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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)準型(xing)是(shi)早(zao)期的(de)Cr20Ni32型(xing)合金，碳含量0.1%。

  高(gao)碳型(xing)合金的碳含(han)量(C)處于(yu)0.05%~0.1%之間。主要用(yong)于(yu)600℃以上， 具(ju)有粗(cu)晶粒、高(gao)蠕變(bian)強度的特點(dian)。在化工、電廠、石油化學工業中的過熱(re)器、再熱(re)器、高(gao)溫加熱(re)、轉(zhuan)化、裂解(jie)爐管等方面應用(yong)。

  中碳型(xing)合金的(de)碳含量在0.03%~0.06%范圍(wei)之間，具有中等晶粒度，一 般用于(yu)(yu)350℃~600℃ 使用的(de)過(guo)熱(re)器(qi)、再熱(re)器(qi)等熱(re)強部件。也適用于(yu)(yu)高(gao)溫(750℃)氣冷堆換熱(re)器(qi)。

  低碳(tan)型有時(shi)也稱改良型。它是標準型合(he)(he)(he)金(jin)Cr20Ni32Fe合(he)(he)(he)金(jin)的改進(jin)和發展。我 國鋼標號為00Cr20Ni32AlTi。碳(tan)含量(C)低于0.03%并要(yao)求控制合(he)(he)(he)金(jin)中的Ti/C和Ti/C+N比值以及Al、Co等含量。此合(he)(he)(he)金(jin)的特點是超低碳(tan)、細晶粒(li)，充分(fen)穩定化、耐(nai)應力腐蝕性能(neng)優良,低碳(tan)型合(he)(he)(he)金(jin)使用溫(wen)度(du)≤350℃ ,主要(yao)用于壓水堆蒸發器。

一、化學成分和組織結構

  經近60年的(de)(de)演變(bian)、發(fa)展(zhan)的(de)(de)各種Cr20Ni32合金的(de)(de)派(pai)生牌號的(de)(de)化(hua)學成分列(lie)于表 10-2。

  表10-2所列合(he)金在(zai)高溫固(gu)溶快冷條件下的(de)組(zu)織為(wei)奧氏體，但在(zai)500~900℃ 中(zhong)溫加熱，此(ci)合(he)金有可能處(chu)于(yu)(yu)雙相區(qu)，對于(yu)(yu)Ni處(chu)于(yu)(yu)下限，Cr處(chu)于(yu)(yu)上限的(de)合(he)金可能性更大(da)。業(ye)已發(fa)現，在(zai)650℃和(he)750℃長(chang)期(qi)加熱有δ相析出，但數量較少，尚不足以影(ying)響合(he)金的(de)斷裂性能。

  合金(jin)的析出(chu)行為C曲線，如圖10-10 所示，析出(chu)相種類和(he)數量受(shou)合金(jin)成分和(he)受(shou)熱條(tiao)件所制約。

二、力(li)學(xue)性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合金的(de)室(shi)溫(wen)(wen)力(li)學性能匯總于表10-3,典型的(de)室(shi)溫(wen)(wen)抗拉和(he)抗壓強度見表10-4。表10-5為超低碳型 Cr20Ni32Fe合金的(de)室(shi)溫(wen)(wen)和(he)350℃的(de)力(li)學性能。 溫(wen)(wen)瞬時(shi)拉伸性能如圖10-11和(he)圖10-12所示。Cr20Ni32Fe 合金的(de)高溫(wen)(wen)長時(shi)力(li)學性能見表10-6、圖10-13和(he)圖10-14。

三(san)、耐蝕性能

  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. 高溫(wen)腐(fu)蝕

  盡(jin)管Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)在濕態介質中(zhong)具(ju)有(you)較好(hao)的(de)(de)(de)耐蝕(shi)性(xing)，但此(ci)類合(he)金(jin)良(liang)好(hao)的(de)(de)(de)耐高(gao)(gao)溫(wen)腐蝕(shi)性(xing)能是(shi)其突出(chu)優(you)點。在高(gao)(gao)溫(wen)條件下(xia)，由(you)于合(he)金(jin)中(zhong)具(ju)有(you)較高(gao)(gao)的(de)(de)(de)銘含量(liang)和足夠的(de)(de)(de)鎳含量(liang)，使其能形(xing)成(cheng)防護性(xing)良(liang)好(hao)的(de)(de)(de)氧(yang)化膜，具(ju)有(you)良(liang)好(hao)的(de)(de)(de)抗滲碳性(xing)能，是(shi)耐高(gao)(gao)溫(wen)腐蝕(shi)的(de)(de)(de)良(liang)好(hao)材料，在工業中(zhong)得到了(le)廣泛應用。

  在(zai)高溫(wen)爐氣中 Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的耐蝕性優于一般奧氏體(ti)不銹鋼(gang)，數(shu)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，Cr20Ni32Fe具(ju)有良好的(de)抗滲碳性能，試驗室試驗結(jie)果(guo)見表(biao) 10-10。它的(de)抗滲碳性能優于常規不銹(xiu)鋼，相當于含(han)質量分數為25% 鉻的(de)耐髙溫 腐(fu)蝕的(de)奧氏體不銹(xiu)鋼。

  3. 晶間腐蝕(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(jin)(jin)(jin)(jin)表(biao)現出(chu)良好的耐應(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)性(xing)，但此合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)對應(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)并非(fei)免(mian)疫。在各種高溫水中的耐應(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)性(xing)能與合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)成分、熱處(chu)理條件(jian)、冷變形等 有(you)密(mi)切關系。試驗(yan)結果指(zhi)出(chu)，降低合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)中的碳含量(≤0.03%),提(ti)高鎳含 量，增大Ti/C比(bi)將提(ti)高合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)的耐應(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)性(xing)能。通常(chang)敏化和冷變形對合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)的耐應(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)性(xing)能有(you)害，但有(you)的試驗(yan)結果指(zhi)出(chu)，650℃長期(qi)時效可(ke)顯著降低合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)的應(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)敏感性(xing)。

   b. 苛性(xing)水介質中

   在壓水堆蒸發(fa)器和(he)鈉冷快(kuai)堆蒸發(fa)器中，有可(ke)能(neng)會出現含NaOH的苛(ke)性水介質，目前已(yi)遇(yu)到18-8不銹(xiu)鋼(gang)和(he) Inconel 600合(he)金的苛(ke)性應力(li)腐(fu)蝕破(po)裂問題。

  大量的(de)研究表明Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)在(zai)含NaOH的(de)苛性(xing)水(shui)介(jie)質中的(de)耐應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)性(xing)能取決于(yu)NaOH濃度(du)和(he)(he)應力(li)(li)水(shui)平(ping)(ping)(圖(tu)10-19 和(he)(he) 圖(tu)10-20)。 NaOH濃度(du)和(he)(he)應力(li)(li)水(shui)平(ping)(ping)愈高(gao)，合(he)金(jin)的(de)耐應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)性(xing)能下降。對低(di)碳型的(de)00Cr20Ni32AITi合(he)金(jin)只有在(zai)低(di) NaOH濃度(du)、低(di)應力(li)(li)下才(cai)處于(yu)免(mian)(mian)疫(yi)區（見圖(tu)10-21，該(gai)圖(tu)中NaOH為質量分數）。 因(yin)此，只有在(zai)使用過程(cheng)中避免(mian)(mian)高(gao)應力(li)(li)出現和(he)(he)防止NaOH濃縮，才(cai)能保(bao)證采用 00Cr20Ni32AlTi合(he)金(jin)設備的(de)安全運行。

   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、 熱加(jia)工、冷加(jia)工、熱處理和焊(han)接(jie)性(xing)能

   1. 熱加工

    Cr20Ni32Fe合金的熱(re)(re)加工(gong)性能(neng)良好，類似于一般Cr-Ni奧氏(shi)體(ti) 不銹鋼，熱(re)(re)加工(gong)溫度范(fan)圍為(wei)900~1200℃，合金的熱(re)(re)彎成形通常在1000~1150℃ 范(fan)圍內進行。熱(re)(re)成形后可(ke)以(yi)空(kong)冷，但為(wei)了減輕(qing)合金的晶間腐蝕(shi)傾向(xiang)，應(ying)盡量快(kuai)速通過540~760℃敏(min)化(hua)區。

   2. 冷加(jia)工

     合金的(de)冷加工成(cheng)型性能近似于(yu)18-8型奧(ao)氏體(ti)不銹(xiu)鋼，但(dan)加工硬化(hua)傾向低于(yu)18-8型奧(ao)氏體(ti)不銹(xiu)鋼。盡管如此，在冷加工成(cheng)型過程中，中間軟化(hua)退火(huo)常(chang)常(chang)是需要(yao)的(de)，中間退火(huo)溫度與(yu)固溶退火(huo)溫度相同。

   3. 熱(re)處理

    合金(jin)的固(gu)溶退火溫(wen)度(du)(du)在(zai)920~980℃ , 一般(ban)(ban)控(kong)制在(zai)980℃ ,±10℃保溫(wen)時間視產品厚(hou)度(du)(du)而(er)定，但(dan)(dan)保溫(wen)時間不得少于10分鐘，對于高碳合金(jin)且(qie)在(zai)550℃以(yi)上溫(wen)度(du)(du)使用者(zhe)，其固(gu)溶處(chu)理溫(wen)度(du)(du)應(ying)為1150~1205℃。消(xiao)除應(ying)力的熱處(chu)理，一般(ban)(ban)在(zai)540℃以(yi)上即(ji)可(ke)產生效果，但(dan)(dan)殘余應(ying)力的完(wan)全消(xiao)除需在(zai)高于870℃的溫(wen)度(du)(du)進行退火。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合(he)(he)金(jin)焊接(jie)性能良好，可釆(bian)(bian)用(yong)通常的(de)(de)焊接(jie)方法(fa)進行(xing) 焊接(jie)。試驗表明，釆(bian)(bian)用(yong)新(xin)2號焊絲對00Cr20Ni32AlTi合(he)(he)金(jin)管材與不(bu)銹鋼管板進行(xing) TIG焊接(jie)，取(qu)得了滿(man)意的(de)(de)效果。合(he)(he)金(jin)的(de)(de)抗裂(lie)性能良好，接(jie)頭的(de)(de)晶間腐(fu)蝕、應力腐(fu) 蝕等亦近于(yu)母材。根據使用(yong)條件可選用(yong)表10-11所列的(de)(de)焊接(jie)材料。

五、物(wu)理(li)性能

    Cr20Ni32Fe合金的(de)物(wu)理(li)性(xing)能隨合金的(de)成分和試驗條(tiao)件會有(you)微小(xiao)變(bian)化，但不(bu)會有(you)大的(de)變(bian)動。1Cr20Ni32Fe合金(Incoloy 800)的(de)物(wu)理(li)性(xing)能見表10-12和圖 10-24。

六、應用

  產(chan)品(pin)(pin)類型和應用舉例：此類合金的(de)冶金生(sheng)產(chan)工藝與通(tong)常的(de)18-8型奧(ao)氏體不 銹鋼類似，可以提(ti)供板（中(zhong)板、薄板）、管（熱擠(ji)壓和冷(leng)加工管）、絲(si)、帶(dai)、棒 和鍛件(jian)等冶金產(chan)品(pin)(pin)，亦可以提(ti)供各(ge)種鑄件(jian)。

  Cr20Ni32Fe合金在含氯化(hua)物和低濃度(du)NaOH的苛性水介質中具有優(you)良的耐應力 腐(fu)蝕性能，廣泛用(yong)于制(zhi)造耐應力腐(fu)蝕破(po)壞的設備，代替慣(guan)用(yong)的18-8奧氏體不銹鋼。

   在動力(li)工業中，用以(yi)制造(zao)壓水(shui)堆蒸(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)、高溫氣冷(leng)堆、鈉冷(leng)快堆換熱器(qi)，以(yi) 及過(guo)熱蒸(zheng)(zheng)汽管。

   在化學(xue)加工業(ye)中，用以(yi)制造硝酸(suan)冷卻器、醋(cu)酐裂化管以(yi)及各種換熱設備。