סגסוגת 20 לעומת סגסוגת 28: בחירת ה-Superaustenitic המתאים לשירות חומצה

סגסוגת 20מותאם לשירות חומצה גופרתית (במיוחד<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.

גם סגסוגת 20 (UNS N08020) וגם סגסוגת 28 (UNS N08028) הן סגסוגות כרום מפלדות אל-חלד סופר-אוסטניטיות-ניקל-ברזל- עם תוספות כרום, מוליבדן ונחושת משופרים שעוברים ביצועים טובים יותר בסביבות חומצה אגרסיביות סטנדרטיות. ההבדל העיקרי ביניהם טמון בדגש על הרכב: סגסוגת 20 נותנת עדיפות לייצוב נחושת (3-4%) וניוביום לעמידות לחומצה גופרתית, בעוד סגסוגת 28 ממקסמת כרום (26-28%) ומוליבדנום (3-4%) עבור עמידות מעולה לחריצים ושירות גז זרחני/חמוץ.

הבנת פלדות אל-חלד על-אוסטניטיות

פלדות אל-חלד סופר-אוסטניטיות תופסות רמה מעל דרגות אוסטניטיות סטנדרטיות (304, 316) הן בתכולת הסגסוגת והן בעמידות בפני קורוזיה. הם מוגדרים על ידי ערכי PREN (מספר שווה להתנגדות פיתול) העולים על 40, גבוהים משמעותית מ-316 ~25 של נירוסטה. גם סגסוגת 20 וגם סגסוגת 28 שייכים למעמד זה, ומציעים עמידות בפני חומצות אגרסיביות, כלורידים ופיצוח קורוזיה שפלדות אל חלד קונבנציונליות אינן יכולות לספק.

סגסוגת 20: מומחה לחומצות גופרתיות

סגסוגת 20 (UNS N08020, הידועה גם בשם Carpenter 20Cb-3, NS143, 0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb) פותחה בשנת 1963 במיוחד כדי לעמוד בפני קורוזיה של חומצה גופרתית בעיבוד כימי. המאפיינים המגדירים שלו הם תוספת של נחושת (3-4%) לעמידות לחומצה גופרתית וניוביום (Nb גדול מ-8×C או שווה ל-8×C) לעמידות לרגישות. זה נשאר חומר המדד לסביבות חומצה גופרתית.

סגסוגת 28: אלוף חומצה זרחתית וגז חמוץ

סגסוגת 28 (UNS N08028, הידועה גם בשם Sanicro 28, 1.4563, 00Cr27Ni31Mo3Cu) פותחה במיוחד עבור מחליפי חום של חומצה זרחתית רטובים בתהליך-. תכולת הכרום הגבוהה יותר (26-28%) ומוליבדן (3-4%) מספקים עמידות יוצאת דופן לחומצה זרחתית, סביבות גזים חמוצים (H₂S/CO₂/Cl⁻) ומדיה המכילה הליד-. תכולת הפחמן שלו מוגבלת לפחות מ- או שווה ל-0.03% עבור עמידות בפני קורוזיה בין-גרעינית.

הרכב כימי

סגסוגת 20 מכילה ייצוב גבוה יותר של נחושת (3-4%) וניוביום (Nb גדול או שווה ל-8×C), מותאם לחומצה גופרתית. סגסוגת 28 מכילה כרום גבוה יותר (26-28% לעומת 19-21%) ומוליבדן (3.5% לעומת 2.5%), מספקת PREN מעולה (~36 לעומת ~28) ועמידות טובה יותר בפני קורוזיה/חריצים.

חישוב PREN

PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N (חנקן ~0.15% בשתי הכיתות):

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

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

• יתרון סגסוגת 28 PREN: ~8 נקודות גבוה יותר=טוב יותר באופן משמעותי ועמידות בפני קורוזיה של חריצים.
• סף תעשייה: PREN > 40 עבור שירות מי ים; Alloy 28 מתקרב לזה עם הדירוג שלה 36.5.
• Alloy 20 PREN 28.5 טובה משמעותית מ-316 (PREN ~25) אך הרבה מתחת לסגסוגת 28.

מדוע ההבדלים בהרכב חשובים

• נחושת (Cu): יוצר קומפלקסים מגנים עם חומצה גופרתית, מאט את קצב הקורוזיה. חיוני לשירות H₂SO₄.
• ניוביום (Nb): מונע רגישות לכרום קרביד במהלך ריתוך ושירות-בטמפרטורה גבוהה.
• כרום (Cr): המניע העיקרי של יציבות סרט פסיבי; גבוהה יותר=עמידות כללית בפני קורוזיה וחמצון.
• מוליבדן (Mo): קריטי לעמידות בבור; משפר באופן משמעותי את העמידות לכלוריד וחומצה זרחתית.

מאפיינים פיזיים ומכניים

שתי הסגסוגות מציגות מיקרו-מבנים אוסטניטיים לחלוטין עם משיכות מעולה של טמפרטורת -חדר. לסגסוגת 20 חוזק מתיחה מעט גבוה יותר (גדול או שווה ל-550 MPa לעומת 500 MPa) עקב חיזוק הניוביום, בעוד סגסוגת 28 מציעה קשיחות קריוגנית מעולה ויכולת עבודה חמה. אף אחד מהם אינו מתאים לשימוש מתמשך מעל 450 מעלות ללא הערכה מדוקדקת.

מצב קר-עבודה

• סגסוגת 28 קרה-עבדה: חוזק מתיחה עד 896 MPa, חוזק תפוקה עד 758 MPa, התארכות מופחתת ל-~15%.
• סגסוגת 20: מגיבה גם לעבודה קרה; החוזק עולה באופן משמעותי עם דפורמציה מתונה.
• הערת יישום: עבור צנרת-בלחץ גבוה הדורשת חוזק גבוה, ניתן לציין סגסוגת 28 או סגסוגת 20 בעיבוד קר-.

מגבלות טמפרטורה גבוהות

עמידות בפני קורוזיה

סגסוגת 20 היא הבחירה המועדפת עבור סביבות חומצה גופרתית, במיוחד H₂SO4 מרוכז בטמפרטורות מתונות. סגסוגת 28 עדיפה בסביבות עשירות בחומצה זרחתית, בגז חמוץ (H₂S/CO₂/Cl⁻), וכלוריד. אף אחד מהם אינו מומלץ עבור שירות חומצה הידרוכלורית (HCl).

חומצה גופרתית (H₂SO₄)

• מנגנון: נחושת בסגסוגת 20 יוצרת סרטים פסיביים מגנים מסוג Cu₂S-המתנגדים להתקפת חומצה גופרתית בצורה יעילה יותר מאשר סרטי מוליבדן כרום- בלבד.
• מגבלת טמפרטורה: שתי הסגסוגות מוגבלות בדרך כלל ל<50–60°C in sulfuric acid. Above this, expensive nickel alloys (Alloy 625, Alloy 825) are required.
• יתרון מפתח סגסוגת 20: תוספת נחושת (3-4%) משפרת באופן ספציפי את העמידות בפני תנאי חומצה מפחיתים כמו חומצה גופרתית.

חומצה זרחתית (H₃PO₄)

• סגסוגת 28 פותחה במיוחד לייצור חומצה זרחתית -רטובה, כאשר זיהומי פלואוריד וכלוריד גורמים לפלדות אל-חלד קונבנציונליות להיכשל במהירות.
• מחקר (ספרינגר, 2024): סגסוגת 28 ב-52% חומצה זרחתית P₂O₅ עם חומרי חמצון הראתה שיעורי קורוזיה שליליים (עלייה במשקל מהיווצרות סרט פסיבי), המאשרת פסיביות מצוינת.
• תכולת Mo (3.5%): קריטי להתנגדות לחומצה זרחתית עם זיהומי F⁻/Cl⁻ התוקפים באגרסיביות סרטים פסיביים.

סביבות גז חמוץ ושדות נפט (H₂S/CO₂/Cl⁻)

Alloy 28 עדיפה משמעותית עבור שירות גז חמוץ בשל תכולת Cr ו-Mo גבוהה יותר המספקת PREN ~36.5 לעומת Alloy 20 של ~28.5. בסביבות H₂S/CO₂/Cl⁻, Alloy 28 היא הבחירה הסטנדרטית עבור OCTG (מוצרי צינורות ארץ נפט) ומחלפי חום.

• יישום סגסוגת 28: צינורות ייצור (OCTG) ומחלפי חום בשדות נפט וגז חמוץ עם תכולת H₂S/CO₂/Cl⁻ גבוהה.
• מנגנון סגסוגת 28: High Cr יוצר סרט Cr₂O₃ פסיבי יציב; מו גבוה יוצר שכבת מגן MoO₂ עמידה בפני התקפת כלוריד מתחת ל-H₂S.
• NACE MR0175/ISO 15156: שתי הסגסוגות עשויות להיות רשומות עבור שירות חמוץ, אבל הקבלה הרחבה יותר של Alloy 28 נובעת מ-PREN מעולה.

קורוזיה וחריצים

מה שאף סגסוגת לא מטפלת היטב

• חומצה הידרוכלורית (HCl): לא סגסוגת 20 ולא סגסוגת 28 מומלצת לשירות HCl. השתמש בסגסוגת B (N10001) או סגסוגת 400.
• High-Temperature (>450 מעלות) סביבות מחמצנות: שתי הסגסוגות מאבדות עמידות בפני קורוזיה; שקול Alloy 625 או Alloy 800H.
• Aqua Regia (HNO₃ + HCl): אף כיתה לא מספקת עמידות מספקת.

ריתוך וייצור

שתי הסגסוגות ניתנות לריתוך בקלות באמצעות תהליכי נירוסטה אוסטניטיים סטנדרטיים. סגסוגת 20 דורשת מילוי ניוביום-מיוצב (ERNiCrMo-3) לשירות אופטימלי בטמפרטורה גבוהה, בעוד סגסוגת 28 משתמשת בחומר מילוי ERNiCrMo-3 או ER316L. אף אחד מהם אינו דורש חימום מוקדם.

מפרט ריתוך סגסוגת 20

• מומלצים אלקטרודות AWS A5.14 ERNiCrMo-3 או AWS A5.11 ENiCrMo-3.
• ניוביום בחומר המילוי מייצב את מתכת הריתוך מפני רגישות.
• חישול פתרון לאחר ריתוך: 900-1150 מעלות למשך 1-2 שעות, כיבוי מהיר של אוויר או מים.
• הרכב מתכת הריתוך מתאים למתכת האב בעת שימוש בחומר מילוי מתאים.

מפרט ריתוך סגסוגת 28

• ERNiCrMo-3: מועדף עבור-ריתוכים בעלי שירות קורוזיה גבוה (סביבות H₂S/Cl⁻).
• ER316L: מקובל עבור שירות חומצה סטנדרטי; מספק עמידות בפני קורוזיה תואמת.
• חישול פתרון: 1100 מעלות הוא אופטימלי הן עבור תכונות מכניות והן עבור עמידות בפני קורוזיה (מחקר -אושר).
• הפחמן הנמוך במיוחד (פחות או שווה ל-0.03%) פירושו שאין סיכון לרגישות אפילו באזור-מושפע החום (HAZ).

עלות וזמינות בשוק

סגסוגת 28 בדרך כלל יקרה יותר ב-10-25% מסגסוגת 20 בגלל תכולת כרום ומוליבדן גבוהה יותר. עם זאת, ביישומי חומצה זרחתית וגז חמוץ, עמידות הקורוזיה המעולה של Alloy 28 מספקת עלות מחזור חיים נמוכה יותר באמצעות הארכת חיי הציוד ותחזוקה מופחתת.

כאשר העלות הגבוהה יותר של סגסוגת 28 מוצדקת

• חומצה זרחתית עם זיהומי פלואוריד/כלוריד: סגסוגת 20 תסבול מהתקפה מואצת; סגסוגת 28 מחזיקה מעמד זמן רב יותר.
• גז חמוץ עם H₂S/CO₂/Cl⁻ גבוה: כשלים ב-OCTG ובראש בארות עם Alloy 20 יעלו בהרבה על החיסכון בעלויות החומר.
• שירות מי ים: PREN ~28.5 של Alloy 20 אינו מספק; Alloy 28 (PREN ~36.5) מספקת שירות אמין.

סיכום השוואת עיון מהיר

מַסְקָנָה

ההחלטה Alloy 20 לעומת Alloy 28 מונעת ביסודה על ידי המדיום המאכל הדומיננטי ביישום. שתיהן פלדות אל-חלד סופר-אוסטניטיות עם עמידות מצוינת בפני קורוזיה, אך הדגשות ההרכב השונות שלהן הופכות כל אחת מהן לאופטימלית עבור סביבות שירות שונות:

סגסוגת 20(N08020, 0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb) הוא המומחה לחומצות גופרתיות. תוספת הנחושת של 3-4% שלו יוצרת עמידות סרט פסיבי ייחודי נגד H₂SO₄ שסגסוגת 28 לא יכולה להתאים לה. שפותחה במיוחד עבור יישומי עיבוד כימיים הכוללים חומצה גופרתית, חומצות מעורבות וניקוי חומצה, Alloy 20 נשאר התקן ההנדסי עבור שירות H₂SO₄ מתחת ל-50 מעלות. השתמש בו כאשר התהליך שלך הוא חומצה גופרתית-דומיננטי והכלכלה מעדיפה סגסוגות-שנושאות על-אוסטני נחושת על פני סגסוגות המבוססות על ניקל{{16}.

סגסוגת 28(N08028, 00Cr27Ni31Mo3Cu) הוא אלוף החומצה הזרחתית והגז החמוץ. 26-28% כרום ו-3.5% מוליבדן שלו מספקים PREN ~36.5, ומציעים עמידות דרמטית טובה יותר לחריצים ולקורוזיה מאשר סגסוגת 20. פותחה במקור כדי לפתור כשלים במחליף חום של חומצה זרחתית{11}. שירות מי ים, ומערכות FGD. השתמש בו כאשר האיום הוא הליד-חומצה זרחתית מזוהמת, גז חמוץ, או כל סביבה שבה PREN גבוה ועמידות בפני קורוזיה מקומית קובעים את חיי הציוד.

למהנדסי רכש: הצלב-את איום הקורוזיה העיקרי וטמפרטורת הפעולה המקסימלית מול טבלאות ההשוואה שלמעלה. למהנדסי תהליכים: אשר שהסגסוגת שנבחרה נבדקה בריכוז החומצה, הטמפרטורה ופרופיל הטומאה הספציפיים של זרם התהליך שלך. כאשר יש ספק, עיין בגיליונות הנתונים של הסגסוגת ובהנחיות ה-NACE/ASME BPVC עבור תנאי השירות הרלוונטיים.