ล้อแม็ก 20 กับ ล้อแม็ก 28: การเลือกซุปเปอร์ออสเทนนิติกที่เหมาะสมสำหรับบริการกรด

โลหะผสม 20ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการบริการกรดซัลฟิวริก (โดยเฉพาะ<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.

ทั้ง Alloy 20 (UNS N08020) และ Alloy 28 (UNS N08028) เป็นโลหะผสมโครเมียมสเตนเลสเกรดซุปเปอร์ออสเทนนิติก-นิกเกิล-เหล็ก- พร้อมด้วยการเติมโครเมียม โมลิบดีนัม และทองแดงที่เพิ่มขึ้น ซึ่งมีประสิทธิภาพเหนือกว่าเกรดออสเทนนิติกมาตรฐานในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดที่รุนแรง ความแตกต่างที่สำคัญอยู่ที่การเน้นองค์ประกอบ: โลหะผสม 20 จัดลำดับความสำคัญของทองแดง (3–4%) และการรักษาเสถียรภาพของไนโอเบียมสำหรับการต้านทานกรดซัลฟิวริก ในขณะที่โลหะผสม 28 จะเพิ่มโครเมียม (26–28%) และโมลิบดีนัม (3–4%) สูงสุดเพื่อความต้านทานการเกิดรูพรุนและการบริการก๊าซฟอสฟอริก/เปรี้ยวที่เหนือกว่า

ทำความเข้าใจเกี่ยวกับเหล็กกล้าไร้สนิมซุปเปอร์ออสเทนนิติก

เหล็กกล้าไร้สนิมซุปเปอร์ออสเทนนิติกมีระดับที่สูงกว่าเกรดออสเทนนิติกมาตรฐาน (304, 316) ทั้งในด้านปริมาณโลหะผสมและความต้านทานการกัดกร่อน ถูกกำหนดโดยค่า PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) ที่เกิน 40 ซึ่งสูงกว่าเหล็กกล้าไร้สนิม 316 ที่ ~25 อย่างมีนัยสำคัญ ทั้ง Alloy 20 และ Alloy 28 อยู่ในคลาสนี้ ซึ่งให้ความต้านทานต่อกรดที่รุนแรง คลอไรด์ และการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น ซึ่งสเตนเลสทั่วไปไม่สามารถให้ได้

โลหะผสม 20: ผู้เชี่ยวชาญด้านกรดซัลฟูริก

โลหะผสม 20 (UNS N08020 หรือที่เรียกว่า Carpenter 20Cb-3, NS143, 0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb) ได้รับการพัฒนาในปี 1963 โดยเฉพาะเพื่อต้านทานการกัดกร่อนของกรดซัลฟิวริกในกระบวนการทางเคมี คุณสมบัติที่กำหนดคือการเติมทองแดง (3–4%) สำหรับการต้านทานกรดซัลฟิวริก และไนโอเบียม (Nb มากกว่าหรือเท่ากับ 8×C) สำหรับการต้านทานอาการแพ้ โดยยังคงเป็นวัสดุมาตรฐานสำหรับสภาพแวดล้อมของกรดซัลฟิวริก

โลหะผสม 28: แชมป์กรดฟอสฟอริกและก๊าซเปรี้ยว

ล้อแม็ก 28 (UNS N08028 หรือที่เรียกว่า Sanicro 28, 1.4563, 00Cr27Ni31Mo3Cu) ได้รับการพัฒนาโดยเฉพาะสำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนด้วยกรดฟอสฟอริกในกระบวนการเปียก- ปริมาณโครเมียมที่สูงขึ้น (26–28%) และโมลิบดีนัม (3–4%) ให้ความต้านทานต่อกรดฟอสฟอริก สภาพแวดล้อมของก๊าซเปรี้ยว (H₂S/CO₂/Cl⁻) และสารที่มีฮาไลด์-ได้อย่างยอดเยี่ยม ปริมาณคาร์บอนถูกจำกัดไว้ที่น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.03% สำหรับความต้านทานการกัดกร่อนตามขอบเกรนโดยธรรมชาติ

องค์ประกอบทางเคมี

โลหะผสม 20 มีทองแดงสูงกว่า (3–4%) และการรักษาเสถียรภาพของไนโอเบียม (Nb มากกว่าหรือเท่ากับ 8×C) ปรับให้เหมาะสมสำหรับกรดซัลฟิวริก ล้อแม็ก 28 ประกอบด้วยโครเมียมที่สูงขึ้น (26–28% เทียบกับ 19–21%) และโมลิบดีนัม (3.5% เทียบกับ 2.5%) ให้ค่า PREN ที่เหนือกว่า (~36 เทียบกับ ~28) และความต้านทานการกัดกร่อนแบบรูพรุน/รอยแยกที่ดีขึ้น

การคำนวณพรีน

PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N (ไนโตรเจน ~0.15% ในทั้งสองเกรด):

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

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

• ข้อได้เปรียบของโลหะผสม 28 PREN: สูงกว่า ~8 จุด=ต้านทานการกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยกได้ดีขึ้นอย่างมาก
• เกณฑ์อุตสาหกรรม: PREN > 40 สำหรับการบริการน้ำทะเล; Alloy 28 เข้าใกล้สิ่งนี้ด้วยคะแนน 36.5
• อัลลอยด์ 20 PREN 28.5 ดีกว่า 316 อย่างมาก (PREN ~ 25) แต่ต่ำกว่าอัลลอยด์ 28 มาก

เหตุใดความแตกต่างขององค์ประกอบภาพจึงมีความสำคัญ

• ทองแดง (Cu): สร้างสารเชิงซ้อนป้องกันด้วยกรดซัลฟิวริก ส่งผลให้อัตราการกัดกร่อนช้าลง จำเป็นสำหรับบริการ H₂SO₄
• ไนโอเบียม (Nb): ป้องกันอาการแพ้โครเมียมคาร์ไบด์ระหว่างการเชื่อมและการใช้งานที่อุณหภูมิสูง-
• โครเมียม (Cr): ตัวขับเคลื่อนหลักของความเสถียรของฟิล์มพาสซีฟ สูงกว่า=ทนต่อการกัดกร่อนและออกซิเดชั่นทั่วไปได้ดีขึ้น
• โมลิบดีนัม (Mo): มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการต้านทานแบบหลุม; ช่วยเพิ่มความต้านทานต่อคลอไรด์และกรดฟอสฟอริกได้อย่างมาก

คุณสมบัติทางกายภาพและทางกล

โลหะผสมทั้งสองมีโครงสร้างจุลภาคออสเทนนิติกโดยสมบูรณ์ โดยมีความเหนียวของอุณหภูมิห้อง-ดีเยี่ยม ล้อแม็ก 20 มีความต้านทานแรงดึงสูงกว่าเล็กน้อย (มากกว่าหรือเท่ากับ 550 MPa เทียบกับ 500 MPa) เนื่องจากการเสริมความแข็งแรงของไนโอเบียม ในขณะที่ล้อแม็ก 28 ให้ความเหนียวในการแช่แข็งที่เหนือกว่าและความสามารถในการใช้งานที่ร้อน ไม่เหมาะสำหรับการใช้งานอย่างยั่งยืนที่สูงกว่า 450 องศา โดยไม่มีการประเมินอย่างรอบคอบ

เย็น-สภาพการทำงาน

• โลหะผสม 28 เย็น-ใช้งานได้: ความต้านทานแรงดึงสูงถึง 896 MPa, ความแข็งแรงของผลผลิตสูงถึง 758 MPa, การยืดตัวลดลงเหลือ ~15%
• โลหะผสม 20: ตอบสนองต่อการทำงานที่เย็นเช่นกัน ความแข็งแรงเพิ่มขึ้นอย่างมากด้วยการเสียรูปปานกลาง
• หมายเหตุการใช้งาน: สำหรับท่อแรงดันสูง-ที่ต้องการความแข็งแรงสูง อาจระบุ-อัลลอย 28 หรืออัลลอย 20 ที่ทำงานเย็นได้

ข้อจำกัดด้านอุณหภูมิที่สูงขึ้น

ความต้านทานการกัดกร่อน

ล้อแม็ก 20 เป็นตัวเลือกที่ต้องการสำหรับสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดซัลฟิวริก โดยเฉพาะ H₂SO₄ ที่มีความเข้มข้นที่อุณหภูมิปานกลาง อัลลอยด์ 28 นั้นเหนือกว่าในสภาพแวดล้อมที่มีกรดฟอสฟอริก ก๊าซเปรี้ยว (H₂S/CO₂/Cl⁻) และคลอไรด์-มาก ไม่แนะนำสำหรับบริการกรดไฮโดรคลอริก (HCl)

กรดซัลฟูริก (H₂SO₄)

• กลไก: ทองแดงในอัลลอยด์ 20 จะสร้างฟิล์มเฉื่อยประเภท Cu₂S- ที่ป้องกันซึ่งต้านทานการโจมตีของกรดซัลฟิวริกได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าฟิล์มโครเมียม-โมลิบดีนัมเพียงอย่างเดียว
• ขีดจำกัดอุณหภูมิ: โดยทั่วไปโลหะผสมทั้งสองชนิดจะถูกจำกัดอยู่ที่<50–60°C in sulfuric acid. Above this, expensive nickel alloys (Alloy 625, Alloy 825) are required.
• ข้อได้เปรียบหลักของโลหะผสม 20: การเติมทองแดง (3–4%) ช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการลดสภาวะกรดเช่นกรดซัลฟิวริกโดยเฉพาะ

กรดฟอสฟอริก (H₃PO₄)

• อัลลอยด์ 28 ได้รับการพัฒนาโดยเฉพาะสำหรับ-การผลิตกรดฟอสฟอริกในกระบวนการเปียก ซึ่งฟลูออไรด์และคลอไรด์เจือปนทำให้สเตนเลสทั่วไปเสียหายอย่างรวดเร็ว
• การวิจัย (สปริงเกอร์, 2024): โลหะผสม 28 ในกรดฟอสฟอริก P₂O₅ 52% ที่มีสารออกซิไดซ์มีอัตราการกัดกร่อนเป็นลบ (น้ำหนักที่เพิ่มขึ้นจากการก่อตัวของฟิล์มเฉื่อย) ยืนยันความเฉื่อยที่ดีเยี่ยม
• ปริมาณ Mo (3.5%): มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการต้านทานกรดฟอสฟอริกที่มีสารเจือปน F⁻/Cl⁻ ที่โจมตีฟิล์มเฉื่อยอย่างรุนแรง

สภาพแวดล้อมของก๊าซเปรี้ยวและบ่อน้ำมัน (H₂S/CO₂/Cl⁻)

Alloy 28 เหนือกว่าอย่างมากสำหรับการให้บริการก๊าซเปรี้ยว เนื่องจากมีปริมาณ Cr และ Mo สูงกว่าซึ่งให้ PREN ~36.5 เทียบกับ Alloy 20's ~28.5 ในสภาพแวดล้อม H₂S/CO₂/Cl⁻ นั้น Alloy 28 เป็นตัวเลือกมาตรฐานสำหรับ OCTG (สินค้าท่อในประเทศน้ำมัน) และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน

• การใช้งานของอัลลอย 28: ท่อการผลิต (OCTG) และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนในแหล่งน้ำมันและก๊าซเปรี้ยวที่มีปริมาณ H₂S/CO₂/Cl⁻ สูง
• กลไกโลหะผสม 28: Cr สูงสร้างฟิล์ม Cr₂O₃ แบบพาสซีฟที่เสถียร Mo สูงจะสร้างชั้นป้องกัน MoO₂ ที่ทนทานต่อการโจมตีของคลอไรด์ภายใต้ H₂S
• NACE MR0175/ISO 15156: โลหะผสมทั้งสองชนิดอาจอยู่ในรายการสำหรับการให้บริการที่มีรสเปรี้ยว แต่การยอมรับในวงกว้างของ Alloy 28 นั้นมาจาก PREN ที่เหนือกว่า

การกัดกร่อนของรูพรุนและรอยแยก

สิ่งที่ทั้งสองอัลลอยด์จัดการได้ดี

• กรดไฮโดรคลอริก (HCl): ไม่แนะนำให้ใช้โลหะผสม 20 หรือโลหะผสม 28 สำหรับบริการ HCl ใช้อัลลอยด์ B (N10001) หรืออัลลอยด์ 400
• High-Temperature (>450 องศา ) สภาพแวดล้อมการออกซิไดซ์: โลหะผสมทั้งสองสูญเสียความต้านทานการกัดกร่อน พิจารณาล้อแม็ก 625 หรือล้อแม็ก 800H
• Aqua Regia (HNO₃ + HCl): ไม่มีเกรดใดที่ให้ความต้านทานเพียงพอ

ความสามารถในการเชื่อมและการแปรรูป

โลหะผสมทั้งสองสามารถเชื่อมได้อย่างง่ายดายโดยใช้กระบวนการสเตนเลสออสเทนนิติกมาตรฐาน Alloy 20 ต้องใช้ตัวเติมที่มีความเสถียรของไนโอเบียม- (ERNiCrMo-3) เพื่อการใช้งานที่อุณหภูมิสูงอย่างเหมาะสม ในขณะที่ Alloy 28 ใช้ตัวเติม ERNiCrMo-3 หรือ ER316L ไม่จำเป็นต้องอุ่นเครื่อง

ข้อมูลจำเพาะการเชื่อมโลหะผสม 20

• แนะนำให้ใช้อิเล็กโทรด AWS A5.14 ERNiCrMo-3 หรือ AWS A5.11 ENiCrMo-3
• ไนโอเบียมในฟิลเลอร์ช่วยรักษาเสถียรภาพของโลหะเชื่อมไม่ให้เกิดอาการแพ้
• การหลอมสารละลายหลังการเชื่อม: 900–1150 องศา เป็นเวลา 1–2 ชั่วโมง ดับลมหรือน้ำอย่างรวดเร็ว
• องค์ประกอบของโลหะเชื่อมจะตรงกับโลหะแม่เมื่อใช้ตัวเติมที่เหมาะสม

ข้อมูลจำเพาะการเชื่อมโลหะผสม 28

• ERNiCrMo-3: เหมาะสำหรับการเชื่อมที่มีการกัดกร่อนสูง- (สภาพแวดล้อม H₂S/Cl⁻)
• ER316L: ยอมรับได้สำหรับบริการกรดมาตรฐาน ให้ความต้านทานการกัดกร่อนที่เข้ากัน
• การหลอมสารละลาย: 1100 องศาเหมาะสมที่สุดสำหรับทั้งคุณสมบัติทางกลและความต้านทานการกัดกร่อน (การวิจัย-ได้รับการยืนยัน)
• คาร์บอนต่ำพิเศษ- (น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.03%) หมายความว่าไม่มีความเสี่ยงต่อการเกิดอาการแพ้แม้ในบริเวณที่ได้รับความร้อน (HAZ)

ต้นทุนและความพร้อมของตลาด

โดยทั่วไปอัลลอยด์ 28 จะมีราคาแพงกว่าอัลลอยด์ 20 ถึง 10-25% เนื่องจากมีโครเมียมและโมลิบดีนัมสูงกว่า อย่างไรก็ตาม ในการใช้งานกรดฟอสฟอริกและก๊าซเปรี้ยว ความต้านทานการกัดกร่อนที่เหนือกว่าของ Alloy 28 ช่วยลดค่าใช้จ่ายตลอดอายุการใช้งานโดยรวมผ่านอายุการใช้งานของอุปกรณ์ที่ยาวนานขึ้นและการบำรุงรักษาที่ลดลง

เมื่อต้นทุนที่สูงขึ้นของโลหะผสม 28 ได้รับการพิสูจน์แล้ว

• กรดฟอสฟอริกที่มีฟลูออไรด์/คลอไรด์เจือปน: อัลลอยด์ 20 จะประสบกับการโจมตีแบบเร่ง; ล้อแม็ก 28 มีอายุการใช้งานยาวนานกว่ามาก
• ก๊าซเปรี้ยวที่มี H₂S/CO₂/Cl⁻ สูง: OCTG และความล้มเหลวของหลุมผลิตด้วย Alloy 20 จะช่วยประหยัดต้นทุนวัสดุได้อย่างมาก
• บริการน้ำทะเล: PREN ~28.5 ของโลหะผสม 20 ไม่เพียงพอ; ล้อแม็ก 28 (PREN ~36.5) ให้บริการที่เชื่อถือได้

สรุปการเปรียบเทียบการอ้างอิงด่วน

บทสรุป

การตัดสินใจของ Alloy 20 กับ Alloy 28 นั้นได้รับแรงผลักดันโดยพื้นฐานจากตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อนที่โดดเด่นในการใช้งาน ทั้งสองชนิดเป็นสเตนเลสเกรดซูเปอร์ออสเทนนิติกที่มีความทนทานต่อการกัดกร่อนดีเยี่ยม แต่องค์ประกอบที่เน้นที่แตกต่างกันทำให้แต่ละชนิดเหมาะสมที่สุดสำหรับสภาพแวดล้อมการบริการที่แตกต่างกัน:

โลหะผสม 20(N08020, 0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb) เป็นผู้เชี่ยวชาญด้านกรดซัลฟิวริก การเติมทองแดง 3–4% สร้างความต้านทานฟิล์มแบบพาสซีฟที่เป็นเอกลักษณ์ต่อ H₂SO₄ ที่ Alloy 28 ไม่สามารถเทียบเคียงได้ พัฒนาขึ้นโดยเฉพาะสำหรับการใช้งานในกระบวนการแปรรูปทางเคมีที่เกี่ยวข้องกับกรดซัลฟิวริก กรดผสม และการทำความสะอาดกรด Alloy 20 ยังคงเป็นมาตรฐานทางวิศวกรรมสำหรับบริการ H₂SO₄ ที่ต่ำกว่า 50 องศา ใช้เมื่อกระบวนการของคุณมีกรดซัลฟิวริก-เหนือกว่า และเศรษฐศาสตร์ชอบทองแดง-ที่มีซูเปอร์ออสเทนนิติกซึ่งมีฤทธิ์เหนือนิกเกิล-โลหะผสมที่มีส่วนประกอบหลักเป็นนิกเกิล

แม็ก28(N08028, 00Cr27Ni31Mo3Cu) คือแชมป์กรดฟอสฟอริกและก๊าซเปรี้ยว โครเมียม 26–28% และโมลิบดีนัม 3.5% ให้ค่า PREN ~36.5 ซึ่งให้ความต้านทานการกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยกได้ดีกว่า Alloy 20 เดิมทีพัฒนาขึ้นเพื่อแก้ปัญหาความล้มเหลวของระบบแลกเปลี่ยนความร้อนด้วยกรดฟอสฟอริกในกระบวนการเปียก- แต่ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา Alloy 28 ก็กลายเป็นมาตรฐานสำหรับการผลิตน้ำมันและก๊าซเปรี้ยว (H₂S/CO₂/Cl⁻) บริการน้ำทะเล และระบบ FGD ใช้เมื่อภัยคุกคามเกิดขึ้นจากเฮไลด์-กรดฟอสฟอริกที่ปนเปื้อน ก๊าซเปรี้ยว หรือสภาพแวดล้อมใดๆ ที่ค่า PREN สูงและความต้านทานต่อการกัดกร่อนเฉพาะที่จะเป็นตัวกำหนดอายุการใช้งานของอุปกรณ์

สำหรับวิศวกรฝ่ายจัดซื้อ: อ้างอิงข้าม-ภัยคุกคามจากการกัดกร่อนหลักและอุณหภูมิการทำงานสูงสุดเทียบกับตารางเปรียบเทียบด้านบน สำหรับวิศวกรกระบวนการ: ยืนยันว่าโลหะผสมที่เลือกได้รับการทดสอบในความเข้มข้นของกรด อุณหภูมิ และโปรไฟล์สิ่งเจือปนเฉพาะของกระแสกระบวนการของคุณ หากมีข้อสงสัย โปรดดูเอกสารข้อมูลโลหะผสมและแนวทาง NACE/ASME BPVC สำหรับเงื่อนไขการบริการที่เกี่ยวข้อง