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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。

  標準型是早期的Cr20Ni32型合金，碳含量0.1%。

  高碳型合金的碳含量(C)處于0.05%~0.1%之間。主要用于600℃以上， 具有粗晶粒、高蠕變強度的特點。在化工、電廠、石油化學工業中的過熱器、再熱器、高溫加熱、轉化、裂解爐管等方面應用。

  中碳型合金的碳含量在0.03%~0.06%范圍之間，具有中等晶粒度，一 般用于350℃~600℃ 使用的過熱器、再熱器等熱強部件。也適用于高溫(750℃)氣冷堆換熱器。

  低碳型有時也稱改良型。它是標準型合金Cr20Ni32Fe合金的改進和發展。我 國鋼標號為00Cr20Ni32AlTi。碳含量(C)低于0.03%并要求控制合金中的Ti/C和Ti/C+N比值以及Al、Co等含量。此合金的特點是超低碳、細晶粒，充分穩定化、耐應力腐蝕性能優良,低碳型合金使用溫度≤350℃ ,主要用于壓水堆蒸發器。

一、化學成分和組織結構

  經近60年的演變、發展的各種Cr20Ni32合金的派生牌號的化學成分列于表 10-2。

  表10-2所列合金在高溫固溶快冷條件下的組織為奧氏體，但在500~900℃ 中溫加熱，此合金有可能處于雙相區，對于Ni處于下限，Cr處于上限的合金可能性更大。業已發現，在650℃和750℃長期加熱有δ相析出，但數量較少，尚不足以影響合金的斷裂性能。

  合金的析出行為C曲線，如圖10-10 所示，析出相種類和數量受合金成分和受熱條件所制約。

二、力學性能

 1Cr20Ni32Fe( Incoloy 800) 合金的室溫力學性能匯總于表10-3,典型的室溫抗拉和抗壓強度見表10-4。表10-5為超低碳型 Cr20Ni32Fe合金的室溫和350℃的力學性能。 溫瞬時拉伸性能如圖10-11和圖10-12所示。Cr20Ni32Fe 合金的高溫長時力學性能見表10-6、圖10-13和圖10-14。

三、耐蝕性能

  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

  盡管Cr20Ni32Fe合金在濕態介質中具有較好的耐蝕性，但此類合金良好的耐高溫腐蝕性能是其突出優點。在高溫條件下，由于合金中具有較高的銘含量和足夠的鎳含量，使其能形成防護性良好的氧化膜，具有良好的抗滲碳性能，是耐高溫腐蝕的良好材料，在工業中得到了廣泛應用。

  在高溫爐氣中 Cr20Ni32Fe合金的耐蝕性優于一般奧氏體不銹鋼，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。

   抗滲碳性能，Cr20Ni32Fe具有良好的抗滲碳性能，試驗室試驗結果見表 10-10。它的抗滲碳性能優于常規不銹鋼，相當于含質量分數為25% 鉻的耐髙溫 腐蝕的奧氏體不銹鋼。

  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. 應力腐蝕

    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合金表現出良好的耐應力腐蝕性，但此合金對應力腐蝕并非免疫。在各種高溫水中的耐應力腐蝕性能與合金成分、熱處理條件、冷變形等 有密切關系。試驗結果指出，降低合金中的碳含量(≤0.03%),提高鎳含 量，增大Ti/C比將提高合金的耐應力腐蝕性能。通常敏化和冷變形對合金的耐應力腐蝕性能有害，但有的試驗結果指出，650℃長期時效可顯著降低合金的應力腐蝕敏感性。

   b. 苛性水介質中

   在壓水堆蒸發器和鈉冷快堆蒸發器中，有可能會出現含NaOH的苛性水介質，目前已遇到18-8不銹鋼和 Inconel 600合金的苛性應力腐蝕破裂問題。

  大量的研究表明Cr20Ni32Fe合金在含NaOH的苛性水介質中的耐應力腐蝕性能取決于NaOH濃度和應力水平(圖10-19 和 圖10-20)。 NaOH濃度和應力水平愈高，合金的耐應力腐蝕性能下降。對低碳型的00Cr20Ni32AITi合金只有在低 NaOH濃度、低應力下才處于免疫區（見圖10-21，該圖中NaOH為質量分數）。 因此，只有在使用過程中避免高應力出現和防止NaOH濃縮，才能保證采用 00Cr20Ni32AlTi合金設備的安全運行。

   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、冷加工、熱處理和焊接性能

   1. 熱加工

    Cr20Ni32Fe合金的熱加工性能良好，類似于一般Cr-Ni奧氏體 不銹鋼，熱加工溫度范圍為900~1200℃，合金的熱彎成形通常在1000~1150℃ 范圍內進行。熱成形后可以空冷，但為了減輕合金的晶間腐蝕傾向，應盡量快速通過540~760℃敏化區。

   2. 冷加工

     合金的冷加工成型性能近似于18-8型奧氏體不銹鋼，但加工硬化傾向低于18-8型奧氏體不銹鋼。盡管如此，在冷加工成型過程中，中間軟化退火常常是需要的，中間退火溫度與固溶退火溫度相同。

   3. 熱處理

    合金的固溶退火溫度在920~980℃ , 一般控制在980℃ ,±10℃保溫時間視產品厚度而定，但保溫時間不得少于10分鐘，對于高碳合金且在550℃以上溫度使用者，其固溶處理溫度應為1150~1205℃。消除應力的熱處理，一般在540℃以上即可產生效果，但殘余應力的完全消除需在高于870℃的溫度進行退火。

   4. 焊接

    Cr20Ni32Fe型合金焊接性能良好，可釆用通常的焊接方法進行 焊接。試驗表明，釆用新2號焊絲對00Cr20Ni32AlTi合金管材與不銹鋼管板進行 TIG焊接，取得了滿意的效果。合金的抗裂性能良好，接頭的晶間腐蝕、應力腐 蝕等亦近于母材。根據使用條件可選用表10-11所列的焊接材料。

五、物理性能

    Cr20Ni32Fe合金的物理性能隨合金的成分和試驗條件會有微小變化，但不會有大的變動。1Cr20Ni32Fe合金(Incoloy 800)的物理性能見表10-12和圖 10-24。

六、應用

  產品類型和應用舉例：此類合金的冶金生產工藝與通常的18-8型奧氏體不 銹鋼類似，可以提供板（中板、薄板）、管（熱擠壓和冷加工管）、絲、帶、棒 和鍛件等冶金產品，亦可以提供各種鑄件。

  Cr20Ni32Fe合金在含氯化物和低濃度NaOH的苛性水介質中具有優良的耐應力 腐蝕性能，廣泛用于制造耐應力腐蝕破壞的設備，代替慣用的18-8奧氏體不銹鋼。

   在動力工業中，用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，用以制造硝酸冷卻器、醋酐裂化管以及各種換熱設備。