Сплав 20 проти сплаву 28: вибір правильного супераустеніту для роботи з кислотою

Сплав 20оптимізовано для роботи з сірчаною кислотою (особливо<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.

І сплав 20 (UNS N08020), і сплав 28 (UNS N08028) — це супераустенітні нержавіючі сталі-нікель-залізо-хромові сплави з додаванням хрому, молібдену та міді, які перевершують стандартні аустенітні класи в агресивних кислотних середовищах. Їхня ключова відмінність полягає в складі: Alloy 20 надає перевагу стабілізації міді (3–4%) і ніобію для стійкості до сірчаної кислоти, тоді як Alloy 28 максимізує вміст хрому (26–28%) і молібдену (3–4%) для чудової стійкості до пітінгу та роботи з фосфорним/кислим газом.

Розуміння супераустенітних нержавіючих сталей

Супераустенітні нержавіючі сталі займають рівень вище стандартних аустенітних марок (304, 316) як за вмістом сплаву, так і за стійкістю до корозії. Вони визначаються значеннями PREN (число еквівалента опору точцінні), що перевищує 40, що значно вище, ніж ~25 для нержавіючої сталі 316. Як сплав 20, так і сплав 28 належать до цього класу, пропонуючи стійкість до агресивних кислот, хлоридів і корозійного розтріскування під напругою, чого не може забезпечити звичайна нержавіюча сталь.

Сплав 20: спеціаліст із сірчаної кислоти

Сплав 20 (UNS N08020, також відомий як Carpenter 20Cb-3, NS143, 0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb) був розроблений у 1963 році спеціально для захисту від корозії сірчаною кислотою під час хімічної обробки. Його визначальними особливостями є додавання міді (3–4%) для стійкості до сірчаної кислоти та ніобію (Nb більше або дорівнює 8×C) для стійкості до сенсибілізації. Він залишається еталонним матеріалом для середовищ із сірчаною кислотою.

Сплав 28: Фосфорна кислота та кислий газ

Сплав 28 (UNS N08028, також відомий як Sanicro 28, 1.4563, 00Cr27Ni31Mo3Cu) був розроблений спеціально для мокрих-теплообмінників фосфорної кислоти. Його високий вміст хрому (26–28%) і молібдену (3–4%) забезпечує виняткову стійкість до фосфорної кислоти, кислих газів (H₂S/CO₂/Cl⁻) і середовищ, що містять галогеніди-. Вміст вуглецю в ньому обмежено до 0,03% або менше для внутрішньої стійкості до міжкристалічної корозії.

Хімічний склад

Сплав 20 містить більш високий вміст міді (3–4%) і стабілізатор ніобію (Nb більше або дорівнює 8×C), оптимізований для сірчаної кислоти. Сплав 28 містить більше хрому (26–28% проти 19–21%) і молібдену (3,5% проти 2,5%), що забезпечує вищий PREN (~36 проти ~28) і кращу стійкість до точкової/щілинної корозії.

Розрахунок PREN

PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N (азот ~0,15% в обох класах):

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

• Перевага Alloy 28 PREN: вище на ~8 балів=значно краща стійкість до точкової та щілинної корозії.
• Галузевий поріг: PREN > 40 для обслуговування морської води; Сплав 28 наближається до цього з рейтингом 36,5.
• Сплав 20 PREN 28,5 значно кращий за 316 (PREN ~25), але значно нижчий за сплав 28.

Чому відмінності в складі важливі

• Мідь (Cu): утворює захисні комплекси з сірчаною кислотою, сповільнюючи швидкість корозії. Необхідний для обслуговування H₂SO₄.
• Ніобій (Nb): запобігає сенсибілізації карбіду хрому під час зварювання та використання при високих-температурах.
• Хром (Cr): основний фактор стабільності пасивної плівки; вища=краща загальна стійкість до корозії та окислення.
• Молібден (Mo): критично важливий для стійкості до точкової корекції; значно покращує стійкість до хлоридів і фосфорної кислоти.

Фізичні та механічні властивості

Обидва сплави мають повністю аустенічну мікроструктуру з чудовою пластичністю при-кімнатній температурі. Сплав 20 має дещо вищу міцність на розрив (більше або дорівнює 550 МПа порівняно з 500 МПа) завдяки зміцненню ніобію, тоді як сплав 28 забезпечує чудову кріогенну міцність і придатність до гарячої обробки. Жодна з них не підходить для тривалого використання вище 450 градусів без ретельної оцінки.

Холодні умови-роботи

• Холодна обробка сплаву 28: межа міцності до 896 МПа, межа текучості до 758 МПа, подовження зменшено до ~15%.
• Сплав 20: також реагує на холодну обробку; міцність значно зростає при помірній деформації.
• Примітка щодо застосування: для трубопроводів високого-тиску, які вимагають високої міцності, можна зазначити сплав-холодної обробки 28 або 20.

Підвищені температурні обмеження

Стійкість до корозії

Сплав 20 є кращим вибором для середовища сірчаної кислоти, особливо концентрованої H₂SO₄ за помірних температур. Сплав 28 є кращим у середовищах, багатих фосфорною кислотою, кислим газом (H₂S/CO₂/Cl⁻) і -хлоридами. Ні те, ні інше не рекомендується для роботи з соляною кислотою (HCl).

Сірчана кислота (H₂SO₄)

• Механізм: мідь у сплаві 20 утворює захисні пасивні плівки типу Cu₂S-, які протистоять впливу сірчаної кислоти ефективніше, ніж плівки хром-молібдену окремо.
• Обмеження температури: обидва сплави, як правило, обмежені<50–60°C in sulfuric acid. Above this, expensive nickel alloys (Alloy 625, Alloy 825) are required.
• Ключова перевага Alloy 20: додавання міді (3–4%) особливо покращує стійкість до відновлюючих кислотних умов, таких як сірчана кислота.

Фосфорна кислота (H₃PO₄)

• Сплав 28 був спеціально розроблений для мокрого -процесу виробництва фосфорної кислоти, де домішки фтору та хлориду призводять до швидкого руйнування звичайної нержавіючої сталі.
• Дослідження (Springer, 2024): сплав 28 у 52% P₂O₅ фосфорній кислоті з окислювачами продемонстрував негативну швидкість корозії (збільшення ваги за рахунок утворення пасивної плівки), що підтверджує відмінну пасивність.
• Вміст Mo (3,5%): критичний для стійкості до фосфорної кислоти з домішками F⁻/Cl⁻, які агресивно атакують пасивні плівки.

Середовище кислих газів і нафтових родовищ (H₂S/CO₂/Cl⁻)

Сплав 28 значно кращий для роботи з кислим газом завдяки вищому вмісту Cr і Mo, що забезпечує PREN ~36,5 проти ~28,5 для сплаву 20. У середовищі H₂S/CO₂/Cl⁻ сплав 28 є стандартним вибором для OCTG (трубна продукція нафтовидобувної промисловості) і теплообмінників.

• Застосування сплаву 28: виробничі труби (OCTG) і теплообмінники в родовищах сірої нафти і газу з високим вмістом H₂S/CO₂/Cl⁻.
• Механізм зі сплаву 28: високий Cr утворює стабільну пасивну плівку Cr₂O₃; високий вміст Mo утворює захисний шар MoO₂, стійкий до впливу хлориду H₂S.
• NACE MR0175/ISO 15156: обидва сплави можуть бути внесені до переліку кислих, але більш широке визнання сплаву 28 пов’язано з кращим PREN.

Точкова та щілинна корозія

З чим не справляється жоден сплав

• Соляна кислота (HCl): ані сплав 20, ані сплав 28 не рекомендуються для роботи з HCl. Використовуйте Alloy B (N10001) або Alloy 400.
• High-Temperature (>450 градусів) Окислювальні середовища: обидва сплави втрачають стійкість до корозії; розглянути Alloy 625 або Alloy 800H.
• Царська вода (HNO₃ + HCl): Жоден сорт не забезпечує достатньої стійкості.

Зварюваність і виготовлення

Обидва сплави легко зварюються за допомогою стандартних процесів аустенітної нержавіючої сталі. Для сплаву 20 потрібен ніобій-стабілізований наповнювач (ERNiCrMo-3) для оптимальної роботи при високій температурі, тоді як для сплаву 28 використовується наповнювач ERNiCrMo-3 або ER316L. Жоден не потребує попереднього розігріву.

Специфіка зварювання сплаву 20

• Рекомендовано електроди AWS A5.14 ERNiCrMo-3 або AWS A5.11 ENiCrMo-3.
• Ніобій у наповнювачі стабілізує зварний метал від сенсибілізації.
• Відпал розчину після зварювання: 900–1150 градусів протягом 1–2 годин, швидке загартування повітрям або водою.
• Склад металу зварного шва відповідає основному металу при використанні відповідного наповнювача.

Специфіка зварювання сплаву 28

• ERNiCrMo-3: Бажано для зварних швів із високою{2}}корозійною здатністю (середовища H₂S/Cl⁻).
• ER316L: прийнятний для стандартної кислотної служби; забезпечує відповідну стійкість до корозії.
• Відпал розчину: 1100 градусів є оптимальним як для механічних властивостей, так і для стійкості до корозії (підтверджено-дослідженнями).
• Над-низький вміст вуглецю (менше або дорівнює 0,03%) означає відсутність ризику сенсибілізації навіть у зоні-термічного впливу (HAZ).

Вартість і доступність на ринку

Сплав 28 зазвичай на 10–25% дорожчий, ніж сплав 20, через вищий вміст хрому та молібдену. Однак у застосуваннях з фосфорною кислотою та кислим газом чудова корозійна стійкість сплаву 28 забезпечує нижчу загальну вартість життєвого циклу завдяки подовженню терміну служби обладнання та зменшенню технічного обслуговування.

Коли виправдана вища вартість сплаву 28

• Фосфорна кислота з домішками фториду/хлориду: сплав 20 зазнає прискореної атаки; Сплав 28 служить значно довше.
• Кислий газ із високим вмістом H₂S/CO₂/Cl⁻: несправності OCTG та гирла свердловини зі сплавом 20 значно перевищать економію матеріальних витрат.
• Обслуговування морської води: PREN для сплаву 20 ~28,5 є недостатнім; Сплав 28 (PREN ~36,5) забезпечує надійну роботу.

Короткий огляд порівняння

Висновок

Рішення Alloy 20 проти Alloy 28 в основному обумовлено домінуючим корозійним середовищем у застосуванні. Обидва є супераустенітними нержавіючими сталями з чудовою стійкістю до корозії, але їхній різний склад робить кожну з них оптимальною для різних умов експлуатації:

Сплав 20(N08020, 0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb) — спеціаліст із сірчаної кислоти. Його додавання 3–4% міді створює унікальну стійкість пасивної плівки до H₂SO₄, з якою не може зрівнятися сплав 28. Розроблений спеціально для застосування в хімічній обробці, що включає сірчану кислоту, змішані кислоти та кислотне очищення, сплав 20 залишається технічним стандартом для роботи з H₂SO₄ нижче 50 градусів. Використовуйте його, якщо у вашому процесі домінує-сульфатна кислота, а економіка надає перевагу супераустенітним-мідь-над сплавам на основі-нікелю.

Сплав 28(N08028, 00Cr27Ni31Mo3Cu) є чемпіоном фосфорної кислоти та кислих газів. Його 26–28% хрому та 3,5% молібдену забезпечують PREN ~36,5, пропонуючи значно кращу стійкість до точкової та щілинної корозії, ніж сплав 20. Сплав 28, спочатку розроблений для усунення несправностей теплообмінника фосфорної кислоти за мокрим-процесом, згодом став стандартом для виробництва кислих нафти та газу (H₂S/CO₂/Cl⁻), обслуговування морської води та системи FGD. Використовуйте його, коли загрозою є галогеніди-фосфорна кислота, кислий газ або будь-яке середовище, де високий PREN і стійкість до локальної корозії визначають термін служби обладнання.

Для інженерів із закупівель: порівняйте-основну загрозу корозії та максимальну робочу температуру з порівняльними таблицями вище. Для інженерів-технологів: підтвердьте, що вибраний сплав пройшов випробування на певну концентрацію кислоти, температуру та профіль домішок вашого технологічного потоку. Якщо ви сумніваєтеся, зверніться до таблиць даних сплаву та вказівок NACE/ASME BPVC щодо відповідних умов експлуатації.