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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(biao)準(zhun)型是(shi)早期(qi)的(de)Cr20Ni32型合金，碳含(han)量0.1%。

  高碳(tan)型合(he)金(jin)的(de)(de)碳(tan)含量(liang)(C)處于0.05%~0.1%之間。主要用于600℃以上， 具有粗晶(jing)粒、高蠕變強度的(de)(de)特點。在(zai)化工、電廠、石油化學工業中的(de)(de)過熱器(qi)(qi)、再熱器(qi)(qi)、高溫加熱、轉(zhuan)化、裂解爐(lu)管等方面應(ying)用。

  中(zhong)碳型合(he)金的碳含(han)量在(zai)0.03%~0.06%范圍之間，具(ju)有中(zhong)等晶(jing)粒度，一 般用于350℃~600℃ 使用的過熱(re)器、再(zai)熱(re)器等熱(re)強部(bu)件。也適(shi)用于高溫(750℃)氣冷堆(dui)換(huan)熱(re)器。

  低碳型(xing)(xing)有時也稱(cheng)改(gai)良型(xing)(xing)。它是(shi)標準型(xing)(xing)合(he)金(jin)(jin)Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)(jin)的(de)改(gai)進和發展(zhan)。我 國鋼標號為(wei)00Cr20Ni32AlTi。碳含量(C)低于0.03%并(bing)要求控制合(he)金(jin)(jin)中的(de)Ti/C和Ti/C+N比值以及Al、Co等含量。此合(he)金(jin)(jin)的(de)特點是(shi)超低碳、細晶粒，充分穩定(ding)化、耐(nai)應(ying)力腐蝕性能(neng)優良,低碳型(xing)(xing)合(he)金(jin)(jin)使用溫度≤350℃ ,主要用于壓水堆蒸(zheng)發器。

一、化(hua)學成分和(he)組織結構

  經近60年(nian)的(de)演變、發展的(de)各種Cr20Ni32合(he)金的(de)派生牌號的(de)化學成分列于表(biao) 10-2。

  表(biao)10-2所(suo)列合金在高溫固溶快(kuai)冷條件下的組織為奧氏體，但在500~900℃ 中溫加熱，此合金有(you)可能(neng)處(chu)于(yu)雙相(xiang)區，對于(yu)Ni處(chu)于(yu)下限(xian)，Cr處(chu)于(yu)上限(xian)的合金可能(neng)性(xing)更大。業已發現，在650℃和750℃長期加熱有(you)δ相(xiang)析出(chu)，但數量較少，尚不足以影響合金的斷(duan)裂性(xing)能(neng)。

  合(he)金的析(xi)出行為(wei)C曲(qu)線，如圖10-10 所(suo)示(shi)，析(xi)出相種類和(he)數量(liang)受合(he)金成分(fen)和(he)受熱條件所(suo)制(zhi)約。

二(er)、力學性能(neng)

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合(he)金的(de)(de)室溫(wen)力學(xue)性(xing)(xing)能(neng)匯總于表10-3,典型的(de)(de)室溫(wen)抗(kang)拉(la)和抗(kang)壓強度(du)見表10-4。表10-5為(wei)超低碳型 Cr20Ni32Fe合(he)金的(de)(de)室溫(wen)和350℃的(de)(de)力學(xue)性(xing)(xing)能(neng)。 溫(wen)瞬時(shi)拉(la)伸性(xing)(xing)能(neng)如圖(tu)(tu)10-11和圖(tu)(tu)10-12所示(shi)。Cr20Ni32Fe 合(he)金的(de)(de)高(gao)溫(wen)長時(shi)力學(xue)性(xing)(xing)能(neng)見表10-6、圖(tu)(tu)10-13和圖(tu)(tu)10-14。

三、耐蝕性能(neng)

  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. 高溫腐(fu)蝕

  盡管Cr20Ni32Fe合金在濕(shi)態(tai)介質(zhi)中具(ju)有較好(hao)(hao)的(de)(de)耐蝕性(xing)，但此類合金良好(hao)(hao)的(de)(de)耐高(gao)溫腐蝕性(xing)能是其(qi)突出優點。在高(gao)溫條件下(xia)，由于(yu)合金中具(ju)有較高(gao)的(de)(de)銘(ming)含量和足夠的(de)(de)鎳含量，使其(qi)能形成(cheng)防護(hu)性(xing)良好(hao)(hao)的(de)(de)氧化(hua)膜，具(ju)有良好(hao)(hao)的(de)(de)抗滲(shen)碳性(xing)能，是耐高(gao)溫腐蝕的(de)(de)良好(hao)(hao)材(cai)料，在工業中得到(dao)了廣泛應用。

  在高溫(wen)爐氣(qi)中 Cr20Ni32Fe合金的耐(nai)蝕性(xing)優于一般奧氏體不銹鋼，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)(shen)碳(tan)性能，Cr20Ni32Fe具(ju)有良好的(de)(de)抗滲(shen)(shen)碳(tan)性能，試驗室試驗結果見(jian)表 10-10。它的(de)(de)抗滲(shen)(shen)碳(tan)性能優于常規不(bu)銹(xiu)鋼，相(xiang)當于含質量分數為25% 鉻(ge)的(de)(de)耐髙(gao)溫 腐蝕的(de)(de)奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)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. 高溫水(shui)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(guan)Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)表現出良好的(de)(de)耐應(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)，但此合(he)(he)金(jin)對應(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)(shi)并(bing)非(fei)免(mian)疫。在各(ge)種高(gao)溫水中的(de)(de)耐應(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)與(yu)合(he)(he)金(jin)成分、熱處理(li)條件(jian)、冷(leng)變形等 有(you)密切(qie)關系(xi)。試驗(yan)結果指出，降(jiang)(jiang)低合(he)(he)金(jin)中的(de)(de)碳含(han)量(liang)(liang)(≤0.03%),提(ti)(ti)高(gao)鎳(nie)含(han) 量(liang)(liang)，增大Ti/C比將提(ti)(ti)高(gao)合(he)(he)金(jin)的(de)(de)耐應(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)。通常敏(min)化和冷(leng)變形對合(he)(he)金(jin)的(de)(de)耐應(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)有(you)害，但有(you)的(de)(de)試驗(yan)結果指出，650℃長(chang)期時效可(ke)顯(xian)著(zhu)降(jiang)(jiang)低合(he)(he)金(jin)的(de)(de)應(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)(shi)敏(min)感(gan)性(xing)(xing)。

   b. 苛(ke)性水介(jie)質中

   在壓水(shui)堆蒸發(fa)器和鈉冷快堆蒸發(fa)器中，有(you)可(ke)能會出現含NaOH的苛性(xing)水(shui)介質，目(mu)前(qian)已遇到18-8不銹鋼(gang)和 Inconel 600合金的苛性(xing)應力腐蝕破裂問題。

  大量的(de)(de)(de)研(yan)究表(biao)明Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)在含NaOH的(de)(de)(de)苛(ke)性水介(jie)質中的(de)(de)(de)耐(nai)應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)性能取決于NaOH濃(nong)度和(he)應(ying)力(li)水平(ping)(ping)(圖10-19 和(he) 圖10-20)。 NaOH濃(nong)度和(he)應(ying)力(li)水平(ping)(ping)愈高(gao)，合(he)金(jin)的(de)(de)(de)耐(nai)應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)性能下降(jiang)。對低碳型(xing)的(de)(de)(de)00Cr20Ni32AITi合(he)金(jin)只有在低 NaOH濃(nong)度、低應(ying)力(li)下才處(chu)于免疫區（見圖10-21，該圖中NaOH為質量分數）。 因此，只有在使用過(guo)程中避免高(gao)應(ying)力(li)出現和(he)防止NaOH濃(nong)縮，才能保(bao)證采用 00Cr20Ni32AlTi合(he)金(jin)設備(bei)的(de)(de)(de)安(an)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、 熱加(jia)工、冷加(jia)工、熱處理和焊接性能

   1. 熱(re)加(jia)工

    Cr20Ni32Fe合金的熱加(jia)工(gong)性能(neng)良好，類似(si)于一般Cr-Ni奧氏體 不銹鋼(gang)，熱加(jia)工(gong)溫(wen)度范(fan)圍(wei)為900~1200℃，合金的熱彎成形通(tong)常在1000~1150℃ 范(fan)圍(wei)內進行。熱成形后可以(yi)空冷，但為了減輕(qing)合金的晶間腐蝕傾向，應盡量(liang)快(kuai)速通(tong)過540~760℃敏化區。

   2. 冷加工

     合金(jin)的(de)冷(leng)(leng)加(jia)工(gong)成(cheng)型(xing)性能近(jin)似(si)于18-8型(xing)奧氏(shi)體(ti)不銹鋼，但加(jia)工(gong)硬化傾向低于18-8型(xing)奧氏(shi)體(ti)不銹鋼。盡管如此，在(zai)冷(leng)(leng)加(jia)工(gong)成(cheng)型(xing)過(guo)程中(zhong)，中(zhong)間(jian)軟化退(tui)(tui)火常(chang)常(chang)是需要的(de)，中(zhong)間(jian)退(tui)(tui)火溫度與固溶退(tui)(tui)火溫度相同。

   3. 熱處理

    合金的固(gu)溶退火(huo)溫(wen)(wen)度(du)在920~980℃ , 一般控制(zhi)在980℃ ,±10℃保(bao)(bao)溫(wen)(wen)時間(jian)視(shi)產(chan)品厚度(du)而定，但保(bao)(bao)溫(wen)(wen)時間(jian)不得少(shao)于10分鐘(zhong)，對于高(gao)碳合金且在550℃以(yi)(yi)上溫(wen)(wen)度(du)使用者，其固(gu)溶處理溫(wen)(wen)度(du)應為1150~1205℃。消(xiao)除應力的熱處理，一般在540℃以(yi)(yi)上即可產(chan)生效果，但殘余(yu)應力的完全消(xiao)除需(xu)在高(gao)于870℃的溫(wen)(wen)度(du)進行(xing)退火(huo)。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合金焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)性能良(liang)好，可(ke)釆用通常(chang)的(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)方法進行 焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)。試驗(yan)表明，釆用新2號焊(han)絲對00Cr20Ni32AlTi合金管(guan)材(cai)(cai)與(yu)不銹鋼管(guan)板(ban)進行 TIG焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)，取得了滿意的(de)(de)效果。合金的(de)(de)抗裂性能良(liang)好，接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)晶間腐蝕(shi)、應力腐 蝕(shi)等亦(yi)近(jin)于母材(cai)(cai)。根(gen)據使用條件可(ke)選(xuan)用表10-11所列的(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)材(cai)(cai)料(liao)。

五、物理性能

    Cr20Ni32Fe合(he)金的(de)物(wu)理(li)性能(neng)隨合(he)金的(de)成分和(he)試驗條件會有微(wei)小變化，但不會有大的(de)變動。1Cr20Ni32Fe合(he)金(Incoloy 800)的(de)物(wu)理(li)性能(neng)見表10-12和(he)圖 10-24。

六、應用

  產品(pin)類(lei)(lei)型(xing)和(he)應用舉例：此類(lei)(lei)合金的冶金生產工藝與通常的18-8型(xing)奧氏體不 銹鋼類(lei)(lei)似，可以(yi)提(ti)供板（中板、薄板）、管（熱擠壓和(he)冷加工管）、絲、帶、棒 和(he)鍛件(jian)等冶金產品(pin)，亦可以(yi)提(ti)供各(ge)種鑄件(jian)。

  Cr20Ni32Fe合(he)金在含氯化(hua)物和低濃度NaOH的(de)(de)苛(ke)性水介(jie)質中具有優(you)良的(de)(de)耐(nai)應(ying)力 腐(fu)蝕性能，廣泛用(yong)于制造耐(nai)應(ying)力腐(fu)蝕破(po)壞(huai)的(de)(de)設備，代替(ti)慣(guan)用(yong)的(de)(de)18-8奧氏體不銹鋼。

   在動力工(gong)業中，用以制(zhi)造壓水(shui)堆(dui)蒸(zheng)發(fa)器、高溫氣冷(leng)堆(dui)、鈉冷(leng)快堆(dui)換熱器，以 及過熱蒸(zheng)汽管。

   在化學加工業中，用以制造(zao)硝酸冷(leng)卻器(qi)、醋酐裂化管(guan)以及各種換熱設備。