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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。

  標準型是早期的Cr20Ni32型合金(jin)，碳(tan)含量0.1%。

  高碳(tan)型(xing)合金的碳(tan)含量(C)處于(yu)0.05%~0.1%之(zhi)間。主要用于(yu)600℃以上(shang)， 具(ju)有(you)粗晶(jing)粒、高蠕變強度的特點。在化(hua)(hua)工、電廠、石油化(hua)(hua)學工業中的過熱器(qi)、再熱器(qi)、高溫加熱、轉化(hua)(hua)、裂解爐管等方面應用。

  中(zhong)碳型合金的碳含量在0.03%~0.06%范圍之間，具有(you)中(zhong)等晶(jing)粒度，一 般用(yong)(yong)于(yu)350℃~600℃ 使用(yong)(yong)的過熱器、再(zai)熱器等熱強部(bu)件。也(ye)適用(yong)(yong)于(yu)高溫(750℃)氣冷堆換熱器。

  低(di)碳(tan)型有時也稱改良型。它是(shi)標準型合(he)金Cr20Ni32Fe合(he)金的改進和(he)發展。我 國鋼(gang)標號為00Cr20Ni32AlTi。碳(tan)含量(C)低(di)于0.03%并要求控(kong)制合(he)金中的Ti/C和(he)Ti/C+N比值以及Al、Co等含量。此(ci)合(he)金的特點是(shi)超(chao)低(di)碳(tan)、細晶粒，充分穩定化、耐應(ying)力腐蝕(shi)性(xing)能(neng)優良,低(di)碳(tan)型合(he)金使用(yong)溫度(du)≤350℃ ,主(zhu)要用(yong)于壓水(shui)堆蒸發器(qi)。

一、化學成(cheng)分和(he)組(zu)織結構

  經近60年的(de)演變、發展的(de)各種Cr20Ni32合金的(de)派生牌號的(de)化學成分列于表 10-2。

  表10-2所列合(he)金在(zai)高溫固溶快冷條件下的(de)組(zu)織為奧氏體，但在(zai)500~900℃ 中(zhong)溫加(jia)熱，此合(he)金有可能處于雙相區，對于Ni處于下限(xian)，Cr處于上限(xian)的(de)合(he)金可能性更大。業已(yi)發現，在(zai)650℃和750℃長期加(jia)熱有δ相析出，但數(shu)量(liang)較少，尚(shang)不足(zu)以影響合(he)金的(de)斷裂性能。

  合金的析出行為C曲(qu)線(xian)，如圖(tu)10-10 所(suo)示，析出相種類和數量受合金成分和受熱條件(jian)所(suo)制約(yue)。

二、力學性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合金的(de)室(shi)溫(wen)(wen)力(li)學性能(neng)匯總于表(biao)10-3,典型(xing)的(de)室(shi)溫(wen)(wen)抗拉(la)和(he)抗壓強度見表(biao)10-4。表(biao)10-5為超低(di)碳型(xing) Cr20Ni32Fe合金的(de)室(shi)溫(wen)(wen)和(he)350℃的(de)力(li)學性能(neng)。 溫(wen)(wen)瞬時(shi)拉(la)伸性能(neng)如圖(tu)10-11和(he)圖(tu)10-12所(suo)示(shi)。Cr20Ni32Fe 合金的(de)高(gao)溫(wen)(wen)長時(shi)力(li)學性能(neng)見表(biao)10-6、圖(tu)10-13和(he)圖(tu)10-14。

三、耐蝕性能

  1. 全面腐蝕(shi)

  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(gao)溫(wen)腐(fu)蝕(shi)

  盡管Cr20Ni32Fe合(he)金在(zai)(zai)濕(shi)態介質(zhi)中(zhong)具(ju)有較好(hao)的(de)耐蝕性，但(dan)此(ci)類合(he)金良好(hao)的(de)耐高(gao)溫(wen)腐(fu)蝕性能(neng)是其(qi)突出優點。在(zai)(zai)高(gao)溫(wen)條件下，由于合(he)金中(zhong)具(ju)有較高(gao)的(de)銘含量和足(zu)夠的(de)鎳含量，使其(qi)能(neng)形(xing)成防護(hu)性良好(hao)的(de)氧化膜，具(ju)有良好(hao)的(de)抗滲碳性能(neng)，是耐高(gao)溫(wen)腐(fu)蝕的(de)良好(hao)材料，在(zai)(zai)工(gong)業中(zhong)得到了廣(guang)泛應用。

  在高(gao)溫爐氣中 Cr20Ni32Fe合金的耐蝕性優于一般奧氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼，數據見(jian)表(biao) 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)(shen)碳(tan)性能，Cr20Ni32Fe具有良好的(de)(de)(de)抗滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)性能，試驗室試驗結果見表 10-10。它的(de)(de)(de)抗滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)性能優于常規不銹鋼，相(xiang)當(dang)于含質量分數為(wei)25% 鉻的(de)(de)(de)耐(nai)髙溫(wen) 腐(fu)蝕的(de)(de)(de)奧氏(shi)體不銹鋼。

  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(fu)蝕(shi)

    a. 高溫水(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(jin)管Cr20Ni32Fe合(he)(he)金(jin)表現出(chu)(chu)良好的(de)耐(nai)應(ying)力腐蝕性，但(dan)此合(he)(he)金(jin)對應(ying)力腐蝕并非(fei)免疫。在各種高溫(wen)水中(zhong)的(de)耐(nai)應(ying)力腐蝕性能與合(he)(he)金(jin)成分、熱處理條件、冷變(bian)形(xing)等 有密切關系。試驗結果指出(chu)(chu)，降低合(he)(he)金(jin)中(zhong)的(de)碳含量(≤0.03%),提(ti)高鎳含 量，增大(da)Ti/C比將提(ti)高合(he)(he)金(jin)的(de)耐(nai)應(ying)力腐蝕性能。通(tong)常(chang)敏化和(he)冷變(bian)形(xing)對合(he)(he)金(jin)的(de)耐(nai)應(ying)力腐蝕性能有害(hai)，但(dan)有的(de)試驗結果指出(chu)(chu)，650℃長期時效可顯著(zhu)降低合(he)(he)金(jin)的(de)應(ying)力腐蝕敏感(gan)性。

   b. 苛性水介質中

   在壓水堆蒸發(fa)器(qi)和(he)鈉冷快堆蒸發(fa)器(qi)中，有可能會出現含NaOH的苛(ke)(ke)性(xing)水介質，目前已遇到18-8不銹鋼和(he) Inconel 600合金的苛(ke)(ke)性(xing)應力腐蝕破(po)裂問(wen)題。

  大量(liang)的(de)研究(jiu)表明(ming)Cr20Ni32Fe合金在含NaOH的(de)苛(ke)性水(shui)介質中(zhong)的(de)耐應(ying)力腐蝕性能(neng)取決于NaOH濃度(du)(du)和(he)應(ying)力水(shui)平(圖(tu)10-19 和(he) 圖(tu)10-20)。 NaOH濃度(du)(du)和(he)應(ying)力水(shui)平愈高，合金的(de)耐應(ying)力腐蝕性能(neng)下(xia)降(jiang)。對(dui)低碳型(xing)的(de)00Cr20Ni32AITi合金只(zhi)有在低 NaOH濃度(du)(du)、低應(ying)力下(xia)才(cai)處(chu)于免(mian)疫(yi)區（見圖(tu)10-21，該圖(tu)中(zhong)NaOH為(wei)質量(liang)分數）。 因此，只(zhi)有在使(shi)用過程中(zhong)避(bi)免(mian)高應(ying)力出現和(he)防止NaOH濃縮，才(cai)能(neng)保證采(cai)用 00Cr20Ni32AlTi合金設備(bei)的(de)安(an)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(re)加(jia)工、冷加(jia)工、熱(re)處理和焊接性能(neng)

   1. 熱加(jia)工

    Cr20Ni32Fe合金(jin)(jin)(jin)的熱加工性能良好，類似于一般Cr-Ni奧氏體 不銹(xiu)鋼，熱加工溫(wen)度范圍為(wei)900~1200℃，合金(jin)(jin)(jin)的熱彎成形通常在1000~1150℃ 范圍內(nei)進行(xing)。熱成形后可以空(kong)冷，但為(wei)了(le)減輕合金(jin)(jin)(jin)的晶間腐蝕傾向，應盡量(liang)快(kuai)速通過540~760℃敏化區。

   2. 冷加工

     合金(jin)的(de)冷加工(gong)成型性能近似于18-8型奧氏體(ti)不銹鋼，但加工(gong)硬化傾向低于18-8型奧氏體(ti)不銹鋼。盡管(guan)如(ru)此，在冷加工(gong)成型過程(cheng)中(zhong)，中(zhong)間(jian)軟(ruan)化退火(huo)(huo)常常是需(xu)要的(de)，中(zhong)間(jian)退火(huo)(huo)溫度(du)與固溶退火(huo)(huo)溫度(du)相(xiang)同。

   3. 熱處理

    合金的(de)固溶(rong)退(tui)(tui)火溫(wen)度在(zai)920~980℃ , 一般(ban)(ban)控制在(zai)980℃ ,±10℃保溫(wen)時間視產品厚度而定，但保溫(wen)時間不得少于(yu)10分(fen)鐘，對于(yu)高(gao)碳合金且在(zai)550℃以(yi)上溫(wen)度使(shi)用者(zhe)，其固溶(rong)處(chu)理(li)溫(wen)度應為1150~1205℃。消除應力的(de)熱處(chu)理(li)，一般(ban)(ban)在(zai)540℃以(yi)上即可產生效果，但殘余應力的(de)完全(quan)消除需(xu)在(zai)高(gao)于(yu)870℃的(de)溫(wen)度進行退(tui)(tui)火。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合(he)金(jin)焊(han)(han)接性能(neng)良好，可釆(bian)用(yong)通常的(de)焊(han)(han)接方法(fa)進行 焊(han)(han)接。試驗表明(ming)，釆(bian)用(yong)新(xin)2號焊(han)(han)絲(si)對00Cr20Ni32AlTi合(he)金(jin)管材(cai)(cai)與不銹鋼管板(ban)進行 TIG焊(han)(han)接，取得了(le)滿意的(de)效果。合(he)金(jin)的(de)抗裂性能(neng)良好，接頭的(de)晶間(jian)腐蝕、應力腐 蝕等亦近于母(mu)材(cai)(cai)。根據使用(yong)條件(jian)可選用(yong)表10-11所(suo)列的(de)焊(han)(han)接材(cai)(cai)料。

五、物理(li)性能(neng)

    Cr20Ni32Fe合金的物(wu)理性(xing)(xing)能隨(sui)合金的成分(fen)和試驗條件會有微小變化，但不會有大(da)的變動(dong)。1Cr20Ni32Fe合金(Incoloy 800)的物(wu)理性(xing)(xing)能見表10-12和圖(tu) 10-24。

六、應用(yong)

  產(chan)(chan)品類型和應用舉例：此類合(he)金(jin)的冶(ye)金(jin)生(sheng)產(chan)(chan)工藝與通常的18-8型奧氏(shi)體不(bu) 銹鋼類似，可(ke)以提供(gong)板(ban)(ban)（中板(ban)(ban)、薄板(ban)(ban)）、管（熱擠壓和冷加工管）、絲、帶、棒 和鍛件等冶(ye)金(jin)產(chan)(chan)品，亦可(ke)以提供(gong)各種鑄件。

  Cr20Ni32Fe合金在含氯化物(wu)和低(di)濃(nong)度NaOH的(de)苛性水介質中具有優良的(de)耐(nai)應力 腐(fu)蝕性能(neng)，廣泛用(yong)于制造(zao)耐(nai)應力腐(fu)蝕破壞的(de)設備，代替慣用(yong)的(de)18-8奧氏體(ti)不銹鋼。

   在(zai)動力工業中，用以(yi)制(zhi)造(zao)壓水堆蒸(zheng)發器(qi)、高(gao)溫(wen)氣冷(leng)堆、鈉(na)冷(leng)快堆換熱器(qi)，以(yi) 及過(guo)熱蒸(zheng)汽管。

   在化(hua)學加工業中，用以制(zhi)造硝酸冷卻器、醋(cu)酐裂(lie)化(hua)管(guan)以及各種換熱(re)設備。