Сплав 20 срещу сплав 28: Избор на правилния супераустенит за работа с киселина

Сплав 20е оптимизиран за обслужване със сярна киселина (особено<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.

Както сплав 20 (UNS N08020), така и сплав 28 (UNS N08028) са супераустенитни неръждаеми стомани-никел-желязо-хром сплави с подобрени добавки на хром, молибден и мед, които превъзхождат стандартните аустенитни степени в агресивни киселинни среди. Тяхната основна разлика е в акцента върху състава: Alloy 20 дава приоритет на стабилизацията на медта (3–4%) и ниобия за устойчивост на сярна киселина, докато Alloy 28 максимизира хрома (26–28%) и молибдена (3–4%) за превъзходна устойчивост на питинг и обслужване на фосфорен/кисел газ.

Разбиране на супераустенитните неръждаеми стомани

Супераустенитните неръждаеми стомани заемат ниво над стандартните аустенитни степени (304, 316) както по съдържание на сплав, така и по устойчивост на корозия. Те се определят чрез стойности на PREN (еквивалентно число на съпротивлението на питинг), надвишаващи 40, значително по-високи от ~25 за неръждаема стомана 316. Както Alloy 20, така и Alloy 28 принадлежат към този клас, предлагайки устойчивост на агресивни киселини, хлориди и корозионно напукване под напрежение, което конвенционалните неръждаеми стомани не могат да осигурят.

Сплав 20: Специалист по сярна киселина

Сплав 20 (UNS N08020, известна още като Carpenter 20Cb-3, NS143, 0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb) е разработена през 1963 г. специално за устойчивост на корозия от сярна киселина при химическа обработка. Неговите определящи характеристики са добавянето на мед (3–4%) за устойчивост на сярна киселина и ниобий (Nb по-голямо или равно на 8×C) за устойчивост на сенсибилизация. Той остава еталонният материал за среди със сярна киселина.

Сплав 28: Шампион по фосфорна киселина и кисел газ

Сплав 28 (UNS N08028, известна още като Sanicro 28, 1.4563, 00Cr27Ni31Mo3Cu) е разработена специално за топлообменници с фосфорна киселина при мокър-процес. Неговото по-високо съдържание на хром (26–28%) и молибден (3–4%) осигурява изключителна устойчивост на фосфорна киселина, среда с кисел газ (H₂S/CO₂/Cl⁻) и среда, съдържаща халид-. Неговото въглеродно съдържание е ограничено до По-малко или равно на 0,03% за присъща устойчивост на междукристална корозия.

Химичен състав

Сплав 20 съдържа по-високо съдържание на мед (3–4%) и ниобиева стабилизация (Nb по-голямо или равно на 8×C), оптимизирана за сярна киселина. Сплав 28 съдържа по-високо съдържание на хром (26–28% срещу 19–21%) и молибден (3,5% срещу 2,5%), осигурявайки превъзходна PREN (~36 срещу ~28) и по-добра устойчивост на корозия на питинг/пукнатини.

PREN Изчисляване

PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N (азот ~0,15% и в двете степени):

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

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

• Предимство на Alloy 28 PREN: ~8 пункта по-високо=значително по-добра устойчивост на корозия на питинг и пукнатини.
• Индустриален праг: PREN > 40 за услуги за морска вода; Alloy 28 се доближава до това със своя рейтинг 36,5.
• Сплав 20 PREN 28.5 е значително по-добра от 316 (PREN ~25), но доста под сплав 28.

Защо разликите в състава имат значение

• Мед (Cu): Образува защитни комплекси със сярна киселина, забавяйки скоростта на корозия. От съществено значение за обслужването на H₂SO₄.
• Ниобий (Nb): Предотвратява сенсибилизацията на хромния карбид по време на заваряване и работа при висока-температура.
• Хром (Cr): Основен двигател на стабилността на пасивния филм; по-висока=по-добра обща устойчивост на корозия и окисление.
• Молибден (Mo): Критичен за устойчивост на хлътване; значително подобрява устойчивостта на хлорид и фосфорна киселина.

Физични и механични свойства

И двете сплави показват напълно аустенитни микроструктури с отлична пластичност при стайна{0}}температура. Сплав 20 има малко по-висока якост на опън (по-голяма или равна на 550 MPa срещу 500 MPa) поради укрепване с ниобий, докато сплав 28 предлага превъзходна криогенна издръжливост и възможност за гореща обработка. Нито едно от двете не е подходящо за продължителна употреба над 450 градуса без внимателна оценка.

Работно-студено състояние

• Сплав 28 студено{1}}обработена: Якост на опън до 896 MPa, граница на провлачване до 758 MPa, удължение намалено до ~15%.
• Сплав 20: реагира и на студена обработка; силата се увеличава значително при умерена деформация.
• Бележка за приложението: За тръбопроводи с високо{0}}налягане, изискващи висока якост, може да се посочи-студено обработена сплав 28 или сплав 20.

Повишени температурни ограничения

Устойчивост на корозия

Сплав 20 е предпочитаният избор за среди със сярна киселина, особено концентрирана H₂SO₄ при умерени температури. Сплав 28 е по-добра в среда, богата на фосфорна киселина, кисел газ (H₂S/CO₂/Cl⁻) и-на хлорид. Нито едно от двете не се препоръчва за работа със солна киселина (HCl).

Сярна киселина (H₂SO₄)

• Механизъм: Медта в сплав 20 образува защитни Cu₂S-тип пасивни филми, които устояват на атаката на сярна киселина по-ефективно от хром-молибденовите филми самостоятелно.
• Температурна граница: И двете сплави обикновено са ограничени до<50–60°C in sulfuric acid. Above this, expensive nickel alloys (Alloy 625, Alloy 825) are required.
• Ключово предимство на Alloy 20: Добавянето на мед (3–4%) специално подобрява устойчивостта към редуциращи киселинни условия като сярна киселина.

Фосфорна киселина (H₃PO₄)

• Сплав 28 е специално разработена за мокър-процес на производство на фосфорна киселина, където примесите от флуорид и хлорид карат конвенционалните неръждаеми стомани бързо да се повреждат.
• Изследване (Springer, 2024): Сплав 28 в 52% P₂O5 фосфорна киселина с окислители показва отрицателни нива на корозия (увеличаване на теглото от образуването на пасивен филм), потвърждавайки отличната пасивност.
• Съдържание на Mo (3,5%): Критично за устойчивостта на фосфорна киселина с F⁻/Cl⁻ примеси, които агресивно атакуват пасивните филми.

Околна среда с кисел газ и нефтени находища (H₂S/CO₂/Cl⁻)

Alloy 28 е значително по-добър за работа с кисел газ поради по-високото съдържание на Cr и Mo, осигуряващо PREN ~36,5 срещу ~28,5 на Alloy 20. В среди с H₂S/CO₂/Cl⁻, Alloy 28 е стандартният избор за OCTG (тръбни стоки от петролни страни) и топлообменници.

• Приложение на сплав 28: Производствени тръбопроводи (OCTG) и топлообменници в нефтени и газови находища с високо съдържание на H₂S/CO₂/Cl⁻.
• Механизъм от сплав 28: High Cr образува стабилен пасивен Cr₂O₃ филм; високо Mo образува MoO₂ защитен слой, устойчив на хлоридна атака под H2S.
• NACE MR0175/ISO 15156: И двете сплави могат да бъдат включени в списъка за работа с киселини, но по-широкото приемане на Alloy 28 произтича от превъзходния PREN.

Питинг и цепнатина корозия

С какво нито една сплав не се справя добре

• Солна киселина (HCl): Нито сплав 20, нито сплав 28 се препоръчват за работа с HCl. Използвайте Alloy B (N10001) или Alloy 400.
• High-Temperature (>450 градуса ) Окислителни среди: И двете сплави губят устойчивост на корозия; помислете за сплав 625 или сплав 800H.
• Aqua Regia (HNO₃ + HCl): Нито един клас не осигурява адекватна устойчивост.

Заваряемост и производство

И двете сплави са лесно заваряеми при използване на стандартни процеси за аустенитна неръждаема стомана. Сплав 20 изисква ниобий-стабилизиран пълнител (ERNiCrMo-3) за оптимално обслужване при високи температури, докато сплав 28 използва ERNiCrMo-3 или ER316L пълнител. Нито едното не изисква предварително загряване.

Специфика на заваряване на сплав 20

• Препоръчват се електроди AWS A5.14 ERNiCrMo-3 или AWS A5.11 ENiCrMo-3.
• Ниобият в пълнителя стабилизира заваръчния метал срещу сенсибилизация.
• Отгряване на разтвор след заваряване: 900–1150 градуса за 1–2 часа, бързо закаляване с въздух или вода.
• Съставът на заваръчния метал съответства на основния метал, когато се използва подходящ пълнител.

Специфика на заваряване на сплав 28

• ERNiCrMo-3: Предпочитан за заварки с висока-корозия (H₂S/Cl⁻ среда).
• ER316L: Приемливо за стандартна киселинна услуга; осигурява съответстваща устойчивост на корозия.
• Отгряване в разтвор: 1100 градуса е оптимално както за механични свойства, така и за устойчивост на корозия (потвърдено-изследване).
• Свръх{0}}ниското съдържание на въглерод (По-малко или равно на 0,03%) означава липса на риск от сенсибилизация дори в зоната, засегната от топлина- (HAZ).

Цена и пазарна наличност

Сплав 28 обикновено е с 10–25% по-скъпа от сплав 20 поради по-високото съдържание на хром и молибден. Въпреки това, при приложения с фосфорна киселина и киселинен газ, превъзходната устойчивост на корозия на Alloy 28 осигурява по-ниски общи разходи за жизнения цикъл чрез удължен живот на оборудването и намалена поддръжка.

Когато по-високата цена на сплав 28 е оправдана

• Фосфорна киселина с примеси от флуорид/хлорид: Сплав 20 ще претърпи ускорена атака; Сплав 28 издържа значително по-дълго.
• Кисел газ с високо H₂S/CO₂/Cl⁻: OCTG и повреди на устието на кладенци със сплав 20 биха надхвърлили далеч спестяванията на материални разходи.
• Обслужване на морска вода: PREN ~28,5 на Alloy 20 е недостатъчно; Сплав 28 (PREN ~36.5) осигурява надеждна услуга.

Резюме за сравнение на бърз справочник

Заключение

Решението Alloy 20 срещу Alloy 28 се основава основно на доминиращата корозивна среда в приложението. И двете са супераустенитни неръждаеми стомани с отлична устойчивост на корозия, но техният различен композиционен акцент ги прави оптимални за различни работни среди:

Сплав 20(N08020, 0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb) е специалист по сярна киселина. Неговата добавка от 3–4% мед създава уникална устойчивост на пасивен филм срещу H₂SO₄, която Alloy 28 не може да съпостави. Разработен специално за приложения за химическа обработка, включващи сярна киселина, смесени киселини и киселинно почистване, Alloy 20 остава инженерният стандарт за работа с H₂SO₄ под 50 градуса. Използвайте го, когато вашият процес е сярна киселина-доминираща и икономиката предпочита мед-съдържащи супераустенит пред сплави на основата на никел-.

Сплав 28(N08028, 00Cr27Ni31Mo3Cu) е шампион по фосфорна киселина и кисел газ. Нейните 26–28% хром и 3,5% молибден осигуряват PREN ~36,5, предлагайки драстично по-добра устойчивост на корозия на питинг и пукнатини от сплав 20. Първоначално разработена за решаване на повреди на топлообменник с фосфорна киселина при мокър-процес, сплав 28 оттогава се превърна в стандарт за производство на кисели петролни продукти и газ (H₂S/CO₂/Cl⁻), обслужване на морска вода и FGD системи. Използвайте го, когато заплахата е замърсена с халиди-фосфорна киселина, кисел газ или друга среда, където високата PREN и устойчивостта на локализирана корозия определят живота на оборудването.

За инженери по доставките: сравнете -заплахата от първична корозия и максималната работна температура спрямо таблиците за сравнение по-горе. За инженери по процеси: потвърдете, че избраната сплав е тествана в специфичната концентрация на киселина, температура и профил на примеси на вашия процес. Когато се съмнявате, консултирайте се с техническите спецификации на сплавта и указанията на NACE/ASME BPVC за съответните условия на експлоатация.