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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)，碳含量0.1%。

  高碳型合金(jin)的(de)碳含(han)量(liang)(C)處于0.05%~0.1%之間。主要用于600℃以上， 具有粗晶粒、高蠕變強度的(de)特(te)點。在化工(gong)、電廠(chang)、石(shi)油(you)化學工(gong)業中(zhong)的(de)過熱(re)器、再熱(re)器、高溫加熱(re)、轉化、裂(lie)解(jie)爐管等方面應用。

  中碳(tan)型合金的碳(tan)含量在0.03%~0.06%范(fan)圍之間，具有中等晶(jing)粒度，一 般用(yong)于350℃~600℃ 使(shi)用(yong)的過熱器(qi)、再熱器(qi)等熱強(qiang)部(bu)件(jian)。也適用(yong)于高溫(750℃)氣冷堆換(huan)熱器(qi)。

  低(di)(di)(di)碳型(xing)有時也稱改(gai)良型(xing)。它是標準型(xing)合(he)金(jin)Cr20Ni32Fe合(he)金(jin)的(de)(de)改(gai)進和發展。我 國(guo)鋼標號為00Cr20Ni32AlTi。碳含(han)量(C)低(di)(di)(di)于0.03%并(bing)要求(qiu)控(kong)制合(he)金(jin)中的(de)(de)Ti/C和Ti/C+N比值以及Al、Co等含(han)量。此合(he)金(jin)的(de)(de)特點是超低(di)(di)(di)碳、細(xi)晶粒(li)，充分穩定化(hua)、耐應力腐蝕性能優良,低(di)(di)(di)碳型(xing)合(he)金(jin)使(shi)用溫度(du)≤350℃ ,主(zhu)要用于壓水堆蒸發器(qi)。

一(yi)、化學成分和(he)組織結構

  經近60年的(de)演變、發(fa)展的(de)各種Cr20Ni32合(he)金(jin)的(de)派生牌號的(de)化學成分列(lie)于表 10-2。

  表(biao)10-2所(suo)列合金在高溫固溶快冷(leng)條件下(xia)的(de)(de)組織為奧氏體(ti)，但在500~900℃ 中溫加熱(re)，此合金有可能處(chu)于(yu)雙(shuang)相區，對(dui)于(yu)Ni處(chu)于(yu)下(xia)限，Cr處(chu)于(yu)上限的(de)(de)合金可能性(xing)更(geng)大。業已發現，在650℃和(he)750℃長期加熱(re)有δ相析(xi)出，但數量較少，尚不(bu)足以影響合金的(de)(de)斷裂性(xing)能。

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

二(er)、力學性(xing)能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合(he)金的室溫(wen)力學性能匯總(zong)于表(biao)(biao)10-3,典型的室溫(wen)抗拉(la)和(he)(he)抗壓強度(du)見(jian)表(biao)(biao)10-4。表(biao)(biao)10-5為超低碳型 Cr20Ni32Fe合(he)金的室溫(wen)和(he)(he)350℃的力學性能。 溫(wen)瞬(shun)時拉(la)伸性能如圖(tu)10-11和(he)(he)圖(tu)10-12所示。Cr20Ni32Fe 合(he)金的高溫(wen)長(chang)時力學性能見(jian)表(biao)(biao)10-6、圖(tu)10-13和(he)(he)圖(tu)10-14。

三(san)、耐蝕性能

  1. 全面腐(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(gao)溫腐蝕

  盡管Cr20Ni32Fe合金在(zai)濕(shi)態介質中具有較(jiao)好(hao)(hao)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕性(xing)，但此類合金良好(hao)(hao)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)高溫(wen)腐(fu)蝕性(xing)能是其(qi)突(tu)出優點。在(zai)高溫(wen)條(tiao)件(jian)下(xia)，由于合金中具有較(jiao)高的(de)(de)(de)(de)銘含(han)量和足夠(gou)的(de)(de)(de)(de)鎳含(han)量，使其(qi)能形成防護性(xing)良好(hao)(hao)的(de)(de)(de)(de)氧化膜，具有良好(hao)(hao)的(de)(de)(de)(de)抗滲碳性(xing)能，是耐(nai)高溫(wen)腐(fu)蝕的(de)(de)(de)(de)良好(hao)(hao)材料，在(zai)工業(ye)中得到了廣泛應用(yong)。

  在高溫爐氣中(zhong) Cr20Ni32Fe合金的耐蝕性優于(yu)一般奧氏體不銹鋼，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。

   抗滲(shen)碳性能，Cr20Ni32Fe具有良好的抗滲(shen)碳性能，試(shi)驗室(shi)試(shi)驗結果(guo)見表(biao) 10-10。它的抗滲(shen)碳性能優于(yu)常規不(bu)銹鋼，相(xiang)當于(yu)含質量分數(shu)為25% 鉻的耐髙溫 腐蝕的奧氏(shi)體不(bu)銹鋼。

  3. 晶間(jian)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(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。

   盡管Cr20Ni32Fe合(he)(he)金表現出(chu)良好的(de)耐(nai)(nai)應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)性(xing)，但此合(he)(he)金對(dui)應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)并非免疫。在各種高(gao)溫水中的(de)耐(nai)(nai)應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)性(xing)能(neng)與合(he)(he)金成(cheng)分、熱處(chu)理條件、冷(leng)變(bian)形(xing)(xing)等 有(you)(you)密(mi)切關系。試驗結果(guo)指出(chu)，降低合(he)(he)金中的(de)碳(tan)含(han)量(liang)(≤0.03%),提(ti)(ti)高(gao)鎳(nie)含(han) 量(liang)，增大Ti/C比將提(ti)(ti)高(gao)合(he)(he)金的(de)耐(nai)(nai)應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)性(xing)能(neng)。通常敏化和冷(leng)變(bian)形(xing)(xing)對(dui)合(he)(he)金的(de)耐(nai)(nai)應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)性(xing)能(neng)有(you)(you)害，但有(you)(you)的(de)試驗結果(guo)指出(chu)，650℃長期(qi)時(shi)效可顯著降低合(he)(he)金的(de)應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)敏感性(xing)。

   b. 苛性水介質中

   在壓水堆蒸(zheng)發(fa)器和鈉(na)冷快堆蒸(zheng)發(fa)器中，有可能(neng)會出現含(han)NaOH的苛性水介質，目前已遇(yu)到18-8不銹鋼和 Inconel 600合金的苛性應力腐蝕破(po)裂問題。

  大量的(de)(de)(de)研究表明(ming)Cr20Ni32Fe合金(jin)(jin)在含NaOH的(de)(de)(de)苛性(xing)水(shui)介質(zhi)中的(de)(de)(de)耐應(ying)力腐蝕(shi)性(xing)能取決(jue)于NaOH濃(nong)度(du)和應(ying)力水(shui)平(圖10-19 和 圖10-20)。 NaOH濃(nong)度(du)和應(ying)力水(shui)平愈(yu)高，合金(jin)(jin)的(de)(de)(de)耐應(ying)力腐蝕(shi)性(xing)能下降。對低碳型(xing)的(de)(de)(de)00Cr20Ni32AITi合金(jin)(jin)只有(you)在低 NaOH濃(nong)度(du)、低應(ying)力下才處于免疫(yi)區（見(jian)圖10-21，該圖中NaOH為質(zhi)量分數）。 因此，只有(you)在使用(yong)過程中避免高應(ying)力出現和防止NaOH濃(nong)縮，才能保證采用(yong) 00Cr20Ni32AlTi合金(jin)(jin)設備(bei)的(de)(de)(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、 熱加工(gong)、冷加工(gong)、熱處理(li)和焊接(jie)性能(neng)

   1. 熱加(jia)工

    Cr20Ni32Fe合金的(de)(de)熱加工性能良好(hao)，類(lei)似于(yu)一般Cr-Ni奧氏體(ti) 不銹鋼，熱加工溫度范圍為(wei)900~1200℃，合金的(de)(de)熱彎成形(xing)通常在(zai)1000~1150℃ 范圍內進行。熱成形(xing)后可以空冷(leng)，但(dan)為(wei)了(le)減輕合金的(de)(de)晶(jing)間腐蝕傾向，應盡量快速通過(guo)540~760℃敏化區。

   2. 冷加工

     合(he)金的冷加工成(cheng)型性能近似于18-8型奧氏體不(bu)銹鋼(gang)，但(dan)加工硬化(hua)(hua)傾向低(di)于18-8型奧氏體不(bu)銹鋼(gang)。盡管如此，在冷加工成(cheng)型過程中(zhong)(zhong)(zhong)，中(zhong)(zhong)(zhong)間(jian)軟(ruan)化(hua)(hua)退火常常是需要的，中(zhong)(zhong)(zhong)間(jian)退火溫(wen)度(du)與固溶退火溫(wen)度(du)相同。

   3. 熱處理

    合(he)金的固溶(rong)(rong)退火溫(wen)(wen)度在920~980℃ , 一般控制(zhi)在980℃ ,±10℃保溫(wen)(wen)時間(jian)視產品(pin)厚度而定，但(dan)保溫(wen)(wen)時間(jian)不得少于10分鐘，對于高(gao)碳(tan)合(he)金且在550℃以上溫(wen)(wen)度使用者，其固溶(rong)(rong)處理(li)溫(wen)(wen)度應為1150~1205℃。消除(chu)應力的熱處理(li)，一般在540℃以上即可(ke)產生效果，但(dan)殘余(yu)應力的完全消除(chu)需在高(gao)于870℃的溫(wen)(wen)度進(jin)行退火。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型(xing)合(he)金焊(han)接(jie)(jie)性能良好，可釆用(yong)通(tong)常的焊(han)接(jie)(jie)方法進行(xing) 焊(han)接(jie)(jie)。試驗表(biao)明，釆用(yong)新2號(hao)焊(han)絲對00Cr20Ni32AlTi合(he)金管(guan)材(cai)與不銹鋼管(guan)板(ban)進行(xing) TIG焊(han)接(jie)(jie)，取得了滿(man)意的效(xiao)果(guo)。合(he)金的抗裂性能良好，接(jie)(jie)頭的晶間腐蝕(shi)、應力腐 蝕(shi)等亦(yi)近(jin)于母材(cai)。根(gen)據使用(yong)條件可選用(yong)表(biao)10-11所(suo)列的焊(han)接(jie)(jie)材(cai)料。

五、物理性能

    Cr20Ni32Fe合金的(de)物理(li)性(xing)能隨(sui)合金的(de)成分和試驗條件會(hui)(hui)有微小變化(hua)，但不會(hui)(hui)有大的(de)變動。1Cr20Ni32Fe合金(Incoloy 800)的(de)物理(li)性(xing)能見表10-12和圖 10-24。

六、應(ying)用

  產品類(lei)型(xing)和應用舉例：此類(lei)合金(jin)(jin)的冶(ye)(ye)金(jin)(jin)生產工(gong)藝與通常的18-8型(xing)奧氏(shi)體不 銹鋼類(lei)似，可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)板(ban)（中板(ban)、薄板(ban)）、管（熱擠壓和冷(leng)加工(gong)管）、絲、帶、棒 和鍛件(jian)等(deng)冶(ye)(ye)金(jin)(jin)產品，亦可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)各種鑄件(jian)。

  Cr20Ni32Fe合(he)金在(zai)含氯化物和低濃度(du)NaOH的(de)苛性水(shui)介(jie)質中(zhong)具有(you)優(you)良的(de)耐應(ying)力 腐蝕(shi)性能，廣泛(fan)用(yong)于(yu)制造耐應(ying)力腐蝕(shi)破(po)壞的(de)設備，代替慣(guan)用(yong)的(de)18-8奧氏體不銹鋼。

   在動力工業中，用以制造(zao)壓水堆蒸發器、高(gao)溫氣冷堆、鈉(na)冷快(kuai)堆換(huan)熱(re)器，以 及過熱(re)蒸汽(qi)管。

   在化學加工業中(zhong)，用以(yi)制造(zao)硝酸冷卻(que)器(qi)、醋酐裂化管以(yi)及各種換熱設備(bei)。