Сплав 20 — это железо-никель-хромовый сплав, к которому обращаются инженеры-химики, когда средой является серная кислота, а марок нержавеющей стали недостаточно. Сплав UNS N08020 занимает узкую, но широко используемую позицию в таблице коррозии: он устойчив к серной кислоте в широком диапазоне концентраций при умеренных температурах, не реагирует на смешанные кислоты, которые разрушают 316L, и стоит лишь часть никелевых сплавов с высоким содержанием молибдена.
Формы продукта
Бар и Род
Плита и лист
Катушка и полоса
Трубы и трубки
Фитинг: фланец, тройник, колено, переходник и т. д.
Ковка: Кольцо, Вал, Круг, Блок и т.д.
Где находится сплав 20 в таблице коррозии
Самый быстрый способ узнать о сплаве 20 — это узнать о его соседях. Нержавеющая сталь 316L по содержанию сплава ниже этого уровня не выдерживает воздействия теплой серной кислоты и хлоридной среды, поскольку уровень молибдена в ней, 2-3%, слишком низок, чтобы удерживать пассивную пленку.
Выше него находятся сплавы на основе никеля, такие как C-276, которые несут полную нагрузку по серной кислоте при более высоких температурах и концентрациях, но стоят в несколько раз дороже. Сплав 20 представляет собой промежуточную ступень: никель с содержанием 32–38% с хромом, молибденом и медью, разработанный специально для работы с серной кислотой и для смешанной кислоты и хлоридной среды, которая возникает вокруг него на химическом заводе.
Содержание меди – необычный ряд. Медь не является обычной легирующей добавкой к коррозионностойким сталям, но в сплаве 20 она является элементом, который изменяет поведение коррозии в серной кислоте: она улучшает стойкость в восстановительной области разбавленной кислоты, где пленка оксида хрома нестабильна, и работает вместе с молибденом, чтобы противостоять точечному и щелевому воздействию хлоридсодержащих сред.
В результате получается сплав, эффективность серной кислоты которого распространяется примерно до 50% концентрации при температуре примерно до 80-100 градусов - оболочка, в которой работает большая часть трубопроводов для обработки кислоты на предприятиях по производству удобрений, металлургических и специальных химических предприятиях.
Химический состав согласно ASTM B729
Приведенные ниже пределы состава соответствуют ASTM B729, спецификации бесшовных труб и трубок для UNS N08020. Железо – элемент баланса.
| Элемент | Предел состава, % |
| Ни | 32.0 - 38.0 |
| Кр | 19.0 - 21.0 |
| Мо | 2.0 - 3.0 |
| Cu | 3.0 - 4.0 |
| Нб + Та | от 8 x C мин до 1,0 макс. |
| C | 0.07 max |
| Мин. | 2.0 max |
| Си | 1.0 max |
| P | 0.045 max |
| S | 0.035 max |
| Фе | Баланс |
Для покупателя имеют значение три ряда. Никель в концентрации 32,0-38,0% является основой и причиной того, что сплав гораздо лучше противостоит хлоридному коррозионному растрескиванию, чем аустенитные марки нержавеющей стали. Ряды молибдена и меди вместе определяют поведение серной кислоты и устойчивость к питтинговой коррозии.
А ряд колумбий-тантал с минимумом 8 x C является стабилизатором: он связывает углерод, поэтому сплав можно сваривать и использовать без сенсибилизации, которая в противном случае создала бы обедненную хромом границу зерна в зоне термического влияния. Конструкция, стабилизированная ниобием, делает сплав 20 удобным для изготовления материалом: его сваривают и отправляют в кислотную эксплуатацию без термообработки после сварки.
Механические свойства согласно ASTM B729
Трубы и трубки из сплава 20поставляются в стабилизированном отожженном состоянии, и ASTM B729 требует следующих минимальных механических свойств:
| Свойство | Минимальное значение (ASTM B729) |
| Предел прочности | 551 МПа (80 фунтов на квадратный дюйм) |
| Предел текучести, смещение 0,2% | 241 МПа (35 фунтов на квадратный дюйм) |
| Удлинение | 30% |
Типичные производственные значения в стабилизированном отожженном состоянии составляют около 620 МПа при растяжении и 280 МПа при удлинении 40%. Прочность находится в том же диапазоне, что и отожженная аустенитная нержавеющая сталь, что означает, что сплав изготавливается по той же технологии: его сгибают, прокатывают и обрабатывают, как сплав типа 316, с немного более высокой скоростью наклепа.
Механическая простота спецификации — одно условие поставки, отсутствие матрицы термообработки — является одной из причин, почему сплав 20 считается рабочей лошадкой: покупатель заказывает стабилизированный отжиг, а производитель сваривает его без специальной квалификации, выходящей за рамки обычной практики сплавов.
Физические свойства
| Свойство | Ценить |
| Плотность | 8,08 г/см³ |
| Диапазон плавления | 1400 - 1443 градуса (прибл.) |
| Модуль упругости | 200 ГПа (прибл.) |
| Структура | Аустенитный, немагнитный |
| Теплопроводность, 100 градусов | 13,5 Вт/м·К (прибл.) |
Конверт серной кислоты, нанесенный
Практический вопрос в каждом запросе по сплаву 20 звучит так: «Выдержит ли он такую кислотную нагрузку?» Ответ зависит от концентрации и температуры, а таблица ниже представляет собой инженерное сокращение, которое фактически используют проектировщики предприятий. Значения являются ориентировочными рекомендациями по эксплуатации труб и трубок и не заменяют испытание на коррозию конкретной технологической среды.
| Середина | Концентрация/состояние | Сплав 20 вердикт |
| Серная кислота | 0 - 50%, до ~80–100 градусов | От хорошего к отличному – основной пакет услуг |
| Серная кислота | Выше 50% или кипение | Быстро хуже – рассмотрите более прочный сплав |
| Фосфорная кислота | Мокрый процесс фосфорной кислоты | Хорошо – стандартный выбор для заводов по производству удобрений |
| Азотная кислота | Все концентрации | Хорошо, похоже на семейство 304L. |
| Смешанные кислоты | H2SO4 + HCl, HNO3 + травильные ванны HF | Хорошо – там, где 316L терпит неудачу |
| Хлоридные среды | Соленая вода, рассол, следы влажного хлора. | Умеренная — стойкость к точечной коррозии выше 316L, ниже никелевых сплавов. |
| Каустические растворы | Разбавить | Хороший |
Два практических правила дополняют картину. Во-первых, в критическом диапазоне примерно 10–50% серной кислоты скорость коррозии сильно зависит от температуры и следов окислителей в кислоте; сбой, повышающий температуру на 20 градусов, может изменить скорость коррозии на порядок, поэтому спецификации следует составлять для наихудших условий эксплуатации, а не для нормальных.
Во-вторых, для кислоты, с которой необходимо работать в горячем и концентрированном виде, экономичным ответом будет не более стенка из сплава 20 — это шаг вперед к сплаву с более высоким содержанием никеля, и решение должно приниматься на основе таблицы коррозии, а не толщины стенки.
Технические характеристики и формы продукции
Сплав 20 поставляется со следующими спецификациями, выбранными в зависимости от формы продукта:
- ASTM B729/ASME SB-729 — бесшовные трубы и трубки
- ASTM B464/ASME SB-464 — сварная труба
- Сварная труба ASTM B468 - для теплообменников
- ASTM B463/ASME SB-463 – плита, лист и полоса
- ASTM B473 - прутки, стержни и поковки
Бесшовные трубы B729 охватывают диапазон NPS вплоть до больших диаметров, с классами толстостенных труб; сварная труба под В464 производится из стабилизированно-отожженной полосы и является экономичным вариантом для больших диаметров, где шов просвечивается и стык принимается. Для трубок теплообменника действует стандарт B468, и трубы поставляются прямыми отрезками, готовыми к закатке в трубную решетку. Состояние стабилизированного отжига применимо ко всем формам.
Типичные применения
Трубы и трубки из сплава 20указаны для следующих сервисов:
- Линии передачи и рециркуляции серной кислоты на химических заводах
- Испарители фосфорной кислоты мокрого процесса и трубопроводы на заводах по производству удобрений
- Теплообменники и конденсаторы для работы с кислотными и хлоридными средами
- Трубопроводы травильных ванн и системы регенерации кислоты на сталелитейных заводах
- Синтетический каучук, фармацевтика и специальные химические технологические трубопроводы
- Компоненты насосов, клапанов и контрольно-измерительных приборов для кислотной работы
В каждой сфере применения этот сплав является экономически средним ответом: он закрывает пробел, в котором терпит неудачу 316L, и делает это по цене, значительно ниже, чем у сплавов на основе никеля. Постоянным проектным решением является кислотная нагрузка (концентрация, температура и присутствие хлоридов или окислителей), и сплав 20 выигрывает, когда нагрузка находится в пределах допустимого диапазона.
Сварка и изготовление
Сплав 20 сваривается с использованием подходящего присадочного материала того же семейства — ER320 или ER320LR согласно AWS A5.9 для GTAW и GMAW и E320 или E320LR согласно AWS A5.4 для SMAW — и не требуется предварительного нагрева или термообработки после сварки. Стабилизированный химический состав означает, что зона термического влияния сохраняет свою коррозионную стойкость в состоянии после сварки, что является практическим преимуществом, которое делает этот сплав любимым на производстве.
Технология сварки соответствует аустенитной дисциплине: чистые поверхности соединений, контролируемое тепловложение и низкая температура между проходами. Сплав легко формуется в холодном состоянии, хотя он затвердевает несколько быстрее, чем 316L, и обрабатывается с использованием стандартных методов и острого инструмента.
Что указать в заказе
Чтобы сохранить чистоту запроса по сплаву 20, укажите следующее:
- Стандарт и форма: «труба бесшовная по ASTM B729, UNS N08020» или «труба сварная по ASTM B464».
- Размер: NPS + таблица для трубы, наружный диаметр x стенка в миллиметрах для трубы
- Состояние: стабилизированное-отожженное
- Длина и обработка торца: фиксированная или произвольная длина, гладкий конец или скошенный конец.
- Сертификат: EN 10204 3.1 с результатами термохимии и растяжения.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Для чего используется сплав 20?
Ответ: В основном работа с серной кислотой — линии передачи, теплообменники и технологические трубопроводы на химических предприятиях, предприятиях по производству удобрений и металлургических предприятиях, а также среды со смешанными кислотами и хлоридами, где 316L не работает.
Вопрос: В чем разница между сплавом 20 и 316L?
О: Сплав 20 содержит примерно в три раза больше никеля, чем 316L, плюс 3-4% стабилизации меди и ниобия. Результатом является гораздо лучшая стойкость к серной кислоте и хлоридному коррозионному растрескиванию под напряжением при более высокой цене.
Вопрос: Сплав 20 — это то же самое, что 20Cb-3?
Ответ: Названия обычно используются для одного и того же химического семейства. Сплав 20, UNS N08020, является стандартным стабилизированным сплавом; 20Cb-3 — историческое торговое название того же материала.
Вопрос: Можно лиТруба из сплава 20быть сваренным?
О: Да, с насадкой ER320/ER320LR, без предварительного нагрева и термообработки после сварки. Колумбиевая стабилизация сохраняет коррозионную стойкость зоны термического влияния сварного шва в состоянии после сварки.
Вопрос: Какова максимальная температура эксплуатации сплава 20?
A: Для структурных услуг примерно 500-600 градусов с резко сниженной прочностью. Для кислотной коррозии практический предел устанавливается концентрацией кислоты и температурным диапазоном, а не только температурой металла.
Вопрос: Какова плотность сплава 20?
A: Примерно 8,08 г/см³, что близко к аустенитным маркам нержавеющей стали, поэтому вес трубы рассчитывается с использованием стандартного коэффициента нержавеющей стали 0,02466 x (НД - масса) x масса в кг на метр.
