20. ötvözet vs 28. ötvözet: A megfelelő szuperausztenites kiválasztása savkezeléshez

20-as ötvözetkénsav szolgáltatásra van optimalizálva (különösen<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.

Mind a 20-as ötvözet (UNS N08020), mind a 28-as ötvözet (UNS N08028) szuperausztenites rozsdamentes acél-nikkel-vas-krómötvözetek, amelyek fokozott króm-, molibdén- és réz-adalékanyagot tartalmaznak, és felülmúlják a szabványos ausztenites savminőséget. Legfontosabb különbségük az összetételben rejlik: a 20-as ötvözet a réz (3–4%) és a nióbium stabilizálását részesíti előnyben a kénsavval szembeni ellenállás érdekében, míg a 28-as ötvözet maximalizálja a krómot (26–28%) és a molibdént (3–4%) a kiváló pontozási ellenállás és a foszfor/savanyúgáz szolgáltatás érdekében.

A szuperausztenites rozsdamentes acélok megértése

A szuperausztenites rozsdamentes acélok a szabványos ausztenites minőségek (304, 316) feletti szintet foglalják el mind az ötvözettartalom, mind a korrózióállóság tekintetében. Ezeket a 40-et meghaladó PREN (pitting Resistance Equivalent Number) értékek határozzák meg, ami lényegesen magasabb, mint a 316-os rozsdamentes acél ~25 értéke. Mind a 20-as, mind a 28-as ötvözet ebbe az osztályba tartozik, ellenálló agresszív savakkal, kloridokkal és feszültségkorróziós repedésekkel szemben, amelyeket a hagyományos rozsdamentes acélok nem tudnak biztosítani.

20. ötvözet: Kénsav specialista

A 20-as ötvözetet (UNS N08020, más néven Carpenter 20Cb-3, NS143, 0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb) 1963-ban fejlesztették ki, hogy ellenálljon a kénsavas korróziónak a vegyi feldolgozás során. Meghatározó jellemzői a réz (3–4%) hozzáadása a kénsavval szembeni ellenálló képesség érdekében, és a nióbium (Nb, vagy egyenlő, mint 8 × C) az érzékenyítés miatt. Továbbra is a kénsav környezet mércéje.

28. ötvözet: foszforsav és savanyúgáz bajnok

A 28-as ötvözetet (UNS N08028, más néven Sanicro 28, 1.4563, 00Cr27Ni31Mo3Cu) kifejezetten a nedves-folyamatú foszforsavas hőcserélőkhöz fejlesztették ki. Magasabb króm (26–28%) és molibdén (3–4%) tartalma kivételes ellenállást biztosít a foszforsavval, a savanyú gázokkal (H₂S/CO₂/Cl⁻) és a halogenid{14}}tartalmú közegekkel szemben. Széntartalma legfeljebb 0,03% lehet a benne rejlő szemcseközi korrózióállóság miatt.

Kémiai összetétel

A 20-as ötvözet magasabb réz- (3–4%) és nióbium-stabilizációt (Nb nagyobb vagy egyenlő, mint 8×C) tartalmaz, kénsavra optimalizálva. A 28-as ötvözet magasabb krómot (26-28% vs 19-21%) és molibdént (3,5% vs 2,5%) tartalmaz, így kiváló PREN-t (~36 vs. ~28) és jobb lyukkorrózióval szembeni ellenállást biztosít.

PREN számítás

PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N (nitrogén ~0,15% mindkét minőségben):

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

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

• Az Alloy 28 PREN előnye: ~8 ponttal magasabb=lényegesen jobb lyuk- és réskorrózióállóság.
• Iparági küszöb: PREN > 40 tengervízszolgáltatás esetén; Az Alloy 28 megközelíti ezt a maga 36,5-ös értékelésével.
• Az Alloy 20 PREN 28.5 lényegesen jobb, mint a 316 (PREN ~25), de jóval az Alloy 28 alatt van.

Miért számítanak az összetételbeli különbségek?

• Réz (Cu): Kénsavval védőkomplexeket képez, lassítja a korrózió sebességét. Elengedhetetlen a H₂SO₄ szolgáltatáshoz.
• Nióbium (Nb): Megakadályozza a króm-karbid szenzibilizálódását a hegesztés és a magas hőmérsékletű{0}}szolgáltatás során.
• Króm (Cr): A passzív film stabilitásának elsődleges hajtóereje; nagyobb=jobb általános korrózió- és oxidációállóság.
• Molibdén (Mo): Kritikus a lyukállóság szempontjából; jelentősen javítja a klorid- és foszforsavállóságot.

Fizikai és mechanikai tulajdonságok

Mindkét ötvözet teljesen ausztenites mikroszerkezetet mutat, kiváló szobahőmérsékletű{0}}hajlékonysággal. A 20-as ötvözet valamivel nagyobb szakítószilárdsággal rendelkezik (550 MPa vagy 500 MPa) a nióbium-erősítés miatt, míg a 28-as ötvözet kiváló kriogén szívósságot és melegen megmunkálhatóságot kínál. Egyik sem alkalmas 450 fok feletti tartós használatra gondos értékelés nélkül.

Hideg{0}}működő állapot

• 28-as ötvözet hidegen megmunkált-: Szakítószilárdság 896 MPa-ig, folyáshatár 758 MPa-ig, nyúlás ~15%-ra csökkentve.
• 20. ötvözet: hideg megmunkálásra is reagál; mérsékelt deformáció esetén a szilárdság jelentősen megnő.
• Alkalmazási megjegyzés: A nagy szilárdságot igénylő-nagynyomású csövekhez hidegen megmunkált 28-as vagy 20-as ötvözet adható meg.

Emelt hőmérsékleti korlátozások

Korrózióállóság

A 20-as ötvözet az előnyben részesített választás kénsav környezetben, különösen tömény H2S04 mérsékelt hőmérsékleten. A 28-as ötvözet kiváló foszforsavban, savanyú gázban (H2S/CO₂/Cl⁻) és kloridban-dús környezetben. Egyik sem ajánlott sósav (HCl) szolgáltatáshoz.

Kénsav (H₂SO4)

• Mechanizmus: A 20-as ötvözetben lévő réz védő Cu₂S- típusú passzív filmeket képez, amelyek hatékonyabban ellenállnak a kénsavnak, mint a króm-molibdénfilmek önmagukban.
• Hőmérséklethatár: Mindkét ötvözet általában korlátozott<50–60°C in sulfuric acid. Above this, expensive nickel alloys (Alloy 625, Alloy 825) are required.
• Az Alloy 20 fő előnye: A réz hozzáadása (3–4%) kifejezetten javítja az ellenállást a redukáló savas körülményekkel, például a kénsavval szemben.

Foszforsav (H3PO4)

• Az Alloy 28-at kifejezetten a nedves-eljárású foszforsavgyártáshoz fejlesztették ki, ahol a fluorid és klorid szennyeződések miatt a hagyományos rozsdamentes acélok gyorsan meghibásodnak.
• Kutatás (Springer, 2024): A 28-as ötvözet 52%-os P2O5 foszforsavban oxidálószerekkel negatív korróziós arányt mutatott (tömegnövekedés a passzív filmképződés miatt), ami megerősíti a kiváló passzivitást.
• Mo-tartalom (3,5%): Kritikusan ellenáll a foszforsavnak F⁻/Cl⁻ szennyeződésekkel, amelyek agresszíven megtámadják a passzív filmeket.

Savanyúgáz- és olajmezőkörnyezet (H₂S/CO₂/Cl⁻)

A 28-as ötvözet lényegesen jobb a savanyú gázszolgáltatásban, mivel magasabb Cr- és Mo-tartalommal rendelkezik, így a PREN ~36,5, szemben az Alloy 20-as ~28,5-ös PREN-tartalommal. H₂S/CO₂/Cl⁻ környezetben a 28-as ötvözet az OCTG (olajvidéki tubuláris áruk) és hőcserélők szabványos választása.

• 28-as ötvözet alkalmazása: Termelő csövek (OCTG) és hőcserélők savanyú olaj- és gázmezőkön magas H₂S/CO₂/Cl⁻ tartalommal.
• 28-as ötvözet mechanizmusa: A magas Cr stabil passzív Cr2O3 filmet képez; magas Mo-szint MoO₂ védőréteget képez, amely ellenáll a kloridos támadásnak H2S alatt.
• NACE MR0175/ISO 15156: Mindkét ötvözet szerepelhet a savanyú kiszolgálási listán, de az Alloy 28 szélesebb körű elfogadottsága a kiváló PREN-ből ered.

Gödrös- és réskorrózió

Amit egyik ötvözet sem kezel jól

• Sósav (HCl): Sem az ötvözet 20, sem az ötvözet 28 nem ajánlott HCl-szolgáltatáshoz. Használjon B (N10001) vagy 400-as ötvözetet.
• High-Temperature (>450 fok ) Oxidáló környezet: Mindkét ötvözet elveszti a korrózióállóságát; vegye figyelembe az Alloy 625 vagy az Alloy 800H típust.
• Aqua Regia (HNO₃ + HCl): Egyik fokozat sem biztosít megfelelő ellenállást.

Hegeszthetőség és gyártás

Mindkét ötvözet könnyen hegeszthető szabványos ausztenites rozsdamentes acél eljárásokkal. A 20-as ötvözet nióbium-stabilizált töltőanyagot (ERNiCrMo-3) igényel az optimális magas hőmérsékletű kiszolgáláshoz, míg a 28-as ötvözet ERNiCrMo-3 vagy ER316L töltőanyagot használ. Egyik sem igényel előmelegítést.

20-as ötvözet hegesztési jellemzői

• AWS A5.14 ERNiCrMo-3 vagy AWS A5.11 ENiCrMo-3 elektródák ajánlottak.
• A töltőanyagban lévő nióbium stabilizálja a hegesztett fémet az érzékenység ellen.
• Oldatos izzítás hegesztés után: 900-1150 fok 1-2 órán keresztül, gyors levegő- vagy vízhűtés.
• A hegesztési fém összetétele megfelel az alapfémnek megfelelő töltőanyag használata esetén.

28-as ötvözet hegesztési jellemzői

• ERNiCrMo-3: Előnyben részesített nagy-korróziós hegesztési varratokhoz (H₂S/Cl⁻ környezetben).
• ER316L: Elfogadható normál savszolgáltatáshoz; megfelelő korrózióállóságot biztosít.
• Oldatos izzítás: az 1100 fokos szög optimális mind a mechanikai tulajdonságok, mind a korrózióállóság szempontjából (kutatás-megerősítette).
• Az ultra-alacsony szén-dioxid-kibocsátás (0,03% vagy annál kisebb) azt jelenti, hogy még a hővel -affektált zónában (HAZ) sincs szenzibilizáció kockázata.

Költség és piaci elérhetőség

A 28-as ötvözet általában 10-25%-kal drágább, mint a 20-as ötvözet a magasabb króm- és molibdéntartalom miatt. Foszforsav- és savanyúgáz-alkalmazásokban azonban az Alloy 28 kiváló korrózióállósága alacsonyabb teljes életciklus-költséget biztosít a berendezések meghosszabbítása és a karbantartási igények csökkentése révén.

Amikor a 28-as ötvözet magasabb költsége indokolt

• Foszforsav fluorid/klorid szennyeződésekkel: A 20-as ötvözet gyorsított támadást szenved; A 28-as ötvözet lényegesen tovább tart.
• A savanyú gáz magas H2S/CO₂/Cl⁻-val: OCTG és kútfej meghibásodása 20-as ötvözet esetén messze meghaladná az anyagköltség-megtakarítást.
• Tengervíz szolgáltatás: Az Alloy 20's PREN ~28,5 nem megfelelő; Az Alloy 28 (PREN ~36,5) megbízható szolgáltatást nyújt.

Gyors referencia-összehasonlítás

Következtetés

Az Alloy 20 kontra Alloy 28 döntést alapvetően az alkalmazásban uralkodó korrozív közeg határozza meg. Mindkettő szuperausztenites rozsdamentes acél, kiváló korrózióállósággal, de eltérő összetételi hangsúlyozásuk optimálissá teszi mindegyiket különböző szolgáltatási környezetekhez:

20-as ötvözet(N08020, 0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb) a kénsav specialista. 3–4%-os réztartalma egyedülálló passzív filmellenállást hoz létre a H₂SO₄-mal szemben, amelyhez a 28-as ötvözet nem tud illeszkedni. A kifejezetten kénsavat, vegyes savakat és savas tisztítást magában foglaló vegyi feldolgozási alkalmazásokhoz kifejlesztett Alloy 20 továbbra is a mérnöki szabvány az 50 fok alatti H₂SO₄ szolgáltatásban. Használja, ha az eljárásban a kénsav{14}}dominál, és a gazdaságosság a réz-szuperausztenites hordozót részesíti előnyben a nikkel-alapú ötvözetek helyett.

28-as ötvözet(N08028, 00Cr27Ni31Mo3Cu) a foszforsav és a savanyú gáz bajnoka. A 26-28% króm és 3,5% molibdén PREN ~36,5-öt biztosít, ami drámaian jobb lyukkorrózió- és réskorrózióállóságot kínál, mint az Alloy 20. Eredetileg a foszforsav-hőcserélők nedves-eljárásainak megoldására fejlesztették ki, a 28-as ötvözet azóta a savanyú olaj- és gázgyártás szabványává vált. (H2S/CO2/Cl⁻), tengervíz szolgáltatás és FGD rendszerek. Használja, ha a veszélyt halogenid{14}}szennyezett foszforsav, savanyú gáz, vagy bármilyen olyan környezet jelenti, ahol a magas PREN és a helyi korrózióval szembeni ellenállás meghatározza a berendezés élettartamát.

Beszerzési mérnökök számára: hivatkozzon kereszt-az elsődleges korróziós veszélyre és a maximális üzemi hőmérsékletre a fenti összehasonlító táblázatokkal. Folyamatmérnökök számára: győződjön meg arról, hogy a kiválasztott ötvözetet a folyamatáram sajátos savkoncentrációja, hőmérséklete és szennyeződési profilja alapján tesztelték. Ha kétségei vannak, olvassa el az ötvözet adatlapjait és a NACE/ASME BPVC irányelveit a vonatkozó szolgáltatási feltételekről.