السبيكة 20 هي سبيكة الحديد والنيكل والكروم التي يستخدمها مهندسو المصانع الكيميائية عندما يكون الوسط هو حمض الكبريتيك وتكون درجات الفولاذ المقاوم للصدأ غير كافية. تحتل السبيكة UNS N08020 موقعًا ضيقًا ولكن مستخدمًا بكثرة في جدول التآكل: فهي تقاوم حمض الكبريتيك عبر نطاق تركيز واسع عند درجات حرارة معتدلة، وتتجاهل الأحماض المختلطة التي تهزم 316L، وتكلف جزءًا صغيرًا من سبائك النيكل الثقيلة الموليبدينوم.
نماذج المنتجات
بار ورود
لوحة ورقة
لفائف وقطاع
الأنابيب والأنابيب
المناسب: شفة، نقطة الإنطلاق، الكوع، المخفض الخ.
تزوير: حلقة، رمح، دائرة، كتلة الخ.
حيث تقع السبائك 20 في طاولة التآكل
أسرع طريقة لفهم Alloy 20 هي من خلال جيرانها. أسفله في محتوى السبائك، يفشل الفولاذ المقاوم للصدأ 316L في حامض الكبريتيك الدافئ وفي وسط الكلوريد لأن مستوى الموليبدينوم فيه، 2-3%، منخفض جدًا بحيث لا يمكنه حمل الفيلم السلبي.
وفوق ذلك، تحمل السبائك القائمة على النيكل مثل C-276 واجب حمض الكبريتيك الكامل عند درجات حرارة وتركيزات أعلى، ولكن بعدة أضعاف السعر. السبائك 20 هي الخطوة الوسطى: النيكل بنسبة 32-38% مع الكروم والموليبدينوم والنحاس، المصممة خصيصًا لخدمة حمض الكبريتيك وللبيئات المختلطة من الأحماض والكلوريد التي تظهر حولها في مصنع كيميائي.
محتوى النحاس هو صف غير عادي. لا يعد النحاس إضافة شائعة في صناعة السبائك للفولاذ المقاوم للتآكل، ولكن في السبائك 20 هو العنصر الذي يغير سلوك التآكل في حامض الكبريتيك: فهو يحسن المقاومة في منطقة الحمض المخفف المختزل حيث لا يكون فيلم أكسيد الكروم مستقرًا، ويعمل مع الموليبدينوم لمقاومة هجوم التنقر والشقوق للوسائط الحاملة للكلوريد.
والنتيجة هي سبيكة يمتد أداء حمض الكبريتيك فيها إلى تركيز 50% تقريبًا عند درجات حرارة تصل إلى حوالي 80-100 درجة مئوية - وهو الغلاف الذي يعمل فيه الجزء الأكبر من أنابيب معالجة الأحماض في مصانع الأسمدة والمعادن والكيماويات المتخصصة.
التركيب الكيميائي لكل ASTM B729
تتبع حدود التركيب أدناه ASTM B729، ومواصفات الأنابيب والأنابيب غير الملحومة لـ UNS N08020. الحديد هو عنصر التوازن .
| عنصر | حد التكوين، % |
| ني | 32.0 - 38.0 |
| كر | 19.0 - 21.0 |
| شهر | 2.0 - 3.0 |
| النحاس | 3.0 - 4.0 |
| ملحوظة + تا | 8 × درجة مئوية دقيقة إلى 1.0 كحد أقصى |
| C | 0.07 max |
| من | 2.0 max |
| سي | 1.0 max |
| P | 0.045 max |
| S | 0.035 max |
| الحديد | توازن |
ثلاثة صفوف مهمة للمشتري. النيكل بنسبة 32.0-38.0% هو المادة الأساسية والسبب في أن السبيكة تقاوم التشقق الناتج عن إجهاد الكلوريد بشكل أفضل بكثير من درجات الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي. تحدد صفوف الموليبدينوم والنحاس معًا سلوك حمض الكبريتيك ومقاومة الحفر.
وصف الكولومبيوم زائد التنتالوم عند 8 × درجة مئوية كحد أدنى هو عامل التثبيت: فهو يربط الكربون بحيث يمكن لحام السبيكة واستخدامها دون التحسس الذي قد يؤدي إلى إنشاء حدود حبوب مستنفدة للكروم في المنطقة المتأثرة بالحرارة. إن التصميم المستقر بالنيوبيوم هو ما يجعل Alloy 20 مادة صديقة للمصنع - فهي ملحومة ويتم وضعها في الخدمة الحمضية دون معالجة حرارية بعد اللحام.
الخواص الميكانيكية لكل ASTM B729
سبائك 20 الأنابيب والأنبوبيتم تأثيثها في حالة التلدين المستقرة، ويتطلب ASTM B729 الحد الأدنى من الخواص الميكانيكية التالية:
| ملكية | الحد الأدنى للقيمة (ASTM B729) |
| قوة الشد | 551 ميجاباسكال (80 كيلو باسكال) |
| قوة الخضوع، إزاحة 0.2% | 241 ميجا باسكال (35 كيلو باسكال) |
| استطالة | 30% |
تبلغ قيم الإنتاج النموذجية في حالة التلدين المستقرة حوالي 620 ميجا باسكال من الشد و 280 ميجا باسكال مع استطالة 40٪. القوة في نفس نطاق الفولاذ الأوستنيتي الملدن، مما يعني أن السبيكة تُصنع بنفس ممارسات المتجر: فهي تنحني، ولف، وآلات مثل درجة 316، مع معدل تصلب عمل أعلى قليلاً.
إن البساطة الميكانيكية للمواصفات - شرط تسليم واحد، عدم وجود مصفوفة للمعالجة الحرارية - هي جزء من سبب اعتبار السبائك 20 بمثابة العمود الفقري: يطلب المشتري التلدين المستقر ويقوم المصنع بلحامها دون مؤهل إجراء خاص يتجاوز ممارسة السبائك العادية.
الخصائص الفيزيائية
| ملكية | قيمة |
| كثافة | 8.08 جم/سم3 |
| نطاق الانصهار | 1400 - 1443 درجة (تقريبًا) |
| معامل المرونة | 200 جيجا باسكال (تقريبًا) |
| بناء | الأوستنيتي، غير المغناطيسي |
| الموصلية الحرارية، 100 درجة | 13.5 وات/م·ك (تقريبًا) |
مغلف حمض الكبريتيك، مطبق
السؤال العملي في كل استفسار عن Alloy 20 هو "هل ستتحمل هذه المهمة الحمضية؟" الجواب هو دالة التركيز ودرجة الحرارة، والجدول أدناه هو الاختصار الهندسي الذي يستخدمه مصممو المصانع فعليًا. تمثل القيم إرشادات خدمة إرشادية للأنابيب والأنابيب، وليست بديلاً لاختبار التآكل على وسط العملية المحدد.
| واسطة | التركيز/الحالة | سبائك 20 الحكم |
| حمض الكبريتيك | 0 - 50%، حتى ~80-100 درجة | جيد إلى ممتاز - مظروف الخدمة الأساسية |
| حمض الكبريتيك | أعلى من 50% أو الغليان | أسوأ بسرعة - فكر في سبيكة أعلى |
| حمض الفوسفوريك | حامض الفوسفوريك بالطريقة الرطبة | جيد - اختيار قياسي في مصانع الأسمدة |
| حمض النيتريك | جميع التركيزات | جيد، مشابه لعائلة 304L |
| الأحماض المختلطة | H2SO4 + HCl، HNO3 + حمامات تخليل HF | جيد - حيث يفشل 316L |
| الوسائط الكلوريدية | مياه مالحة، محلول ملحي، آثار كلور رطبة | معتدل - مقاومة التنقر فوق 316L، تحت سبائك النيكل |
| المحاليل الكاوية | تمييع | جيد |
قاعدتان عمليتان تكملان الصورة. أولاً، في النطاق الحرج الذي يتراوح بين 10% إلى 50% تقريبًا من حمض الكبريتيك، تكون معدلات التآكل حساسة بشدة لدرجة الحرارة ولتتبع المؤكسدات في الحمض؛ يمكن أن يؤدي الاضطراب الذي يرفع درجة الحرارة 20 درجة إلى تغيير معدل التآكل بمقدار أمر من حيث الحجم، لذلك يجب إجراء المواصفات وفقًا لظروف التشغيل الأسوأ، وليس الحالة العادية.
ثانيًا، بالنسبة للحمض الذي يجب معالجته ساخنًا ومركّزًا، فإن الإجابة الاقتصادية ليست المزيد من سبائك 20 الجدارية - إنها خطوة للأعلى نحو سبيكة نيكل أعلى، وينبغي اتخاذ القرار على طاولة التآكل، وليس على سمك الجدار.
المواصفات ونماذج المنتجات
يتم توفير سبيكة 20 وفقًا للمواصفات التالية، والتي يتم اختيارها حسب شكل المنتج:
- ASTM B729 / ASME SB-729 - الأنابيب والأنابيب غير الملحومة
- ASTM B464 / ASME SB-464 - الأنابيب الملحومة
- ASTM B468 - أنبوب ملحوم للمبادلات الحرارية
- ASTM B463 / ASME SB-463 - اللوحة والصفائح والشريط
- ASTM B473 - القضبان والقضبان والمطروقات
يغطي الأنبوب غير الملحوم تحت B729 نطاق NPS حتى أقطار كبيرة، مع جداول زمنية عبر فئات الجدران الثقيلة؛ يتم إنتاج الأنبوب الملحوم تحت B464 من شريط صلب ومستقر وهو خيار فعال من حيث التكلفة للأقطار الكبيرة حيث يتم تصوير التماس شعاعيًا ويتم قبول المفصل. بالنسبة لأنبوب المبادل الحراري، يتم التحكم B468 ويتم توفير الأنبوب بأطوال مستقيمة جاهزة للتدحرج في صفيحة الأنابيب. تنطبق الحالة الصلبة المستقرة على جميع الأشكال.
تطبيقات نموذجية
سبائك 20 الأنابيب والأنبوبمحددة عبر الخدمات التالية:
- خطوط نقل وإعادة تدوير حمض الكبريتيك في المصانع الكيماوية
- مبخرات وأنابيب حمض الفوسفوريك ذات العملية الرطبة في مصانع الأسمدة
- المبادلات الحرارية والمكثفات التي تتعامل مع الوسائط الحمضية والكلوريدية
- أنابيب حمام التخليل وأنظمة استعادة الأحماض في مصانع الصلب
- المطاط الصناعي، والمواد الصيدلانية، وأنابيب العمليات الكيميائية المتخصصة
- مكونات المضخة والصمام والأجهزة في الخدمة الحمضية
في كل خدمة، تكون السبيكة هي الحل الاقتصادي الأوسط: فهي تسد الفجوة التي يفشل فيها 316L، وهي تفعل ذلك بسعر أقل بكثير من السبائك القائمة على النيكل. قرار التصميم المتكرر هو واجب الحمض - التركيز، ودرجة الحرارة، ووجود الكلوريدات أو المؤكسدات - وتفوز السبيكة 20 عندما يكون الواجب داخل غلافها.
اللحام والتصنيع
يتم لحام السبائك 20 بحشو مطابق من نفس العائلة - ER320 أو ER320LR لكل AWS A5.9 لـ GTAW وGMAW، وE320 أو E320LR لكل AWS A5.4 لـ SMAW - ولا يلزم إجراء معالجة حرارية مسبقة أو ما بعد اللحام. وتعني الكيمياء المستقرة أن المنطقة المتأثرة بالحرارة تحافظ على مقاومتها للتآكل في حالة اللحام، وهي الميزة العملية التي تجعل السبيكة مفضلة لدى المتاجر.
تتبع ممارسة اللحام النظام الأوستنيتي: أسطح المفاصل النظيفة، والتحكم في مدخلات الحرارة، ودرجة حرارة منخفضة بين الممرات. تتشكل السبيكة على البارد بسهولة، على الرغم من أنها تتصلب بشكل أسرع إلى حد ما من 316L، ويتم تصنيعها بممارسات قياسية وأدوات حادة.
ما يجب تحديده في الطلب
للحفاظ على نظافة استفسار Alloy 20، اذكر ما يلي:
- المعيار والشكل: "الأنابيب غير الملحومة إلى ASTM B729، UNS N08020" أو "الأنابيب الملحومة إلى ASTM B464"
- الحجم: NPS + جدول للأنابيب، OD x الجدار بالملليمتر للأنبوب
- الحالة: استقرت - صلب
- الطول والنهاية النهائية: أطوال ثابتة أو عشوائية، نهاية عادية أو مشطوفة
- الشهادة: EN 10204 3.1 مع نتائج الكيمياء الحرارية والشد
التعليمات
س: ما هي استخدامات سبيكة 20؟
ج: خدمة حمض الكبريتيك في المقام الأول - خطوط النقل والمبادلات الحرارية وأنابيب المعالجة في مصانع الكيماويات والأسمدة والمعادن - بالإضافة إلى بيئات الأحماض المختلطة والكلوريد حيث يفشل 316L.
س: ما الفرق بين السبائك 20 و316L؟
ج: تحمل السبيكة 20 ما يقرب من ثلاثة أضعاف النيكل الموجود في 316L بالإضافة إلى 3-4% من النحاس والكولومبيوم. والنتيجة هي مقاومة أفضل بكثير لحمض الكبريتيك والتكسير الناتج عن إجهاد الكلوريد، وبسعر أعلى.
س: هل السبائك 20 هي نفسها 20Cb-3؟
ج: الأسماء شائعة الاستخدام لنفس عائلة الكيمياء. السبائك 20، UNS N08020، هي الدرجة القياسية المستقرة؛ 20Cb-3 هو اسم تجاري تاريخي لنفس المادة.
س: يمكنسبائك 20 الأنابيبتكون ملحومة؟
ج: نعم، مع حشو ER320/ER320LR، بدون تسخين مسبق، ولا معالجة حرارية بعد اللحام. يحافظ تثبيت الكولومبيوم على مقاومة تآكل منطقة اللحام المتأثرة بالحرارة في حالة اللحام.
س: ما هي درجة حرارة الخدمة القصوى لـ Alloy 20؟
ج: بالنسبة للخدمة الهيكلية، ما يقرب من 500-600 درجة مع انخفاض حاد في القوة. بالنسبة لخدمة التآكل الحمضي، يتم تحديد الحد العملي من خلال تركيز الحمض ودرجة الحرارة، وليس من خلال درجة حرارة المعدن وحدها.
س: ما هي كثافة السبيكة 20؟
ج: حوالي 8.08 جم/سم مكعب، وهو قريب من درجات الفولاذ الأوستنيتي، لذلك يتم حساب وزن الأنبوب باستخدام عامل الفولاذ المقاوم للصدأ القياسي وهو 0.02466 x (OD - WT) x WT بالكيلو جرام لكل متر.
