi) 及過(guo)熱蒸汽管。

   在化學(xue)加(jia)工業中，用以(yi)制造硝酸冷(leng)卻(que)器、醋酐(gan)裂化管(guan)以(yi)及各種換熱設(she)備。