NCF 800耐腐蚀耐热高温合金百科解析

NCF 800耐腐蚀耐热高温合金百科解析

一、 概述

NCF 800是一种经典的奥氏体镍-铁-铬系耐热及耐腐蚀高温合金。它在国际通用标准中更广为人知的牌号是Incoloy 800（由美国Special Metals公司注册的商标）。该合金因其在高温下优异的强度、出色的抗氧化和抗渗碳性能，以及良好的抗还原性和氧化性介质腐蚀能力而闻名。自20世纪中期问世以来，NCF 800已成为石油化工、能源动力、工业加热及核能等领域不可或缺的关键材料。

二、 材料牌号与标准

日本JIS标准： NCF 800 (这是您提及的牌号，其中“N”代表镍，“C”代表铬，“F”代表铁)

美国UNS编号： N08800

国际通用商用名： Incoloy® 800

其他常见标准：

ASTM: B163, B164, B165, B407, B564 等（针对管、板、棒、锻件等不同形态）

DIN: 1.4876, 2.4858

GB/T: GH1800 (中国相近牌号)

三、 化学成分与设计特点

NCF 800的化学成分经过精心平衡，是其卓越性能的基础：

镍 (Ni)： 30.0-35.0%。提供奥氏体基体结构，保证合金的韧性和延展性，并是抵抗氯离子应力腐蚀开裂的关键元素。

铬 (Cr)： 19.0-23.0%。主要在高温环境下形成致密且附着力强的Cr₂O₃（三氧化二铬）保护膜，提供卓越的抗氧化和抗高温腐蚀能力。

铁 (Fe)： ≥39.5%。作为基体元素，有效降低了成本，同时保证了材料的结构强度。

碳 (C)： ≤0.10%。控制碳含量对于高温性能至关重要。低碳版本（如NCF 800L）的碳含量≤0.03%，能最大限度地减少在敏化温度区间（约450-850°C）内碳化铬的析出，从而避免晶间腐蚀。

钛 (Ti) 和 铝 (Al)： 分别为0.15-0.60%和0.15-0.60%。它们通过形成稳定的γ'相 [Ni₃(Al, Ti)] 进行时效硬化，是合金高温强度的主要来源。

严格控制杂质： 对硫(S)、磷(P)等有害杂质元素有严格上限，以确保加工性能和焊接性能。

这种独特的成分组合使得NCF 800既不像传统不锈钢那样容易发生高温氧化和蠕变失效，也不像高镍合金那样成本高昂，在性能与价格之间取得了完美平衡。

四、 核心性能特点

优异的耐高温腐蚀性能：

抗氧化性： 能在高达1100°C的循环氧化条件下和高达925°C的持续氧化条件下保持稳定。表面的Cr₂O₃膜能有效阻止氧气向内扩散。

抗渗碳性： 在富含碳气氛（如渗碳炉、乙烯裂解炉）中，能有效抵抗碳元素渗入材料内部，避免形成脆性碳化物而导致的性能劣化和开裂。

抗氮化性： 对氮化气氛也有良好的抵抗能力。

良好的常温及高温力学性能：

具有中等的室温强度和极高的韧性。

在500°C以上的高温下，仍能保持较高的持久强度和抗蠕变能力，不易发生变形和断裂。

出色的耐水介质腐蚀能力：

对各种浓度的苛性碱（氢氧化钠、氢氧化钾）溶液具有极佳的耐腐蚀性，应力腐蚀开裂倾向低。

耐硝酸、磷酸、多种有机酸及淡水、海水等介质腐蚀。

其高镍含量使其对氯离子引起的应力腐蚀开裂（SCC）有比标准奥氏体不锈钢（如304、316）强得多的抵抗力。

优秀的工艺性能：

加工性： 可采用冷、热加工等多种方式进行成形，但其加工硬化率较高，需要采用比不锈钢更大的加工力并进行中间退火。

焊接性： 焊接性能良好，可采用常见的焊接方法，如钨极惰性气体保护焊（GTAW/TIG）、金属极惰性气体保护焊（GMAW/MIG）和焊条电弧焊（SMAW）。推荐使用相匹配的焊材，如ERNiCr-3（合金82焊丝）或ENiCrFe-3（合金182焊条）。

五、 典型应用领域

凭借其综合性能，NCF 800被广泛应用于以下苛刻环境：

石油化工： 乙烯裂解炉管、转化炉管、热交换器、炉内构件、硝酸生产设备。

化学加工： 氢氧化钠（烧碱）蒸发器、硝酸冷凝器、脂肪酸处理设备。

能源与动力： 燃气轮机部件、热回收系统、过热器管、换热器管。

核工业： 用于高温气冷堆（HTGR）的换热部件，因其在高温氦气环境下的稳定性。

工业加热： 马弗罐、辐射管、各种炉用夹具、料篮等。

六、 常见变种型号

为了适应更特殊的环境，衍生出了两个重要的改进型号：

NCF 800H (UNS N08810)： “H”代表High Temperature（高温）。通过控制碳含量在0.05-0.10%的上限范围，并保证较高的晶粒度（通常≥ASTM 5级），显著提高了高温持久强度和抗蠕变能力，专为长时间在600°C以上工作的承压部件设计。

NCF 800L (UNS N08800 Low Carbon)： “L”代表Low Carbon（低碳）。将碳含量严格控制在0.03%以下，极大提升了在敏化温度区间焊接或使用后的抗晶间腐蚀能力，适用于焊接后无法进行固溶退火的大型焊件或处理腐蚀性更强的化学介质。

七、 总结

NCF 800（Incoloy 800）是一款经受了时间考验的“功勋”合金。它并非在某一单项性能上达到极致，而是以其全面而均衡的耐热、耐腐蚀综合性能，以及相对合理的成本，在高温腐蚀应用领域占据了不可动摇的地位。在选择时，工程师会根据具体的工作温度、应力水平、介质环境以及在加工过程中是否涉及焊接等因素，在标准型NCF 800、高温型NCF 800H和低碳型NCF 800L之间做出最合适的选择。

镍基合金是一个非常重要的高性能合金家族，主要应用于高温、高压、高腐蚀等极端环境。其牌号非常多，通常可以按照主要功能分为两大类：镍基高温合金 和 镍基耐蚀合金。

以下是上海商虎合金一些最常见和重要的镍基合金牌号，并按其分类和标准进行介绍。

一、镍基高温合金

这类合金主要用于制造航空发动机、燃气轮机等高温部件，要求在高温度下仍能保持高强度、抗蠕变、抗疲劳和抗氧化能力。

1. 以“固溶强化”为主的合金

这类合金主要通过加入钨、钼等元素进行固溶强化，具有良好的成型性和焊接性。

Haynes 230： 优异的抗氧化性和高温强度。

Inconel 617： 良好的综合性能，用于燃气轮机和热处理设备。

Nimonic 75 / 80A： 早期的经典牌号，后者性能更优。

2. 以“沉淀强化”为主的合金

这类合金通过加入铝、钛等元素形成γ‘相（Ni₃(Al, Ti)）进行强化，高温强度极高，是航空发动机热端部件的核心材料。

Inconel 718： 使用最广泛、最重要的镍基高温合金。具有良好的强度、焊接性和成型性，应用范围从发动机盘、机匣到航天紧固件。

Inconel 625： 虽然常被归为耐蚀合金，但其高温强度也很好，靠钶和钼固溶强化。

Inconel 738 / 739： 用于燃气轮机和航空发动机涡轮叶片，铸造合金。

René 系列： (如 René 41, René 80, René N5） 一系列高性能铸造合金，用于最关键的叶片部件。

CMSX 系列： (如 CMSX-4) 单晶高温合金的代表，是当前最先进的航空发动机高压涡轮叶片材料。

Mar-M 系列： (如 Mar-M247) 经典的铸造高温合金，用于涡轮叶片和导向器。

Waspaloy： 用于高强度要求的涡轮盘和叶片。

Udimet 500 / 700： 高性能沉淀强化合金。

中国牌号（GB/T）对应：

GH系列： “GH”代表“高温合金”

GH3030, GH3039 (对应苏联ЭИ开头的牌号，固溶强化型)

GH4169 (对应Inconel 718，是最重要的国产高温合金之一)

GH4099 (类似Nimonic 80A)

GH4738 (类似Waspaloy)

GH5188 (类似Haynes 188，其实是钴基合金，但常一同讨论)

二、镍基耐蚀合金

这类合金主要通过加入铬、钼、铜等元素来获得极佳的抵抗各种酸、碱、盐等介质腐蚀的能力。

1. 哈氏合金

由哈氏公司（现属肯纳金属）开发，以卓越的耐腐蚀性闻名。

Hastelloy C-276： 王牌耐蚀合金，具有极佳的耐点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀开裂能力，能抵抗多种化学介质。

Hastelloy C-22： 比C-276具有更优异的耐点蚀和缝隙腐蚀能力。

Hastelloy C-2000： 耐腐蚀性能更全面的升级版。

Hastelloy B-2 / B-3： 专门用于抵抗还原性介质（如盐酸、硫酸），B-3改善了B-2的热稳定性。

Hastelloy X： 兼具良好的耐腐蚀和优异的高温强度，常被归为高温合金。

2. 因科洛伊合金 & 因康镍合金

由Special Metals公司开发，Incoloy通常指铁含量较高的Fe-Ni-Cr合金，Inconel是Ni-Cr基合金。

Inconel 600： 耐高温氧化和氯离子应力腐蚀开裂。

Inconel 625： “万金油”合金，既耐高温又耐腐蚀，应用极其广泛（海洋、化工、航空航天）。

Inconel 690： 优异的抗应力腐蚀开裂性能，是核电站蒸汽发生器传热管的关键材料。

Incoloy 800 / 800H / 800HT： 铁镍基合金，耐高温氧化和渗碳。

Incoloy 825： 经典的耐硫酸、磷酸腐蚀的合金。

Incoloy 925： 耐腐蚀且高强度的可时效硬化合金。

3. 蒙乃尔合金

最早开发的镍基合金之一，以高镍铜成分为特点，特别耐海水和还原性介质。

Monel 400： (Ni-Cu) 耐海水、氢氟酸、碱液。

Monel K-500： (Ni-Cu-Al) 是Monel 400的沉淀硬化版本，具有更高的强度。

中国牌号（GB/T）对应：

NS系列： “NS”常代表“耐蚀”

NS3306 (对应Hastelloy B-2)

NS334 (对应Hastelloy C-276)

NS336 (对应Inconel 625)

NS3102 / NS3105 (对应Inconel 600/601)

NS111 / NS112 (对应Incoloy 800/800H)

总结表格（部分常见牌号）

| 国际常用牌号 | 类似中国牌号 (GB) | 主要特点与用途 |

| ：-------------------- | :--------------------- | :------------------------------------------- |

| Inconel 718 | GH4169 | 应用最广的高温合金，用于航空发动机盘、机匣等 |

| Inconel 625 | NS336 | 综合性能好，耐高温且耐腐蚀，应用极广 |

| Hastelloy C-276 | NS334 | 耐蚀王牌，用于苛刻的化工环境 |

| Hastelloy B-2 | NS3306 | 耐还原性酸（盐酸、硫酸） |

| Inconel 690 | - | 核电站蒸汽发生器传热管专用材料 |

| Monel 400 | NCu30 | 耐海水、氢氟酸，船舶和化工应用 |

| Incoloy 800H | NS112 | 耐高温氧化和渗碳，石化裂解炉管 |

| Haynes 230 | GH3230 | 优异的抗氧化性和长期热稳定性 |

请注意：

以上列出的只是庞大镍基合金家族中的一小部分代表，实际牌号多达上百种。

不同国家、标准（如ASTM, ASME, GB, DIN, JIS）下的牌号命名规则不同，但国际通用名（如Inconel, Hastelloy）被广泛接受。

选择材料时，必须根据具体的工作环境（温度、压力、介质）、性能要求（强度、韧性、耐腐蚀性） 和加工工艺（铸造、锻造、焊接） 来确定最合适的牌号。

如果您有特定的应用场景，可以进一步查询，以便找到最精准的牌号推荐。