Alloy 20 vs Alloy 28: selecció del superaustenític adequat per al servei àcid

Aliatge 20està optimitzat per al servei d'àcid sulfúric (especialment<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

Tant l'Aliatge 20 (UNS N08020) com l'Aliatge 28 (UNS N08028) són acers inoxidables superaaustenítics-níquel-ferro{-aliatges de crom amb addicions de crom, molibdè i coure millorades que superen els graus estàndard d'àcid austenític en entorns agressius. La seva diferència clau rau en l'èmfasi de la composició: l'aliatge 20 prioritza l'estabilització del coure (3-4%) i el niobi per a la resistència a l'àcid sulfúric, mentre que l'aliatge 28 maximitza el crom (26-28%) i el molibdè (3-4%) per a una resistència superior a la picada i un servei de gas fosfòric/àcid.

Els acers inoxidables superaustenítics ocupen un nivell per sobre dels graus austenítics estàndard (304, 316) tant en contingut d'aliatge com en resistència a la corrosió. Es defineixen per valors PREN (número equivalent de resistència a la picada) superiors a 40, significativament superiors als ~25 d'acer inoxidable 316. Tant l'Aliatge 20 com l'Aliatge 28 pertanyen a aquesta classe, oferint resistència als àcids agressius, clorurs i esquerdes per corrosió per tensió que els acers inoxidables convencionals no poden oferir.

Aliatge 20: Especialista en àcid sulfúric

Alloy 20 (UNS N08020, també conegut com Carpenter 20Cb-3, NS143, 0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb) es va desenvolupar el 1963 específicament per resistir la corrosió de l'àcid sulfúric en el processament químic. Les seves característiques definitòries són l'addició de coure (3-4%) per a la resistència a l'àcid sulfúric i niobi (Nb superior o igual a 8 × C) per a la resistència a la sensibilització. Continua sent el material de referència per als ambients d'àcid sulfúric.

Aliatge 28: Campió d'àcid fosfòric i gas àcid

L'aliatge 28 (UNS N08028, també conegut com Sanicro 28, 1.4563, 00Cr27Ni31Mo3Cu) es va desenvolupar específicament per a intercanviadors de calor d'àcid fosfòric de procés humit-. El seu contingut més elevat de crom (26-28%) i molibdè (3-4%) ofereix una resistència excepcional a l'àcid fosfòric, entorns de gasos àcids (H₂S/CO₂/Cl⁻) i mitjans que contenen halogenurs-. El seu contingut de carboni està restringit a Inferior o igual al 0,03% per a la resistència a la corrosió intergranular inherent.

L'aliatge 20 conté una estabilització més alta de coure (3-4%) i niobi (Nb superior o igual a 8 × C), optimitzat per a àcid sulfúric. L'aliatge 28 conté crom (26-28% vs 19-21%) i molibdè (3,5% vs 2,5%) més alts, proporcionant un PREN superior (~36 vs ~28) i una millor resistència a la corrosió per picats/esquerdes.

Element	Aliatge 20 (N08020)	Aliatge 28 (N08028)	Diferència clau
Carboni (C)	Menor o igual al 0,07%	Menor o igual al 0,03%	Aliatge 28: ultra-baix carboni
Crom (Cr)	19.0–21.0%	26.0–28.0%	Aliatge 28: 7% més Cr
Níquel (Ni)	32.0–38.0%	30.0–34.0%	Aliatge 20: Ni 2–4% més alt
Molibdè (Mo)	2.0–3.0%	3.0–4.0%	Aliatge 28: ~40% més Mo
Coure (Cu)	3.0–4.0%	0.6–1.4%	Aliatge 20: 3 vegades més coure
Niobi (Nb)	Major o igual a 0,8×C (~1,0%)	-	Aliatge 20: Nb estabilitzat
Manganès (Mn)	Menor o igual al 2,0%	Inferior o igual al 2,5%	Similars
Silici (Si)	Menor o igual a 1,0%	Menor o igual a 1,0%	Similars
Ferro (Fe)	Balanç	Balanç	Similars

Càlcul PREN

PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N (nitrogen ~0,15% en ambdós graus):

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

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

Avantatge de l'aliatge 28 PREN: ~8 punts més=significativament millor resistència a la corrosió per picats i esquerdes.
Llindar de la indústria: PREN > 40 per al servei d'aigua de mar; L'aliatge 28 s'acosta a això amb la seva qualificació de 36,5.
L'aliatge 20 PREN 28,5 és substancialment millor que el 316 (PREN ~ 25), però molt per sota de l'aliatge 28.

Per què importen les diferències de composició

Coure (Cu): forma complexos protectors amb àcid sulfúric, alentint la velocitat de corrosió. Imprescindible per al servei H₂SO₄.
Niobi (Nb): impedeix la sensibilització del carbur de crom durant la soldadura i el servei a alta{0}}temperatura.
Crom (Cr): conductor primari de l'estabilitat de la pel·lícula passiva; més=millor resistència general a la corrosió i a l'oxidació.
Molibdè (Mo): crític per a la resistència a la picada; millora significativament la resistència al clorur i l'àcid fosfòric.

Tots dos aliatges presenten microestructures totalment austenítiques amb una excel·lent ductilitat a -temperatura ambient. L'aliatge 20 té una resistència a la tracció lleugerament superior (més o igual a 550 MPa vs 500 MPa) a causa de l'enfortiment del niobi, mentre que l'aliatge 28 ofereix una resistència criogènica superior i una capacitat de treball en calent. Cap dels dos és adequat per a un ús sostingut per sobre dels 450 graus sense una avaluació acurada.

Propietat	Aliatge 20 (recuit)	Aliatge 28 (recuit)	Diferència
Densitat	8,08 g/cm³	8,0 g/cm³	Gairebé idèntic
Punt de fusió	1370-1400 graus	1311-1366 grau	Aliatge 28: lleugerament inferior
Resistència a la tracció màxima	Superior o igual a 550 MPa	Superior o igual a 500 MPa	Aliatge 20: ~10% més alt
Resistència de rendiment (0,2%)	Superior o igual a 240 MPa	Superior o igual a 214 MPa	Aliatge 20: ~12% més alt
Elongació a la ruptura	Superior o igual al 30%	Superior o igual al 40%	Aliatge 28: millor ductilitat
Duresa (recuit)	135–220 HB / 28–32 HRC	80–90 HRB / ~33 HRC	Similars
Mòdul elàstic	~200 GPa	~200 GPa	Idèntic
Conductivitat tèrmica	13.5 W/m·K	~13–14 W/m·K	Similars

Condicions fredes-funcionades

Aliatge 28 treballat en fred-: resistència a la tracció fins a 896 MPa, resistència a la fluència fins a 758 MPa, allargament reduït a ~15%.
Aliatge 20: També respon al treball en fred; La força augmenta significativament amb una deformació moderada.
Nota d'aplicació: per a canonades d'alta pressió-que requereixen una gran resistència, es pot especificar l'aliatge-treballat en fred 28 o l'aliatge 20.

Limitacions de temperatura elevades

Condició	Aliatge 20	Aliatge 28
Temp. màxima de servei continu	~425 graus (amb condicions)	~400-450 graus
Límit de servei àcid sulfúric	<50°C for concentrated; <25°C for dilute	Superior a temperatures moderades
Servei d'àcid fosfòric	Bé fins a 60-80 graus	Excel·lent fins a 80-100 graus
Risc de precipitació	NbC a 650 graus (zona de sensibilització)	No hi ha precipitacions significatives (<0.03% C)

L'aliatge 20 és l'opció preferida per als ambients d'àcid sulfúric, especialment H₂SO₄ concentrat a temperatures moderades. L'aliatge 28 és superior en àcid fosfòric, gas àcid (H₂S/CO₂/Cl⁻) i entorns rics en clor-. Tampoc es recomana per al servei d'àcid clorhídric (HCl).

Alloy 20 Corrosion Resistance

Àcid sulfúric (H₂SO₄)

Concentració de H₂SO₄	Aliatge 20	Aliatge 28	Recomanat
<10% (dilute), <50°C	Excel·lent	Excel·lent	Tampoc
10–60%, <50°C	Molt bé	Bé	Aliatge 20
60-85% (conc.),<50°C	Excel·lent	Bé	Aliatge 20
>85%, temperatura elevada.	Bé (limitat per la temperatura)	Bé	Aliatge 20
Àcid mixt (H₂SO₄+HNO₃)	Molt bé	Bé	Aliatge 20
H₂SO₄ amb Cl⁻	Moderat	Bé	Aliatge 28

Mecanisme: el coure en l'aliatge 20 forma pel·lícules passives protectores de tipus Cu₂S-que resisteixen l'atac de l'àcid sulfúric amb més eficàcia que les pel·lícules de crom-molibdè soles.
Límit de temperatura: els dos aliatges generalment es limiten a<50–60°C in sulfuric acid. Above this, expensive nickel alloys (Alloy 625, Alloy 825) are required.
Avantatge clau de l'aliatge 20: l'addició de coure (3-4%) millora específicament la resistència a condicions àcides reductores com l'àcid sulfúric.

Àcid fosfòric (H₃PO₄)

Condició H₃PO₄	Aliatge 20	Aliatge 28	Recomanat
Procés-humit (amb impureses F⁻/Cl⁻), RT	Molt bé	Excel·lent	Aliatge 28
Concentració tèrmica (52% P₂O₅), elevada	Bé	Excel·lent	Aliatge 28
H₃PO₄ pur,<80°C	Bé	Molt bé	Tampoc
H₃PO₄ + contaminants d'halogenurs	Moderat	Excel·lent	Aliatge 28

L'aliatge 28 es va desenvolupar específicament per a la producció d'àcid fosfòric en procés humit-, on les impureses de fluor i clorur fan que els acers inoxidables convencionals fallin ràpidament.
Investigació (Springer, 2024): l'aliatge 28 en àcid fosfòric P₂O₅ al 52% amb agents oxidants va mostrar taxes de corrosió negatives (augment de pes per la formació de pel·lícules passives), confirmant una excel·lent passivitat.
Contingut de Mo (3,5%): crític per resistir l'àcid fosfòric amb impureses F⁻/Cl⁻ que ataquen de manera agressiva les pel·lícules passives.

Entorns de gas àcid i jaciments de petroli (H₂S/CO₂/Cl⁻)

L'aliatge 28 és significativament superior per al servei de gas àcid a causa del contingut més elevat de Cr i Mo que proporciona PREN ~ 36,5 en comparació amb l'aliatge 20 ~ 28,5. En entorns H₂S/CO₂/Cl⁻, Alloy 28 és l'opció estàndard per a OCTG (productes tubulars de petroli) i intercanviadors de calor.

Medi ambient	Aliatge 20	Aliatge 28	Notes
Només H₂S (<100 ppm), <150°C	Bé	Molt bé	Es prefereix l'aliatge 28
H₂S + CO₂ + Cl⁻	Moderat	Excel·lent	Aliatge 28 clarament superior
High Cl⁻ (>1000 ppm)	Limitat (PREN~28,5)	Bé (PREN~36,5)	Es requereix aliatge 28
Servei d'aigua de mar	No recomanat	Adequat (PREN 36.5)	Aliatge 28
Cracking per estrès sulfur	Bé	Excel·lent	Aliatge 28

Aplicació de l'aliatge 28: tubs de producció (OCTG) i intercanviadors de calor en jaciments de petroli i gas àcids amb alt contingut en H₂S/CO₂/Cl⁻.
Mecanisme d'aliatge 28: un alt Cr forma una pel·lícula de Cr₂O₃ passiva estable; Mo alt forma una capa protectora de MoO₂ resistent a l'atac de clorur sota H₂S.
NACE MR0175/ISO 15156: tots dos aliatges poden estar llistats per a un servei àcid, però l'acceptació més àmplia de l'Aloy 28 prové del PREN superior.

Corrosió per picades i escletxes

Condició	Aliatge 20	Aliatge 28	Guanyador
Valor PREN	~28.5	~36.5	Aliatge 28 (+28%)
Temperatura crítica de picadura (CPT) en NaCl al 3,5%.	~20 graus	~40-45 graus	L'aliatge 28 és significativament millor
Resistència a la corrosió de les esquerdes	Moderat	Molt bé	Aliatge 28
Fissures per corrosió per tensió (Cl⁻)	Bé	Excel·lent	Aliatge 28

El que cap aliatge maneja bé

Àcid clorhídric (HCl): ni l'aliatge 20 ni l'aliatge 28 es recomana per al servei de HCl. Utilitzeu l'aliatge B (N10001) o l'aliatge 400.
High-Temperature (>450 graus) Entorns oxidants: tots dos aliatges perden resistència a la corrosió; considereu l'aliatge 625 o l'aliatge 800H.
Aqua Regia (HNO₃ + HCl): cap dels dos graus ofereix una resistència adequada.

Tots dos aliatges són fàcilment soldables mitjançant processos estàndard d'acer inoxidable austenític. L'aliatge 20 requereix farciment estabilitzat amb niobi-(ERNiCrMo-3) per a un servei òptim a alta temperatura, mentre que l'aliatge 28 utilitza farciment ERNiCrMo-3 o ER316L. Tampoc requereix preescalfament.

Paràmetre	Aliatge 20	Aliatge 28
Soldabilitat	Excel·lent	Excel·lent
Preescalfament	No es requereix	No es requereix
Temperatura interpass	<175°C (350°F)	<175°C (350°F)
Tractament tèrmic post-soldadura (PWHT)	No requereix (estabilitzat)	No és necessari (C ultra-baix)
Metall de farciment recomanat	ERNiCrMo-3 (farciment d'aliatge 625)	ERNiCrMo-3 o ER316L
Gas de protecció	Ar + 2–3% CO₂	Ar + 2–3% CO₂
Mecanització	Fira (semblant a 316)	Just (una mica més difícil a causa de Mo)
Formabilitat en fred	Excel·lent	Excel·lent
Treballabilitat en calent	Bé (970–1065 graus)	Bé (950–1100 graus)

Especificacions de soldadura d'aliatge 20

Es recomana elèctrodes AWS A5.14 ERNiCrMo-3 o AWS A5.11 ENiCrMo-3.
El niobi del farciment estabilitza el metall de soldadura contra la sensibilització.
Recuit de la solució després de la soldadura: 900-1150 graus durant 1-2 hores, extinció ràpida d'aire o aigua.
La composició del metall de soldadura coincideix amb el metall original quan s'utilitza un farcit adequat.

Especificacions de soldadura d'aliatge 28

ERNiCrMo-3: preferit per a soldadures de servei d'alta-corrosió (entorns H₂S/Cl⁻).
ER316L: acceptable per al servei d'àcid estàndard; proporciona una resistència a la corrosió igual.
Recuit de la solució: 1100 graus és òptim tant per a les propietats mecàniques com per a la resistència a la corrosió (investigació-confirmada).
L'ultra-baix contingut en carboni (menys o igual al 0,03%) significa que no hi ha cap risc de sensibilització fins i tot a la-zona afectada per la calor (HAZ).

L'aliatge 28 és generalment un 10-25% més car que l'aliatge 20 a causa del contingut més elevat de crom i molibdè. Tanmateix, en aplicacions d'àcid fosfòric i gas àcid, la resistència a la corrosió superior de l'Aloy 28 ofereix un cost total del cicle de vida més baix gràcies a una vida útil prolongada de l'equip i un manteniment reduït.

Factor de cost	Aliatge 20	Aliatge 28	Notes
Cost de la matèria primera	Referència (1,0×)	1.1–1.25×	Cr/Mo més alt en aliatge 28
Ni Impacte de contingut	32-38% Ni	30-34% Ni	El preu de Ni és el principal factor de cost
Impacte de contingut Cu	3-4% Cu (més car)	0,6-1,4% Cu	Cu compensa parcialment el cost Cr/Mo
Disponibilitat (Placa/Full)	Bé	Bé	Ambdues molt proveïdes
Disponibilitat (tubular)	Bé	Bé	Conformitat amb ASTM B729/B668
Temps de lliurament (formularis personalitzats)	4-8 setmanes	6-10 setmanes	L'aliatge 28 pot trigar més
Cost de farciment de soldadura	ERNiCrMo-3	ERNiCrMo-3 o ER316L	Aliatge 20: cal farciment Nb
Cost del cicle de vida (aplicació objectiu)	Baixa si serveix H₂SO₄	Baixa si és servei H₃PO₄/H₂S	Coincideix amb l'aplicació

Quan es justifica el cost més elevat de l'aliatge 28

Àcid fosfòric amb impureses de fluor/clorur: l'aliatge 20 patirà un atac accelerat; L'aliatge 28 dura molt més.
Gas àcid amb alt H₂S/CO₂/Cl⁻: OCTG i fallades del cap de pou amb Alloy 20 superarien amb escreix l'estalvi de costos del material.
Servei d'aigua de mar: Alloy 20's PREN ~28,5 és inadequat; L'aliatge 28 (PREN ~ 36,5) ofereix un servei fiable.

Criteri	Aliatge 20 (N08020)	Aliatge 28 (N08028)	Guanyador
Àcid sulfúric (<50°C, concentrated)	Excel·lent	Bé	Aliatge 20
Àcid sulfúric (diluït, amb Cl⁻)	Moderat	Bé	Aliatge 28
Àcid fosfòric (pur)	Bé	Molt bé	Aliatge 28
Àcid fosfòric (contaminat amb F⁻/Cl⁻)	Moderat	Excel·lent	Aliatge 28
Gas àcid (H₂S/CO₂/Cl⁻)	Bé	Excel·lent	Aliatge 28
Aigua de mar / Alt Cl⁻	No apte	Bé	Aliatge 28
Àcid mixt (H₂SO₄+HNO₃)	Molt bé	Bé	Aliatge 20
Resistència a la picada (PREN)	~28.5	~36.5	Aliatge 28 (+28%)
Resistència de sensibilització (soldadura)	Excel·lent (Nb estabilitzat)	Excel·lent (C ultra-baix)	Igual
Resistència mecànica (UTS)	Superior o igual a 550 MPa	Superior o igual a 500 MPa	Aliatge 20
Ductilitat (allargament)	Superior o igual al 30%	Superior o igual al 40%	Aliatge 28
Soldabilitat	Excel·lent	Excel·lent	Igual
Mecanització	Fira	Fira	Igual
Cost	Inferior (referència)	Més alt (10-25%)	Aliatge 20
Origen específic de l'àcid fosfòric	No desenvolupat per a això	Desenvolupat per a això	Aliatge 28
Origen específic de l'àcid sulfúric	Desenvolupat per a això	No desenvolupat per a això	Aliatge 20

La decisió Alloy 20 vs Alloy 28 es basa fonamentalment en el medi corrosiu dominant a l'aplicació. Tots dos són acers inoxidables superaaustenítics amb una excel·lent resistència a la corrosió, però el seu diferent èmfasi compositiu fa que cadascun sigui òptim per a diferents entorns de servei:

Aliatge 20(N08020, 0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb) és l'especialista en àcid sulfúric. La seva addició d'un 3-4% de coure crea una resistència de pel·lícula passiva única contra H₂SO₄ que l'aliatge 28 no pot igualar. Desenvolupat específicament per a aplicacions de processament químic que impliquen àcid sulfúric, àcids barrejats i neteja àcida, Alloy 20 segueix sent l'estàndard d'enginyeria per al servei d'H₂SO₄ per sota dels 50 graus. Utilitzeu-lo quan el vostre procés sigui predominant-àcid sulfúric i els aspectes econòmics afavoreixin uns aliatges de coure-superaustenític-que a base de níquel.

Aliatge 28(N08028, 00Cr27Ni31Mo3Cu) és el campió de l'àcid fosfòric i el gas àcid. El seu 26-28% de crom i un 3,5% de molibdè proporcionen PREN ~ 36,5, oferint una resistència a la corrosió de les esquerdes i picats espectacularment millor que l'Aloy 20. Desenvolupat originalment per resoldre els errors de l'intercanviador de calor d'àcid fosfòric de procés humit, l'Aloy 28 s'ha convertit des de llavors en l'estàndard per a la producció d'oli i gas àcid. (H₂S/CO₂/Cl⁻), servei d'aigua de mar i sistemes FGD. Utilitzeu-lo quan l'amenaça sigui l'àcid fosfòric-contaminat amb halogenurs, gas àcid o qualsevol entorn on un PREN elevat i la resistència a la corrosió localitzada determinen la vida útil de l'equip.

Per als enginyers de compres: feu referència-de l'amenaça de corrosió principal i la temperatura màxima de funcionament amb les taules de comparació anteriors. Per als enginyers de processos: confirmeu que l'aliatge seleccionat s'ha provat en la concentració d'àcids, la temperatura i el perfil d'impureses específics del vostre flux de procés. En cas de dubte, consulteu les fitxes d'aliatge i les directrius NACE/ASME BPVC per a les condicions de servei rellevants.