Hợp kim 20 là hợp kim sắt-niken-crom mà các kỹ sư nhà máy hóa chất hướng tới khi môi trường là axit sulfuric và các loại không gỉ là không đủ. Hợp kim, UNS N08020, chiếm một vị trí hẹp nhưng được sử dụng nhiều trong bảng ăn mòn: nó chống lại axit sulfuric trong phạm vi nồng độ rộng ở nhiệt độ vừa phải, nó loại bỏ các axit hỗn hợp đánh bại 316L và có giá chỉ bằng một phần hợp kim niken nặng molypden.
Mẫu sản phẩm
Thanh & Que
Tấm & Tấm
Cuộn & Dải
Ống & Ống
Lắp: Mặt bích, Tee, Khuỷu tay, Bộ giảm tốc, v.v.
Rèn: Vòng, Trục, Vòng tròn, Khối, v.v.
Vị trí của Hợp kim 20 nằm trong bảng ăn mòn
Cách nhanh nhất để hiểu Hợp kim 20 là thông qua các nước láng giềng của nó. Dưới hàm lượng hợp kim, thép không gỉ 316L không thể tồn tại trong axit sunfuric ấm và trong môi trường clorua vì mức molypden của nó, 2-3%, quá thấp để giữ màng thụ động.
Ngoài ra, các hợp kim gốc niken như C-276 chịu toàn bộ nhiệm vụ của axit sulfuric ở nhiệt độ và nồng độ cao hơn nhưng với giá cao hơn nhiều lần. Hợp kim 20 là bước giữa: niken ở mức 32-38% với crom, molypden và đồng, được thiết kế đặc biệt cho dịch vụ axit sulfuric cũng như cho môi trường axit hỗn hợp và clorua xuất hiện xung quanh nó trong nhà máy hóa chất.
Hàm lượng đồng là hàng bất thường. Đồng không phải là một hợp kim bổ sung phổ biến cho thép chống ăn mòn, nhưng trong Hợp kim 20, nó là nguyên tố làm thay đổi hành vi ăn mòn trong axit sulfuric: nó cải thiện khả năng chống lại trong vùng axit loãng, khử, nơi màng oxit crom không ổn định và nó hoạt động với molypden để chống lại sự tấn công rỗ và kẽ hở của môi trường chứa clorua.
Kết quả là một hợp kim có hiệu suất axit sulfuric kéo dài đến nồng độ khoảng 50% ở nhiệt độ lên tới khoảng 80-100 độ - lớp vỏ trong đó phần lớn đường ống xử lý axit trong các nhà máy phân bón, luyện kim và hóa chất đặc biệt hoạt động.
Thành phần hóa học theo tiêu chuẩn ASTM B729
Các giới hạn thành phần bên dưới tuân theo tiêu chuẩn ASTM B729, thông số kỹ thuật về ống và ống liền mạch cho UNS N08020. Sắt là yếu tố cân bằng.
| Yếu tố | Giới hạn thành phần, % |
| Ni | 32.0 - 38.0 |
| Cr | 19.0 - 21.0 |
| Mơ | 2.0 - 3.0 |
| Củ | 3.0 - 4.0 |
| Nb + Ta | 8 x C phút đến tối đa 1,0 |
| C | 0.07 max |
| Mn | 2.0 max |
| Sĩ | 1.0 max |
| P | 0.045 max |
| S | 0.035 max |
| Fe | Sự cân bằng |
Ba hàng quan trọng đối với người mua. Niken ở mức 32,0-38,0% là ma trận và lý do hợp kim chống lại sự nứt ăn mòn do ứng suất clorua tốt hơn nhiều so với các loại không gỉ austenit. Các hàng molypden và đồng cùng nhau thiết lập hành vi của axit sulfuric và khả năng chống rỗ.
Và hàng columbium-plus-tantalum ở mức tối thiểu 8 x C là chất ổn định: nó liên kết carbon để hợp kim có thể được hàn và sử dụng mà không gây mẫn cảm, nếu không sẽ tạo ra ranh giới hạt cạn kiệt crom trong vùng chịu ảnh hưởng nhiệt. Thiết kế ổn định niobi là điều khiến Hợp kim 20 trở thành vật liệu thân thiện với nhà chế tạo - nó được hàn và đưa vào dịch vụ axit mà không cần xử lý nhiệt sau hàn.
Tính chất cơ học theo tiêu chuẩn ASTM B729
Hợp kim 20 ống và ốngđược trang bị trong điều kiện ủ ổn định và tiêu chuẩn ASTM B729 yêu cầu các tính chất cơ học tối thiểu sau:
| Tài sản | Giá trị tối thiểu (ASTM B729) |
| Độ bền kéo | 551 MPa (80 ksi) |
| Cường độ năng suất, bù 0,2% | 241 MPa (35 ksi) |
| Độ giãn dài | 30% |
Giá trị sản xuất điển hình trong điều kiện ủ ổn định có độ bền kéo khoảng 620 MPa và hiệu suất 280 MPa với độ giãn dài 40%. Độ bền nằm trong phạm vi tương tự như thép không gỉ austenit được ủ, có nghĩa là hợp kim được chế tạo theo cùng một quy trình tại xưởng: nó uốn cong, cuộn và gia công giống như loại loại 316, với tốc độ tôi cứng cao hơn một chút.
Sự đơn giản về mặt cơ học của thông số kỹ thuật - một điều kiện giao hàng, không có ma trận xử lý nhiệt - là một phần lý do tại sao Hợp kim 20 được coi là đặc tính: người mua đặt hàng ủ ổn định và nhà chế tạo hàn nó mà không cần trình độ quy trình đặc biệt ngoài thực hành hợp kim thông thường.
Tính chất vật lý
| Tài sản | Giá trị |
| Tỉ trọng | 8,08 g/cm³ |
| phạm vi nóng chảy | 1400 - 1443 độ (xấp xỉ) |
| Mô đun đàn hồi | 200 GPa (xấp xỉ) |
| Kết cấu | Austenitic, không có từ tính |
| Độ dẫn nhiệt, 100 độ | 13,5 W/m·K (xấp xỉ) |
Lớp vỏ axit sulfuric, được áp dụng
Câu hỏi thực tế trong mọi câu hỏi về Hợp kim 20 là "liệu nó có chịu được nhiệm vụ axit này không?" Câu trả lời là hàm số của nồng độ và nhiệt độ, và bảng dưới đây là cách viết tắt kỹ thuật mà các nhà thiết kế nhà máy thực sự sử dụng. Các giá trị là hướng dẫn dịch vụ mang tính biểu thị cho đường ống và ống dẫn, không thay thế cho thử nghiệm ăn mòn trên môi trường xử lý chính xác.
| Trung bình | Nồng độ/điều kiện | Phán quyết hợp kim 20 |
| Axit sunfuric | 0 - 50%, lên tới ~80-100 độ | Tốt đến xuất sắc - phong bì dịch vụ cốt lõi |
| Axit sunfuric | Trên 50% hoặc sôi | Nhanh chóng tệ hơn - hãy xem xét một hợp kim cao hơn |
| Axit photphoric | Axit photphoric chế biến ướt | Tốt - sự lựa chọn tiêu chuẩn trong nhà máy sản xuất phân bón |
| Axit nitric | Tất cả nồng độ | Tốt, tương tự như dòng 304L |
| Axit hỗn hợp | H2SO4 + HCl, HNO3 + Bể ngâm HF | Tốt - nơi 316L bị lỗi |
| Môi trường clorua | Nước muối, nước muối, vết clo ướt | Trung bình - khả năng chống rỗ trên 316L, dưới hợp kim niken |
| dung dịch xút | Pha loãng | Tốt |
Hai quy tắc thực tế hoàn thành bức tranh. Đầu tiên, trong phạm vi tới hạn của axit sulfuric chứa khoảng 10-50%, tốc độ ăn mòn rất nhạy cảm với nhiệt độ và dấu vết của các chất oxy hóa trong axit; một sự cố làm tăng nhiệt độ lên 20 độ có thể làm thay đổi tốc độ ăn mòn theo một bậc độ lớn, do đó, thông số kỹ thuật phải được thực hiện dựa trên điều kiện vận hành trong trường hợp xấu nhất chứ không phải điều kiện bình thường.
Thứ hai, đối với axit phải được xử lý nóng và cô đặc, câu trả lời kinh tế không phải là thành hợp kim 20 - đó là một bước tiến tới hợp kim có hàm lượng niken cao hơn và quyết định phải được đưa ra dựa trên bảng ăn mòn chứ không phải độ dày của thành.
Thông số kỹ thuật và hình thức sản phẩm
Hợp kim 20 được cung cấp theo các thông số kỹ thuật sau, được chọn theo dạng sản phẩm:
- ASTM B729 / ASME SB-729 - ống và ống liền mạch
- ASTM B464 / ASME SB-464 - ống hàn
- Ống hàn ASTM B468 - dành cho bộ trao đổi nhiệt
- ASTM B463 / ASME SB-463 - tấm, tờ và dải
- Thanh, que và vật rèn theo tiêu chuẩn ASTM B473 -
Ống liền mạch theo B729 bao phủ phạm vi NPS có đường kính lên đến lớn, với lịch trình thông qua các loại tường nặng; ống hàn theo B464 được sản xuất từ dải ủ ổn định và là một lựa chọn tiết kiệm chi phí cho đường kính lớn nơi đường nối được chụp X quang và mối nối được chấp nhận. Đối với ống trao đổi nhiệt, B468 chi phối và ống được cung cấp theo chiều dài thẳng sẵn sàng để cuộn vào tấm ống. Điều kiện ủ ổn định áp dụng cho tất cả các dạng.
Ứng dụng điển hình
Hợp kim 20 ống và ốngđược chỉ định trên các dịch vụ sau:
- Đường chuyển và tuần hoàn axit sunfuric trong nhà máy hóa chất
- Thiết bị bay hơi và đường ống axit photphoric xử lý ướt trong nhà máy phân bón
- Bộ trao đổi nhiệt và bình ngưng xử lý môi trường axit và clorua
- Hệ thống đường ống tắm tẩy và thu hồi axit trong nhà máy thép
- Cao su tổng hợp, dược phẩm và đường ống xử lý hóa chất đặc biệt
- Các bộ phận bơm, van và thiết bị đo đạc trong dịch vụ axit
Trong mỗi dịch vụ, hợp kim là câu trả lời trung bình về mặt kinh tế: nó thu hẹp khoảng cách mà 316L không thành công và làm như vậy với mức giá thấp hơn nhiều so với hợp kim gốc niken. Quyết định thiết kế định kỳ là nhiệm vụ axit - nồng độ, nhiệt độ và sự hiện diện của clorua hoặc chất oxy hóa - và Hợp kim 20 chiến thắng khi nhiệm vụ nằm trong vỏ bọc của nó.
Hàn và chế tạo
Hợp kim 20 được hàn với chất độn phù hợp cùng họ - ER320 hoặc ER320LR trên AWS A5.9 cho GTAW và GMAW, và E320 hoặc E320LR trên AWS A5.4 cho SMAW - và không cần xử lý nhiệt trước hoặc sau hàn. Tính chất hóa học ổn định có nghĩa là vùng chịu ảnh hưởng nhiệt giữ khả năng chống ăn mòn của nó ở trạng thái như khi hàn, đây là lợi thế thực tế khiến hợp kim này trở thành loại hợp kim được ưa chuộng tại cửa hàng.
Thực hành hàn tuân theo kỷ luật austenit: làm sạch bề mặt mối nối, kiểm soát nhiệt đầu vào và nhiệt độ giữa các lớp thấp. Hợp kim nguội dễ dàng hình thành, mặc dù nó đông cứng nhanh hơn một chút so với 316L và được gia công bằng các phương pháp thực hành tiêu chuẩn và dụng cụ sắc bén.
Những gì cần chỉ định trên đơn đặt hàng
Để giữ cho câu hỏi về Hợp kim 20 được rõ ràng, hãy nêu rõ những điều sau:
- Tiêu chuẩn và mẫu mã: "ống liền mạch theo tiêu chuẩn ASTM B729, UNS N08020" hoặc "ống hàn theo tiêu chuẩn ASTM B464"
- Kích thước: NPS + lịch trình cho đường ống, OD x tường tính bằng milimet cho ống
- Điều kiện: ủ ổn định
- Chiều dài và phần cuối: chiều dài cố định hoặc ngẫu nhiên, đầu trơn hoặc vát
- Chứng chỉ: EN 10204 3.1 với kết quả hóa học về nhiệt và độ bền kéo
Câu hỏi thường gặp
Hỏi: Hợp kim 20 dùng để làm gì?
Trả lời: Dịch vụ chủ yếu là axit sulfuric - đường truyền, bộ trao đổi nhiệt và đường ống xử lý trong các nhà máy hóa chất, phân bón và luyện kim - cộng với môi trường axit hỗn hợp và clorua nơi 316L không hoạt động.
Hỏi: Sự khác biệt giữa Hợp kim 20 và 316L là gì?
Trả lời: Hợp kim 20 mang lượng niken gấp ba lần so với 316L cộng với khả năng ổn định đồng và columbium 3-4%. Kết quả là khả năng chống nứt ăn mòn do ứng suất của axit sulfuric và clorua tốt hơn nhiều, với mức giá cao hơn.
Hỏi: Hợp kim 20 có giống với 20Cb-3 không?
Đáp: Các tên này thường được sử dụng cho cùng một họ hóa học. Hợp kim 20, UNS N08020, là loại ổn định tiêu chuẩn; 20Cb-3 là tên thương mại lịch sử của cùng loại vật liệu.
Hỏi: Có thểỐng hợp kim 20hàn được không?
Trả lời: Có, với chất độn ER320/ER320LR, không làm nóng trước và không xử lý nhiệt sau hàn. Sự ổn định bằng columbium giữ cho vùng chịu ảnh hưởng nhiệt của mối hàn có khả năng chống ăn mòn trong điều kiện hàn.
Hỏi: Nhiệt độ sử dụng tối đa của Hợp kim 20 là bao nhiêu?
A: Đối với dịch vụ kết cấu, khoảng 500-600 độ với cường độ giảm mạnh. Đối với dịch vụ ăn mòn axit, giới hạn thực tế được thiết lập bởi nồng độ axit và đường bao nhiệt độ, không chỉ bằng nhiệt độ kim loại.
Hỏi: Mật độ của Hợp kim 20 là bao nhiêu?
Đáp: Khoảng 8,08 g/cm³, gần bằng loại không gỉ austenit, do đó trọng lượng ống được tính theo hệ số không gỉ tiêu chuẩn là 0,02466 x (OD - WT) x WT tính bằng kg trên mét.
