Alloy 20 ist die Eisen-Nickel-Chrom-Legierung, zu der Chemieanlagenbauer greifen, wenn das Medium Schwefelsäure ist und die rostfreien Qualitäten nicht ausreichen. Die Legierung UNS N08020 nimmt in der Korrosionstabelle eine schmale, aber häufig genutzte Position ein: Sie widersteht Schwefelsäure über einen weiten Konzentrationsbereich bei moderaten Temperaturen, sie verträgt die gemischten Säuren, die 316L besiegen, und sie kostet nur einen Bruchteil der Molybdän-schweren Nickellegierungen.
Produktformen
Stange und Stange
Platte und Blatt
Spule und Streifen
Rohr und Rohr
Fitting: Flansch, T-Stück, Winkelstück, Reduzierstück usw.
Schmieden: Ring, Welle, Kreis, Block usw.
Wo Alloy 20 in der Korrosionstabelle steht
Der schnellste Weg, Alloy 20 zu verstehen, führt über seine Nachbarn. Unterhalb dieses Legierungsgehalts versagt Edelstahl 316L in warmer Schwefelsäure und in Chloridmedien, da sein Molybdängehalt (2–3 %) zu niedrig ist, um den Passivfilm aufrechtzuerhalten.
Darüber hinaus tragen die Nickelbasislegierungen wie C-276 bei höheren Temperaturen und Konzentrationen die volle Schwefelsäurepflicht, allerdings zu einem um ein Vielfaches höheren Preis. Legierung 20 ist die mittlere Stufe: Nickel mit 32–38 % mit Chrom, Molybdän und Kupfer, speziell für den Einsatz in Schwefelsäure und für die Umgebung mit gemischten Säuren und Chloriden in einer Chemiefabrik entwickelt.
Der Kupfergehalt ist die ungewöhnliche Reihe. Kupfer ist kein üblicher Legierungszusatz für korrosionsbeständige Stähle, aber in Legierung 20 ist es das Element, das das Korrosionsverhalten in Schwefelsäure verschiebt: Es verbessert die Beständigkeit im reduzierenden, verdünnten Säurebereich, wo der Chromoxidfilm nicht stabil ist, und es wirkt zusammen mit dem Molybdän, um dem Lochfraß- und Spaltangriff chloridhaltiger Medien zu widerstehen.
Das Ergebnis ist eine Legierung, deren Schwefelsäureleistung bis zu einer Konzentration von etwa 50 % bei Temperaturen von bis zu etwa 80–100 Grad reicht – dem Bereich, in dem der Großteil der Säurehandhabungsleitungen in Düngemittel-, Metallurgie- und Spezialchemiefabriken betrieben wird.
Chemische Zusammensetzung gemäß ASTM B729
Die nachstehenden Zusammensetzungsgrenzen folgen ASTM B729, der Spezifikation für nahtlose Rohre und Rohre für UNS N08020. Eisen ist das Gleichgewichtselement.
| Element | Zusammensetzungsgrenze, % |
| Ni | 32.0 - 38.0 |
| Cr | 19.0 - 21.0 |
| Mo | 2.0 - 3.0 |
| Cu | 3.0 - 4.0 |
| Nb + Ta | 8 x C min. bis 1,0 max |
| C | 0.07 max |
| Mn | 2.0 max |
| Si | 1.0 max |
| P | 0.045 max |
| S | 0.035 max |
| Fe | Gleichgewicht |
Für den Käufer sind drei Reihen wichtig. Der Nickelgehalt von 32,0–38,0 % ist die Matrix und der Grund dafür, dass die Legierung der Spannungsrisskorrosion durch Chlorid weitaus besser widersteht als die austenitischen Edelstahlsorten. Die Molybdän- und Kupferreihen bestimmen zusammen das Schwefelsäureverhalten und die Lochfraßbeständigkeit.
Und die Columbium-Tantal-Reihe bei mindestens 8 x C ist der Stabilisator: Sie bindet den Kohlenstoff, sodass die Legierung geschweißt und verwendet werden kann, ohne dass es zu einer Sensibilisierung kommt, die andernfalls zu einer chromarmen Korngrenze in der Wärmeeinflusszone führen würde. Das Niob-stabilisierte Design macht Alloy 20 zu einem verarbeitungsfreundlichen Material – es wird ohne Wärmebehandlung nach dem Schweißen geschweißt und in den Säurebetrieb eingesetzt.
Mechanische Eigenschaften gemäß ASTM B729
Rohr und Schlauch aus Legierung 20werden im stabilisiert-geglühten Zustand geliefert und ASTM B729 erfordert die folgenden mechanischen Mindesteigenschaften:
| Eigentum | Mindestwert (ASTM B729) |
| Zugfestigkeit | 551 MPa (80 ksi) |
| Streckgrenze, 0,2 % Offset | 241 MPa (35 ksi) |
| Verlängerung | 30% |
Typische Produktionswerte im stabilisierten-geglühten Zustand liegen bei etwa 620 MPa Zugfestigkeit und 280 MPa Streckgrenze bei 40 % Dehnung. Die Festigkeit liegt im gleichen Bereich wie bei geglühtem austenitischem Edelstahl, was bedeutet, dass die Legierung mit den gleichen Werkstattverfahren hergestellt wird: Sie wird wie eine Sorte vom Typ 316 gebogen, gewalzt und maschinell bearbeitet, mit einer etwas höheren Kaltverfestigungsrate.
Die mechanische Einfachheit der Spezifikation – ein Lieferzustand, keine Wärmebehandlungsmatrix – ist einer der Gründe, warum Alloy 20 als Arbeitstier gilt: Der Käufer bestellt stabilisiert geglüht und der Hersteller schweißt es ohne besondere Verfahrensqualifikation, die über die normale Legierungspraxis hinausgeht.
Physikalische Eigenschaften
| Eigentum | Wert |
| Dichte | 8,08 g/cm³ |
| Schmelzbereich | 1400 - 1443 Grad (ca.) |
| Elastizitätsmodul | 200 GPa (ca.) |
| Struktur | Austenitisch, nicht magnetisch |
| Wärmeleitfähigkeit, 100 Grad | 13,5 W/m·K (ca.) |
Die Schwefelsäurehülle wird aufgetragen
Die praktische Frage bei jeder Alloy 20-Anfrage lautet: „Wird es dieser Säurebeständigkeit standhalten?“ Die Antwort ist eine Funktion der Konzentration und der Temperatur, und die folgende Tabelle ist die technische Abkürzung, die Anlagenplaner tatsächlich verwenden. Die Werte sind Richtwerte für die Wartung von Rohren und Rohren und kein Ersatz für einen Korrosionstest am genauen Prozessmedium.
| Medium | Konzentration / Zustand | Urteil zu Alloy 20 |
| Schwefelsäure | 0 - 50 %, bis zu ~80-100 Grad | Gut bis ausgezeichnet – der Kerndienstleistungsbereich |
| Schwefelsäure | Über 50 % oder kochend | Schnell schlimmer – denken Sie über eine höhere Legierung nach |
| Phosphorsäure | Phosphorsäure im Nassverfahren | Gut – Standardauswahl in Düngemittelanlagen |
| Salpetersäure | Alle Konzentrationen | Gut, ähnlich der 304L-Familie |
| Gemischte Säuren | H2SO4 + HCl, HNO3 + HF-Beizbäder | Gut – wo 316L versagt |
| Chloridmedien | Salzwasser, Sole, nasse Chlorspuren | Mäßig – Lochfraßbeständigkeit über 316L, unter Nickellegierungen |
| Ätzende Lösungen | Verdünnen | Gut |
Zwei praktische Regeln runden das Bild ab. Erstens sind die Korrosionsraten im kritischen Bereich von etwa 10–50 % Schwefelsäure stark temperaturabhängig und von Spuren von Oxidationsmitteln in der Säure; Eine Störung, die die Temperatur um 20 Grad erhöht, kann die Korrosionsrate um eine Größenordnung verändern. Daher sollte die Spezifikation für den ungünstigsten Betriebszustand und nicht für den Normalfall erstellt werden.
Zweitens ist für Säuren, die heiß und konzentriert gehandhabt werden müssen, die wirtschaftliche Lösung nicht eine stärkere Wandstärke von Alloy 20 – es handelt sich um einen Schritt nach oben zu einer Legierung mit höherem Nickelgehalt, und die Entscheidung sollte anhand der Korrosionstabelle und nicht anhand der Wandstärke getroffen werden.
Spezifikationen und Produktformen
Alloy 20 wird gemäß den folgenden Spezifikationen geliefert, ausgewählt nach Produktform:
- ASTM B729 / ASME SB-729 – nahtlose Rohre und Röhren
- ASTM B464 / ASME SB-464 – geschweißtes Rohr
- ASTM B468 - geschweißtes Rohr für Wärmetauscher
- ASTM B463 / ASME SB-463 – Platte, Blech und Streifen
- ASTM B473 - Stangen, Stangen und Schmiedeteile
Das nahtlose Rohr unter B729 deckt den NPS-Bereich bis hin zu großen Durchmessern ab, mit Zeitplänen durch die schweren Wandklassen; Das geschweißte Rohr gemäß B464 wird aus stabilisiert geglühtem Band hergestellt und ist eine kostengünstige Option für große Durchmesser, bei denen die Naht durchleuchtet und die Verbindung akzeptiert wird. Für Wärmetauscherrohre gilt B468 und das Rohr wird in geraden Längen geliefert, die zum Einrollen in den Rohrboden bereit sind. Der stabilisiert-geglühte Zustand gilt für alle Formen.
Typische Anwendungen
Rohr und Schlauch aus Legierung 20sind für die folgenden Dienste spezifiziert:
- Transfer- und Rezirkulationsleitungen für Schwefelsäure in Chemieanlagen
- Nassprozess-Phosphorsäureverdampfer und Rohrleitungen in Düngemittelanlagen
- Wärmetauscher und Kondensatoren für den Umgang mit Säure- und Chloridmedien
- Beizbadleitungen und Säurerückgewinnungssysteme in Stahlwerken
- Synthesekautschuk, Pharmazeutika und Prozessrohre für Spezialchemikalien
- Pumpen-, Ventil- und Instrumentierungskomponenten im Säurebereich
In jeder Hinsicht ist die Legierung die wirtschaftliche Mittellösung: Sie schließt die Lücke, wo 316L versagt, und das zu einem Preis, der deutlich unter dem der Nickelbasislegierungen liegt. Die wiederkehrende Designentscheidung ist die Säurebelastung – Konzentration, Temperatur und das Vorhandensein von Chloriden oder Oxidationsmitteln – und Alloy 20 gewinnt, wenn die Belastung innerhalb ihrer Grenzen liegt.
Schweißen und Fertigung
Alloy 20 wird mit passendem Zusatzwerkstoff derselben Familie geschweißt – ER320 oder ER320LR gemäß AWS A5.9 für GTAW und GMAW und E320 oder E320LR gemäß AWS A5.4 für SMAW – und es ist keine Vorwärmung oder Wärmebehandlung nach dem Schweißen erforderlich. Die stabilisierte Chemie bedeutet, dass die Wärmeeinflusszone ihre Korrosionsbeständigkeit im geschweißten Zustand beibehält, was der praktische Vorteil ist, der die Legierung zu einem Favoriten in der Werkstatt macht.
Die Schweißpraxis folgt der austenitischen Disziplin: saubere Verbindungsflächen, kontrollierte Wärmezufuhr und niedrige Zwischenlagentemperatur. Die Legierung lässt sich leicht kalt verformen, härtet jedoch etwas schneller aus als 316L und lässt sich mit Standardverfahren und scharfen Werkzeugen bearbeiten.
Was ist bei der Bestellung anzugeben?
Um eine Anfrage zu Alloy 20 sauber zu halten, geben Sie Folgendes an:
- Standard und Form: „nahtloses Rohr nach ASTM B729, UNS N08020“ oder „geschweißtes Rohr nach ASTM B464“
- Größe: NPS + Zeitplan für Rohr, Außendurchmesser x Wand in Millimetern für Rohr
- Zustand: stabilisiert-geglüht
- Länge und Endbearbeitung: feste oder zufällige Längen, glattes Ende oder abgeschrägt
- Zertifikat: EN 10204 3.1 mit Wärmechemie und Zugergebnissen
FAQ
F: Wofür wird Alloy 20 verwendet?
A: Hauptsächlich Schwefelsäureanwendungen – Übertragungsleitungen, Wärmetauscher und Prozessleitungen in Chemie-, Düngemittel- und Metallurgieanlagen – sowie Mischsäure- und Chloridumgebungen, in denen 316L versagt.
F: Was ist der Unterschied zwischen Alloy 20 und 316L?
A: Alloy 20 enthält etwa das Dreifache des Nickels von 316L plus 3–4 % Kupfer und eine Stabilisierung aus Columbium. Das Ergebnis ist eine viel bessere Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion durch Schwefelsäure und Chlorid bei einem höheren Preis.
F: Ist Alloy 20 dasselbe wie 20Cb-3?
A: Die Namen werden üblicherweise für dieselbe Chemiefamilie verwendet. Legierung 20, UNS N08020, ist die stabilisierte Standardsorte; 20Cb-3 ist ein historischer Handelsname für dasselbe Material.
F: KannRohr aus Legierung 20geschweißt werden?
A: Ja, mit ER320/ER320LR-Zusatzwerkstoff, ohne Vorwärmen und ohne Wärmebehandlung nach dem Schweißen. Die Columbium-Stabilisierung hält die Schweißwärmeeinflusszone im Schweißzustand korrosionsbeständig.
F: Was ist die maximale Betriebstemperatur für Legierung 20?
A: Für strukturelle Zwecke etwa 500–600 Grad mit stark reduzierter Festigkeit. Bei Säurekorrosionsanwendungen wird die praktische Grenze durch die Säurekonzentration und den Temperaturbereich bestimmt, nicht allein durch die Metalltemperatur.
F: Wie groß ist die Dichte von Alloy 20?
A: Ungefähr 8,08 g/cm³, nahe an den austenitischen Edelstahlsorten, daher wird das Rohrgewicht mit dem Standard-Edelstahlfaktor von 0,02466 x (AD – WT) x WT in kg pro Meter berechnet.
