Stop 20 kontra stop 28: wybór odpowiedniego materiału superaustenitycznego do zastosowań kwasowych - Wiedza

Stop 20jest zoptymalizowany do obsługi kwasu siarkowego (zwłaszcza<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

Zarówno Alloy 20 (UNS N08020), jak i Alloy 28 (UNS N08028) to superaustenityczne stale nierdzewne-niklowe-żelazo-stopy chromu z ulepszonymi dodatkami chromu, molibdenu i miedzi, które przewyższają standardowe gatunki austenityczne w agresywnym środowisku kwaśnym. Ich kluczowa różnica polega na nacisku na skład: stop 20 priorytetowo traktuje stabilizację miedzi (3–4%) i niobu w celu zapewnienia odporności na kwas siarkowy, podczas gdy stop 28 maksymalizuje zawartość chromu (26–28%) i molibdenu (3–4%) w celu zapewnienia doskonałej odporności na wżery i działanie gazów fosforowych/kwaśnych.

Superaustenityczne stale nierdzewne zajmują poziom wyższy od standardowych gatunków austenitycznych (304, 316) zarówno pod względem zawartości stopu, jak i odporności na korozję. Są one definiowane przez wartości PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) przekraczające 40, znacznie wyższe niż ~25 dla stali nierdzewnej 316. Zarówno Alloy 20, jak i Alloy 28 należą do tej klasy, oferując odporność na agresywne kwasy, chlorki i pękanie korozyjne naprężeniowe, której nie są w stanie zapewnić konwencjonalne stale nierdzewne.

Stop 20: Specjalista od kwasu siarkowego

Stop 20 (UNS N08020, znany również jako Carpenter 20Cb-3, NS143, 0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb) został opracowany w 1963 roku specjalnie w celu zapewnienia odporności na korozję wywołaną kwasem siarkowym podczas przetwarzania chemicznego. Jego charakterystycznymi cechami jest dodatek miedzi (3–4%) w celu zapewnienia odporności na kwas siarkowy i niobu (Nb większy lub równy 8 × C) w celu zapewnienia odporności na uczulenia. Pozostaje materiałem wzorcowym dla środowisk kwasu siarkowego.

Stop 28: mistrz kwasu fosforowego i kwaśnego gazu

Stop 28 (UNS N08028, znany również jako Sanicro 28, 1.4563, 00Cr27Ni31Mo3Cu) został opracowany specjalnie do wymienników ciepła z kwasem fosforowym-w procesie mokrym. Wyższa zawartość chromu (26–28%) i molibdenu (3–4%) zapewnia wyjątkową odporność na kwas fosforowy, środowisko kwaśnych gazów (H₂S/CO₂/Cl⁻) i media zawierające-halogenki. Zawartość węgla jest ograniczona do mniejszej lub równej 0,03% ze względu na naturalną odporność na korozję międzykrystaliczną.

Stop 20 zawiera wyższą zawartość miedzi (3–4%) i stabilizację niobu (Nb większą lub równą 8 × C), zoptymalizowaną pod kątem kwasu siarkowego. Stop 28 zawiera wyższą zawartość chromu (26–28% w porównaniu z 19–21%) i molibdenu (3,5% w porównaniu z 2,5%), zapewniając doskonałą PREN (~36 w porównaniu z ~28) i lepszą odporność na korozję wżerową/szczelinową.

Element	Stop 20 (N08020)	Stop 28 (N08028)	Kluczowa różnica
Węgiel (C)	Mniejsze lub równe 0,07%	Mniejsze lub równe 0,03%	Stop 28: ultra-niskoemisyjny
Chrom (Cr)	19.0–21.0%	26.0–28.0%	Stop 28: 7% wyższy Cr
Nikiel (Ni)	32.0–38.0%	30.0–34.0%	Stop 20: 2–4% więcej Ni
Molibden (Mo)	2.0–3.0%	3.0–4.0%	Stop 28: ~40% wyższy Mo
Miedź (Cu)	3.0–4.0%	0.6–1.4%	Stop 20: 3 razy więcej miedzi
Niob (Nb)	Większa lub równa 0,8×C (~1,0%)	-	Stop 20: stabilizowany Nb
Mangan (Mn)	Mniejsze lub równe 2,0%	Mniej niż lub równo 2,5%	Podobny
Krzem (Si)	Mniejsze lub równe 1,0%	Mniejsze lub równe 1,0%	Podobny
Żelazo (Fe)	Balansować	Balansować	Podobny

Obliczenia PREN

PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N (azot ~0,15% w obu klasach):

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

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

Zaleta Alloy 28 PREN: ~8 punktów wyższa=znacznie lepsza odporność na korozję wżerową i szczelinową.
Próg branżowy: PREN > 40 dla usług wody morskiej; Stop 28 zbliża się do tego z oceną 36,5.
Alloy 20 PREN 28.5 jest znacznie lepszy niż 316 (PREN ~25), ale znacznie gorszy od Alloy 28.

Dlaczego różnice w składzie mają znaczenie

Miedź (Cu): Tworzy kompleksy ochronne z kwasem siarkowym, spowalniając szybkość korozji. Niezbędny do obsługi H₂SO₄.
Niob (Nb): zapobiega uczulaniu węglikiem chromu podczas spawania i pracy w-wysokiej temperaturze.
Chrom (Cr): Główny czynnik wpływający na stabilność folii pasywnej; wyższa=lepsza ogólna odporność na korozję i utlenianie.
Molibden (Mo): krytyczny ze względu na odporność na wżery; znacząco poprawia odporność na chlorki i kwasy fosforowe.

Obydwa stopy wykazują w pełni austenityczne mikrostruktury i doskonałą plastyczność-w temperaturze pokojowej. Stop 20 ma nieco wyższą wytrzymałość na rozciąganie (większą lub równą 550 MPa w porównaniu z 500 MPa) ze względu na wzmocnienie niobem, podczas gdy stop 28 zapewnia doskonałą wytrzymałość kriogeniczną i podatność na obróbkę na gorąco. Żadne z nich nie nadaje się do długotrwałego użytkowania w temperaturze powyżej 450 stopni bez dokładnej oceny.

Nieruchomość	Stop 20 (wyżarzany)	Stop 28 (wyżarzany)	Różnica
Gęstość	8,08 g/cm3	8,0 g/cm3	Prawie identyczne
Temperatura topnienia	1370–1400 stopni	1311–1366 stopni	Stop 28: nieco niższy
Najwyższa wytrzymałość na rozciąganie	Większe lub równe 550 MPa	Większe lub równe 500 MPa	Stop 20: ~10% wyższy
Granica plastyczności (0,2%)	Większe lub równe 240 MPa	Większe lub równe 214 MPa	Stop 20: ~12% wyższy
Wydłużenie przy zerwaniu	Większy lub równy 30%	Większy lub równy 40%	Stop 28: lepsza ciągliwość
Twardość (wyżarzana)	135–220 HB / 28–32 HRC	80–90 HRB / ~33 HRC	Podobny
Moduł sprężystości	~200 GPa	~200 GPa	Identyczny
Przewodność cieplna	13.5 W/m·K	~13–14 W/m·K	Podobny

Zimno-Stan po obróbce

Stop 28-obrabiany na zimno: wytrzymałość na rozciąganie do 896 MPa, granica plastyczności do 758 MPa, wydłużenie zmniejszone do ~15%.
Stop 20: reaguje również na obróbkę na zimno; wytrzymałość znacznie wzrasta przy umiarkowanym odkształceniu.
Uwaga dotycząca zastosowania: W przypadku rurociągów-wysokociśnieniowych wymagających dużej wytrzymałości można zastosować-obrobione na zimno stopy Alloy 28 lub Alloy 20.

Podwyższone ograniczenia temperaturowe

Stan	Stop 20	Stop 28
Maksymalna ciągła temperatura pracy	~425 stopni (z warunkami)	~ 400–450 stopni
Limit usług kwasu siarkowego	<50°C for concentrated; <25°C for dilute	Lepszy w umiarkowanych temperaturach
Serwis Kwasu Fosforowego	Dobre do 60-80 stopni	Doskonałe do 80–100 stopni
Ryzyko opadów	NbC w temperaturze 650 stopni (strefa uczulenia)	Brak znaczących opadów (<0.03% C)

Stop 20 jest preferowanym wyborem dla środowisk kwasu siarkowego, zwłaszcza stężonego H₂SO₄ w umiarkowanych temperaturach. Stop 28 sprawdza się lepiej w środowisku kwasu fosforowego, kwaśnego gazu (H₂S/CO₂/Cl⁻) i środowiskach bogatych w-chlorki. Żaden z nich nie jest zalecany do stosowania z kwasem solnym (HCl).

Alloy 20 Corrosion Resistance

Kwas Siarkowy (H₂SO₄)

Stężenie H₂SO₄	Stop 20	Stop 28	Zalecony
<10% (dilute), <50°C	Doskonały	Doskonały	Albo
10–60%, <50°C	Bardzo dobry	Dobry	Stop 20
60–85% (stęż.),<50°C	Doskonały	Dobry	Stop 20
>85%, podwyższona temp.	Dobry (ograniczony temperaturą)	Dobry	Stop 20
Kwas mieszany (H₂SO₄+HNO₃)	Bardzo dobry	Dobry	Stop 20
H₂SO₄ z Cl⁻	Umiarkowany	Dobry	Stop 28

Mechanizm: Miedź w stopie 20 tworzy ochronną warstwę pasywną typu Cu₂S-, która jest odporna na działanie kwasu siarkowego skuteczniej niż same powłoki chromu-molibdenu.
Limit temperatury: Obydwa stopy są ogólnie ograniczone do<50–60°C in sulfuric acid. Above this, expensive nickel alloys (Alloy 625, Alloy 825) are required.
Kluczowa zaleta Alloy 20: Dodatek miedzi (3–4%) szczególnie poprawia odporność na redukujące warunki kwasowe, takie jak kwas siarkowy.

Kwas Fosforowy (H₃PO₄)

Stan H₃PO₄	Stop 20	Stop 28	Zalecony
Proces-mokry (z zanieczyszczeniami F⁻/Cl⁻), temperatura RT	Bardzo dobry	Doskonały	Stop 28
Stężenie termiczne (52% P₂O₅), podwyższone	Dobry	Doskonały	Stop 28
Czysty H₃PO₄,<80°C	Dobry	Bardzo dobry	Albo
H₃PO₄ + zanieczyszczenia halogenkowe	Umiarkowany	Doskonały	Stop 28

Stop 28 został opracowany specjalnie do-mokrej produkcji kwasu fosforowego, gdzie zanieczyszczenia fluorkowe i chlorkowe powodują szybkie uszkodzenie konwencjonalnej stali nierdzewnej.
Badania (Springer, 2024): Stop 28 w 52% kwasie fosforowym P₂O₅ z utleniaczami wykazał ujemną szybkość korozji (przyrost masy w wyniku tworzenia się warstwy pasywnej), co potwierdza doskonałą pasywność.
Zawartość Mo (3,5%): Krytyczna dla odporności na kwas fosforowy z zanieczyszczeniami F⁻/Cl⁻, które agresywnie atakują folie pasywne.

Środowiska kwaśnych gazów i pól naftowych (H₂S/CO₂/Cl⁻)

Stop Alloy 28 jest znacznie lepszy w przypadku gazów kwaśnych ze względu na wyższą zawartość Cr i Mo, co zapewnia PREN ~36,5 w porównaniu ze stopem Alloy 20 ~28,5. W środowiskach H₂S/CO₂/Cl⁻, Alloy 28 jest standardowym wyborem dla OCTG (produktów rurowych naftowych) i wymienników ciepła.

Środowisko	Stop 20	Stop 28	Notatki
Tylko H₂S (<100 ppm), <150°C	Dobry	Bardzo dobry	Preferowany stop 28
H₂S + CO₂ + Cl⁻	Umiarkowany	Doskonały	Stop 28 wyraźnie lepszy
High Cl⁻ (>1000 ppm)	Ograniczona (PREN~28,5)	Dobry (PREN~36,5)	Wymagany stop 28
Serwis wody morskiej	Niezalecane	Odpowiednie (PREN 36,5)	Stop 28
Pękanie naprężeniowe siarczkowe	Dobry	Doskonały	Stop 28

Zastosowanie Alloy 28: Rury produkcyjne (OCTG) i wymienniki ciepła w polach kwaśnej ropy i gazu o wysokiej zawartości H₂S/CO₂/Cl⁻.
Mechanizm ze stopu 28: Wysoka zawartość Cr tworzy stabilną pasywną warstwę Cr₂O₃; wysoka zawartość Mo tworzy warstwę ochronną MoO₂ odporną na atak chlorków pod wpływem H₂S.
NACE MR0175/ISO 15156: Obydwa stopy mogą być wymienione jako kwaśne, ale szersza akceptacja Alloy 28 wynika z doskonałego PREN.

Korozja wżerowa i szczelinowa

Stan	Stop 20	Stop 28	Zwycięzca
Wartość PREN	~28.5	~36.5	Stop 28 (+28%)
Krytyczna temperatura wżerów (CPT) w 3,5% NaCl	~20 stopni	~ 40–45 stopni	Stop 28 znacznie lepszy
Odporność na korozję szczelinową	Umiarkowany	Bardzo dobry	Stop 28
Pękanie korozyjne naprężeniowe (Cl⁻)	Dobry	Doskonały	Stop 28

Czego żaden ze stopów nie radzi sobie dobrze

Kwas solny (HCl): Ani Alloy 20, ani Alloy 28 nie jest zalecany do obsługi HCl. Użyj stopu B (N10001) lub stopu 400.
High-Temperature (>450 stopni) Środowiska utleniające: Oba stopy tracą odporność na korozję; rozważ stop 625 lub stop 800H.
Aqua Regia (HNO₃ + HCl): Żaden gatunek nie zapewnia odpowiedniej odporności.

Obydwa stopy można łatwo spawać przy użyciu standardowych procesów ze stali austenitycznej. Alloy 20 wymaga wypełniacza stabilizowanego niobem-(ERNiCrMo-3) w celu zapewnienia optymalnej pracy w wysokich temperaturach, natomiast Alloy 28 wykorzystuje wypełniacz ERNiCrMo-3 lub ER316L. Żadne z nich nie wymaga wstępnego podgrzewania.

Parametr	Stop 20	Stop 28
Spawalność	Doskonały	Doskonały
Rozgrzewanie	Nie jest wymagane	Nie jest wymagane
Temperatura międzyściegowa	<175°C (350°F)	<175°C (350°F)
Obróbka cieplna po-spawie (PWHT)	Niewymagane (stabilizowane)	Niewymagane (bardzo-niskie C)
Zalecany spoiwo	ERNiCrMo-3 (wypełniacz ze stopu 625)	ERNiCrMo-3 lub ER316L
Gaz osłonowy	Ar + 2–3% CO₂	Ar + 2–3% CO₂
Skrawalność	Dostateczny (podobny do 316)	Przeciętny (nieco trudniejszy ze względu na Mo)
Formowalność na zimno	Doskonały	Doskonały
Urabialność na gorąco	Dobry (970–1065 stopni)	Dobry (950–1100 stopni)

Specyfika spawania stopu 20

Zalecane są elektrody AWS A5.14 ERNiCrMo-3 lub AWS A5.11 ENiCrMo-3.
Niob w wypełniaczu stabilizuje metal spoiny przed uczuleniem.
Wyżarzanie rozpuszczające po spawaniu: 900–1150 stopni przez 1–2 godziny, szybkie hartowanie w powietrzu lub wodzie.
Skład metalu spoiny odpowiada metalowi macierzystemu, jeśli używany jest odpowiedni wypełniacz.

Specyfika spawania stopu 28

ERNiCrMo-3: Preferowany do spoin-o wysokiej odporności na korozję (środowiska H₂S/Cl⁻).
ER316L: Dopuszczalne dla standardowych zastosowań kwasowych; zapewnia odpowiednią odporność na korozję.
Wyżarzanie rozpuszczające: 1100 stopni jest optymalne zarówno pod względem właściwości mechanicznych, jak i odporności na korozję (-potwierdzone badaniami).
Ultra-niska zawartość węgla (mniejsza lub równa 0,03%) oznacza brak ryzyka uczulenia nawet w-strefie wpływu ciepła (HAZ).

Stop 28 jest zazwyczaj o 10–25% droższy niż stop 20 ze względu na wyższą zawartość chromu i molibdenu. Jednakże w zastosowaniach związanych z kwasem fosforowym i kwaśnym gazem doskonała odporność na korozję Alloy 28 zapewnia niższy całkowity koszt cyklu życia dzięki dłuższej żywotności sprzętu i zmniejszonej konserwacji.

Czynnik kosztowy	Stop 20	Stop 28	Notatki
Koszt surowca	Odniesienie (1,0×)	1.1–1.25×	Wyższy Cr/Mo w stopie 28
Wpływ na zawartość Ni	32–38% Ni	30–34% Ni	Cena Ni jest głównym czynnikiem generującym koszty
Wpływ na zawartość Cu	3–4% Cu (droższe)	0,6–1,4% Cu	Cu częściowo równoważy koszt Cr/Mo
Dostępność (płyta/arkusz)	Dobry	Dobry	Obydwa szeroko zaopatrzone
Dostępność (rurowy)	Dobry	Dobry	Zgodność z ASTM B729/B668
Czas realizacji (formularze niestandardowe)	4–8 tygodni	6–10 tygodni	Stop 28 może zająć więcej czasu
Koszt wypełniacza spoin	ERNiCrMo-3	ERNiCrMo-3 lub ER316L	Stop 20: Wymagany wypełniacz Nb
Koszt cyklu życia (aplikacja docelowa)	Niższa w przypadku obsługi H₂SO₄	Niższa, jeśli usługa H₃PO₄/H₂S	Dopasuj do aplikacji

Kiedy wyższy koszt stopu 28 jest uzasadniony

Kwas fosforowy z zanieczyszczeniami fluorkowo-chlorkowymi: Stop 20 ulegnie przyspieszonemu atakowi; Stop 28 wytrzymuje znacznie dłużej.
Kwaśny gaz o wysokiej zawartości H₂S/CO₂/Cl⁻: OCTG i awarie głowic odwiertów przy użyciu Alloy 20 znacznie przewyższyłyby oszczędności w kosztach materiałów.
Woda morska: PREN stopu 20 ~28,5 jest niewystarczający; Stop 28 (PREN ~36,5) zapewnia niezawodną pracę.

Kryterium	Stop 20 (N08020)	Stop 28 (N08028)	Zwycięzca
Kwas siarkowy (<50°C, concentrated)	Doskonały	Dobry	Stop 20
Kwas siarkowy (rozcieńczony, z Cl⁻)	Umiarkowany	Dobry	Stop 28
Kwas Fosforowy (czysty)	Dobry	Bardzo dobry	Stop 28
Kwas fosforowy (zanieczyszczony F⁻/Cl⁻)	Umiarkowany	Doskonały	Stop 28
Kwaśny gaz (H₂S/CO₂/Cl⁻)	Dobry	Doskonały	Stop 28
Woda morska / wysoki Cl⁻	Nie nadaje się	Dobry	Stop 28
Mieszany kwas (H₂SO₄+HNO₃)	Bardzo dobry	Dobry	Stop 20
Odporność na wżery (PREN)	~28.5	~36.5	Stop 28 (+28%)
Odporność na uczulenia (spawanie)	Doskonały (stabilizowany Nb)	Znakomity (bardzo-niskie C)	Równy
Wytrzymałość mechaniczna (UTS)	Większe lub równe 550 MPa	Większe lub równe 500 MPa	Stop 20
Plastyczność (wydłużenie)	Większy lub równy 30%	Większy lub równy 40%	Stop 28
Spawalność	Doskonały	Doskonały	Równy
Skrawalność	Sprawiedliwy	Sprawiedliwy	Równy
Koszt	Dolna (odniesienie)	Wyższa (10–25%)	Stop 20
Specyficzne pochodzenie kwasu fosforowego	Nie do tego opracowany	Opracowany do tego	Stop 28
Specyficzne pochodzenie kwasu siarkowego	Opracowany do tego	Nie do tego opracowany	Stop 20

Decyzja o wyborze stopu 20 vs. stopu 28 jest zasadniczo podyktowana dominującym środkiem korozyjnym w danym zastosowaniu. Obie są superaustenityczną stalą nierdzewną o doskonałej odporności na korozję, ale ich odmienny skład sprawia, że każda z nich jest optymalna dla różnych środowisk pracy:

Stop 20(N08020, 0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb) jest specjalistą od kwasu siarkowego. Dodatek miedzi w ilości 3–4% tworzy wyjątkową odporność warstwy pasywnej na H₂SO₄, której Alloy 28 nie jest w stanie dorównać. Opracowany specjalnie do zastosowań w procesach chemicznych obejmujących kwas siarkowy, kwasy mieszane i czyszczenie kwasem, Alloy 20 pozostaje standardem technicznym dla H₂SO₄ w temperaturze poniżej 50 stopni. Stosuj go, gdy w procesie dominuje kwas siarkowy,-a ekonomia preferuje stopy superaustenityczne zawierające miedź-niż stopy na bazie niklu.

Stop 28(N08028, 00Cr27Ni31Mo3Cu) jest mistrzem kwasu fosforowego i kwaśnego gazu. Zawarte w nim 26–28% chromu i 3,5% molibdenu zapewniają PREN ~36,5, oferując znacznie lepszą odporność na korozję wżerową i szczelinową niż Alloy 20. Stop 28, pierwotnie opracowany w celu rozwiązywania usterek wymienników ciepła w procesie mokrym z kwasem fosforowym, stał się od tego czasu standardem w produkcji kwaśnej ropy i gazu (H₂S/CO₂/Cl⁻), instalacji wody morskiej i systemów FGD. Należy go stosować, gdy zagrożenie stanowi-zanieczyszczony halogenkami kwas fosforowy, kwaśny gaz lub inne środowisko, w którym wysoki poziom PREN i odporność na miejscową korozję decydują o żywotności sprzętu.

Dla inżynierów ds. zakupów: porównaj-główne zagrożenie korozją i maksymalną temperaturę roboczą z powyższymi tabelami porównawczymi. Dla inżynierów procesu: potwierdź, że wybrany stop został przetestowany pod kątem określonego stężenia kwasu, temperatury i profilu zanieczyszczeń w strumieniu procesowym. W razie wątpliwości należy zapoznać się z arkuszami danych stopów i wytycznymi NACE/ASME BPVC dotyczącymi odpowiednich warunków użytkowania.