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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。

  標準型是早期(qi)的Cr20Ni32型合金，碳含量0.1%。

  高(gao)碳(tan)型合金的(de)碳(tan)含量(liang)(C)處于0.05%~0.1%之間。主要用(yong)于600℃以上， 具有粗晶粒、高(gao)蠕變強度的(de)特點。在化工(gong)、電廠(chang)、石油(you)化學(xue)工(gong)業中的(de)過熱器、再熱器、高(gao)溫(wen)加熱、轉(zhuan)化、裂解爐(lu)管等方面應用(yong)。

  中碳(tan)(tan)型合金的(de)碳(tan)(tan)含量在(zai)0.03%~0.06%范圍之(zhi)間(jian)，具(ju)有中等晶粒度，一 般用于(yu)350℃~600℃ 使用的(de)過熱(re)器(qi)、再熱(re)器(qi)等熱(re)強部(bu)件。也適用于(yu)高溫(750℃)氣冷堆換熱(re)器(qi)。

  低碳(tan)型有時也(ye)稱改(gai)良(liang)型。它(ta)是(shi)標準型合(he)金(jin)(jin)Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)(jin)的改(gai)進和發展。我 國鋼標號為00Cr20Ni32AlTi。碳(tan)含(han)量(C)低于0.03%并要求控制合(he)金(jin)(jin)中的Ti/C和Ti/C+N比(bi)值以及Al、Co等含(han)量。此合(he)金(jin)(jin)的特點是(shi)超低碳(tan)、細晶粒，充分(fen)穩定化(hua)、耐應力腐蝕性能(neng)優(you)良(liang),低碳(tan)型合(he)金(jin)(jin)使用溫度(du)≤350℃ ,主要用于壓(ya)水堆蒸發器。

一、化學成(cheng)分和(he)組織結(jie)構

  經近60年的(de)(de)演變、發(fa)展的(de)(de)各種Cr20Ni32合(he)金的(de)(de)派生牌號的(de)(de)化學(xue)成(cheng)分列于(yu)表 10-2。

  表10-2所列(lie)合(he)金(jin)在高溫(wen)固溶快冷條(tiao)件下的(de)組織(zhi)為(wei)奧氏體，但在500~900℃ 中溫(wen)加熱，此(ci)合(he)金(jin)有可能處于(yu)雙相(xiang)區，對于(yu)Ni處于(yu)下限(xian)，Cr處于(yu)上限(xian)的(de)合(he)金(jin)可能性(xing)(xing)更大(da)。業已發現，在650℃和750℃長期加熱有δ相(xiang)析(xi)出，但數量較少(shao)，尚(shang)不足(zu)以影響(xiang)合(he)金(jin)的(de)斷裂性(xing)(xing)能。

  合金的析出(chu)(chu)行(xing)為C曲線(xian)，如圖10-10 所示，析出(chu)(chu)相種類和數量(liang)受合金成(cheng)分和受熱條件(jian)所制約。

二、力學性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合(he)(he)金(jin)的(de)(de)室溫(wen)力學性(xing)(xing)能匯(hui)總于表(biao)10-3,典型的(de)(de)室溫(wen)抗拉(la)和(he)抗壓強度見(jian)表(biao)10-4。表(biao)10-5為超低碳型 Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)的(de)(de)室溫(wen)和(he)350℃的(de)(de)力學性(xing)(xing)能。 溫(wen)瞬(shun)時拉(la)伸性(xing)(xing)能如圖10-11和(he)圖10-12所示。Cr20Ni32Fe 合(he)(he)金(jin)的(de)(de)高溫(wen)長時力學性(xing)(xing)能見(jian)表(biao)10-6、圖10-13和(he)圖10-14。

三、耐蝕性能

  1. 全(quan)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(wen)腐(fu)蝕(shi)

  盡管Cr20Ni32Fe合金(jin)在(zai)濕(shi)態介質中(zhong)(zhong)具(ju)有(you)較(jiao)好(hao)的(de)耐蝕(shi)性(xing)(xing)，但此類(lei)合金(jin)良(liang)好(hao)的(de)耐高(gao)溫腐蝕(shi)性(xing)(xing)能是(shi)其突出優點。在(zai)高(gao)溫條件下，由于合金(jin)中(zhong)(zhong)具(ju)有(you)較(jiao)高(gao)的(de)銘含量和足(zu)夠的(de)鎳含量，使其能形成防護性(xing)(xing)良(liang)好(hao)的(de)氧化膜，具(ju)有(you)良(liang)好(hao)的(de)抗滲碳性(xing)(xing)能，是(shi)耐高(gao)溫腐蝕(shi)的(de)良(liang)好(hao)材料，在(zai)工業(ye)中(zhong)(zhong)得到了廣泛應用。

  在高溫爐氣中 Cr20Ni32Fe合(he)金的(de)耐蝕性優于(yu)一般奧氏體不(bu)銹鋼(gang)，數據見(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。

   抗滲(shen)碳性能(neng)(neng)，Cr20Ni32Fe具有良好的(de)(de)(de)抗滲(shen)碳性能(neng)(neng)，試驗室(shi)試驗結(jie)果見表 10-10。它的(de)(de)(de)抗滲(shen)碳性能(neng)(neng)優于常規(gui)不銹(xiu)鋼(gang)，相當(dang)于含質量分(fen)數為25% 鉻的(de)(de)(de)耐髙溫 腐(fu)蝕的(de)(de)(de)奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)。

  3. 晶間(jian)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)(he)(he)金(jin)表(biao)現(xian)出(chu)良好的(de)耐應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)性，但(dan)此合(he)(he)(he)金(jin)對應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)并非(fei)免(mian)疫(yi)。在各種高溫水中(zhong)的(de)耐應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)性能(neng)(neng)(neng)與合(he)(he)(he)金(jin)成(cheng)分、熱處理條(tiao)件、冷變(bian)形(xing)等 有(you)密切關系。試驗(yan)結果(guo)指出(chu)，降(jiang)(jiang)低(di)合(he)(he)(he)金(jin)中(zhong)的(de)碳含(han)量(≤0.03%),提高鎳(nie)含(han) 量，增大Ti/C比將提高合(he)(he)(he)金(jin)的(de)耐應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)性能(neng)(neng)(neng)。通常(chang)敏(min)化和冷變(bian)形(xing)對合(he)(he)(he)金(jin)的(de)耐應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)性能(neng)(neng)(neng)有(you)害(hai)，但(dan)有(you)的(de)試驗(yan)結果(guo)指出(chu)，650℃長期時效可(ke)顯(xian)著降(jiang)(jiang)低(di)合(he)(he)(he)金(jin)的(de)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)敏(min)感(gan)性。

   b. 苛性(xing)水介質(zhi)中(zhong)

   在壓水堆(dui)蒸(zheng)發器和(he)(he)鈉冷快堆(dui)蒸(zheng)發器中(zhong)，有可能會出現(xian)含NaOH的苛(ke)性水介質，目前已遇到18-8不銹鋼和(he)(he) Inconel 600合金的苛(ke)性應(ying)力腐蝕破(po)裂問題。

  大(da)量的(de)研究表(biao)明Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)在含NaOH的(de)苛(ke)性(xing)水介(jie)質(zhi)中(zhong)(zhong)的(de)耐應力(li)腐蝕性(xing)能(neng)(neng)取決于NaOH濃度和(he)應力(li)水平(ping)(圖(tu)10-19 和(he) 圖(tu)10-20)。 NaOH濃度和(he)應力(li)水平(ping)愈高(gao)，合(he)金(jin)的(de)耐應力(li)腐蝕性(xing)能(neng)(neng)下(xia)降。對低(di)碳型的(de)00Cr20Ni32AITi合(he)金(jin)只(zhi)有在低(di) NaOH濃度、低(di)應力(li)下(xia)才(cai)處(chu)于免疫區（見圖(tu)10-21，該圖(tu)中(zhong)(zhong)NaOH為(wei)質(zhi)量分數）。 因此(ci)，只(zhi)有在使(shi)用過程中(zhong)(zhong)避免高(gao)應力(li)出現和(he)防止(zhi)NaOH濃縮，才(cai)能(neng)(neng)保(bao)證采(cai)用 00Cr20Ni32AlTi合(he)金(jin)設備的(de)安全(quan)運行(xing)。

   c. NaCl溶液(ye)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)、 熱加(jia)工(gong)、冷加(jia)工(gong)、熱處理和焊接性能

   1. 熱加工

    Cr20Ni32Fe合金的(de)(de)熱(re)加工性(xing)能(neng)良好，類似于一般Cr-Ni奧氏(shi)體 不銹鋼，熱(re)加工溫度范(fan)圍為900~1200℃，合金的(de)(de)熱(re)彎(wan)成形通(tong)常在1000~1150℃ 范(fan)圍內進行。熱(re)成形后可以空冷，但為了減輕合金的(de)(de)晶間腐蝕(shi)傾向，應盡量快(kuai)速(su)通(tong)過540~760℃敏化區。

   2. 冷加工

     合金(jin)的冷加(jia)工(gong)成型(xing)性(xing)能近似于18-8型(xing)奧(ao)氏體不(bu)銹(xiu)鋼，但加(jia)工(gong)硬(ying)化傾向低于18-8型(xing)奧(ao)氏體不(bu)銹(xiu)鋼。盡(jin)管如此(ci)，在冷加(jia)工(gong)成型(xing)過程(cheng)中(zhong)，中(zhong)間軟化退火(huo)常常是(shi)需要的，中(zhong)間退火(huo)溫度(du)與固(gu)溶退火(huo)溫度(du)相同。

   3. 熱處理(li)

    合金(jin)的固(gu)(gu)溶退(tui)(tui)火溫(wen)度在(zai)(zai)920~980℃ , 一般(ban)控(kong)制在(zai)(zai)980℃ ,±10℃保溫(wen)時間(jian)視產品(pin)厚度而定，但保溫(wen)時間(jian)不(bu)得(de)少于(yu)(yu)10分鐘(zhong)，對(dui)于(yu)(yu)高碳合金(jin)且在(zai)(zai)550℃以上溫(wen)度使用者，其固(gu)(gu)溶處(chu)理溫(wen)度應為1150~1205℃。消除應力的熱(re)處(chu)理，一般(ban)在(zai)(zai)540℃以上即可(ke)產生效果，但殘余應力的完全消除需在(zai)(zai)高于(yu)(yu)870℃的溫(wen)度進行退(tui)(tui)火。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合金(jin)焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)性能(neng)良好，可釆用(yong)通常的焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)方(fang)法(fa)進行(xing) 焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)。試(shi)驗表明，釆用(yong)新(xin)2號(hao)焊(han)絲對00Cr20Ni32AlTi合金(jin)管材與不銹鋼管板(ban)進行(xing) TIG焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)，取得了滿(man)意(yi)的效(xiao)果(guo)。合金(jin)的抗(kang)裂性能(neng)良好，接(jie)(jie)(jie)(jie)頭的晶間(jian)腐蝕(shi)(shi)、應力腐 蝕(shi)(shi)等亦(yi)近于母材。根據(ju)使用(yong)條件可選用(yong)表10-11所列(lie)的焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)材料。

五、物理(li)性能

    Cr20Ni32Fe合(he)金的物理性(xing)能隨合(he)金的成分和(he)試驗條件會有(you)微小(xiao)變化，但不會有(you)大的變動。1Cr20Ni32Fe合(he)金(Incoloy 800)的物理性(xing)能見表10-12和(he)圖(tu) 10-24。

六、應用

  產品類(lei)型和應用舉例：此類(lei)合金(jin)的冶(ye)金(jin)生產工藝與通常的18-8型奧氏體不 銹鋼類(lei)似，可(ke)(ke)以提供板(ban)（中(zhong)板(ban)、薄(bo)板(ban)）、管（熱擠壓和冷加工管）、絲、帶(dai)、棒 和鍛件等冶(ye)金(jin)產品，亦(yi)可(ke)(ke)以提供各種鑄件。

  Cr20Ni32Fe合金在含氯化物和低濃度NaOH的(de)苛(ke)性(xing)水介質中具(ju)有優良的(de)耐應力 腐蝕性(xing)能，廣泛用(yong)于制造耐應力腐蝕破壞的(de)設備，代(dai)替慣用(yong)的(de)18-8奧(ao)氏體不(bu)銹鋼。

   在動力工業中，用(yong)以制(zhi)造壓(ya)水堆(dui)蒸(zheng)(zheng)發器、高溫氣冷(leng)堆(dui)、鈉冷(leng)快(kuai)堆(dui)換熱器，以 及過熱蒸(zheng)(zheng)汽管。

   在化學加(jia)工業中，用以制(zhi)造硝酸冷(leng)卻器、醋酐裂化管(guan)以及各種換熱設備(bei)。