Legering 20 is de ijzer-nikkel-chroomlegering waar ingenieurs in chemische fabrieken naar streven als het medium zwavelzuur is en de roestvrije kwaliteiten niet voldoende zijn. De legering, UNS N08020, neemt een smalle maar intensief gebruikte positie in de corrosietabel in: het is bestand tegen zwavelzuur over een breed concentratiebereik bij gematigde temperaturen, het haalt de gemengde zuren van zich af die 316L verslaan, en het kost een fractie van de molybdeen-zware nikkellegeringen.
Productformulieren
Staaf & Stang
Plaat & Blad
Spoel en strip
Pijp & Buis
Montage: flens, T-stuk, elleboog, verloopstuk etc.
Smeden: ring, schacht, cirkel, blok etc.
Waar Alloy 20 in de corrosietabel zit
De snelste manier om Alloy 20 te begrijpen is door zijn buren. Onder dit legeringsgehalte faalt 316L roestvrij staal in warm zwavelzuur en in chloridemedia omdat het molybdeengehalte, 2-3%, te laag is om de passieve film vast te houden.
Daarboven dragen de op nikkel gebaseerde legeringen zoals C-276 de volledige zwavelzuurbelasting bij hogere temperaturen en concentraties, maar tegen een meerdere malen hogere prijs. Legering 20 is de middelste stap: nikkel met 32-38% met chroom, molybdeen en koper, speciaal ontwikkeld voor zwavelzuurgebruik en voor de gemengde zuur- en chlorideomgevingen die eromheen voorkomen in een chemische fabriek.
Het kopergehalte is de ongebruikelijke rij. Koper is geen gebruikelijke legeringstoevoeging aan corrosiebestendig staal, maar in Alloy 20 is het het element dat het corrosiegedrag in zwavelzuur verandert: het verbetert de weerstand in het reducerende, verdunde zuurgebied waar de chroomoxidefilm niet stabiel is, en het werkt samen met het molybdeen om de put- en spleetaanval van chloridehoudende media te weerstaan.
Het resultaat is een legering waarvan de zwavelzuurprestaties zich uitstrekken tot een concentratie van ruwweg 50% bij temperaturen tot ongeveer 80-100 graden - het omhulsel waarin het grootste deel van de zuurbehandelingsleidingen in kunstmest-, metallurgische en speciaalchemische fabrieken actief is.
Chemische samenstelling volgens ASTM B729
De onderstaande samenstellingslimieten volgen ASTM B729, de naadloze buis- en buisspecificatie voor UNS N08020. IJzer is het balanselement.
| Element | Samenstellingslimiet, % |
| Ni | 32.0 - 38.0 |
| Cr | 19.0 - 21.0 |
| ma | 2.0 - 3.0 |
| Cu | 3.0 - 4.0 |
| Nb + Ta | 8 x C min tot 1,0 max |
| C | 0.07 max |
| Mn | 2.0 max |
| Si | 1.0 max |
| P | 0.045 max |
| S | 0.035 max |
| Fe | Evenwicht |
Drie rijen zijn belangrijk voor de koper. Het nikkel met een percentage van 32,0-38,0% is de matrix en de reden dat de legering veel beter bestand is tegen chloride-spanningscorrosiescheuren dan de austenitische roestvaste kwaliteiten. De molybdeen- en koperrijen bepalen samen het zwavelzuurgedrag en de putweerstand.
En de rij columbium-plus-tantaal bij minimaal 8 x C is de stabilisator: deze bindt de koolstof vast, zodat de legering kan worden gelast en gebruikt zonder de sensibilisatie die anders een chroomarme korrelgrens zou creëren in de door hitte beïnvloede zone. Het niobium-gestabiliseerde ontwerp maakt Alloy 20 tot een materiaalvriendelijk materiaal: het wordt gelast en in zuur gebruik gebracht zonder een warmtebehandeling na het lassen.
Mechanische eigenschappen volgens ASTM B729
Legering 20 pijp en buisworden geleverd in gestabiliseerde, gegloeide toestand en ASTM B729 vereist de volgende minimale mechanische eigenschappen:
| Eigendom | Minimumwaarde (ASTM B729) |
| Treksterkte | 551 MPa (80 ksi) |
| Opbrengststerkte, 0,2% offset | 241 MPa (35 ksi) |
| Verlenging | 30% |
Typische productiewaarden in de gestabiliseerd-gegloeide toestand bedragen ongeveer 620 MPa treksterkte en 280 MPa opbrengst met 40% rek. De sterkte ligt in hetzelfde bereik als gegloeid austenitisch roestvast staal, wat betekent dat de legering met dezelfde werkplaatspraktijk wordt vervaardigd: ze buigt, rolt en bewerkt als een soort 316, met een iets hogere hardingssnelheid.
De mechanische eenvoud van de specificatie (één leveringsconditie, geen warmtebehandelingsmatrix) maakt deel uit van de reden waarom Alloy 20 als een werkpaard wordt beschouwd: de koper bestelt gestabiliseerd-gegloeid en de fabrikant last het zonder speciale procedurekwalificatie die verder gaat dan de normale legeringspraktijk.
Fysieke eigenschappen
| Eigendom | Waarde |
| Dikte | 8,08 g/cm³ |
| Smeltbereik | 1400 - 1443 graad (ongeveer) |
| Elasticiteitsmodulus | 200 GPa (ongeveer) |
| Structuur | Austenitisch, niet-magnetisch |
| Thermische geleidbaarheid, 100 graden | 13,5 W/m·K (circa) |
Het zwavelzuuromhulsel, aangebracht
De praktische vraag bij elk Alloy 20-onderzoek is: "Zal het deze zuurbelasting handhaven?" Het antwoord is een functie van concentratie en temperatuur, en de onderstaande tabel is de technische afkorting die ontwerpers van fabrieken feitelijk gebruiken. Waarden zijn indicatieve servicerichtlijnen voor buizen en pijpen en zijn geen vervanging voor een corrosietest op het exacte procesmedium.
| Medium | Concentratie / conditie | Legering 20 vonnis |
| Zwavelzuur | 0 - 50%, tot ~80-100 graden | Goed tot uitstekend: de kern van de dienstverlening |
| Zwavelzuur | Boven 50%, of kokend | Snel erger - overweeg een hogere legering |
| Fosforzuur | Fosforzuur volgens het natte proces | Goed - standaardkeuze in kunstmestplanten |
| Salpeterzuur | Alle concentraties | Goed, vergelijkbaar met de 304L-familie |
| Gemengde zuren | H2SO4 + HCl, HNO3 + HF beitsbaden | Goed - waar 316L faalt |
| Chloride media | Zout water, pekel, natte chloorsporen | Matig - weerstand tegen putjes boven 316L, onder nikkellegeringen |
| Bijtende oplossingen | Verdund | Goed |
Twee praktische regels maken het plaatje compleet. Ten eerste zijn de corrosiesnelheden in het kritische bereik van ruwweg 10-50% zwavelzuur sterk gevoelig voor temperatuur en voor sporen van oxidatiemiddelen in het zuur; een verstoring die de temperatuur met 20 graden verhoogt, kan de corrosiesnelheid met een orde van grootte veranderen, dus de specificatie moet worden opgesteld op basis van de slechtst denkbare bedrijfsomstandigheden, en niet de normale.
Ten tweede is het economische antwoord voor zuur dat heet en geconcentreerd moet worden verwerkt niet meer een Alloy 20-wand; het is een stap omhoog naar een legering met een hoger nikkelgehalte, en de beslissing moet worden genomen op basis van de corrosietabel, niet op basis van de wanddikte.
Specificaties en productvormen
Alloy 20 wordt geleverd volgens de volgende specificaties, geselecteerd op productvorm:
- ASTM B729 / ASME SB-729 - naadloze buizen en pijpen
- ASTM B464 / ASME SB-464 - gelaste buis
- ASTM B468 - gelaste buis voor warmtewisselaars
- ASTM B463 / ASME SB-463 - plaat, plaat en strip
- ASTM B473 - staaf, staaf en smeedwerk
De naadloze buis onder B729 bestrijkt het NPS-assortiment tot grote diameters, met schema's tot en met de zware wandklassen; De gelaste buis onder B464 is vervaardigd uit gestabiliseerd-gegloeid stripmateriaal en is een kosteneffectieve optie voor grote diameters waarbij de naad wordt geröntgend en de verbinding wordt geaccepteerd. Voor warmtewisselaarbuizen geldt B468 en de buis wordt geleverd in rechte lengtes, klaar om in de buizenplaat te worden gerold. De gestabiliseerd-gegloeide toestand is van toepassing op alle vormen.
Typische toepassingen
Legering 20 pijp en buiszijn gespecificeerd voor de volgende services:
- Zwavelzuuroverdracht- en recirculatielijnen in chemische fabrieken
- Natproces-fosforzuurverdampers en leidingen in kunstmestfabrieken
- Warmtewisselaars en condensors die zure en chloridemedia verwerken
- Beitsbadleidingen en zuurterugwinningssystemen in staalfabrieken
- Synthetisch rubber, farmaceutische producten en speciale chemische procesleidingen
- Pomp-, klep- en instrumentatiecomponenten in zuurbedrijf
In elke dienst is de legering het economische middenantwoord: ze dicht het gat waar 316L faalt, en dat tegen een prijs die ver onder die van nikkelgebaseerde legeringen ligt. De terugkerende ontwerpbeslissing is de zuurbelasting - concentratie, temperatuur en de aanwezigheid van chloriden of oxidatiemiddelen - en Alloy 20 wint als de belasting binnen de grenzen blijft.
Lassen en fabricage
Legering 20 is gelast met bijpassende vulstof van dezelfde familie - ER320 of ER320LR volgens AWS A5.9 voor GTAW en GMAW, en E320 of E320LR volgens AWS A5.4 voor SMAW - en er is geen warmtebehandeling voorverwarmen of nalassen vereist. De gestabiliseerde chemie zorgt ervoor dat de door hitte beïnvloede zone zijn corrosieweerstand behoudt in de gelaste toestand, wat het praktische voordeel is dat de legering tot een favoriet in de winkel maakt.
De laspraktijk volgt de austenitische discipline: schone verbindingsoppervlakken, gecontroleerde warmte-inbreng en lage tussentemperatuur. De legering vormt zich gemakkelijk koud, hoewel ze iets sneller uithardt dan 316L, en wordt bewerkt met standaardpraktijken en scherp gereedschap.
Wat u bij de bestelling moet vermelden
Om een Alloy 20-onderzoek overzichtelijk te houden, vermeldt u het volgende:
- Norm en vorm: "naadloze buis volgens ASTM B729, UNS N08020" of "gelaste buis volgens ASTM B464"
- Afmeting: NPS + schema voor buis, buitendiameter x wand in millimeters voor buis
- Conditie: gestabiliseerd-gegloeid
- Lengte- en eindafwerking: vaste of willekeurige lengtes, glad of afgeschuind
- Certificaat: EN 10204 3.1 met hittechemie en trekresultaten
Veelgestelde vragen
Vraag: Waar wordt Alloy 20 voor gebruikt?
A: Voornamelijk zwavelzuurservice - overdrachtsleidingen, warmtewisselaars en procesleidingen in chemische, kunstmest- en metallurgische fabrieken - plus gemengde zuur- en chlorideomgevingen waar 316L faalt.
Vraag: Wat is het verschil tussen Alloy 20 en 316L?
A: Legering 20 bevat grofweg drie keer zoveel nikkel als 316L plus 3-4% koper- en columbiumstabilisatie. Het resultaat is een veel betere weerstand tegen spanningscorrosiescheuren door zwavelzuur en chloride, tegen een hogere prijs.
Vraag: Is Alloy 20 hetzelfde als 20Cb-3?
A: De namen worden vaak gebruikt voor dezelfde chemiefamilie. Legering 20, UNS N08020, is de standaard gestabiliseerde kwaliteit; 20Cb-3 is een historische handelsnaam voor hetzelfde materiaal.
Vraag: KanLegering 20 pijpgelast worden?
A: Ja, met ER320/ER320LR-vuller, geen voorverwarming en geen warmtebehandeling na het lassen. De columbiumstabilisatie zorgt ervoor dat de door de hitte beïnvloede zone van de las corrosiebestendig blijft in de gelaste toestand.
Vraag: Wat is de maximale gebruikstemperatuur voor Alloy 20?
A: Voor structureel gebruik, ongeveer 500-600 graden met sterk verminderde sterkte. Bij zuurcorrosie wordt de praktische limiet bepaald door de zuurconcentratie en het temperatuurbereik, niet alleen door de metaaltemperatuur.
Vraag: Wat is de dichtheid van Legering 20?
A: Ongeveer 8,08 g/cm³, dicht bij de austenitische roestvrije kwaliteiten, dus het buisgewicht wordt berekend met de standaard roestvrije factor van 0,02466 x (OD - WT) x WT in kg per meter.
