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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。

  標準型(xing)是早(zao)期(qi)的(de)Cr20Ni32型(xing)合金，碳含量(liang)0.1%。

  高(gao)碳型合金的碳含(han)量(C)處于0.05%~0.1%之間。主要(yao)用(yong)于600℃以上， 具有粗晶粒、高(gao)蠕變強度的特點。在(zai)化(hua)工(gong)、電廠、石(shi)油化(hua)學工(gong)業中的過熱(re)器、再熱(re)器、高(gao)溫加熱(re)、轉化(hua)、裂(lie)解(jie)爐(lu)管等方面應(ying)用(yong)。

  中碳型合金的(de)碳含量在0.03%~0.06%范(fan)圍之間，具有中等(deng)晶粒(li)度(du)，一(yi) 般用于(yu)350℃~600℃ 使用的(de)過熱器(qi)、再(zai)熱器(qi)等(deng)熱強(qiang)部件。也適用于(yu)高(gao)溫(750℃)氣冷堆換熱器(qi)。

  低碳(tan)型(xing)有時也稱改良型(xing)。它是標(biao)準型(xing)合(he)金(jin)Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的改進和發展。我(wo) 國鋼標(biao)號為00Cr20Ni32AlTi。碳(tan)含(han)量(C)低于(yu)0.03%并要求控制合(he)金(jin)中的Ti/C和Ti/C+N比值以及Al、Co等含(han)量。此合(he)金(jin)的特點是超低碳(tan)、細(xi)晶粒，充分穩定化、耐應力腐(fu)蝕性(xing)能優良,低碳(tan)型(xing)合(he)金(jin)使用溫(wen)度≤350℃ ,主(zhu)要用于(yu)壓水堆蒸發器。

一、化(hua)學(xue)成分和組織結(jie)構

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

  表(biao)10-2所(suo)列合(he)金(jin)在(zai)(zai)高溫(wen)固溶快(kuai)冷條件下的(de)組織(zhi)為奧(ao)氏體，但(dan)在(zai)(zai)500~900℃ 中溫(wen)加(jia)熱(re)，此合(he)金(jin)有可(ke)能(neng)處(chu)于(yu)雙相(xiang)(xiang)區(qu)，對于(yu)Ni處(chu)于(yu)下限，Cr處(chu)于(yu)上限的(de)合(he)金(jin)可(ke)能(neng)性更大(da)。業(ye)已發(fa)現，在(zai)(zai)650℃和750℃長期加(jia)熱(re)有δ相(xiang)(xiang)析出(chu)，但(dan)數(shu)量較少(shao)，尚不(bu)足以(yi)影響(xiang)合(he)金(jin)的(de)斷(duan)裂性能(neng)。

  合金的(de)析(xi)出行為C曲線，如圖10-10 所示，析(xi)出相種類和數量受合金成分(fen)和受熱條件所制約。

二、力學性能(neng)

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合(he)(he)金的(de)(de)(de)室溫(wen)力學(xue)性(xing)能匯總于表(biao)10-3,典型的(de)(de)(de)室溫(wen)抗拉(la)和抗壓強度(du)見(jian)表(biao)10-4。表(biao)10-5為超低碳型 Cr20Ni32Fe合(he)(he)金的(de)(de)(de)室溫(wen)和350℃的(de)(de)(de)力學(xue)性(xing)能。 溫(wen)瞬時拉(la)伸性(xing)能如圖10-11和圖10-12所示(shi)。Cr20Ni32Fe 合(he)(he)金的(de)(de)(de)高溫(wen)長時力學(xue)性(xing)能見(jian)表(biao)10-6、圖10-13和圖10-14。

三、耐蝕性能

  1. 全面(mian)腐(fu)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

  盡管(guan)Cr20Ni32Fe合金(jin)在(zai)(zai)濕態(tai)介質中具(ju)(ju)有較好(hao)的(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性，但此類合金(jin)良(liang)好(hao)的(de)耐(nai)(nai)高溫(wen)腐蝕(shi)性能(neng)(neng)是其突出(chu)優點。在(zai)(zai)高溫(wen)條件下，由于合金(jin)中具(ju)(ju)有較高的(de)銘含量(liang)和足夠的(de)鎳含量(liang)，使其能(neng)(neng)形成防護性良(liang)好(hao)的(de)氧化膜(mo)，具(ju)(ju)有良(liang)好(hao)的(de)抗滲碳性能(neng)(neng)，是耐(nai)(nai)高溫(wen)腐蝕(shi)的(de)良(liang)好(hao)材料(liao)，在(zai)(zai)工(gong)業中得到了廣(guang)泛應(ying)用。

  在高溫爐氣中(zhong) Cr20Ni32Fe合金的耐蝕性優(you)于(yu)一般奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)，數(shu)據(ju)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具有良好(hao)的(de)抗滲碳性能，試驗(yan)室試驗(yan)結果見表 10-10。它的(de)抗滲碳性能優(you)于常規不銹鋼(gang)，相當于含質(zhi)量分數為25% 鉻的(de)耐髙(gao)溫 腐蝕的(de)奧氏(shi)體不銹鋼(gang)。

  3. 晶(jing)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(shi)

    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)表(biao)現出(chu)(chu)良好的(de)(de)(de)耐(nai)應力腐蝕(shi)性(xing)，但此合(he)金(jin)(jin)對應力腐蝕(shi)并非免疫。在各(ge)種高(gao)溫水中(zhong)的(de)(de)(de)耐(nai)應力腐蝕(shi)性(xing)能(neng)與合(he)金(jin)(jin)成分、熱處理條件、冷(leng)變形等 有(you)(you)密切關系。試驗(yan)結果指(zhi)出(chu)(chu)，降低合(he)金(jin)(jin)中(zhong)的(de)(de)(de)碳含量(liang)(≤0.03%),提(ti)高(gao)鎳含 量(liang)，增大Ti/C比將提(ti)高(gao)合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)耐(nai)應力腐蝕(shi)性(xing)能(neng)。通常敏化和冷(leng)變形對合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)耐(nai)應力腐蝕(shi)性(xing)能(neng)有(you)(you)害(hai)，但有(you)(you)的(de)(de)(de)試驗(yan)結果指(zhi)出(chu)(chu)，650℃長期時效可顯著降低合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)應力腐蝕(shi)敏感性(xing)。

   b. 苛性(xing)水介(jie)質中

   在壓(ya)水堆(dui)蒸發(fa)器和鈉冷快堆(dui)蒸發(fa)器中，有可能(neng)會出現含NaOH的(de)苛性水介質，目前已(yi)遇(yu)到(dao)18-8不銹鋼和 Inconel 600合金的(de)苛性應力腐(fu)蝕破(po)裂問題。

  大量(liang)的(de)(de)研究表明Cr20Ni32Fe合(he)(he)金在(zai)含NaOH的(de)(de)苛性(xing)水介質中的(de)(de)耐應(ying)力(li)腐蝕(shi)性(xing)能取(qu)決于NaOH濃度(du)(du)和應(ying)力(li)水平(ping)(圖10-19 和 圖10-20)。 NaOH濃度(du)(du)和應(ying)力(li)水平(ping)愈(yu)高，合(he)(he)金的(de)(de)耐應(ying)力(li)腐蝕(shi)性(xing)能下降(jiang)。對低碳型的(de)(de)00Cr20Ni32AITi合(he)(he)金只有在(zai)低 NaOH濃度(du)(du)、低應(ying)力(li)下才處于免疫(yi)區（見(jian)圖10-21，該圖中NaOH為質量(liang)分數）。 因此(ci)，只有在(zai)使用過程(cheng)中避免高應(ying)力(li)出現(xian)和防止NaOH濃縮，才能保證(zheng)采用 00Cr20Ni32AlTi合(he)(he)金設備的(de)(de)安全運行。

   c. NaCl溶(rong)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)、 熱加工(gong)、冷加工(gong)、熱處理(li)和(he)焊接性能

   1. 熱(re)加工

    Cr20Ni32Fe合金的熱(re)加工(gong)性能(neng)良好，類似于一(yi)般Cr-Ni奧氏體 不(bu)銹鋼，熱(re)加工(gong)溫度范圍為900~1200℃，合金的熱(re)彎成形通常(chang)在(zai)1000~1150℃ 范圍內進行。熱(re)成形后(hou)可以空冷(leng)，但(dan)為了減輕合金的晶間(jian)腐(fu)蝕(shi)傾向，應盡量快速通過540~760℃敏(min)化區(qu)。

   2. 冷加工

     合金的冷加工成(cheng)型性(xing)能近(jin)似于(yu)18-8型奧(ao)氏體不(bu)銹(xiu)鋼，但加工硬化(hua)傾向(xiang)低(di)于(yu)18-8型奧(ao)氏體不(bu)銹(xiu)鋼。盡管如此，在冷加工成(cheng)型過程中(zhong)，中(zhong)間軟化(hua)退火(huo)常常是需要的，中(zhong)間退火(huo)溫度(du)與(yu)固溶退火(huo)溫度(du)相同。

   3. 熱處理

    合(he)金的(de)固溶退火溫(wen)度(du)在(zai)920~980℃ , 一般(ban)控(kong)制在(zai)980℃ ,±10℃保(bao)溫(wen)時間(jian)視(shi)產品(pin)厚度(du)而定，但保(bao)溫(wen)時間(jian)不(bu)得(de)少于10分鐘，對(dui)于高碳(tan)合(he)金且在(zai)550℃以上溫(wen)度(du)使(shi)用者(zhe)，其固溶處理溫(wen)度(du)應為1150~1205℃。消除應力(li)的(de)熱處理，一般(ban)在(zai)540℃以上即可產生效果，但殘余(yu)應力(li)的(de)完全消除需在(zai)高于870℃的(de)溫(wen)度(du)進行(xing)退火。

   4. 焊(han)接

    Cr20Ni32Fe型合(he)金(jin)(jin)焊(han)接(jie)性能(neng)良好，可釆(bian)用(yong)通(tong)常的(de)焊(han)接(jie)方法(fa)進行(xing) 焊(han)接(jie)。試驗表(biao)明，釆(bian)用(yong)新2號焊(han)絲(si)對00Cr20Ni32AlTi合(he)金(jin)(jin)管材(cai)(cai)與不銹鋼管板進行(xing) TIG焊(han)接(jie)，取得了滿意的(de)效果(guo)。合(he)金(jin)(jin)的(de)抗裂性能(neng)良好，接(jie)頭的(de)晶間腐蝕、應力腐 蝕等(deng)亦近于母(mu)材(cai)(cai)。根據使(shi)用(yong)條件可選用(yong)表(biao)10-11所列的(de)焊(han)接(jie)材(cai)(cai)料。

五、物理性能(neng)

    Cr20Ni32Fe合金(jin)的(de)物理性能隨合金(jin)的(de)成分和試驗條件會(hui)有(you)微小變(bian)化，但不會(hui)有(you)大的(de)變(bian)動。1Cr20Ni32Fe合金(jin)(Incoloy 800)的(de)物理性能見表10-12和圖 10-24。

六、應用

  產品類型和應(ying)用舉例：此類合金(jin)的(de)冶金(jin)生產工(gong)藝與通常的(de)18-8型奧氏體(ti)不 銹鋼類似，可以(yi)提供板(ban)（中板(ban)、薄板(ban)）、管(guan)（熱擠(ji)壓和冷加工(gong)管(guan)）、絲(si)、帶、棒 和鍛(duan)件等冶金(jin)產品，亦(yi)可以(yi)提供各(ge)種鑄件。

  Cr20Ni32Fe合(he)金在含氯化物和低濃度NaOH的苛性水(shui)介質中具有優良(liang)的耐應(ying)力 腐(fu)蝕性能，廣泛(fan)用于制(zhi)造耐應(ying)力腐(fu)蝕破壞的設備，代替慣用的18-8奧氏體不銹鋼(gang)。

   在動力工業中，用以制造(zao)壓(ya)水堆蒸(zheng)發器(qi)(qi)、高溫氣冷堆、鈉冷快堆換熱器(qi)(qi)，以 及(ji)過熱蒸(zheng)汽管(guan)。

   在化學加工業(ye)中，用(yong)以制造硝酸冷卻器、醋酐裂化管(guan)以及(ji)各種(zhong)換(huan)熱設備。