Aloi 20 lwn Aloi 28: Memilih Superaustenit yang Tepat untuk Perkhidmatan Asid

Aloi 20dioptimumkan untuk perkhidmatan asid sulfurik (terutamanya<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.

Kedua-dua Aloi 20 (UNS N08020) dan Aloi 28 (UNS N08028) ialah keluli tahan karat superaustenit-nikel-besi-aloi kromium dengan penambahan kromium, molibdenum dan tembaga yang dipertingkatkan yang mengatasi gred austenit standard persekitaran dalam asid agresif. Perbezaan utama mereka terletak pada penekanan komposisi: Aloi 20 mengutamakan kuprum (3–4%) dan penstabilan niobium untuk rintangan asid sulfurik, manakala Aloi 28 memaksimumkan kromium (26–28%) dan molibdenum (3–4%) untuk rintangan pitting yang unggul dan perkhidmatan gas fosforik/masam.

Memahami Keluli Tahan Karat Superaustenit

Keluli tahan karat superaustenit menduduki peringkat di atas gred austenit standard (304, 316) dalam kedua-dua kandungan aloi dan rintangan kakisan. Ia ditakrifkan oleh nilai PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) melebihi 40, jauh lebih tinggi daripada 316 keluli tahan karat ~25. Kedua-dua Aloi 20 dan Aloi 28 tergolong dalam kelas ini, menawarkan ketahanan terhadap asid agresif, klorida, dan keretakan kakisan tegasan yang tidak dapat disediakan oleh keluli tahan karat konvensional.

Aloi 20: Pakar Asid Sulfurik

Aloi 20 (UNS N08020, juga dikenali sebagai Carpenter 20Cb-3, NS143, 0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb) telah dibangunkan pada tahun 1963 khusus untuk menahan kakisan asid sulfurik dalam pemprosesan kimia. Ciri penentunya ialah penambahan kuprum (3–4%) untuk rintangan asid sulfurik dan niobium (Nb Lebih besar daripada atau sama dengan 8×C) untuk rintangan pemekaan. Ia kekal sebagai bahan penanda aras untuk persekitaran asid sulfurik.

Aloi 28: Juara Asid Fosforik dan Gas Masam

Aloi 28 (UNS N08028, juga dikenali sebagai Sanicro 28, 1.4563, 00Cr27Ni31Mo3Cu) telah dibangunkan khusus untuk-penukar haba asid fosforik proses basah. Kandungan kromiumnya yang lebih tinggi (26–28%) dan molibdenum (3–4%) memberikan rintangan yang luar biasa terhadap asid fosforik, persekitaran gas masam (H₂S/CO₂/Cl⁻) dan media yang mengandungi halida-. Kandungan karbonnya dihadkan kepada Kurang daripada atau sama dengan 0.03% untuk rintangan kakisan antara butiran yang wujud.

Komposisi Kimia

Aloi 20 mengandungi kuprum yang lebih tinggi (3–4%) dan penstabilan niobium (Nb Lebih besar daripada atau sama dengan 8×C), dioptimumkan untuk asid sulfurik. Aloi 28 mengandungi kromium yang lebih tinggi (26–28% vs 19–21%) dan molibdenum (3.5% vs 2.5%), memberikan PREN yang lebih baik (~36 vs ~28) dan rintangan kakisan pitting/celah yang lebih baik.

Pengiraan PREN

PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N (nitrogen ~0.15% dalam kedua-dua gred):

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

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

• Kelebihan PREN aloi 28: ~8 mata lebih tinggi=rintangan kakisan dan kakisan celah yang jauh lebih baik.
• Ambang industri: PREN > 40 untuk perkhidmatan air laut; Aloi 28 mendekati ini dengan penarafan 36.5.
• Aloi 20 PREN 28.5 adalah jauh lebih baik daripada 316 (PREN ~25) tetapi jauh di bawah Aloi 28.

Mengapa Perbezaan Komposisi Penting

• Kuprum (Cu): Membentuk kompleks pelindung dengan asid sulfurik, memperlahankan kadar kakisan. Penting untuk perkhidmatan H₂SO₄.
• Niobium (Nb): Menghalang pemekaan kromium karbida semasa kimpalan dan perkhidmatan-suhu tinggi.
• Chromium (Cr): Pemacu utama kestabilan filem pasif; lebih tinggi=rintangan kakisan dan pengoksidaan am yang lebih baik.
• Molibdenum (Mo): Kritikal untuk rintangan pitting; dengan ketara meningkatkan rintangan klorida dan asid fosforik.

Sifat Fizikal dan Mekanikal

Kedua-dua aloi mempamerkan struktur mikro austenit sepenuhnya dengan{0}}kemuluran suhu bilik yang sangat baik. Aloi 20 mempunyai kekuatan tegangan lebih tinggi sedikit ( Lebih besar daripada atau sama dengan 550 MPa lwn 500 MPa) disebabkan pengukuhan niobium, manakala Aloi 28 menawarkan keliatan kriogenik yang unggul dan kebolehkerjaan panas. Kedua-duanya tidak sesuai untuk penggunaan berterusan melebihi 450 darjah tanpa penilaian yang teliti.

Dingin-Keadaan Berfungsi

• Aloi 28 sejuk-berfungsi: Kekuatan tegangan sehingga 896 MPa, kekuatan hasil sehingga 758 MPa, pemanjangan dikurangkan kepada ~15%.
• Aloi 20: Juga bertindak balas terhadap kerja sejuk; kekuatan meningkat dengan ketara dengan ubah bentuk sederhana.
• Nota aplikasi: Untuk paip-tekanan tinggi yang memerlukan kekuatan tinggi, Aloi 28 atau Aloi 20 yang sejuk{1}}boleh ditetapkan.

Had Suhu Ditinggikan

Rintangan Kakisan

Aloi 20 ialah pilihan pilihan untuk persekitaran asid sulfurik, terutamanya H₂SO₄ pekat pada suhu sederhana. Aloi 28 lebih unggul dalam asid fosforik, gas masam (H₂S/CO₂/Cl⁻) dan persekitaran yang kaya dengan-klorida. Kedua-duanya tidak disyorkan untuk perkhidmatan asid hidroklorik (HCl).

Asid Sulfurik (H₂SO₄)

• Mekanisme: Kuprum dalam Aloi 20 membentuk filem pasif jenis Cu₂S-yang menentang serangan asid sulfurik dengan lebih berkesan daripada filem kromium-molibdenum sahaja.
• Had suhu: Kedua-dua aloi biasanya terhad kepada<50–60°C in sulfuric acid. Above this, expensive nickel alloys (Alloy 625, Alloy 825) are required.
• Aloi 20 Kelebihan Utama: Penambahan kuprum (3–4%) secara khusus meningkatkan daya tahan terhadap mengurangkan keadaan asid seperti asid sulfurik.

Asid Fosforik (H₃PO₄)

• Aloi 28 dibangunkan khusus untuk-proses pengeluaran asid fosforik basah, di mana kekotoran fluorida dan klorida menyebabkan keluli tahan karat konvensional gagal dengan cepat.
• Penyelidikan (Springer, 2024): Aloi 28 dalam 52% P₂O₅ asid fosforik dengan agen pengoksida menunjukkan kadar kakisan negatif (pertambahan berat badan daripada pembentukan filem pasif), mengesahkan pasif yang sangat baik.
• Kandungan Mo (3.5%): Kritikal untuk menentang asid fosforik dengan kekotoran F⁻/Cl⁻ yang menyerang filem pasif secara agresif.

Persekitaran Gas Masam dan Medan Minyak (H₂S/CO₂/Cl⁻)

Aloi 28 jauh lebih unggul untuk perkhidmatan gas masam kerana kandungan Cr dan Mo yang lebih tinggi yang menyediakan PREN ~36.5 vs Aloi 20's ~28.5. Dalam persekitaran H₂S/CO₂/Cl⁻, Aloi 28 ialah pilihan standard untuk OCTG (barangan tiub negara minyak) dan penukar haba.

• Aplikasi aloi 28: Tiub pengeluaran (OCTG) dan penukar haba dalam medan minyak dan gas masam dengan kandungan H₂S/CO₂/Cl⁻ yang tinggi.
• Mekanisme aloi 28: Cr Tinggi membentuk filem Cr₂O₃ pasif yang stabil; Mo tinggi membentuk lapisan pelindung MoO₂ yang tahan terhadap serangan klorida di bawah H₂S.
• NACE MR0175/ISO 15156: Kedua-dua aloi mungkin disenaraikan untuk perkhidmatan masam, tetapi penerimaan Alloy 28 yang lebih meluas berpunca daripada PREN yang unggul.

Hakisan Lubang dan Celah

Apa yang Tidak Dikendalikan oleh Aloi

• Asid Hidroklorik (HCl): Aloi 20 atau Aloi 28 tidak disyorkan untuk perkhidmatan HCl. Gunakan Aloi B (N10001) atau Aloi 400.
• High-Temperature (>450 darjah ) Persekitaran Pengoksidaan: Kedua-dua aloi kehilangan rintangan kakisan; pertimbangkan Aloi 625 atau Aloi 800H.
• Aqua Regia (HNO₃ + HCl): Kedua-dua gred tidak memberikan rintangan yang mencukupi.

Kebolehkimpalan dan Fabrikasi

Kedua-dua aloi mudah dikimpal menggunakan proses keluli tahan karat austenit standard. Aloi 20 memerlukan niobium-pengisi stabil (ERNiCrMo-3) untuk perkhidmatan suhu tinggi yang optimum, manakala Alloy 28 menggunakan pengisi ERNiCrMo-3 atau ER316L. Kedua-duanya tidak memerlukan pemanasan awal.

Spesifikasi Kimpalan Aloi 20

• Elektrod AWS A5.14 ERNiCrMo-3 atau AWS A5.11 ENiCrMo-3 disyorkan.
• Niobium dalam pengisi menstabilkan logam kimpalan terhadap pemekaan.
• Penyepuhlindapan penyelesaian selepas kimpalan: 900–1150 darjah selama 1–2 jam, udara cepat atau pelindapkejutan air.
• Komposisi logam kimpal sepadan dengan logam induk apabila menggunakan pengisi yang betul.

Spesifikasi Kimpalan Aloi 28

• ERNiCrMo-3: Diutamakan untuk-kimpalan perkhidmatan kakisan tinggi (persekitaran H₂S/Cl⁻).
• ER316L: Boleh diterima untuk perkhidmatan asid standard; menyediakan rintangan kakisan yang sepadan.
• Penyepuhlindapan penyelesaian: 1100 darjah adalah optimum untuk kedua-dua sifat mekanikal dan rintangan kakisan (penyelidikan-disahkan).
• Karbon ultra-rendah ( Kurang daripada atau sama dengan 0.03%) bermakna tiada risiko pemekaan walaupun dalam-zon terjejas haba (HAZ).

Kos dan Ketersediaan Pasaran

Aloi 28 biasanya 10–25% lebih mahal daripada Aloi 20 kerana kandungan kromium dan molibdenum yang lebih tinggi. Walau bagaimanapun, dalam aplikasi asid fosforik dan gas masam, rintangan kakisan unggul Alloy 28 memberikan jumlah kos kitaran hayat yang lebih rendah melalui hayat peralatan yang dilanjutkan dan penyelenggaraan yang dikurangkan.

Apabila Kos Aloi 28 yang Lebih Tinggi Diwajarkan

• Asid fosforik dengan kekotoran fluorida/klorida: Aloi 20 akan mengalami serangan dipercepatkan; Aloi 28 tahan lebih lama.
• Gas masam dengan H₂S/CO₂/Cl⁻ tinggi: OCTG dan kegagalan kepala telaga dengan Aloi 20 akan jauh melebihi penjimatan kos bahan.
• Perkhidmatan air laut: Alloy 20's PREN ~28.5 tidak mencukupi; Aloi 28 (PREN ~36.5) menyediakan perkhidmatan yang boleh dipercayai.

Ringkasan Perbandingan Rujukan Pantas

Kesimpulan

Keputusan Alloy 20 vs Alloy 28 pada asasnya didorong oleh medium menghakis yang dominan dalam aplikasi. Kedua-duanya adalah keluli tahan karat superaustenit dengan rintangan kakisan yang sangat baik, tetapi penekanan komposisi yang berbeza menjadikan setiap satu optimum untuk persekitaran perkhidmatan yang berbeza:

Aloi 20(N08020, 0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb) ialah pakar asid sulfurik. Penambahan kuprum 3–4% menghasilkan rintangan filem pasif yang unik terhadap H₂SO₄ yang tidak dapat dipadankan oleh Alloy 28. Dibangunkan khusus untuk aplikasi pemprosesan kimia yang melibatkan asid sulfurik, asid campuran dan pembersihan asid, Alloy 20 kekal sebagai standard kejuruteraan untuk perkhidmatan H₂SO₄ di bawah 50 darjah . Gunakannya apabila proses anda adalah asid sulfurik-dominan dan ekonomi lebih mengutamakan kuprum-yang mengandungi superaustenit daripada aloi berasaskan nikel-.

Aloi 28(N08028, 00Cr27Ni31Mo3Cu) ialah juara asid fosforik dan gas masam. Kromium 26–28% dan 3.5% molibdenumnya menyediakan PREN ~36.5, menawarkan rintangan kakisan pitting dan celah yang lebih baik secara dramatik berbanding Aloi 20. Pada asalnya dibangunkan untuk menyelesaikan-kegagalan penukar haba asid fosfat basah, Alloy 28 sejak itu telah menjadi piawaian untuk pengeluaran minyak dan gas masam/H₻⁻₻/SCO₻ perkhidmatan, dan sistem FGD. Gunakannya apabila ancaman adalah halida-asid fosforik yang tercemar, gas masam atau mana-mana persekitaran yang PREN tinggi dan rintangan kakisan setempat menentukan hayat peralatan.

Untuk jurutera perolehan: -rujuk silang ancaman kakisan utama dan suhu operasi maksimum terhadap jadual perbandingan di atas. Untuk jurutera proses: sahkan bahawa aloi yang dipilih telah diuji dalam kepekatan asid tertentu, suhu dan profil kekotoran aliran proses anda. Apabila ragu-ragu, rujuk lembaran data aloi dan garis panduan NACE/ASME BPVC untuk syarat perkhidmatan yang berkaitan.