Zlitina 20 proti zlitini 28: Izbira pravega superavstenita za uporabo v kislini

Zlitina 20je optimiziran za storitve z žveplovo kislino (zlasti<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.

Zlitina 20 (UNS N08020) in zlitina 28 (UNS N08028) sta superavstenitna nerjavna jekla-nikelj-železo-kromove zlitine z izboljšanimi dodatki kroma, molibdena in bakra, ki presegajo standardne avstenitne stopnje v agresivnih kislinskih okoljih. Njihova ključna razlika je v poudarku sestave: zlitina 20 daje prednost stabilizaciji bakra (3–4 %) in niobija za odpornost na žveplovo kislino, medtem ko zlitina 28 maksimira krom (26–28 %) in molibden (3–4 %) za vrhunsko odpornost proti luknjanju in delovanje fosforja/kislega plina.

Razumevanje superavstenitnih nerjavnih jekel

Superavstenitna nerjavna jekla zasedajo stopnjo nad standardnimi avstenitnimi stopnjami (304, 316) tako glede vsebnosti zlitin kot odpornosti proti koroziji. Opredeljeni so z vrednostmi PREN (Pitting Resistance Equivalent Number), ki presegajo 40, kar je znatno višje od ~25 nerjavnega jekla 316. Tako zlitina 20 kot zlitina 28 spadata v ta razred, saj nudita odpornost na agresivne kisline, kloride in razpoke zaradi napetostne korozije, ki je običajna nerjavna jekla ne morejo zagotoviti.

Zlitina 20: Specialist za žveplovo kislino

Zlitina 20 (UNS N08020, znana tudi kot Carpenter 20Cb-3, NS143, 0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb) je bila razvita leta 1963 posebej za odpornost proti koroziji z žveplovo kislino pri kemični obdelavi. Njegove značilne lastnosti so dodatek bakra (3–4 %) za odpornost na žveplovo kislino in niobija (Nb večji ali enak 8 × C) za odpornost na preobčutljivost. Ostaja referenčni material za okolja z žveplovo kislino.

Zlitina 28: prvak fosforne kisline in kislega plina

Zlitina 28 (UNS N08028, znana tudi kot Sanicro 28, 1.4563, 00Cr27Ni31Mo3Cu) je bila razvita posebej za toplotne izmenjevalnike fosforne kisline po mokrem-postopku. Njegova višja vsebnost kroma (26–28 %) in molibdena (3–4 %) zagotavlja izjemno odpornost na fosforno kislino, okolja s kislim plinom (H₂S/CO₂/Cl⁻) in medije, ki vsebujejo-halid. Njegova vsebnost ogljika je omejena na manj kot ali enako 0,03 % zaradi inherentne odpornosti proti interkristalni koroziji.

Kemična sestava

Zlitina 20 vsebuje več bakra (3–4 %) in stabilizacijo niobija (Nb večji ali enak 8 × C), optimizirana za žveplovo kislino. Zlitina 28 vsebuje več kroma (26–28 % proti 19–21 %) in molibdena (3,5 % proti 2,5 %), kar zagotavlja boljši PREN (~36 proti ~28) in boljšo odpornost proti jamičasti/razpokani koroziji.

PREN Izračun

PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N (dušik ~0,15 % v obeh stopnjah):

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

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

• Prednost Alloy 28 PREN: ~8 točk več=znatno boljša odpornost proti jamičasti in razpokani koroziji.
• Prag panoge: PREN > 40 za storitve morske vode; Alloy 28 se temu približa s svojo oceno 36,5.
• Zlitina 20 PREN 28.5 je bistveno boljša od 316 (PREN ~25), vendar precej pod zlitino 28.

Zakaj so razlike v sestavi pomembne

• Baker (Cu): Tvori zaščitne komplekse z žveplovo kislino, kar upočasnjuje stopnjo korozije. Bistvenega pomena za storitev H₂SO₄.
• Niobij (Nb): preprečuje preobčutljivost kromovega karbida med varjenjem in delovanjem pri visokih-temperaturah.
• Krom (Cr): glavni dejavnik stabilnosti pasivnega filma; višja=boljša splošna odpornost proti koroziji in oksidaciji.
• Molibden (Mo): kritičen za odpornost proti luknjam; bistveno izboljša odpornost na kloride in fosforno kislino.

Fizikalne in mehanske lastnosti

Obe zlitini imata popolnoma avstenitno mikrostrukturo z odlično duktilnostjo-pri sobni temperaturi. Zlitina 20 ima nekoliko višjo natezno trdnost (večjo ali enako 550 MPa v primerjavi s 500 MPa) zaradi ojačitve niobija, medtem ko zlitina 28 nudi vrhunsko kriogeno žilavost in vročo obdelavo. Nobeno ni primerno za dolgotrajno uporabo nad 450 stopinj brez skrbne ocene.

Hladno{0}}obdelano stanje

• Zlitina 28 hladno -obdelana: natezna trdnost do 896 MPa, meja tečenja do 758 MPa, raztezek zmanjšan na ~15 %.
• Zlitina 20: odziva se tudi na hladno obdelavo; trdnost se znatno poveča z zmerno deformacijo.
• Opomba za uporabo: Za visokotlačne-cevovode, ki zahtevajo visoko trdnost, se lahko določi hladno{1}}obdelana zlitina 28 ali zlitina 20.

Povišane temperaturne omejitve

Odpornost proti koroziji

Zlitina 20 je prednostna izbira za okolja z žveplovo kislino, zlasti koncentrirano H₂SO₄ pri zmernih temperaturah. Zlitina 28 je boljša v okoljih, bogatih s fosforno kislino, kislim plinom (H₂S/CO₂/Cl⁻) in -kloridi. Nobeden ni priporočljiv za uporabo s klorovodikovo kislino (HCl).

Žveplova kislina (H₂SO₄)

• Mehanizem: baker v zlitini 20 tvori zaščitne pasivne filme tipa Cu₂S-, ki se učinkoviteje upirajo napadu žveplove kisline kot sami krom-molibdenovi filmi.
• Temperaturna omejitev: Obe zlitini sta na splošno omejeni na<50–60°C in sulfuric acid. Above this, expensive nickel alloys (Alloy 625, Alloy 825) are required.
• Ključna prednost zlitine 20: Dodatek bakra (3–4 %) posebej izboljša odpornost na redukcijske kisline, kot je žveplova kislina.

Fosforjeva kislina (H₃PO₄)

• Zlitina 28 je bila posebej razvita za mokro{1}}proizvodnjo fosforne kisline, kjer zaradi nečistoč fluorida in klorida običajna nerjavna jekla hitro pokvarijo.
• Raziskava (Springer, 2024): Zlitina 28 v 52 % P₂O₅ fosforni kislini z oksidanti je pokazala negativno stopnjo korozije (pridobitev teže zaradi tvorbe pasivnega filma), kar potrjuje odlično pasivnost.
• Vsebnost Mo (3,5 %): kritična za odpornost proti fosforni kislini z nečistočami F⁻/Cl⁻, ki agresivno napadajo pasivne filme.

Kisli plin in okolja naftnih polj (H₂S/CO₂/Cl⁻)

Zlitina 28 je bistveno boljša za uporabo s kislim plinom zaradi višje vsebnosti Cr in Mo, ki zagotavlja PREN ~36,5 v primerjavi z zlitino 20 ~28,5. V okoljih H₂S/CO₂/Cl⁻ je zlitina 28 standardna izbira za OCTG (cevno blago za naftno državo) in toplotne izmenjevalnike.

• Uporaba zlitine 28: proizvodne cevi (OCTG) in toplotni izmenjevalniki na poljih kisle nafte in plina z visoko vsebnostjo H₂S/CO₂/Cl⁻.
• Mehanizem zlitine 28: visok Cr tvori stabilen pasivni film Cr₂O₃; visok Mo tvori MoO₂ zaščitno plast, odporno na kloridne napade pod H₂S.
• NACE MR0175/ISO 15156: Obe zlitini sta morda navedeni za uporabo v kislih razmerah, vendar je zlitina 28 širše sprejeta zaradi vrhunskega PREN.

Jamična in špranjska korozija

Česa nobena zlitina ne prenaša dobro

• Klorovodikova kislina (HCl): Niti zlitina 20 niti zlitina 28 nista priporočljivi za uporabo s HCl. Uporabite Alloy B (N10001) ali Alloy 400.
• High-Temperature (>450 stopinj ) Oksidativna okolja: obe zlitini izgubita odpornost proti koroziji; razmislite o zlitini 625 ali zlitini 800H.
• Aqua Regia (HNO₃ + HCl): noben razred ne zagotavlja ustrezne odpornosti.

Varljivost in izdelava

Obe zlitini sta zlahka varljivi z uporabo standardnih postopkov za avstenitno nerjavno jeklo. Zlitina 20 zahteva polnilo, stabilizirano z niobijem- (ERNiCrMo-3) za optimalno delovanje pri visokih temperaturah, medtem ko zlitina 28 uporablja polnilo ERNiCrMo-3 ali ER316L. Nobeden ne zahteva predgretja.

Posebnosti varjenja zlitine 20

• Priporočene elektrode AWS A5.14 ERNiCrMo-3 ali AWS A5.11 ENiCrMo-3.
• Niobij v polnilu stabilizira zvar pred preobčutljivostjo.
• Žarjenje v raztopini po varjenju: 900–1150 stopinj 1–2 uri, hitro zračno ali vodno gašenje.
• Sestava kovine zvara se ujema z osnovno kovino pri uporabi ustreznega polnila.

Posebnosti varjenja zlitine 28

• ERNiCrMo-3: prednostno za zvare z visoko-korozijo (okolja H₂S/Cl⁻).
• ER316L: sprejemljivo za standardno kislinsko storitev; zagotavlja ustrezno odpornost proti koroziji.
• Žarjenje v raztopini: 1100 stopinj je optimalno za mehanske lastnosti in odpornost proti koroziji (raziskave-potrjene).
• Izjemno-nizka vsebnost ogljika (manj kot ali enaka 0,03 %) pomeni, da ni tveganja za preobčutljivost niti v toplotno{2}}prizadetem območju (HAZ).

Cena in tržna dostopnost

Zlitina 28 je na splošno 10–25 % dražja od zlitine 20 zaradi višje vsebnosti kroma in molibdena. Vendar pa v aplikacijah s fosforno kislino in kislim plinom vrhunska korozijska odpornost zlitine 28 zagotavlja nižje skupne stroške življenjskega cikla s podaljšano življenjsko dobo opreme in zmanjšanim vzdrževanjem.

Ko so višji stroški zlitine 28 upravičeni

• Fosforjeva kislina z nečistočami fluorida/klorida: zlitina 20 bo utrpela pospešen napad; Zlitina 28 traja bistveno dlje.
• Kisli plin z visoko vsebnostjo H₂S/CO₂/Cl⁻: OCTG in okvare ustja vrtin z zlitino 20 bi močno presegle prihranke materialnih stroškov.
• Servis z morsko vodo: PREN ~28,5 zlitine 20 je neustrezen; Zlitina 28 (PREN ~36,5) zagotavlja zanesljivo storitev.

Povzetek primerjave s hitrimi referenčnimi navodili

Zaključek

Odločitev Alloy 20 proti Alloy 28 je v osnovi odvisna od prevladujočega korozivnega medija v aplikaciji. Oba sta superavstenitna nerjavna jekla z odlično odpornostjo proti koroziji, vendar je njun poudarek na različni sestavi optimalen za različna delovna okolja:

Zlitina 20(N08020, 0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb) je specialist za žveplovo kislino. Njen 3–4 % dodatek bakra ustvarja edinstveno pasivno odpornost proti H₂SO₄, ki ji zlitina 28 ni kos. Zlitina 20, ki je bila razvita posebej za aplikacije kemične obdelave, ki vključujejo žveplovo kislino, mešane kisline in kislinsko čiščenje, ostaja inženirski standard za storitve H₂SO₄ pod 50 stopinj. Uporabite ga, kadar v vašem procesu prevladuje žveplova-kislina in je ekonomija naklonjena superavstenitnim-z bakrom pred zlitinami na osnovi-niklja.

Zlitina 28(N08028, 00Cr27Ni31Mo3Cu) je prvak v fosforni kislini in kislem plinu. Njenih 26–28 % kroma in 3,5 % molibdena zagotavlja PREN ~36,5, kar ponuja dramatično boljšo odpornost proti jamičasti in razpokani koroziji kot zlitina 20. Prvotno razvita za reševanje okvar izmenjevalnika toplote s fosforno kislino v mokrem-postopku je zlitina 28 od takrat postala standard za proizvodnjo kislega olja in plina (H₂S/CO₂/Cl⁻), storitve morske vode in sistemi FGD. Uporabite ga, kadar je grožnja fosforjeva kislina,-kontaminirana s halidi, kisli plin ali katero koli okolje, kjer visok PREN in odpornost proti lokalni koroziji določata življenjsko dobo opreme.

Za inženirje nabave: primerjajte-primarno nevarnost korozije in najvišjo delovno temperaturo glede na zgornje primerjalne tabele. Za procesne inženirje: potrdite, da je bila izbrana zlitina testirana v specifični koncentraciji kisline, temperaturi in profilu nečistoč vašega procesnega toka. Če ste v dvomih, si za ustrezne pogoje uporabe oglejte podatkovne liste za zlitine in smernice NACE/ASME BPVC.