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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(zao)期的Cr20Ni32型合(he)金，碳含量0.1%。

  高(gao)碳型(xing)合金的碳含量(C)處于(yu)0.05%~0.1%之間。主要(yao)用(yong)于(yu)600℃以上， 具有粗晶(jing)粒、高(gao)蠕變強度的特點。在化(hua)工(gong)、電廠、石油化(hua)學工(gong)業中的過熱器(qi)、再熱器(qi)、高(gao)溫加熱、轉化(hua)、裂(lie)解爐管等(deng)方(fang)面應用(yong)。

  中(zhong)碳(tan)型合金的碳(tan)含量在0.03%~0.06%范(fan)圍之(zhi)間(jian)，具有(you)中(zhong)等晶粒度(du)，一 般用于(yu)350℃~600℃ 使用的過(guo)熱器(qi)(qi)、再熱器(qi)(qi)等熱強(qiang)部件(jian)。也適用于(yu)高溫(750℃)氣冷(leng)堆換熱器(qi)(qi)。

  低(di)碳(tan)(tan)型(xing)(xing)有時也稱改良型(xing)(xing)。它是(shi)標(biao)準型(xing)(xing)合(he)金(jin)Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的(de)改進和(he)發(fa)展。我 國(guo)鋼標(biao)號為00Cr20Ni32AlTi。碳(tan)(tan)含(han)量(C)低(di)于0.03%并要(yao)求控制合(he)金(jin)中的(de)Ti/C和(he)Ti/C+N比(bi)值以(yi)及Al、Co等含(han)量。此合(he)金(jin)的(de)特點是(shi)超低(di)碳(tan)(tan)、細晶粒，充分穩定(ding)化、耐應力腐蝕性能優良,低(di)碳(tan)(tan)型(xing)(xing)合(he)金(jin)使用溫度≤350℃ ,主要(yao)用于壓水(shui)堆蒸發(fa)器(qi)。

一、化(hua)學成分和組(zu)織結(jie)構(gou)

  經近(jin)60年(nian)的(de)演變、發展的(de)各種(zhong)Cr20Ni32合(he)金的(de)派生牌(pai)號(hao)的(de)化學成分列于表 10-2。

  表10-2所(suo)列合金在高溫固溶快冷條(tiao)件下(xia)的組織為(wei)奧氏體，但在500~900℃ 中溫加熱，此合金有可能(neng)處(chu)(chu)于(yu)(yu)雙(shuang)相區(qu)，對(dui)于(yu)(yu)Ni處(chu)(chu)于(yu)(yu)下(xia)限，Cr處(chu)(chu)于(yu)(yu)上(shang)限的合金可能(neng)性更大。業已(yi)發現，在650℃和750℃長期(qi)加熱有δ相析出，但數量較(jiao)少，尚不足以影響合金的斷裂性能(neng)。

  合金的析(xi)出(chu)行為C曲線，如圖10-10 所示，析(xi)出(chu)相(xiang)種類和數(shu)量受(shou)合金成分(fen)和受(shou)熱(re)條件所制約(yue)。

二(er)、力學性(xing)能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合金(jin)的(de)室溫(wen)力(li)學性能匯總(zong)于表(biao)10-3,典型(xing)的(de)室溫(wen)抗拉(la)和抗壓強度(du)見表(biao)10-4。表(biao)10-5為超(chao)低碳型(xing) Cr20Ni32Fe合金(jin)的(de)室溫(wen)和350℃的(de)力(li)學性能。 溫(wen)瞬時拉(la)伸(shen)性能如(ru)圖(tu)10-11和圖(tu)10-12所示。Cr20Ni32Fe 合金(jin)的(de)高溫(wen)長時力(li)學性能見表(biao)10-6、圖(tu)10-13和圖(tu)10-14。

三、耐(nai)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. 高溫腐蝕

  盡(jin)管Cr20Ni32Fe合金(jin)在(zai)濕態介質中具(ju)有較好(hao)(hao)(hao)的耐(nai)蝕性，但此類合金(jin)良好(hao)(hao)(hao)的耐(nai)高溫(wen)腐(fu)蝕性能是(shi)其突出優(you)點。在(zai)高溫(wen)條件下，由于(yu)合金(jin)中具(ju)有較高的銘含量和(he)足夠的鎳含量，使其能形成防護性良好(hao)(hao)(hao)的氧化膜，具(ju)有良好(hao)(hao)(hao)的抗滲(shen)碳性能，是(shi)耐(nai)高溫(wen)腐(fu)蝕的良好(hao)(hao)(hao)材料，在(zai)工業中得到了廣泛應用(yong)。

  在高溫爐氣中 Cr20Ni32Fe合金的耐(nai)蝕(shi)性優于一(yi)般奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼，數據見表 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(kang)滲(shen)碳(tan)性(xing)能(neng)，Cr20Ni32Fe具有良好(hao)的(de)抗(kang)滲(shen)碳(tan)性(xing)能(neng)，試(shi)驗(yan)(yan)室試(shi)驗(yan)(yan)結(jie)果(guo)見表 10-10。它的(de)抗(kang)滲(shen)碳(tan)性(xing)能(neng)優(you)于(yu)常規不(bu)銹(xiu)鋼，相當(dang)于(yu)含質量分數為(wei)25% 鉻的(de)耐髙溫 腐蝕(shi)的(de)奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼。

  3. 晶間腐(fu)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. 高溫水介質(zhi)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)金(jin)表現出良好的(de)耐應力腐(fu)蝕(shi)(shi)性，但此合(he)(he)金(jin)對應力腐(fu)蝕(shi)(shi)并非免疫。在各種高(gao)溫水中的(de)耐應力腐(fu)蝕(shi)(shi)性能與(yu)合(he)(he)金(jin)成分、熱處(chu)理(li)條件、冷變形等 有(you)密切關系(xi)。試驗結(jie)果指(zhi)出，降低合(he)(he)金(jin)中的(de)碳含(han)量(liang)(≤0.03%),提高(gao)鎳含(han) 量(liang)，增大Ti/C比將提高(gao)合(he)(he)金(jin)的(de)耐應力腐(fu)蝕(shi)(shi)性能。通(tong)常(chang)敏化和(he)冷變形對合(he)(he)金(jin)的(de)耐應力腐(fu)蝕(shi)(shi)性能有(you)害，但有(you)的(de)試驗結(jie)果指(zhi)出，650℃長期時效可顯著降低合(he)(he)金(jin)的(de)應力腐(fu)蝕(shi)(shi)敏感性。

   b. 苛(ke)性(xing)水介質中

   在壓水堆蒸(zheng)(zheng)發器和(he)鈉(na)冷快堆蒸(zheng)(zheng)發器中，有可能會出現含NaOH的苛性水介(jie)質(zhi)，目(mu)前已(yi)遇到18-8不銹鋼和(he) Inconel 600合金的苛性應(ying)力腐蝕(shi)破裂問題。

  大量的(de)(de)研究表明Cr20Ni32Fe合金(jin)在含NaOH的(de)(de)苛(ke)性(xing)水介質中的(de)(de)耐(nai)應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕性(xing)能(neng)(neng)取決于(yu)NaOH濃度和應(ying)(ying)力(li)(li)水平(ping)(圖(tu)(tu)10-19 和 圖(tu)(tu)10-20)。 NaOH濃度和應(ying)(ying)力(li)(li)水平(ping)愈高，合金(jin)的(de)(de)耐(nai)應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕性(xing)能(neng)(neng)下降。對低(di)碳(tan)型的(de)(de)00Cr20Ni32AITi合金(jin)只(zhi)(zhi)有在低(di) NaOH濃度、低(di)應(ying)(ying)力(li)(li)下才處于(yu)免(mian)疫區(qu)（見(jian)圖(tu)(tu)10-21，該圖(tu)(tu)中NaOH為質量分數(shu)）。 因此，只(zhi)(zhi)有在使用過程中避免(mian)高應(ying)(ying)力(li)(li)出現和防止NaOH濃縮，才能(neng)(neng)保證采用 00Cr20Ni32AlTi合金(jin)設備(bei)的(de)(de)安全運(yun)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(re)(re)加(jia)(jia)工(gong)、冷加(jia)(jia)工(gong)、熱(re)(re)處理和焊接性能

   1. 熱加工

    Cr20Ni32Fe合金的(de)(de)(de)熱加工性(xing)能良好，類似(si)于一(yi)般Cr-Ni奧氏體 不銹鋼，熱加工溫度范(fan)圍(wei)為900~1200℃，合金的(de)(de)(de)熱彎成形通常在1000~1150℃ 范(fan)圍(wei)內進行(xing)。熱成形后(hou)可以(yi)空冷，但為了(le)減輕合金的(de)(de)(de)晶間腐蝕傾向，應盡量快速通過540~760℃敏化(hua)區。

   2. 冷加工

     合金的(de)冷(leng)加(jia)(jia)工成(cheng)型(xing)(xing)性能近(jin)似于(yu)18-8型(xing)(xing)奧氏體不銹鋼，但加(jia)(jia)工硬化傾向低于(yu)18-8型(xing)(xing)奧氏體不銹鋼。盡管如(ru)此，在冷(leng)加(jia)(jia)工成(cheng)型(xing)(xing)過程中，中間(jian)軟化退火(huo)(huo)常常是需要的(de)，中間(jian)退火(huo)(huo)溫(wen)度與固(gu)溶退火(huo)(huo)溫(wen)度相同。

   3. 熱處理

    合金(jin)的固溶退火(huo)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)在920~980℃ , 一般控制(zhi)在980℃ ,±10℃保溫(wen)(wen)(wen)時間視產品厚度(du)(du)而定，但(dan)保溫(wen)(wen)(wen)時間不得(de)少于10分鐘，對于高碳(tan)合金(jin)且(qie)在550℃以上溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)使(shi)用(yong)者，其(qi)固溶處(chu)理溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)應(ying)為1150~1205℃。消除應(ying)力的熱處(chu)理，一般在540℃以上即(ji)可產生效果(guo)，但(dan)殘余應(ying)力的完(wan)全消除需在高于870℃的溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)進行退火(huo)。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合(he)金焊(han)接(jie)性能(neng)良好(hao)，可(ke)釆用(yong)通常的焊(han)接(jie)方法進(jin)行(xing) 焊(han)接(jie)。試驗表(biao)明，釆用(yong)新(xin)2號焊(han)絲對00Cr20Ni32AlTi合(he)金管(guan)材與不銹(xiu)鋼管(guan)板進(jin)行(xing) TIG焊(han)接(jie)，取得(de)了(le)滿(man)意(yi)的效果。合(he)金的抗裂性能(neng)良好(hao)，接(jie)頭的晶間(jian)腐蝕(shi)、應(ying)力腐 蝕(shi)等亦近于母材。根據使(shi)用(yong)條件可(ke)選(xuan)用(yong)表(biao)10-11所(suo)列的焊(han)接(jie)材料(liao)。

五、物理性(xing)能(neng)

    Cr20Ni32Fe合金的(de)物理性能隨合金的(de)成分和(he)試驗條件會有微小變(bian)(bian)化，但不(bu)會有大的(de)變(bian)(bian)動。1Cr20Ni32Fe合金(Incoloy 800)的(de)物理性能見(jian)表10-12和(he)圖 10-24。

六、應(ying)用

  產(chan)品類(lei)型和應(ying)用(yong)舉例：此類(lei)合金的冶金生(sheng)產(chan)工(gong)(gong)藝與(yu)通常的18-8型奧(ao)氏體不 銹鋼類(lei)似，可以(yi)(yi)提供(gong)板(ban)(ban)（中板(ban)(ban)、薄(bo)板(ban)(ban)）、管（熱擠壓和冷(leng)加(jia)工(gong)(gong)管）、絲、帶、棒 和鍛件等(deng)冶金產(chan)品，亦可以(yi)(yi)提供(gong)各種鑄件。

  Cr20Ni32Fe合金在(zai)含氯(lv)化物和低濃度NaOH的(de)苛性水介質中具有優良的(de)耐應(ying)力(li) 腐(fu)蝕性能，廣泛用于制造耐應(ying)力(li)腐(fu)蝕破壞的(de)設備，代替(ti)慣用的(de)18-8奧氏(shi)體不銹鋼。

   在動(dong)力(li)工業中，用(yong)以制造壓水堆蒸發器、高溫氣冷堆、鈉冷快堆換熱器，以 及過熱蒸汽管。

   在化學加工業中，用(yong)以(yi)制造硝酸冷卻器、醋(cu)酐裂化管(guan)以(yi)及各種換熱設備。