Incoloy 020(N08020)

 合金Alloy 20
NS1403/0Cr20Ni35Mo3Cu3Nb
UNS N08020
Incoloy 020 鐵-鎳-鉻合金
Incoloy 020合金是在高鎳可變性奧氏體不銹鋼——0Cr20Ni28Mo3Cu3Nb基礎上發展的一種鐵-鎳基耐蝕合金。在其它成分基本等同于0Cr20Ni28Mo3Cu3Nb的條件下，只將鋼中鎳量由27%~29%提高到33%~38%，既可以提高鋼的耐應力腐蝕斷裂性能，又大地改善了鋼在還原性算中的耐蝕性和可加工性能。由于此合金具有良好的耐蝕性，在化學加工等工業中得到較廣泛的應用。
主要應用：

1. 合金冶金工藝良好，可生產板、管。絲、帶、棒材，鍛件以及各種鑄件；
2. 用于化學加工工業的硫酸、硫酸+硝酸混酸、磷酸等介質中；

表1 牌號及標準

表2 Incoloy 020合金化學成分

表3 物理性能

機械性能

以下是相應規格020合金退火后（穩定化熱處理）的機械性能。
表5 Incoloy 020合金常溫下機械性能

圖1高溫力學性能（實線表示典型的使用溫度）

金相結構

Incoloy 020合金具有穩定的面心立方結構。化學成分和恰當的熱處理保證了耐腐
蝕性不受敏化性的削弱。

耐腐蝕性

全面腐蝕

•  硫酸 Incoloy 020(N08020)

Incoloy 020合金是由0Cr20Ni28Mo3Cu3Nb合金發展而來，由于鎳含量的提高，使之在硫酸中的耐蝕性得到改善。在醇硫酸中，合金的耐蝕性見圖2.由圖可見，在全濃度硫酸中，次合金在50℃以下具有優良的耐蝕性（腐蝕速率≤0.1mm/a）。在65℃具有可用的耐蝕性。在硫酸濃度低于10%的介質中，此合金的使用上限溫度可提高到80℃。
在80℃各濃度的硫酸中的試驗結果指出，67%~74%之間的硫酸出現一個腐蝕率峰值（圖3）。在低于65℃的酸中不出現這種現象，其原因可能是富鎳、鈮相的選擇腐蝕，鑒于這種事實，在選用時應予以注意。
圖2  Incoloy 020合金在硫酸中的等腐蝕圖

圖3  Incoloy 020合金在80℃硫酸中的腐蝕行為

•  磷酸

在磷酸中的耐蝕性類似于825合金。在含雜質（Cl-、F-）的濕法磷酸中，此合金的耐蝕性顯著受氯離子含量的影響，在濕法磷酸中，該合金使用效果不理想。

• 酸

  該合金在鹽酸中的耐蝕性也不佳，即使在低濃度、低文鹽酸中也不宜采用。
晶間腐蝕
     Incoloy 020合金的晶間腐蝕行為類似于825合金。在正常情況下次合金焊接件具有良好的耐晶間腐蝕性能。中溫敏化的合金由于M23C6的析出將加劇晶間腐蝕。合金的敏化溫度范圍為650~870℃，敏感溫度為760℃。
應力腐蝕
    由于合金Incoloy 020的鎳含量提高至35%，因此在高濃氯化物環境中，耐應力腐蝕斷裂性能得到提高，但不及825合金。

加工及熱處理

 
預熱
溫度控制對于保證合金的耐腐蝕性能不受敏化性的削弱非常重要。工件在加熱之前和加熱過程中都必須進行表面清理，保持表面清潔。若加熱環境含有硫、磷、鉛或其他低熔點金屬，020合金將變脆。雜質來源于做標記的油漆、粉筆、潤滑油、水、燃料等。燃料的硫含量要低，如液化氣和天然氣的雜質含量要低于0.1%，城市煤氣的硫含量要低于0.25g/m3，石油氣的硫含量低于0.5%是理想的。
熱處理好在真空電阻爐或惰性氣體保護氣氛中進行，因為這樣可以控溫并且不受雜質污染。若燃氣的雜質含量較低時也可考慮使用燃氣加熱爐，這樣可以得到中性或弱氧化性的氣氛。應避免爐氣成分在氧化性和還原性中波動，燃燒火焰不能直接燒向工件。
熱加工
  此合金的熱成型溫度為927~1065℃，不宜在晶間腐蝕敏感溫度（650℃）下進行成型操作，如果在高于1065℃成型，終成型應在870~980范圍內進行，已獲得良好的綜合性能。此合金亦適于冷加工成型，具有良好的冷加工性能。
熱處理：
軟化退火或穩定化處理的溫度范圍是920-980℃，合適為940±10℃。在熱處理過程中，都要注意前面提到的關于保持清潔的事項。
打磨和酸洗
在Incoloy 020合金工件焊縫附近的氧化物要比不銹鋼的更難以去除，需要用細砂帶或砂輪打磨。為保持金屬的光澤，打磨時要非常小心。在硝酸和的混合酸中酸洗之前，也要用砂紙去除氧化物或進行鹽浴預處理。酸洗的時間尤其要注意。
機加工
Incoloy 020合金的機加工需在固溶處理后進行，要考慮到材料的加工硬化性，與奧氏
體不銹鋼不同的是，需要采用低表面切削速度和重進刀量。

焊接方面的建議

在對鎳基材料進行焊接時，應遵循以下規程：
1. 工作場地：工作場地應單獨分開或與碳鋼的加工區域有足夠遠的距離，盡可能保持清潔，設有隔板并避免兩區域間通風；
2. 工作服和輔助用品：應佩戴干凈的細紋皮手套，穿著干凈的工作服。
3. 工具和機器設備：應該有鎳基合金和鎳鉻鋼的工具，鋼絲刷應采用不銹鋼材料制成，機器設備如剪切機、沖床、軋機等應該蓋上氈、紙板或塑料紙以防鐵碳金屬掉在機器表面而使加工材料粘上，導致腐蝕。
清理：
需用丙酮對母材焊接區域的基體金屬和填充合金（如焊條）進行清潔，注意不能
使用三氯乙烯TRI、全氯乙烯PER 和四氯化物TETRA。
邊緣準備：
好采用機加工，如車、銑、刨，也可以進行等離子切割，若采用后者，切割邊
緣（焊接面）一定要研磨干凈平整，允許不過熱的精磨。母材的焊接邊緣大約25mm 寬的區域必須打磨至光亮金屬變面。
坡口角度：
與碳鋼相比，鎳基合金和特種不銹鋼的物理性能特點主要是低的熱導率和高的膨
脹系數，這些特性都要在焊接坡口準備時予以考慮，包括加寬底部間隙（1-3mm），同時由于熔融金屬的粘滯性，在對接焊時應采用更大的坡口角度（60-70°）以抵消材料的收縮。
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不能在工件表面起弧，應在焊接面起弧，以防起弧點導致腐蝕。
焊接工藝：
Incoloy 020合金適合采用傳統焊接工藝與同種材料或其他金屬焊接，如鎢電極惰性氣體保護焊、等離子弧焊、手工亞弧焊、金屬極惰性氣體保護焊、熔化極惰性氣體保護焊，其中脈沖電弧焊是選方案。在采用手工電弧焊時，推薦使用(Ar+He+H2+CO2)
多種成份混合的保護氣體。
Incoloy 020合金的焊接必須在退火態進行，并使用不銹鋼絲刷清理干凈污漬、粉塵和各種記號。在焊縫根部焊接時，為得到佳的根部焊縫質量，操作必須非常小心(氬氣
99.99)，這樣在根部焊接完后焊縫就不產生氧化物。焊接熱影響區產生的顏色要在焊縫區域未冷卻時用不銹鋼刷刷去。