Legura 20 naspram legure 28: Odabir pravog superaustenita za upotrebu u kiselini

Legura 20je optimiziran za uslugu sumporne kiseline (posebno<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.

I legura 20 (UNS N08020) i legura 28 (UNS N08028) superaustenitni su nehrđajući čelici-nikl-željezo-krom legure s poboljšanim dodacima kroma, molibdena i bakra koje su bolje od standardnih austenitnih stupnjeva u agresivnim kiselim sredinama. Njihova ključna razlika leži u naglasku na sastavu: Alloy 20 daje prednost stabilizaciji bakra (3–4%) i niobija za otpornost na sumpornu kiselinu, dok Alloy 28 maksimizira krom (26–28%) i molibden (3–4%) za vrhunsku otpornost na piting i uslugu fosfornog/kiselog plina.

Razumijevanje superaustenitnih nehrđajućih čelika

Superaustenitni nehrđajući čelici zauzimaju razinu iznad standardnih austenitnih razreda (304, 316) i po sadržaju legure i po otpornosti na koroziju. Definirani su PREN (Ekvivalentni broj otpornosti na udarce) vrijednostima koje prelaze 40, što je znatno više od ~25 nehrđajućeg čelika 316. I legura 20 i legura 28 pripadaju ovoj klasi, nudeći otpornost na agresivne kiseline, kloride i pucanje od korozije koju konvencionalni nehrđajući čelici ne mogu pružiti.

Legura 20: Specijalist za sumpornu kiselinu

Legura 20 (UNS N08020, također poznata kao Carpenter 20Cb-3, NS143, 0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb) razvijena je 1963. posebno za otpornost na koroziju sumpornom kiselinom u kemijskoj obradi. Njegove značajke koje definiraju su dodatak bakra (3–4%) za otpornost na sumpornu kiselinu i niobija (Nb veći ili jednak 8×C) za otpornost na preosjetljivost. On ostaje referentni materijal za okruženja sa sumpornom kiselinom.

Legura 28: Šampion fosforne kiseline i kiselog plina

Legura 28 (UNS N08028, također poznata kao Sanicro 28, 1.4563, 00Cr27Ni31Mo3Cu) razvijena je posebno za mokre-procesne izmjenjivače topline fosforne kiseline. Njegov viši sadržaj kroma (26–28%) i molibdena (3–4%) pruža iznimnu otpornost na fosfornu kiselinu, kisela plinska okruženja (H₂S/CO₂/Cl⁻) i medije koji sadrže halide-. Njegov sadržaj ugljika ograničen je na manje od ili jednako 0,03% za inherentnu otpornost na interkristalnu koroziju.

Kemijski sastav

Legura 20 sadrži više bakra (3–4%) i stabilizaciju niobija (Nb veći ili jednak 8×C), optimizirana za sumpornu kiselinu. Legura 28 sadrži više kroma (26–28% u odnosu na 19–21%) i molibdena (3,5% u odnosu na 2,5%), pružajući superiorni PREN (~36 u odnosu na ~28) i bolju otpornost na rupičastu/pukotinsku koroziju.

PREN Izračun

PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N (dušik ~0,15% u oba stupnja):

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

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

• Prednost legure 28 PREN: ~8 bodova više=znatno bolja otpornost na rupičastu i pukotinsku koroziju.
• Prag djelatnosti: PREN > 40 za usluge morske vode; Alloy 28 se tome približava sa svojom ocjenom 36,5.
• Legura 20 PREN 28.5 znatno je bolja od 316 (PREN ~25), ali znatno ispod legure 28.

Zašto su razlike u sastavu važne

• Bakar (Cu): Stvara zaštitne komplekse sa sumpornom kiselinom, usporavajući brzinu korozije. Neophodan za uslugu H₂SO₄.
• Niobij (Nb): Sprječava preosjetljivost na krom karbid tijekom zavarivanja i rada na visokim-temperaturama.
• Krom (Cr): primarni pokretač stabilnosti pasivnog filma; veća=bolja opća otpornost na koroziju i oksidaciju.
• Molibden (Mo): Kritičan za otpornost na udubljenje; značajno poboljšava otpornost na kloride i fosfornu kiselinu.

Fizička i mehanička svojstva

Obje legure pokazuju potpuno austenitnu mikrostrukturu s izvrsnom duktilnošću na sobnoj-temperaturi. Legura 20 ima nešto veću vlačnu čvrstoću (veću ili jednaku 550 MPa naspram 500 MPa) zbog ojačanja niobijem, dok legura 28 nudi superiornu kriogenu žilavost i mogućnost obrade u vrućem stanju. Nijedno nije prikladno za stalnu upotrebu iznad 450 stupnjeva bez pažljive procjene.

Rad u-hladnom stanju

• Legura 28 hladno-obrađena: Vlačna čvrstoća do 896 MPa, granica razvlačenja do 758 MPa, istezanje smanjeno na ~15%.
• Legura 20: također reagira na hladnu obradu; čvrstoća se znatno povećava s umjerenom deformacijom.
• Napomena o primjeni: Za visoko{0}}tlačne cjevovode koji zahtijevaju veliku čvrstoću, može se specificirati hladno{1}}obrađena legura 28 ili legura 20.

Ograničenja povišene temperature

Otpornost na koroziju

Legura 20 je preferirani izbor za okruženja sumporne kiseline, posebno koncentrirane H₂SO₄ na umjerenim temperaturama. Legura 28 je superiorna u sredinama bogatim fosfornom kiselinom, kiselim plinom (H₂S/CO₂/Cl⁻) i-kloridima. Nijedno se ne preporučuje za uslugu klorovodične kiseline (HCl).

Sumporna kiselina (H₂SO₄)

• Mehanizam: bakar u leguri 20 stvara zaštitne pasivne filmove tipa Cu₂S- koji se učinkovitije odupiru napadu sumporne kiseline nego sami krom-molibden filmovi.
• Temperaturna granica: Obje su legure općenito ograničene na<50–60°C in sulfuric acid. Above this, expensive nickel alloys (Alloy 625, Alloy 825) are required.
• Ključna prednost legure 20: Dodatak bakra (3–4%) posebno poboljšava otpornost na reducirajuće kisele uvjete poput sumporne kiseline.

Fosforna kiselina (H₃PO₄)

• Legura 28 posebno je razvijena za proizvodnju fosforne kiseline mokrim -procesom, gdje nečistoće fluorida i klorida uzrokuju brzi kvar konvencionalnih nehrđajućih čelika.
• Istraživanje (Springer, 2024.): Legura 28 u 52% P₂O₅ fosfornoj kiselini s oksidirajućim sredstvima pokazala je negativne stope korozije (povećanje težine od stvaranja pasivnog filma), potvrđujući izvrsnu pasivnost.
• Sadržaj Mo (3,5%): Kritičan za otpornost na fosfornu kiselinu s F⁻/Cl⁻ nečistoćama koje agresivno napadaju pasivne filmove.

Okruženje kiselog plina i naftnih polja (H₂S/CO₂/Cl⁻)

Legura 28 značajno je bolja za upotrebu kiselog plina zbog višeg sadržaja Cr i Mo koji osigurava PREN ~36,5 naspram legure 20 ~28,5. U H₂S/CO₂/Cl⁻ okruženjima, legura 28 je standardni izbor za OCTG (cijevna roba naftne industrije) i izmjenjivače topline.

• Primjena legure 28: proizvodne cijevi (OCTG) i izmjenjivači topline u kiselim naftnim i plinskim poljima s visokim sadržajem H₂S/CO₂/Cl⁻.
• Mehanizam legure 28: Visoki Cr stvara stabilan pasivni Cr₂O₃ film; visok Mo stvara MoO₂ zaštitni sloj otporan na napad klorida pod H2S.
• NACE MR0175/ISO 15156: obje legure mogu biti navedene za kiselu upotrebu, ali šire prihvaćanje legure 28 proizlazi iz superiornog PREN-a.

Jamičasta i pukotinska korozija

Ono što niti jedna legura ne podnosi dobro

• Klorovodična kiselina (HCl): Ni legura 20 ni legura 28 se ne preporučuju za rad s HCl. Koristite Alloy B (N10001) ili Alloy 400.
• High-Temperature (>450 stupnjeva ) Oksidirajuća okruženja: obje legure gube otpornost na koroziju; razmislite o leguri 625 ili leguri 800H.
• Aqua Regia (HNO₃ + HCl): niti jedan stupanj ne pruža odgovarajuću otpornost.

Zavarljivost i izrada

Obje legure lako se mogu zavariti korištenjem standardnih postupaka austenitnog nehrđajućeg čelika. Legura 20 zahtijeva niobijem-stabilizirano punilo (ERNiCrMo-3) za optimalnu upotrebu pri visokim temperaturama, dok legura 28 koristi ERNiCrMo-3 ili ER316L punilo. Nijedno ne zahtijeva predgrijavanje.

Legura 20 Specifičnosti zavarivanja

• Preporučuju se elektrode AWS A5.14 ERNiCrMo-3 ili AWS A5.11 ENiCrMo-3.
• Niobij u punilu stabilizira metal zavara protiv osjetljivosti.
• Žarenje otopinom nakon zavarivanja: 900–1150 stupnjeva 1–2 sata, brzo gašenje zrakom ili vodom.
• Sastav metala zavara odgovara osnovnom metalu kada se koristi odgovarajuće punilo.

Legura 28 Specifičnosti zavarivanja

• ERNiCrMo-3: Preferira se za varove visoke-korozije (H₂S/Cl⁻ okruženja).
• ER316L: Prihvatljivo za standardnu ​​kiselinu; pruža odgovarajuću otpornost na koroziju.
• Žarenje u otopini: 1100 stupnjeva je optimalno za mehanička svojstva i otpornost na koroziju (istraživanje-potvrđeno).
• Ultra-niska razina ugljika (manja ili jednaka 0,03%) znači da nema rizika od preosjetljivosti čak ni u zoni -zahvaćene toplinom (HAZ).

Cijena i dostupnost na tržištu

Legura 28 općenito je 10–25% skuplja od legure 20 zbog većeg sadržaja kroma i molibdena. Međutim, u primjenama s fosfornom kiselinom i kiselim plinom, superiorna otpornost na koroziju legure 28 omogućuje niže ukupne troškove životnog ciklusa kroz produljeni vijek trajanja opreme i smanjeno održavanje.

Kada je veća cijena legure 28 opravdana

• Fosforna kiselina s nečistoćama fluorida/klorida: Legura 20 će pretrpjeti ubrzani napad; Legura 28 traje znatno duže.
• Kiseli plin s visokim H₂S/CO₂/Cl⁻: OCTG i kvarovi na ušću bušotine s legurom 20 daleko bi premašili uštedu troškova materijala.
• Usluga morske vode: Alloy 20's PREN ~28,5 je neadekvatan; Legura 28 (PREN ~36,5) pruža pouzdanu uslugu.

Brzi referentni sažetak usporedbe

Zaključak

Odluka Alloy 20 naspram Alloy 28 temelji se na dominantnom korozivnom mediju u primjeni. Oba su superaustenitni nehrđajući čelici s izvrsnom otpornošću na koroziju, ali njihov različiti sastav čini svaki optimalan za različita radna okruženja:

Legura 20(N08020, 0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb) je stručnjak za sumpornu kiselinu. Njegov dodatak od 3–4% bakra stvara jedinstvenu otpornost pasivnog filma na H₂SO₄ s kojom se legura 28 ne može mjeriti. Razvijena posebno za aplikacije kemijske obrade koja uključuje sumpornu kiselinu, miješane kiseline i kiselo čišćenje, Alloy 20 ostaje inženjerski standard za H₂SO₄ rad ispod 50 stupnjeva. Upotrijebite ga kada u vašem procesu dominira-sumporna kiselina, a ekonomija daje prednost superaustenitu-koji sadrži bakar u odnosu na legure-na bazi nikla.

Legura 28(N08028, 00Cr27Ni31Mo3Cu) prvak je fosforne kiseline i kiselog plina. Njenih 26–28% kroma i 3,5% molibdena osiguravaju PREN ~36,5, nudeći dramatično bolju otpornost na rupičastu i pukotinsku koroziju od legure 20. Izvorno razvijena za rješavanje kvarova izmjenjivača topline fosforne kiseline u mokrom-procesu, legura 28 je od tada postala standard za proizvodnju kiselog ulja i plina (H₂S/CO₂/Cl⁻), usluge morske vode i FGD sustavi. Upotrijebite ga kada je prijetnja fosforna kiselina-kontaminirana halogenima, kiseli plin ili bilo koje okruženje u kojem visoki PREN i otpornost na lokaliziranu koroziju određuju vijek trajanja opreme.

Za inženjere nabave: usporedite-primarnu opasnost od korozije i maksimalnu radnu temperaturu s gornjim tablicama usporedbe. Za inženjere procesa: potvrdite da je odabrana legura ispitana u specifičnoj koncentraciji kiseline, temperaturi i profilu nečistoća vašeg toka procesa. Ako ste u nedoumici, pogledajte podatkovne tablice legura i smjernice NACE/ASME BPVC za relevantne uvjete rada.