Aliaj 20 vs aliaj 28: Selectarea superausteniticului potrivit pentru serviciul acid

Aliaj 20este optimizat pentru serviciul cu acid sulfuric (în special<50°C concentrated H₂SO₄) and mixed-acid environments; Alloy 28 excels in phosphoric acid, sour gas (H₂S/CO₂/Cl⁻), and high-chloride environments. The choice depends on the dominant corrosive medium and operating temperature.

Atât aliajul 20 (UNS N08020) cât și aliajul 28 (UNS N08028) sunt oțeluri inoxidabile supraaustenitice-nichel-fier-aliaje de crom cu adaosuri îmbunătățite de crom, molibden și cupru care depășesc performanțe standard în medii de acizi austenitici agresivi. Diferența lor cheie constă în accentul de compoziție: aliajul 20 acordă prioritate stabilizării cuprului (3-4%) și niobiului pentru rezistența la acid sulfuric, în timp ce aliajul 28 maximizează cromul (26-28%) și molibdenul (3-4%) pentru rezistența superioară la pitting și serviciul de gaz fosforic/acru.

Înțelegerea oțelurilor inoxidabile superaustenitice

Oțelurile inoxidabile superaustenitice ocupă un nivel peste clasele austenitice standard (304, 316) atât în ​​ceea ce privește conținutul de aliaj, cât și rezistența la coroziune. Ele sunt definite prin valori PREN (Numărul echivalent al rezistenței la pitting) care depășesc 40, semnificativ mai mari decât 316 oțel inoxidabil ~25. Atât Alloy 20, cât și Alloy 28 aparțin acestei clase, oferind rezistență la acizi agresivi, cloruri și fisurare prin coroziune sub tensiune pe care oțelurile inoxidabile convenționale nu le pot oferi.

Aliaj 20: Specialist în acid sulfuric

Aliajul 20 (UNS N08020, cunoscut și sub numele de Carpenter 20Cb-3, NS143, 0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb) a fost dezvoltat în 1963 special pentru a rezista coroziunii acidului sulfuric în procesarea chimică. Caracteristicile sale definitorii sunt adăugarea de cupru (3–4%) pentru rezistența la acid sulfuric și niobiu (Nb mai mare sau egal cu 8×C) pentru rezistența la sensibilizare. Rămâne materialul de referință pentru mediile cu acid sulfuric.

Aliaj 28: Campion pentru acid fosforic și gaz acru

Aliajul 28 (UNS N08028, cunoscut și sub denumirea de Sanicro 28, 1.4563, 00Cr27Ni31Mo3Cu) a fost dezvoltat special pentru schimbătoarele de căldură cu acid fosforic în proces umed-. Conținutul său mai mare de crom (26–28%) și molibden (3–4%) oferă o rezistență excepțională la acidul fosforic, mediile cu gaz acid (H₂S/CO₂/Cl⁻) și mediile care conțin halogenuri-. Conținutul său de carbon este limitat la mai puțin sau egal cu 0,03% pentru rezistența inerentă la coroziune intergranulară.

Compoziție chimică

Aliajul 20 conține cupru (3–4%) și stabilizare mai mare a niobiului (Nb mai mare sau egal cu 8×C), optimizat pentru acid sulfuric. Aliajul 28 conține crom (26–28% față de 19–21%) și molibden (3,5% față de 2,5%), oferind un PREN superior (~36 vs ~28) și o rezistență mai bună la coroziune la pitting/crevice.

Calcul PREN

PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N (azot ~0,15% în ambele clase):

Aliaj 20 PREN:20 + 3.3 × 2.5 + 16 × 0.15 = ~28.5

Aliaj 28 PREN:27 + 3.3 × 3.5 + 16 × 0.15 = ~36.5

• Avantajul aliajului 28 PREN: cu ~8 puncte mai mare=rezistență semnificativ mai bună la coroziune la gropi și la coroziune.
• Pragul industriei: PREN > 40 pentru serviciul de apă de mare; Aliajul 28 se apropie de acest lucru cu ratingul său de 36,5.
• Aliajul 20 PREN 28.5 este substanțial mai bun decât 316 (PREN ~25), dar cu mult sub aliajul 28.

De ce contează diferențele de compoziție

• Cuprul (Cu): Formează complexe de protecție cu acid sulfuric, încetinind viteza de coroziune. Esențial pentru serviciul H₂SO₄.
• Niobiu (Nb): previne sensibilizarea carburei de crom în timpul sudării și al serviciului la temperatură înaltă{0}.
• Crom (Cr): Elementul principal al stabilității filmului pasiv; mai mare=o rezistență generală mai bună la coroziune și oxidare.
• Molibden (Mo): critic pentru rezistența la pitting; îmbunătățește semnificativ rezistența la clorură și acid fosforic.

Proprietăți fizice și mecanice

Ambele aliaje prezintă microstructuri complet austenitice, cu o ductilitate excelentă la temperatura camerei{0}. Aliajul 20 are o rezistență la tracțiune puțin mai mare (mai mare sau egală cu 550 MPa vs 500 MPa) datorită întăririi niobiului, în timp ce aliajul 28 oferă rezistență criogenică superioară și prelucrabilitate la cald. Nici unul nu este potrivit pentru utilizare susținută peste 450 de grade fără o evaluare atentă.

Condiție de lucru la rece-

• Aliaj 28 prelucrat la rece-: rezistență la tracțiune până la 896 MPa, limită de curgere până la 758 MPa, alungire redusă la ~15%.
• Aliaj 20: De asemenea, răspunde la lucru la rece; rezistența crește semnificativ cu deformarea moderată.
• Notă de aplicare: pentru țevile de-înaltă presiune care necesită rezistență ridicată, se poate specifica aliajul-prelucrat la rece 28 sau aliajul 20.

Limitări de temperatură ridicată

Rezistenta la coroziune

Aliajul 20 este alegerea preferată pentru mediile cu acid sulfuric, în special H2S04 concentrat la temperaturi moderate. Aliajul 28 este superior în mediile bogate în acid fosforic, gaz acru (H₂S/CO₂/Cl⁻) și clorură. Nici unul nu este recomandat pentru serviciul cu acid clorhidric (HCl).

Acid sulfuric (H₂SO₄)

• Mecanism: Cuprul din aliajul 20 formează pelicule protectoare de tip Cu₂S-pasive care rezistă atacului acidului sulfuric mai eficient decât filmele de crom-molibden.
• Limită de temperatură: Ambele aliaje sunt în general limitate la<50–60°C in sulfuric acid. Above this, expensive nickel alloys (Alloy 625, Alloy 825) are required.
• Avantajul cheie al aliajului 20: Adăugarea de cupru (3–4%) îmbunătățește în mod specific rezistența la condiții de acizi reducători, cum ar fi acidul sulfuric.

Acid fosforic (H₃PO₄)

• Aliajul 28 a fost dezvoltat special pentru producția de acid fosforic în proces umed-, unde impuritățile de fluor și clorură fac ca oțelul inoxidabil convențional să se defecteze rapid.
• Cercetare (Springer, 2024): Aliajul 28 în acid fosforic P₂O₅ 52% cu agenți oxidanți a prezentat viteze negative de coroziune (creștere în greutate prin formarea peliculei pasive), confirmând o pasivitate excelentă.
• Conținut de Mo (3,5%): critic pentru rezistența acidului fosforic cu impurități F⁻/Cl⁻ care atacă agresiv filmele pasive.

Medii gaze acidulate și câmpuri petroliere (H₂S/CO₂/Cl⁻)

Aliajul 28 este semnificativ superior pentru serviciul cu gaz acid datorită conținutului mai mare de Cr și Mo care oferă PREN ~36,5 față de aliajul 20 de ~28,5. În mediile H₂S/CO₂/Cl⁻, Alloy 28 este alegerea standard pentru OCTG (produse tubulare pentru petrol) și schimbătoare de căldură.

• Aplicație aliaj 28: Tuburi de producție (OCTG) și schimbătoare de căldură în zăcăminte acru de petrol și gaze cu conținut ridicat de H₂S/CO₂/Cl⁻.
• Mecanism din aliaj 28: Cr ridicat formează un film de Cr₂O₃ pasiv stabil; Mo mare formează un strat protector de MoO₂ rezistent la atacul clorurii sub H₂S.
• NACE MR0175/ISO 15156: Ambele aliaje pot fi listate pentru servicii acru, dar acceptarea mai largă a aliajului 28 provine din PREN superior.

Coroziune prin pitting și crevice

Ceea ce niciun aliaj nu se descurcă bine

• Acid clorhidric (HCl): Nici aliajul 20, nici aliajul 28 nu este recomandat pentru serviciul cu HCI. Utilizați aliajul B (N10001) sau aliajul 400.
• High-Temperature (>450 de grade) Medii oxidante: Ambele aliaje își pierd rezistența la coroziune; luați în considerare aliajul 625 sau aliajul 800H.
• Aqua Regia (HNO₃ + HCl): niciunul dintre clasele nu oferă rezistență adecvată.

Sudabilitate și fabricație

Ambele aliaje sunt ușor de sudat folosind procese standard de oțel inoxidabil austenitic. Aliajul 20 necesită umplutură stabilizată cu niobiu-(ERNiCrMo-3) pentru un serviciu optim la temperatură înaltă, în timp ce aliajul 28 utilizează material de umplutură ERNiCrMo-3 sau ER316L. Nici unul nu necesită preîncălzire.

Specificații de sudare aliaj 20

• Se recomandă electrozi AWS A5.14 ERNiCrMo-3 sau AWS A5.11 ENiCrMo-3.
• Niobiul din material de umplutură stabilizează metalul de sudură împotriva sensibilizării.
• Recoacere cu soluție după sudare: 900–1150 grade timp de 1–2 ore, stingere rapidă cu aer sau apă.
• Compoziția metalului de sudură se potrivește cu metalul de bază atunci când utilizați material de umplutură adecvat.

Specificații de sudare aliaj 28

• ERNiCrMo-3: Preferat pentru suduri cu servicii cu coroziune ridicată-(medii H₂S/Cl⁻).
• ER316L: Acceptabil pentru serviciul standard cu acid; oferă rezistență la coroziune corespunzătoare.
• Recoacere prin soluție: 1100 de grade este optim atât pentru proprietățile mecanice, cât și pentru rezistența la coroziune (cercetare-confirmată).
• Carbonul ultra-scăzut (mai puțin sau egal cu 0,03%) înseamnă că nu există niciun risc de sensibilizare chiar și în zona afectată de căldură-(HAZ).

Costul și disponibilitatea pieței

Aliajul 28 este în general cu 10-25% mai scump decât aliajul 20 datorită conținutului mai mare de crom și molibden. Cu toate acestea, în aplicațiile cu acid fosforic și gaz acru, rezistența superioară la coroziune a lui Alloy 28 oferă un cost total mai mic al ciclului de viață prin prelungirea duratei de viață a echipamentului și întreținerea redusă.

Când costul mai mare al aliajului 28 este justificat

• Acid fosforic cu impurități de fluor/clorură: aliajul 20 va suferi un atac accelerat; Aliajul 28 durează semnificativ mai mult.
• Gaz acru cu H₂S/CO₂/Cl⁻ ridicat: OCTG și defecțiunile capului de puț cu aliajul 20 ar depăși cu mult economiile de costuri ale materialelor.
• Serviciu de apă de mare: PREN din aliajul 20 ~28,5 este inadecvat; Aliajul 28 (PREN ~36.5) oferă servicii de încredere.

Rezumatul comparației de referință rapidă

Concluzie

Decizia Alloy 20 vs Alloy 28 este determinată în mod fundamental de mediul coroziv dominant în aplicație. Ambele sunt oțeluri inoxidabile supraaustenitice cu o rezistență excelentă la coroziune, dar accentul lor diferit de compoziție îl face pe fiecare să fie optim pentru medii de service distincte:

Aliaj 20(N08020, 0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb) este specialistul acidului sulfuric. Adăugarea sa de 3-4% cupru creează o rezistență pasivă unică împotriva H₂SO₄ pe care aliajul 28 nu o poate egala. Dezvoltat special pentru aplicațiile de procesare chimică care implică acid sulfuric, acizi amestecați și curățare acidă, Alloy 20 rămâne standardul de inginerie pentru serviciul H₂SO₄ sub 50 de grade. Folosiți-l atunci când procesul dvs. este dominant-acidul sulfuric, iar economia favorizează un supraaustenitic cu purtători de cupru-în detrimentul aliajelor pe bază de-nichel.

Aliaj 28(N08028, 00Cr27Ni31Mo3Cu) este campionul acidului fosforic și gazului acru. 26–28% crom și 3,5% molibden oferă PREN ~36,5, oferind o rezistență semnificativ mai bună la coroziune la zâmbituri și la coroziune decât aliajul 20. Dezvoltat inițial pentru a rezolva defecțiunile schimbătorului de căldură cu acid fosforic în proces umed, Alloy 28 a devenit de atunci standardul pentru producția de ulei și gaz. (H₂S/CO₂/Cl⁻), servicii de apă de mare și sisteme FGD. Utilizați-l atunci când amenințarea este acidul fosforic-contaminat cu halogenuri, gazul acru sau orice mediu în care PREN ridicat și rezistența la coroziune localizată determină durata de viață a echipamentului.

Pentru inginerii de achiziții: -faceți referințe între amenințarea principală de coroziune și temperatura maximă de funcționare cu tabelele de comparație de mai sus. Pentru inginerii de proces: confirmați că aliajul selectat a fost testat în concentrația specifică de acid, temperatura și profilul de impurități ale fluxului dumneavoastră de proces. Dacă aveți îndoieli, consultați fișele tehnice ale aliajului și ghidurile NACE/ASME BPVC pentru condițiile de service relevante.