Slitina 20 vs. Slitina 28: Výběr správného superaustenitického materiálu pro službu kyselin - Znalosti

Slitina 20je optimalizován pro použití s kyselinou sírovou (zejména<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.

Alloy 20 vs Alloy 28

Jak Alloy 20 (UNS N08020), tak Alloy 28 (UNS N08028) jsou superaustenitické nerezové oceli-nikl{5}}železo-chromové slitiny se zvýšeným obsahem chrómu, molybdenu a mědi, které v agresivním kyselém prostředí překonávají standardní austenitické třídy. Jejich klíčový rozdíl spočívá v důrazu na složení: Alloy 20 upřednostňuje měď (3–4 %) a stabilizaci niobu pro odolnost vůči kyselině sírové, zatímco Alloy 28 maximalizuje chrom (26–28 %) a molybden (3–4 %) pro vynikající odolnost proti důlkové korozi a služby fosforu/kyselých plynů.

Superaustenitické nerezové oceli zaujímají úroveň nad standardními austenitickými třídami (304, 316) jak v obsahu slitiny, tak v odolnosti proti korozi. Jsou definovány hodnotami PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) přesahujícími 40, což je výrazně vyšší hodnota než u nerezové oceli 316 ~25. Jak slitina Alloy 20, tak Alloy 28 patří do této třídy a nabízí odolnost vůči agresivním kyselinám, chloridům a koroznímu praskání, které běžné nerezové oceli nemohou poskytnout.

Alloy 20: Specialist na kyselinu sírovou

Slitina 20 (UNS N08020, také známá jako Carpenter 20Cb-3, NS143, 0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb) byla vyvinuta v roce 1963 speciálně pro odolnost proti korozi kyselinou sírovou při chemickém zpracování. Jeho definujícími znaky jsou přídavek mědi (3–4 %) pro odolnost vůči kyselině sírové a niobu (Nb Větší nebo rovno 8×C) pro odolnost vůči senzibilizaci. Zůstává referenčním materiálem pro prostředí s kyselinou sírovou.

Alloy 28: Fosphoric Acid and Sour Gas Champion

Alloy 28 (UNS N08028, také známá jako Sanicro 28, 1.4563, 00Cr27Ni31Mo3Cu) byla vyvinuta speciálně pro mokrý-procesní výměníky tepla s kyselinou fosforečnou. Jeho vyšší obsah chrómu (26–28 %) a molybdenu (3–4 %) poskytuje výjimečnou odolnost vůči kyselině fosforečné, prostředí s kyselými plyny (H₂S/CO₂/Cl⁻) a médiím obsahujícím-halogenidy. Jeho obsah uhlíku je omezen na méně než nebo rovný 0,03 % pro vlastní odolnost vůči mezikrystalové korozi.

Alloy 20 obsahuje vyšší stabilizaci mědi (3–4 %) a niobu (Nb větší nebo rovno 8×C), optimalizované pro kyselinu sírovou. Alloy 28 obsahuje vyšší chrom (26–28 % vs. 19–21 %) a molybden (3,5 % vs. 2,5 %), poskytuje vynikající PREN (~36 vs ~28) a lepší odolnost proti důlkové/štěrbinové korozi.

Živel	Slitina 20 (N08020)	Slitina 28 (N08028)	Klíčový rozdíl
uhlík (C)	Menší nebo rovno 0,07 %	Menší nebo rovno 0,03 %	Alloy 28: ultra-nízkouhlíkové
Chrom (Cr)	19.0–21.0%	26.0–28.0%	Slitina 28: o 7 % vyšší Cr
nikl (Ni)	32.0–38.0%	30.0–34.0%	Slitina 20: o 2–4 % vyšší Ni
molybden (Mo)	2.0–3.0%	3.0–4.0%	Slitina 28: ~40 % vyšší Mo
měď (Cu)	3.0–4.0%	0.6–1.4%	Slitina 20: 3× více mědi
niob (Nb)	Větší nebo rovno 0,8×C (~1,0 %)	-	Slitina 20: Nb stabilizovaný
mangan (Mn)	Menší nebo rovno 2,0 %	Menší nebo rovno 2,5 %	Podobný
křemík (Si)	Menší nebo rovno 1,0 %	Menší nebo rovno 1,0 %	Podobný
železo (Fe)	Váhy	Váhy	Podobný

Výpočet PREN

PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N (dusík ~0,15 % v obou stupních):

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

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

Výhoda slitiny 28 PREN: ~8 bodů vyšší=výrazně lepší odolnost proti důlkové a štěrbinové korozi.
Průmyslová prahová hodnota: PREN > 40 pro služby s mořskou vodou; Alloy 28 se tomu blíží se svým hodnocením 36,5.
Slitina 20 PREN 28,5 je podstatně lepší než 316 (PREN ~25), ale výrazně pod slitinou 28.

Proč na rozdílech ve složení záleží

Měď (Cu): Tvoří ochranné komplexy s kyselinou sírovou, zpomaluje rychlost koroze. Nezbytné pro službu H₂SO₄.
Niob (Nb): Zabraňuje senzibilizaci karbidu chrómu během svařování a při vysokých{0}}teplotách.
Chrom (Cr): Primární hnací síla pasivní stability filmu; vyšší=lepší obecná odolnost proti korozi a oxidaci.
Molybden (Mo): kritický pro odolnost proti důlkové korozi; výrazně zlepšuje odolnost vůči chloridům a kyselině fosforečné.

Obě slitiny vykazují plně austenitické mikrostruktury s vynikající tažností za pokojové-teploty. Slitina 20 má mírně vyšší pevnost v tahu (Větší nebo rovna 550 MPa vs 500 MPa) díky zpevnění niobem, zatímco slitina 28 nabízí vynikající kryogenní houževnatost a zpracovatelnost za tepla. Ani jeden není vhodný pro trvalé používání nad 450 stupňů bez pečlivého vyhodnocení.

Vlastnictví	Slitina 20 (žíhaná)	Slitina 28 (žíhaná)	Rozdíl
Hustota	8,08 g/cm³	8,0 g/cm³	Téměř totožné
Bod tání	1370-1400 stupňů	1311-1366 stupňů	Slitina 28: o něco nižší
Maximální pevnost v tahu	Větší nebo rovno 550 MPa	Větší nebo rovno 500 MPa	Slitina 20: ~10% vyšší
Mez kluzu (0,2 %)	Větší nebo rovno 240 MPa	Větší nebo rovno 214 MPa	Slitina 20: ~12 % vyšší
Prodloužení při přestávce	Větší nebo rovno 30 %	Větší nebo rovno 40 %	Slitina 28: lepší tažnost
Tvrdost (žíhaná)	135–220 HB / 28–32 HRC	80–90 HRB / ~33 HRC	Podobný
Elastický modul	~200 GPa	~200 GPa	Identické
Tepelná vodivost	13.5 W/m·K	~13–14 W/m·K	Podobný

Studený-stav

Slitina 28 opracovaná za studena-: Pevnost v tahu až 896 MPa, mez kluzu až 758 MPa, tažnost snížena na ~15 %.
Slitina 20: Také reaguje na zpracování za studena; pevnost se výrazně zvyšuje se střední deformací.
Poznámka k aplikaci: Pro vysokotlaké-potrubí vyžadující vysokou pevnost může být specifikována slitina 28 nebo Alloy 20 opracovaná za studena.

Omezení zvýšené teploty

Stav	Slitina 20	Slitina 28
Max. nepřetržitý servis Temp	~425 stupňů (s podmínkami)	~400-450 stupňů
Servisní limit kyseliny sírové	<50°C for concentrated; <25°C for dilute	Vynikající při středních teplotách
Služba kyseliny fosforečné	Dobré do 60-80 stupňů	Vynikající do 80-100 stupňů
Riziko srážek	NbC při 650 stupních (zóna senzibilizace)	Žádné výrazné srážky (<0.03% C)

Slitina 20 je preferovanou volbou pro prostředí s kyselinou sírovou, zejména koncentrovanou H2SO4 při mírných teplotách. Slitina 28 je lepší v prostředí s kyselinou fosforečnou, kyselými plyny (H2S/CO₂/Cl⁻) a -chloridy. Ani jedno se nedoporučuje pro použití s kyselinou chlorovodíkovou (HCl).

Alloy 20 Corrosion Resistance

Kyselina sírová (H2SO4)

Koncentrace H2SO4	Slitina 20	Slitina 28	Doporučeno
<10% (dilute), <50°C	Vynikající	Vynikající	Buď
10–60%, <50°C	Velmi dobré	Dobrý	Slitina 20
60–85 % (konc.),<50°C	Vynikající	Dobrý	Slitina 20
>85 %, zvýšená tepl.	Dobré (omezeno teplotou)	Dobrý	Slitina 20
Směsná kyselina (H2SO4+HNO3)	Velmi dobré	Dobrý	Slitina 20
H2SO4 s Cl-	Mírný	Dobrý	Slitina 28

Mechanismus: Měď ve slitině 20 tvoří ochranné pasivní filmy typu Cu₂S-, které odolávají působení kyseliny sírové účinněji než samotné chrom-molybdenové filmy.
Teplotní limit: Obě slitiny jsou obecně omezeny na<50–60°C in sulfuric acid. Above this, expensive nickel alloys (Alloy 625, Alloy 825) are required.
Klíčová výhoda slitiny 20: Přídavek mědi (3–4 %) specificky zlepšuje odolnost vůči redukčním kyselým podmínkám, jako je kyselina sírová.

Kyselina fosforečná (H₃PO₄)

Podmínka H₃PO₄	Slitina 20	Slitina 28	Doporučeno
Mokrý-proces (s nečistotami F⁻/Cl⁻), RT	Velmi dobré	Vynikající	Slitina 28
Tepelná koncentrace (52 % P₂O₅), zvýšená	Dobrý	Vynikající	Slitina 28
Čistý H₃PO₄,<80°C	Dobrý	Velmi dobré	Buď
H3PO₄ + halogenidové nečistoty	Mírný	Vynikající	Slitina 28

Alloy 28 byla speciálně vyvinuta pro mokrý-proces výroby kyseliny fosforečné, kde nečistoty z fluoridů a chloridů způsobují, že běžné nerezové oceli rychle selhávají.
Výzkum (Springer, 2024): Slitina 28 v 52% kyselině fosforečné P₂O₅ s oxidačními činidly vykazovala negativní rychlost koroze (přírůstek hmotnosti z vytváření pasivního filmu), což potvrzuje vynikající pasivitu.
Obsah Mo (3,5 %): Rozhodující pro odolnost vůči kyselině fosforečné s nečistotami F⁻/Cl⁻, které agresivně napadají pasivní filmy.

Prostředí kyselých plynových a ropných polí (H₂S/CO₂/Cl⁻)

Slitina 28 je výrazně lepší pro provoz na kyselé plyny díky vyššímu obsahu Cr a Mo poskytující PREN ~36,5 oproti slitině Alloy 20 ~28,5. V prostředí H₂S/CO₂/Cl⁻ je Alloy 28 standardní volbou pro OCTG (trubkové zboží pro ropné země) a výměníky tepla.

Prostředí	Slitina 20	Slitina 28	Poznámky
Pouze H₂S (<100 ppm), <150°C	Dobrý	Velmi dobré	Přednostně slitina 28
H2S + CO2 + Cl-	Mírný	Vynikající	Alloy 28 jasně lepší
High Cl⁻ (>1000 ppm)	Omezené (PREN~28,5)	Dobré (PREN~36,5)	Je vyžadována slitina 28
Servis mořské vody	Nedoporučuje se	Vhodné (PREN 36.5)	Slitina 28
Sulfidické praskání napětím	Dobrý	Vynikající	Slitina 28

Použití slitiny 28: Výrobní potrubí (OCTG) a výměníky tepla v kyselých ropných a plynových polích s vysokým obsahem H₂S/CO₂/Cl⁻.
Mechanismus Alloy 28: High Cr tvoří stabilní pasivní Cr₂O₃ film; vysoký Mo vytváří ochrannou vrstvu MoO₂ odolnou vůči napadení chloridy pod H2S.
NACE MR0175/ISO 15156: Obě slitiny mohou být uvedeny pro kyselý provoz, ale širší akceptace slitiny Alloy 28 pramení z vynikající PREN.

Důlková a štěrbinová koroze

Stav	Slitina 20	Slitina 28	Vítěz
Hodnota PREN	~28.5	~36.5	Slitina 28 (+28 %)
Critical Pitting Temp (CPT) v 3,5% NaCl	~20 stupňů	~40-45 stupňů	Alloy 28 výrazně lepší
Odolnost proti štěrbinové korozi	Mírný	Velmi dobré	Slitina 28
Praskání v důsledku koroze (Cl⁻)	Dobrý	Vynikající	Slitina 28

Co ani jedna slitina dobře nezvládá

Kyselina chlorovodíková (HCl): Ani Alloy 20 ani Alloy 28 se nedoporučuje pro použití s HCl. Použijte slitinu B (N10001) nebo slitinu 400.
High-Temperature (>450 stupňů) Oxidační prostředí: Obě slitiny ztrácejí odolnost proti korozi; zvažte slitinu Alloy 625 nebo Alloy 800H.
Aqua Regia (HNO₃ + HCl): Ani jeden druh neposkytuje dostatečnou odolnost.

Obě slitiny jsou snadno svařitelné pomocí standardních procesů austenitické nerezové oceli. Alloy 20 vyžaduje niobem -stabilizované plnivo (ERNiCrMo-3) pro optimální provoz při vysokých teplotách, zatímco Alloy 28 používá ERNiCrMo-3 nebo ER316L plnivo. Ani jedno nevyžaduje předehřívání.

Parametr	Slitina 20	Slitina 28
Svařitelnost	Vynikající	Vynikající
Předehřívání	Není vyžadováno	Není vyžadováno
Interpass Teplota	<175°C (350°F)	<175°C (350°F)
Tepelné zpracování po svařování (PWHT)-	Není vyžadováno (stabilizováno)	Není vyžadováno (ultra-nízká C)
Doporučený přídavný kov	ERNiCrMo-3 (plnivo Alloy 625)	ERNiCrMo-3 nebo ER316L
Ochranný plyn	Ar + 2–3 % CO₂	Ar + 2–3 % CO₂
Obrobitelnost	Fair (podobně jako 316)	Fair (trochu těžší kvůli Mo)
Tvářetelnost za studena	Vynikající	Vynikající
Zpracovatelnost za tepla	Dobrý (970–1065 stupňů)	Dobrý (950–1100 stupňů)

Specifikace svařování slitiny Alloy 20

Doporučují se elektrody AWS A5.14 ERNiCrMo-3 nebo AWS A5.11 ENiCrMo-3.
Niob v plnivu stabilizuje svarový kov proti senzibilizaci.
Rozpouštěcí žíhání po svařování: 900–1150 stupňů po dobu 1–2 hodin, rychlé ochlazení vzduchem nebo vodou.
Složení svarového kovu odpovídá základnímu kovu při použití správného plniva.

Specifikace svařování slitiny 28

ERNiCrMo-3: Preferováno pro sváry s vysokou-korozí (prostředí H₂S/Cl⁻).
ER316L: Přijatelné pro standardní servis s kyselinou; poskytuje odpovídající odolnost proti korozi.
Rozpouštěcí žíhání: 1100 stupňů je optimální jak pro mechanické vlastnosti, tak pro odolnost proti korozi (výzkum-potvrzeno).
Ultra-nízkouhlíkový (méně než nebo rovný 0,03 %) znamená žádné riziko senzibilizace ani v tepelně-zatížené zóně (HAZ).

Alloy 28 je obecně o 10–25 % dražší než Alloy 20 kvůli vyššímu obsahu chromu a molybdenu. V aplikacích s kyselinou fosforečnou a kyselými plyny však vynikající odolnost proti korozi Alloy 28 přináší nižší celkové náklady na životní cyklus díky prodloužené životnosti zařízení a snížené údržbě.

Nákladový faktor	Slitina 20	Slitina 28	Poznámky
Náklady na suroviny	Reference (1,0×)	1.1–1.25×	Vyšší Cr/Mo ve slitině 28
Ni Content Impact	32–38 % Ni	30–34 % Ni	Ni cena je primární nákladový faktor
Cu Content Impact	3–4 % Cu (dražší)	0,6–1,4 % Cu	Cu částečně kompenzuje náklady Cr/Mo
Dostupnost (deska/list)	Dobrý	Dobrý	Oba hojně zásobené
Dostupnost (trubkové)	Dobrý	Dobrý	Shoda s ASTM B729/B668
Dodací lhůta (vlastní formuláře)	4–8 týdnů	6–10 týdnů	Alloy 28 může trvat déle
Náklady na výplň svarů	ERNiCrMo-3	ERNiCrMo-3 nebo ER316L	Slitina 20: Nutná výplň Nb
Náklady na životní cyklus (cílová aplikace)	Snižte, pokud služba H₂SO₄	Snižte při provozu H3PO₄/H2S	Přizpůsobte aplikaci

Když jsou vyšší náklady na slitinu 28 oprávněné

Kyselina fosforečná s fluoridovými/chloridovými nečistotami: Slitina 20 bude vystavena zrychlenému napadení; Alloy 28 vydrží podstatně déle.
Kyselý plyn s vysokým obsahem H₂S/CO₂/Cl⁻: OCTG a poruchy ústí vrtu se slitinou 20 by daleko přesáhly úspory nákladů na materiál.
Servis mořské vody: Alloy 20's PREN ~28,5 je nedostačující; Alloy 28 (PREN ~36,5) poskytuje spolehlivou službu.

Kritérium	Slitina 20 (N08020)	Slitina 28 (N08028)	Vítěz
Kyselina sírová (<50°C, concentrated)	Vynikající	Dobrý	Slitina 20
Kyselina sírová (zředěná, s Cl⁻)	Mírný	Dobrý	Slitina 28
Kyselina fosforečná (čistá)	Dobrý	Velmi dobré	Slitina 28
Kyselina fosforečná (kontaminovaná F⁻/Cl⁻)	Mírný	Vynikající	Slitina 28
Kyselý plyn (H₂S/CO₂/Cl⁻)	Dobrý	Vynikající	Slitina 28
Mořská voda / Vysoký Cl⁻	Nevhodné	Dobrý	Slitina 28
Směsná kyselina (H2SO4+HNO3)	Velmi dobré	Dobrý	Slitina 20
Odolnost proti důlkové korozi (PREN)	~28.5	~36.5	Slitina 28 (+28 %)
Odolnost proti senzibilizaci (svařování)	Vynikající (Nb stabilizovaný)	Vynikající (ultra-nízké C)	rovná se
Mechanická pevnost (UTS)	Větší nebo rovno 550 MPa	Větší nebo rovno 500 MPa	Slitina 20
Tažnost (prodloužení)	Větší nebo rovno 30 %	Větší nebo rovno 40 %	Slitina 28
Svařitelnost	Vynikající	Vynikající	rovná se
Obrobitelnost	Veletrh	Veletrh	rovná se
Náklady	Nižší (referenční)	Vyšší (10–25 %)	Slitina 20
Specifický původ kyseliny fosforečné	Není k tomu vyvinutý	Vyvinuto pro toto	Slitina 28
Specifický původ kyseliny sírové	Vyvinuto pro toto	Není k tomu vyvinutý	Slitina 20

Rozhodnutí Alloy 20 vs Alloy 28 je zásadně řízeno dominantním korozivním médiem v aplikaci. Obě jsou superaustenitické nerezové oceli s vynikající odolností proti korozi, ale jejich odlišný důraz na složení činí každou z nich optimální pro různá provozní prostředí:

Slitina 20(N08020, 0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb) je specialista na kyselinu sírovou. Jeho přídavek 3–4 % mědi vytváří jedinečnou odolnost pasivního filmu proti H₂SO₄, které Alloy 28 nemůže odpovídat. Alloy 20, vyvinutá speciálně pro chemické zpracovatelské aplikace zahrnující kyselinu sírovou, směsné kyseliny a čištění kyselin, zůstává technickým standardem pro použití H2SO4 pod 50 stupňů. Použijte jej, když ve vašem procesu dominuje-kyselina sírová a ekonomická stránka upřednostňuje superaustenitické měděné-ložisko před slitinami na bázi niklu-.

Slitina 28(N08028, 00Cr27Ni31Mo3Cu) je šampionem kyseliny fosforečné a kyselých plynů. Jeho 26–28 % chrómu a 3,5 % molybdenu poskytuje PREN ~36,5 a nabízí výrazně lepší odolnost proti důlkové a štěrbinové korozi než Alloy 20. Slitina 28, původně vyvinutá pro řešení poruch výměníku tepla s kyselinou fosforečnou mokrým procesem, se od té doby stala standardem pro výrobu kyselých olejů a plynů/vody,₂S/Cl₂ FGD systémy. Použijte jej, když je hrozbou kyselina fosforečná kontaminovaná halogenidy, kyselý plyn nebo jakékoli prostředí, kde vysoká PREN a odolnost vůči lokální korozi určují životnost zařízení.

Pro inženýry nákupu: porovnejte-hlavní hrozbu koroze a maximální provozní teplotu s výše uvedenými srovnávacími tabulkami. Pro procesní inženýry: Potvrďte, že vybraná slitina byla testována při specifické koncentraci kyseliny, teplotě a profilu nečistot ve vašem procesním proudu. V případě pochybností si prostudujte příslušné provozní podmínky v technických listech slitin a směrnicích NACE/ASME BPVC.