Sulam 20 vs sulam 28: õige superausteniidi valimine happe kasutamiseks

sulam 20on optimeeritud väävelhappe teenindamiseks (eriti<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.

Nii sulam 20 (UNS N08020) kui ka sulam 28 (UNS N08028) on superausteniitsetest roostevabast terasest -nikkel-raud-kroomisulamid, millele on lisatud täiustatud kroomi, molübdeeni ja vaske, mis ületab standardsete austeniitsete hapete kvaliteedi. Nende peamine erinevus seisneb koostise rõhuasetuses: sulam 20 eelistab väävelhappekindluse tagamiseks vase (3–4%) ja nioobiumi stabiliseerimist, samas kui sulam 28 maksimeerib kroomi (26–28%) ja molübdeeni (3–4%), et tagada suurepärane punktkoristuskindlus ja fosfori/hapugaasi teenus.

Superausteniitsete roostevabade teraste mõistmine

Superausteniitsed roostevabad terased on nii sulamisisalduse kui ka korrosioonikindluse poolest kõrgemad kui standardsed austeniitklassid (304, 316). Need on määratletud PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) väärtustega, mis ületavad 40, mis on oluliselt kõrgem kui 316 roostevaba terase väärtus ~25. Nii sulam 20 kui ka sulam 28 kuuluvad sellesse klassi, pakkudes vastupidavust agressiivsetele hapetele, kloriididele ja pingekorrosioonipragudele, mida tavalised roostevabad terased ei suuda pakkuda.

Sulam 20: väävelhappe spetsialist

Sulam 20 (UNS N08020, tuntud ka kui Carpenter 20Cb-3, NS143, 0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb) töötati välja 1963. aastal spetsiaalselt keemilise töötlemise käigus tekkiva väävelhappe korrosiooni vastu võitlemiseks. Selle iseloomulikud tunnused on vase (3–4%) lisamine väävelhappekindluse tagamiseks ja nioobiumi (Nb suurem kui 8 × C) lisamine sensibiliseerimiskindluse tagamiseks. See jääb väävelhappekeskkondade etalonmaterjaliks.

Sulam 28: fosforhappe ja hapugaasi meister

Sulam 28 (UNS N08028, tuntud ka kui Sanicro 28, 1.4563, 00Cr27Ni31Mo3Cu) töötati välja spetsiaalselt märg{8}protsessi fosforhappesoojusvahetite jaoks. Selle kõrgem kroomi (26–28%) ja molübdeeni (3–4%) sisaldus tagab erakordse vastupidavuse fosforhappe, hapugaasi keskkonna (H₂S/CO₂/Cl⁻) ja halogeniide{14}}sisaldava keskkonna suhtes. Teradevahelise korrosioonikindluse tõttu on selle süsinikusisaldus piiratud 0,03% või vähemaga.

Keemiline koostis

Sulam 20 sisaldab kõrgemat vase (3–4%) ja nioobiumi stabiliseerimist (Nb suurem või võrdne 8 × C), optimeeritud väävelhappe jaoks. Sulam 28 sisaldab rohkem kroomi (26–28% vs 19–21%) ja molübdeeni (3,5% vs 2,5%), pakkudes paremat PREN-i (~36 vs ~28) ja paremat punkt-/pragukorrosioonikindlust.

PREN Arvutamine

PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N (lämmastik ~0,15% mõlemas klassis):

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

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

• Alloy 28 PREN eelis: ~8 punkti kõrgem=oluliselt parem punkt- ja pragukorrosioonikindlus.
• Tööstuslävi: PREN > 40 mereveeteenuse puhul; Alloy 28 läheneb sellele oma 36,5 reitinguga.
• Alloy 20 PREN 28.5 on oluliselt parem kui 316 (PREN ~25), kuid tunduvalt madalam kui sulam 28.

Miks on koostise erinevused olulised?

• Vask (Cu): Moodustab väävelhappega kaitsvaid komplekse, aeglustades korrosioonikiirust. H₂SO₄ teenuse jaoks hädavajalik.
• Nioobium (Nb): hoiab ära kroomkarbiidi sensibiliseerimise keevitamise ja kõrgel{0}}temperatuuril töötamise ajal.
• Kroom (Cr): passiivse kile stabiilsuse peamine tegur; kõrgem=parem üldine korrosiooni- ja oksüdatsioonikindlus.
• Molübdeen (Mo): kriitiline augukindluse jaoks; parandab oluliselt kloriidi- ja fosforhappekindlust.

Füüsikalised ja mehaanilised omadused

Mõlemal sulamil on täielikult austeniitsed mikrostruktuurid ja suurepärane elastsus toatemperatuuril{0}}. Sulamil 20 on nioobiumiga tugevdamise tõttu veidi suurem tõmbetugevus (suurem või võrdne 550 MPa vs 500 MPa), samas kui sulam 28 pakub suurepärast krüogeenset sitkust ja kuumtöödeldavust. Kumbki ei sobi püsivaks kasutamiseks üle 450 kraadi ilma hoolika hindamiseta.

Külm-Töötav seisukord

• Sulam 28 külm{1}}töödeldud: tõmbetugevus kuni 896 MPa, voolavuspiir kuni 758 MPa, venivus vähendatud ~15%-ni.
• Sulam 20: reageerib ka külmtöötlemisele; tugevus suureneb märkimisväärselt mõõduka deformatsiooni korral.
• Rakenduse märkus: kõrget tugevust nõudvate{0}}kõrgsurvetorustike jaoks võidakse määrata külmtöödeldud sulam 28 või sulam 20.

Kõrgendatud temperatuuri piirangud

Korrosioonikindlus

Sulam 20 on eelistatud valik väävelhappekeskkonnas, eriti kontsentreeritud H2SO4 mõõdukal temperatuuril. Sulam 28 on parem fosforhappe, hapugaasi (H2S/CO₂/Cl⁻) ja kloriidi{3}rikkas keskkonnas. Kumbagi ei soovitata kasutada vesinikkloriidhappe (HCl) teenindamiseks.

Väävelhape (H₂SO4)

• Mehhanism: sulamis 20 olev vask moodustab kaitsvad Cu₂S--tüüpi passiivsed kiled, mis peavad väävelhappe rünnakule vastu tõhusamalt kui kroom-molübdeenkiled üksi.
• Temperatuuripiirang: Mõlemad sulamid on üldiselt piiratud<50–60°C in sulfuric acid. Above this, expensive nickel alloys (Alloy 625, Alloy 825) are required.
• Alloy 20 peamine eelis: vase lisamine (3–4%) parandab konkreetselt vastupidavust redutseerivatele happelistele tingimustele, nagu väävelhape.

Fosforhape (H3PO4)

• Sulam 28 töötati välja spetsiaalselt fosforhappe märg{1}}tootmiseks, kus fluoriidi ja kloriidi lisandid muudavad tavapärase roostevaba terase kiiresti rikki.
• Uuring (Springer, 2024): sulam 28 52% P2O5 fosforhappes koos oksüdeerivate ainetega näitas negatiivset korrosioonimäära (kaalutõus passiivse kile moodustumise tõttu), mis kinnitab suurepärast passiivsust.
• Mo-sisaldus (3,5%): kriitiline vastupanuvõimele fosforhappele koos F⁻/Cl⁻ lisanditega, mis ründavad agressiivselt passiivseid kilesid.

Hapugaasi ja naftaväljade keskkonnad (H₂S/CO₂/Cl⁻)

Sulam 28 on hapugaasi teenindamisel märkimisväärselt parem tänu kõrgemale Cr- ja Mo-sisaldusele, pakkudes PREN-i ~36,5 võrreldes sulami 20-ga ~28,5. H₂S/CO₂/Cl⁻ keskkondades on sulam 28 standardvalik OCTG (naftamaa torukujulised kaubad) ja soojusvahetite jaoks.

• Sulami 28 rakendus: tootmistorud (OCTG) ja soojusvahetid kõrge H2S/CO₂/Cl⁻ sisaldusega hapu nafta- ja gaasiväljadel.
• Sulam 28 mehhanism: kõrge Cr moodustab stabiilse passiivse Cr₂O₃ kile; kõrge Mo moodustab MoO₂ kaitsekihi, mis on vastupidav kloriidide rünnakule H2S all.
• NACE MR0175/ISO 15156: Mõlemad sulamid võivad olla loetletud hapude teenuste jaoks, kuid Alloy 28 laiem tunnustus tuleneb suurepärasest PREN-ist.

Punktide ja pragude korrosioon

Millega kumbki sulam hästi hakkama ei saa

• Vesinikkloriidhape (HCl): ei sulamit 20 ega sulamit 28 ei soovitata HCl-i hoolduseks. Kasutage sulamit B (N10001) või sulamit 400.
• High-Temperature (>450 kraadi ) Oksüdeerivad keskkonnad: mõlemad sulamid kaotavad korrosioonikindluse; kaaluge sulamit 625 või sulamit 800H.
• Aqua Regia (HNO₃ + HCl): kumbki klass ei taga piisavat vastupidavust.

Keevitatavus ja valmistamine

Mõlemad sulamid on standardsete austeniitse roostevaba terase protsesside abil kergesti keevitatavad. Sulam 20 vajab optimaalseks kõrgel temperatuuril töötamiseks nioobium-stabiliseeritud täiteainet (ERNiCrMo-3), samas kui sulam 28 kasutab täiteainet ERNiCrMo-3 või ER316L. Kumbki ei vaja eelsoojendust.

Alloy 20 keevitusomadused

• Soovitatavad AWS A5.14 ERNiCrMo-3 või AWS A5.11 ENiCrMo-3 elektroodid.
• Täiteaines sisalduv nioobium stabiliseerib keevismetalli sensibiliseerimise eest.
• Lahuslõõmutamine pärast keevitamist: 900–1150 kraadi 1–2 tundi, kiire õhu- või vesijahutus.
• Õige täiteaine kasutamisel ühtib keevismetalli koostis põhimetalliga.

Sulam 28 keevitusomadused

• ERNiCrMo-3: Eelistatud kõrge -korrosioonikindlusega keevisõmbluste jaoks (H₂S/Cl⁻ keskkonnad).
• ER316L: vastuvõetav standardse happeteenuse jaoks; tagab sobiva korrosioonikindluse.
• Lahuse lõõmutamine: 1100 kraadi on optimaalne nii mehaaniliste omaduste kui ka korrosioonikindluse jaoks (uuringud-kinnitatud).
• Ülimalt -madala süsinikusisaldusega (vähem kui 0,03%) tähendab sensibiliseerimise ohtu isegi kuumas{2}}mõjutatud tsoonis (HAZ).

Kulud ja turu kättesaadavus

Sulam 28 on suurema kroomi ja molübdeeni sisalduse tõttu üldiselt 10–25% kallim kui sulam 20. Fosforhappe ja hapugaasi rakendustes tagab Alloy 28 suurepärane korrosioonikindlus tänu seadmete pikendatud elueale ja väiksemale hooldusele madalamad kogukulud eluea jooksul.

Kui sulami 28 kõrgem hind on õigustatud

• Fosforhape koos fluoriidi/kloriidi lisanditega: sulam 20 kannatab kiirendatud rünnaku all; Alloy 28 kestab oluliselt kauem.
• Hapugaas kõrge H2S/CO₂/Cl⁻: OCTG ja kaevupea rikked sulami 20 korral ületaksid oluliselt materjalikulude kokkuhoiu.
• Mereveeteenus: Alloy 20's PREN ~28,5 on ebapiisav; Alloy 28 (PREN ~36,5) pakub usaldusväärset teenindust.

Kiirviidete võrdluse kokkuvõte

Järeldus

Otsus Alloy 20 vs Alloy 28 on põhiliselt ajendatud rakenduses domineerivast söövitavast keskkonnast. Mõlemad on superausteniitsed roostevabad terased, millel on suurepärane korrosioonikindlus, kuid nende erinev koostis muudab need optimaalseks erinevate teeninduskeskkondade jaoks:

sulam 20(N08020, 0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb) on väävelhappe spetsialist. Selle 3–4% vase lisamine loob ainulaadse passiivse kile vastupidavuse H₂SO₄ suhtes, mida sulam 28 ei suuda võrrelda. Spetsiaalselt väävelhapet, segatud happeid ja happega puhastamist hõlmavateks keemiliseks töötlemiseks välja töötatud sulam 20 jääb H₂SO₄-teenuse inseneristandardiks temperatuuril alla 50 kraadi. Kasutage seda siis, kui teie protsessis domineerib väävelhape-ja ökonoomika eelistab vask-superausteniitset{15}}kandjat nikli{16}}põhiste sulamite asemel.

sulam 28(N08028, 00Cr27Ni31Mo3Cu) on fosforhappe ja hapugaasi meister. Selle 26–28% kroomi ja 3,5% molübdeeni sisaldus annab PREN ~36,5, pakkudes märkimisväärselt paremat punkt- ja pragude korrosioonikindlust kui sulam 20. Algselt töötati välja fosforhappe soojusvaheti märgprotsessi rikete lahendamiseks, kuid sellest ajast on sulam 28 muutunud hapuõli ja gaasi tootmise standardiks. (H₂S/CO₂/Cl⁻), mereveeteenus ja FGD süsteemid. Kasutage seda, kui oht on halogeniidiga{14}}saastunud fosforhape, hapugaas või mis tahes keskkond, kus kõrge PREN ja lokaalse korrosioonikindlus määravad seadme eluea.

Hankeinseneride jaoks: viidake ülaltoodud võrdlustabelitega esmasele korrosiooniohule ja maksimaalsele töötemperatuurile rist-. Protsessiinseneridele: kinnitage, et valitud sulamit on testitud teie protsessivoo spetsiifilise happekontsentratsiooni, temperatuuri ja lisandite profiiliga. Kahtluse korral vaadake sulamite andmelehti ja NACE/ASME BPVC juhiseid asjakohaste teenindustingimuste kohta.