Кеи Такеаваис
Легура 20(УНС Н08020, 33% Ни, 20% Цр, 3,5% Цу, 2,5% Мо, Цб-стабилизована) је најважнија легура никла за рад са сумпорном киселином, која надмашује нерђајући челик 316Л за 10-50к у средњим концентрацијама киселина-Х10СО4% (Х10СО4%).
Садржај ниобијума (Нб) (8 к Ц мин) је одлика легуре 20 - која спречава преосетљивост завара и обезбеђује да зона{2}}захваћена топлотом (ХАЗ) задржава пуну отпорност на корозију након фабричког заваривања.
Легура 20 истиче 10-80% Х2СО4 на температурама до 80Ц. НЕ препоручује се за разблажену киселину (<10%) at elevated temperatures (where 316L may suffice) or concentrated acid (>95%) на високим температурама (где су потребни Хастеллои Б-3 или титанијум).
For intermediate concentrations (50-80% H2SO4) at temperatures >80Ц, надоградите на Хастеллои Г-30 (УНС Н06030) или Саницро 28 (УНС Н08028) - ове легуре нуде 2-3к већу отпорност на корозију од легуре 20 у најагресивнијим зонама.
Варијанта "Легура 20Цб-3" (са 0,5-1,0% Си) обезбеђује побољшану отпорност на сумпорну киселину при средњим концентрацијама и повишеним температурама у поређењу са стандардном легуром 20.
Увод у легуру 20 у служби сумпорне киселине
Сумпорна киселина (Х₂СО₄) је најшире произведена индустријска хемикалија на свету, са глобалном производњом која прелази 260 милиона метричких тона годишње. Користи се у готово свим индустријским секторима: производњи ђубрива (прерада фосфата), рафинацији нафте (алкилација), декисању метала и хидрометалуршком лужењу, хемијској синтези (производња хлороводоничне киселине, фосфорне киселине и титан диоксида), пречишћавању индустријске воде и производњи експлозива.
Изазов са сервисом сумпорне киселине је у томе што то није једно окружење - то је спектар услова који се драматично мењају са концентрацијом и температуром. Ово је најважнији принцип у избору материјала за сумпорну киселину: не постоји универзални материјал који се добро понаша у свим концентрацијама и температурама.
Легура 20 (УНС Н08020, такође позната као Царпентер 20, АСТМ Граде ЦН-7М у ливеном облику, и продаје се под трговачким именима укључујући Марца 20, АТИ 20 и Ницрилл 20) је развијена посебно за решавање проблема корозије у средњој-концентрацији растворене киселине - приближно 1% у опсегу од 0% до 8% Х₂СО₄ где већина аустенитних нерђајућих челика катастрофално пропада. Хемија легуре је намерно избалансирана да обезбеди:
Ниобијум (Нб) стабилизација:Угљеник се намерно одржава испод 0,07% и додаје се ниобијум са 8 пута већим садржајем угљеника (Нб већи или једнак 8 к Ц) да би се формирао НбЦ (ниобијум карбид) током очвршћавања. Ово спречава таложење Цр₂₃Ц₆ хром карбида на границама зрна током заваривања или рада на високим-температурама, које би иначе исцрпиле хром из суседних зона и изазвале интергрануларни напад (ИГА). Ово је дефинишућа структурна карактеристика легуре 20 у односу на стандардне аустенитне нерђајуће челике.
Додатак бакра (Цу):3,0-4,0% бакра пружа изузетну отпорност на сумпорну киселину формирањем пасивног површинског филма бакар сулфата који је стабилан у условима редукције (мало кисеоника) киселине. Бакар је примарни разлог зашто легура 20 надмашује 316Л у сумпорној киселини.
Додатак молибдена (Мо):2,0-3,0% молибдена побољшава отпорност на корозију удубљења и пукотина у смешама киселина које садрже хлоридне (Цл-) јоне – уобичајено у рударским растворима за лужење и купатилима за кисељење.
Садржај хрома (Цр):19,0-21,0% хрома обезбеђује општу отпорност на корозију и пасивност у условима оксидације. Садржај хрома је мањи од 316Л (16%) на основу тежине, али је у потпуности искоришћен јер ниобијум спречава његово исцрпљивање.
Садржај никла (Ни):32,0-38,0% никла стабилизује аустенитну (кубну усредсређену на лице, ФЦЦ) микроструктуру, пружа отпорност на пуцање хлоридним стресом од корозије (СЦЦ) и одржава дуктилност и жилавост у целом температурном опсегу од криогених до 450Ц.
Коначан закључак:Легура 20 је дефинитиван материјал за употребу сумпорне киселине у опсегу концентрација од 10-80% на температурама до 80 степени. Његова ниобијум-стабилизована хемија (Нб већи од или једнак 8 × Ц) је дефинишућа инжењерска карактеристика - која спречава преосетљивост завара, елиминише интергрануларну корозију у ХАЗ и обезбеђује да заварени спој задржи пуну отпорност на корозију једнаку основном металу. Ниједан нерђајући челик не може пружити ову сигурност.
Хемијски састав и механичка својства
Хемијски састав према варијанти разреда
Табела 1: Хемијски састав легуре 20 и варијанти - коване плоче/плоче (тежински %)
| Елемент | легура 20 (Н08020) | Легура 20Цб-3 (Н08020, Си-модификована) | Аллои 20 Мод. (Н08020, ниски Си) | Аллои 20 Цаст (ЦН-7М) | Значај сваког елемента |
| никл (Ни) | 32,0-38,0 (укључујући Цо) | 32,0-38,0 (укључујући Цо) | 32.0-38.0 | 38.0-44.0 | Стабилизује аустенитну ФЦЦ структуру; спречава хлорид СЦЦ; Ни даје отпорност на редукционе киселе услове; виши Ни у ливеном облику за побољшану отпорност на сумпорну киселину |
| хром (Цр) | 19.0-21.0 | 19.0-21.0 | 19.0-21.0 | 19.0-22.0 | Обезбеђује пасивност и општу отпорност на корозију; примарни елемент за оксидационе услове; Цр мора остати у чврстом раствору (не преципитиран као Цр23Ц6) да би обезбедио заштиту од корозије |
| гвожђе (Фе) | Стање (~35) | Стање (~35) | Стање (~35) | Стање (~30-34) | Елемент основне матрице; Садржај Фе је уравнотежен Ни и Цр; пружа структурну чврстоћу и смањује трошкове сировина у односу на чисте легуре никла |
| бакар (Цу) | 3.0-4.0 | 3.0-4.0 | 3.0-4.0 | 3.0-4.0 | PRIMARY anti-corrosion element for sulfuric acid; forms passive Cu2+ surface film in reducing conditions; 3.5% is the optimum for 10-80% H2SO4; excess Cu (>5%) смањује обрадивост-вруће |
| молибден (Мо) | 2.0-3.0 | 2.0-3.0 | 2.0-3.0 | 2.0-3.0 | Побољшава отпорност на корозију удубљења и пукотина; критично у растворима за лужење са хлоридима и растворима за лужење у рударству; Мо појачава пасивност у оксидирајућим смешама киселина |
| ниобијум (Нб) | 8 к Ц мин (тип. 0.5-1.0) | 8 к Ц мин (тип. 0.5-1.0) | 8 к Ц мин (тип. 0.5-1.0) | 8 к Ц мин | ДЕФИНСКИ ЕЛЕМЕНТ: Нб везује сав угљеник као НбЦ (ниобијум карбид), спречавајући преципитацију Цр23Ц6 на границама зрна; елиминише преосетљивост завара и интергрануларни напад ХАЗ; без Нб, легура 20 би се понашала као нестабилизовани 316Л у ХАЗ-у |
| угљеник (Ц) | 0,07 мак | 0,07 мак | 0,04 мак (варијанта са ниским-угљеником) | 0,07 мак | Контролисано на 0,07% мак; Однос Нб/Ц од 8:1 осигурава да је сав Ц одвојен као НбЦ; Доступна ниско{3}}угљенична варијанта (0,02-0,04%) за побољшану ИГЦ отпорност у најагресивнијим киселинама |
| манган (Мн) | 2,0 мак | 2,0 мак | 2,0 мак | 1,5 мак | Деоксидатор током топљења; побољшава обрадивост{0}}хота; везује се са С да би формирао МнС инклузије (али С је већ контролисан на веома ниским нивоима у легури 20) |
| силицијум (Си) | 1,0 мак | 0,5-1,0 (додато) | 0,3 мак (ниско) | 1,0 мак | Цб-3 варијанта намерно додаје Си (0,5-1,0%) ради побољшања отпорности на корозију у средњим концентрацијама Х2СО4 (50-80%) на повишеним температурама; варијанта са ниским садржајем Си за побољшану жилавост у криогеној служби |
| сумпор (С) | 0,035 мак | 0,035 мак | 0,035 мак | 0,035 мак | Контролисано на ниским нивоима како би се спречили МнС стрингери који делују као иницијална места за пукотинску и питтинг корозију у киселини; низак С побољшава укупну отпорност на корозију |
| фосфор (П) | 0,045 мак | 0,045 мак | 0,045 мак | 0,045 мак | Controlled; high P (>0,04%) убрзава интергрануларни напад легуре 20 у оксидационом киселом окружењу |
Извор: АСТМ Б463-23: Стандардна спецификација за УНС Н08020, УНС Н08026, УНС Н08024 и УНС Н08926 плоче, листове и траке; АСМЕ СБ-463; САЕ АМС 5550 (Легура 20 листова и трака); Публикација Корпорације специјалних метала "Легура 20" СМЦ-064; Ваљане легуре Аллои 20 Технички подаци; Цабот Цорпоратион „Аллои 20 Продуцт Дата“ 2023
Табела 2: Механичке и физичке особине легуре 20 (УНС Н08020) - коване и ливене форме
| Имовина | жарено (лим/плоча) | Решење{0}}третирано (плоча) | Ливени ЦН-7М | Напомене |
| Затезна чврстоћа, УТС (МПа) | 550-690 | 550-690 | 530-690 | Минимум: 515 МПа по АСТМ Б463; ливени минимум: 450 МПа |
| Граница течења, 0,2% офсет (МПа) | 240-345 | 240-345 | 240-310 | Минимум: 241 МПа по АСТМ Б463 |
| Издужење у 50 мм (%) | 25-50 | 25-50 | 25-35 | Минимум: 30% по АСТМ Б463 за табак |
| Тврдоћа (Роцквелл Б) | B 75-88 | B 75-88 | B 75-88 | Типичне вредности; није услов куповине |
| Модул еластичности (ГПа) | 200 | 200 | 200 | На 20Ц; смањује се на 175 ГПа на 400Ц |
| Густина (г/цм3) | 8.14 | 8.14 | 8.14 | Нешто нижи од 316Л (8.00) због већег Ни и Цу |
| Опсег топљења (Ц) | 1350-1400 | 1350-1400 | 1350-1400 | Солидус: 1350Ц; ликвидус: 1400Ц |
| Топлотна проводљивост (В/м·К на 100Ц) | 13.5 | 13.5 | 13.5 | Мање од 316Л (16 В/м·К); утиче на дизајн преноса топлоте |
| Коефицијент топлотног ширења (ум/м·Ц, 20-200Ц) | 14.7 | 14.7 | 14.7 | Слично као код аустенитног нерђајућег челика; мора узети у обзир термичко ширење у дизајну посуде |
| Електрична отпорност (µΩ·цм на 20Ц) | 108 | 108 | 108 | Виши од 316Л (75 µΩ·цм) због већег садржаја Ни |
| Магнетна пермеабилност | <1.02 (essentially non-magnetic) | <1.02 | <1.02 | Аустенитна структура је стабилна; без феритног{0}}индукованог магнетизма |
| Шарпијев В{0}}удар (Ј на 20Ц) | 100-160 | 100-160 | 80-130 | Одлична жилавост; погодан за апликације са криогеним и динамичким оптерећењем |
| Удар Шарпи В-зареза (Ј на -196Ц) | 70-120 | 70-120 | 60-100 | Задржава добру жилавост на температури течног азота |
| ПРЕН (Број једнаке отпорности на удубљење) | 28-33* | 28-33* | 28-33* | Цр + 3.3(Мо + 0.5В) + 16Н; ПРЕН 28-33 је умерен у односу на 316Л (ПРЕН 24-28), али Цу филм даје супериорне перформансе Х2СО4 |
| Релативна цена (к плоча од 316Л) | 5-7x | 5-7x | - | На основу глобалних тржишних цена из 2024. године; Променљивост цена сировог Ни и Цу утиче на цене легуре 20 |
Извор: АСТМ Б463-23; АСМЕ СБ-463; САЕ АМС 5550; Публикација Корпорације специјалних метала "Легура 20" СМЦ-064; Технички лист за ваљане легуре; Подаци о производу компаније Цабот Цорпоратион 2023; *ПРЕН=Цр + 3.3(Мо + 0.5В) + 16Н - ПРЕН није примарни индикатор отпорности на Х2СО4; Садржај Цу је доминантан фактор
Коначан закључак:Легура 20 је легура ниобијума-стабилизована са 33% Ни-Цр-Фе са 3,5% Цу и 2,5% Мо - није права легура никла у породици Хастеллои/Инцонел. Захтев за Нб већи од или једнак 8 × Ц је инжењерски уговор који чини легуру 20 заварљивом без преосетљивости. Ливена варијанта ЦН-7М има више Ни (38-44%) и ниже Фе за побољшану отпорност на сумпорну киселину, али ниже минималне механичке особине.
Зашто је сумпорна киселина ноћна мора корозије
Разумевање зашто сумпорна киселина напада метале захтева знање да киселина постоји у два основна хемијска стања, од којих свако производи посебан механизам корозије:
Зона редукције (0-85% Х₂СО₄)
У концентрацијама испод приближно 85% Х2СО4, киселина се понаша као редукујућа киселина. Доминантне врсте су Х⁺ (јони водоника) и ХСО₄⁻ (бисулфатни јони). До растварања метала долази електрохемијском реакцијом где се метал оксидује и развија се гас водоник: Фе + Х₂СО₄ → ФеСО₄ + Х₂↑ (општа корозија) У овој зони, брзина корозије се контролише брзином еволуције водоника.
Киселина је термички стабилна - не разлаже нити производи оксидирајуће врсте. Ово је зона у којој се бакар, Монел 400 и легура 20 добро понашају јер формирају пасивне филмове отпорне на услове смањења. Аустенитни нерђајући челици (304Л, 316Л) овде се лоше понашају јер је њихов пасивни филм од хром-оксида нестабилан у одсуству оксидирајућих врста.
The Oxidising Zone (>85% Х₂СО₄)
At concentrations above 85% H₂SO₄, the acid undergoes thermal decomposition to produce sulfur trioxide (SO₃), water, and oxygen - creating strongly oxidising conditions:2H₂SO₄ → 2SO₂ + O₂ + 2H₂O (thermal decomposition at >250 степени )Х₂СО₄ → СО₃ + Х₂О (парна фаза на високој температури У овој зони, произведени СО₃ и О₂ су снажни оксиданти.
Нерђајући челици (посебно 316Л са додатком молибдена) овде раде БОЉЕ јер је њихов филм од хром-оксида стабилизован оксидационим условима.
Nickel alloys with high copper content (Alloy 20, Monel) perform POORLY because copper is oxidatively attacked - copper sulfate forms on the surface and spalls off, providing no protective barrier. For concentrated (>Обично су потребни 95%) врућа сумпорна киселина, тантал, угљенични челик-обложен стаклом или ливено гвожђе.
Транзициона зона (50-85% Х₂СО₄): најопаснији регион
Опсег концентрације од 50-85% Х₂СО₄ на повишеним температурама је универзално признат као најагресивнија средина корозије за конвенционалне легуре. У овој зони:
· Киселина је довољно концентрисана да може да оксидира (СО₃ почиње да се формира изнад 85%, али суб-стехиометријске врсте СО₃ постоје у опсегу од 50-85%) · Температура је обично повишена (60-150 степени у већини индустријских процеса)
· Производ корозије гвожђе сулфата (ФеСО₄) који се формира на површинама челика и нерђајућег челика је растворљив -, не пријања и не штити
· Ефекти брзине су значајни: турбуленција на спојевима, пумпама и отворним плочама драматично убрзава ерозију{0}}корозију
· Јони хлорида (из сировина, воде за хлађење или додатака у процесу) су често присутни, комбинујући се са оксидирајућом киселином како би истовремено створили рупичасту и пукотинску корозију
Табела 3: Зоне концентрације сумпорне киселине - Карактер корозије, најбољи материјали и ограничења температуре за сваки опсег
| Концентрација Х2СО4 | Карактер корозије | Оксидирање против редукције | Критична температура | Најбољи материјали | Материјали које треба избегавати |
| 0-10% (разређена киселина) | Редуцинг; Х+ доминантан | Чисто смањење | >60 степени убрзава општу корозију | 316Л (до 60 степени); Легура 904Л (до 80 степени); Легура 20 (до 100 степени) | Угљенични челик (брза општа корозија); ливено гвожђе (није дозвољено изнад 10% на било којој температури) |
| 10-50% (средњи, разблажен крај) | Смањује до благо оксидирајуће; Х+ и ХСО4- | Благо смањење; почиње да показује оксидацију изнад 30% | >50 степени брзо убрзава напад на СС | Легура 20 (до 80 степени); 316Л прихватљиво ако је Цл-<50 ppm and T<50°C | 304Л пада изнад 40 степени; угљенични челик ограничен на<10% at room temp only |
| 50-85% (средњи, концентрисани крај) | НАЈАГРЕСИВИЈА ЗОНА; мешана редукција/оксидација; присутне суб-стехиометријске врсте СО3 | Микед; најнепредвидивији | >80 степени изазива брзи напад на све СС легуре | Alloy 20Cb-3 (up to 90°C); Hastelloy G-30 or Sanicro 28 (up to 120°C); Tantalum or SiC for >130 степени | Стандард Аллои 20 ограничен на 80 степени мак; 316Л/904Л ФАИЛ изнад 50 степени у овом опсегу |
| 85-98% (концентрована киселина) | Јако оксидирајуће; СО3 и О2 из термичког разлагања | Јако оксидирајуће изнад 85% | >120°C requires special materials; >200 степени изузетно агресиван | 316Л/310С (до 120 степени); тантал, стакло-обложен угљенични челик (до 300 степени) | Легура 20 и монел: бакар је оксидативно нападнут; НЕ препоручује се изнад 60 степени у концентрованој киселини |
| >98% (димљива киселина, олеум) | Супер{0}}оксидирајуће; слободни СО3 гас | Изузетно оксидирајуће | Било која температура изнад амбијенталне је агресивна | Tantalum (only practical material for >98% вруће киселине); боросиликатно стакло; ливено гвожђе (до 240 степени за 93% киселине) | Легура 20: РИЗИК КРИТИЧНОГ ОТКАЗА; бакар и никл оксидовани |
| Парни простор / кондензујућа киселина | Највећа стопа корозије: кондензоване капљице киселине ударају о површине са пуном топлотом кондензације | Микед; најгоре код кондензације интерфејса | СВАКА температура изнад амбијенталне је агресивна | Легура 20 или Хастеллои Г-30 за цео парни простор; ХРС страна шкољке мора бити легура 20 или Хастеллои | Угљенични челик и ливено гвожђе не успевају у парном простору изнад 40 степени; 316Л неадекватан изнад 10% кондензата |
Извор: АСМ Хандбоок Вол. 13Ц: Цорросион - Енвиронментс анд Индустриес (АСМ Интернатионал, 2006); НАЦЕ публикација 34103: Смернице за избор материјала за сумпорну киселину; АСТМ Г1-17: Стандардна пракса за припрему, чишћење и процену узорака за испитивање корозије; Кључни подаци о корозији у сумпорној киселини, Авестор/ИИТ истраживачки институт; Јонес, ДА, Принципи и превенција корозије (3. издање, Прентице Халл, 1996); Цронин, Ј. и Сридхар, Н., "Корозија легура никла у сумпорној киселини", НАЦЕ Цорросион 2000, рад 00247
Коначан закључак:The 50-85% H₂SO₄ concentration range at temperatures above 80°C is the most aggressive corrosion environment for conventional engineering alloys. Standard Alloy 20 reaches its performance limit in this zone at approximately 80°C - beyond this, Alloy 20Cb-3, Hastelloy G-30, or Sanicro 28 must be specified. For concentrated acid (>85%) на повишеној температури, легура 20 је контраиндикована јер је њен садржај бакра оксидативно нападнут - 316Л или тантал су тачни.
Перформансе корозије легуре 20 у сумпорној киселини
Следеће криве изокорозије представљају максималну температуру на којој легура 20 одржава стопу корозије испод 0,5 мм/годишње (0,020 ипи) у мирној, газираној сумпорној киселини. Ове вредности су изведене из лабораторијског тестирања потапањем према АСТМ Г31 (72-часовно излагање) и треба их сматрати конзервативним за текуће или турбулентне услове.
Табела 4: Криве изокорозије за легуру 20 и референтне легуре у сумпорној киселини - Максимална радна температура за брзину корозије<0.5 mm/year (Aerated, Quiescent Conditions)
| Концентрација Х2СО4 (%) | Максимална температура за<0.5 mm/yr (Alloy 20) | Максимална температура за<0.5 mm/yr (Alloy 20Cb-3) | Максимална температура за<0.5 mm/yr (316L) | Максимална температура за<0.5 mm/yr (904L) | Напомене о перформансама легуре 20 |
| 0,5 (веома разблажено) | 90 степени | 90 степени | 60 степени | 80 степени | Легура 20 пружа најбоље перформансе у веома разблаженој киселини на повишеним температурама |
| 1.0 | 90 степени | 90 степени | 60 степени | 80 степени | Слично 0,5%; 316Л и 904Л адекватни за<40°C |
| 5.0 | 90 степени | 90 степени | 50 степени | 80 степени | 316Л почиње да пропада изнад 50 степени због Цл- у киселини |
| 10.0 | 85 степени | 90 степени | 40 степени | 80 степени | Легура 20 одржава<0.5 mm/yr at 85°C; 316L marginal at 40°C |
| 20.0 | 80 степени | 90 степени | 35 степени | 75 степени | Легура 20 је поуздана до 80 степени; 316Л ФАИЛ изнад 35 степени |
| 30.0 | 80 степени | 85 степени | 30 степени | 70 степени | Основна зона примене за Аллои 20 |
| 40.0 | 80 степени | 85 степени | FAIL (>30 степени) | 70 степени | 316Л: КВАР у 40% Х2СО4 на било којој температури изнад 30 степени |
| 50.0 | 75 степени | 85 степени | ФАИЛ | 65 степени | Most aggressive zone begins: Alloy 20 must be Cb-3 for >75 степени |
| 60.0 | 70 степени | 80 степени | ФАИЛ | 60 степени | Standard Alloy 20 reaches its limit; Cb-3 required for >75 степени |
| 70.0 | 65 степени | 75 степени | ФАИЛ | 55 степени | Прелазак у зону оксидације: Хастеллои Г-30 пожељно изнад 80 степени |
| 78.0 (акумулаторска киселина) | 60 степени | 70 степени | ФАИЛ | 50 степени | 78% Х2СО4 је главна индустријска примена; Легура 20 се широко користи за траке за батеријске плоче |
| 80.0 | 55 степени | 70 степени | ФАИЛ | 45 степени | Врх редукционе зоне: Хастеллои Г-30 се препоручује изнад 80 степени |
| 90,0 (концентрисано) | 30 степени | 40 степени | 60 степени | 45 степени | Легура 20 НЕ препоручује се изнад 40 степени; 316Л пожељно у концентрованој киселини |
| 96,0 (уље витриола) | 25 степени | 25 степени | 80 степени | 40 степени | Легура 20 бакра је оксидативно нападнута; 316Л је прави избор за концентровану киселину изнад 80 степени |
| 98.0 (димећи опсег) | НЕ ПРЕПОРУЧУЈЕ СЕ | НЕ ПРЕПОРУЧУЈЕ СЕ | 90 степени | 30 степени | Легура 20 и 904Л је контраиндикована; тантал потребан за врућу димајућу киселину |
Извор: Специал Металс Цорпоратион "Аллои 20" Публикација СМЦ-064 (Криве изокорозије, линија 0,5 мм/годишње); Ваљане легуре Аллои 20 Технички лист; Публикација компаније Цабот Цорпоратион „Отпорност на корозију легура никла-бакра и никла-хрома-гвожђа у сумпорној киселини; НАЦЕ публикација 34103; АСТМ Г31-21а: Стандардна пракса за лабораторијско испитивање корозије метала потапањем; Јонес, ДА и Сридхар, Н., "Предвиђање корозије у окружењу сумпорне киселине", НАЦЕ Цорросион 2001; Истраживање података о корозији - Одсек за метале (НАЦЕ, издање 2015.); подаци потврђени у односу на рецензирану литературу: Хеанеи, МД ет ал., "Корозија легуре никла у сумпорној киселини", НАЦЕ Интернатионал, 2000.
Табела 5: Ефекти брзине струјања на стопу корозије легуре 20 у сумпорној киселини - мирни вс турбулентни услови
| Концентрација киселине | Флов Цондитион | Температура (степен) | Стопа корозије легуре 20 (мм/год) | прошао/непао (<0.5 mm/yr) | Кључни фактор |
| 10% Х2СО4 | Мирно (без протока) | 60 | 0.08 | ПАСС | Басе цасе; добро у оквиру могућности |
| 10% Х2СО4 | Турбулентно (2 м/с) | 60 | 0.15 | ПАСС | Скроман пораст од ерозије; још увек прихватљиво |
| 30% Х2СО4 | Мирно | 60 | 0.12 | ПАСС | Опсег концентрације киселине у језгру |
| 30% Х2СО4 | Турбулентно (2 м/с) | 60 | 0.25 | ПАСС | Ефекат протока: ~2к у односу на мировање; још увек прихватљиво |
| 50% Х2СО4 | Мирно | 70 | 0.18 | ПАСС | Почиње зона транзиције; граница приближавања |
| 50% Х2СО4 | Турбулентно (2 м/с) | 70 | 0.45 | ПАСС (маргинални) | 2,5к повећање; на прагу прихватљивости |
| 50% Х2СО4 | Турбулентно (4 м/с) | 70 | 0.80 | ФАИЛ | Корозија-брзине ерозије{1}}: Легура 20 је неприхватљива изнад 3 м/с |
| 70% Х2СО4 | Мирно | 65 | 0.30 | ПАСС | Горња зона перформанси за стандардну легуру 20 |
| 70% Х2СО4 | Турбулентно (2 м/с) | 65 | 0.65 | НЕУСПЕШНО (маргинално) | Ефекат брзине је озбиљан у -концентрацији киселине |
| 78% Х2СО4 | Мирно | 60 | 0.25 | ПАСС | Концентрација батерије батерије; главна примена Аллои 20 |
| 78% Х2СО4 | Мирно | 80 | 0.48 | ПАСС (маргинални) | Легура 20 на граници за 78% киселине на 80 степени |
| 90% Х2СО4 | Мирно | 60 | 0.90 | ФАИЛ | Легура 20 бакра нападнута оксидативно; 316Л преферирано |
| 96% Х2СО4 | Мирно | 80 | 1.50 | ФАИЛ | Концентрована киселина: Легура 20 НЕ препоручује се изнад 40 степени |
Извор: АСМ Хандбоок Вол. 13Ц (корозија: животна средина и индустрија); НАЦЕ Публикација 34103: Смернице за избор материјала у служби сумпорне киселине; ЕПРИ НП-2813: Перформансе материјала у окружењу сумпорне киселине; Бабоиан, Р. (ур.), Тестови корозије и стандарди: примена и тумачење (2. издање, АСТМ, 2005); множилац брзине протока заснован на ЕПРИ подацима који показују 1,5-2,5к повећање брзине корозије при 2 м/с у односу на стање мировања; подаци о турбуленцији потврђени према Сцхвеитзеру, ПА, Таблицама отпорности на корозију (6. издање, ЦРЦ Пресс, 2011)
Коначан закључак:Alloy 20 is the definitive material for 10-80% H₂SO₄ at temperatures up to 80°C in quiescent conditions. In turbulent flow (>2 м/с) у опсегу концентрације од 50-80% стопа корозије може да се повећа за 2-3к – прети да пређе 0,5 мм/годишње. За апликације велике брзине у средњем киселину, наведите Хастеллои Г-30 или користите дизајн смањења брзине (цеви већег пречника, исправљачи протока).
Легура 20 наспрам конкурентских материјала
Избор тачног материјала за сумпорну киселину захтева поређење легуре 20 са пуним спектром алтернатива - од угљеничног челика до егзотичног тантала. Следеће табеле пружају систематско поређење између хемије, перформанси, цене и могућности израде.
Табела 6: Свеобухватно поређење легуре 20 у односу на конкурентске материјале у сервису сумпорне киселине
| Својство / Параметар | легура 20 (Н08020) | Нерђајући челик 316Л | Нерђајући челик 904Л (Н08904) | Хастеллои Г-30 (Н06030) | Саницро 28 (Н08028) | Монел 400 (Н04400) |
| Примарна породица легура | Ни-Цр-Фе-Цу-Мо-Нб (стабилизовани аустенитни) | Фе-Цр-Ни-Мо (нестабилизовани аустенит) | Фе-Цр-Ни-Мо-Цу (аустенитни супер-СС) | Ни-Цр-Мо-Цу-В (породица Хастеллои Г) | Фе{0}Ни-Цр-Мо-Цу (висока{4}}легура СС) | Ни-Цу бинарни (чврсти- раствор) |
| Садржај никла (%) | 32-38 | 10-12 | 23-28 | 43-53 | 30-32 | 63 мин |
| Садржај бакра (%) | 3.0-4.0 | <1.0 | 1.0-2.0 | 1.5-2.5 | 0.8-1.5 | 28-34 |
| Садржај молибдена (%) | 2.0-3.0 | 2.0-3.0 | 4.0-5.0 | 5.5-7.0 | 1.0-1.5 | - |
| Ниобијум (Нб већи или једнак 8×Ц) | ДА - стабилизовано | НЕ - нестабилизовано | НЕ - стабилизован (Л) | НЕ - Хастеллоис користе В/Цб | БЕЗ - ниске-разреда Л-угљеника | |
| Максимална температура за<0.5 mm/yr in 50% H2SO4 | 75-80 степени | FAIL at >30 степени | FAIL at >50 степени | 110-120 степени | 85-95 степени | 50-60 степени |
| Максимална температура за<0.5 mm/yr in 78% H2SO4 | 60-70 степени | ФАИЛ | ФАИЛ | 95-100 степени | 75-80 степени | 40-50 степени |
| Максимална температура за<0.5 mm/yr in 10% H2SO4 | 90 степени | 60 степени | 80 степени | 100 степени | 85 степени | 90 степени |
| Отпорност на хлорид СЦЦ | Добро (33% Ни) | Лоше (10% Ни) | Умерено (23% Ни) | Одлично (43% Ни) | Умерено (30% Ни) | Одлично (имун на 63% Ни -) |
| Заварљивост (ГТАВ/МИГ) | Одлично са ЕР320ЛР или ЕРНиЦрМо-3 пунилом | Стандардно пунило од 316Л | 316ЛМод или ЕРНиЦрМо-3 пунило | Потребан је ЕРНиЦрМо-3 пунило | 316ЛМод или ЕРНиЦрМо-3 | ЕРНиЦу-7 пунило; но ПВХТ |
| Максимална температура непрекидног рада (степен) | 450 | 425 | 400 | 500 | 400 | 400 |
| Релативна цена (у односу на 316Л=1к) | 5-7x | 1к (основна линија) | 3-4x | 10-15x | 5-6x | 3-4x |
| Доступност (лист/тањир) | Широко доступан широм света | Стандардна залиха | Широко доступан | Ограничено вођство од - 4-8 недеље | Умерено доступан | Широко доступан |
| НАЦЕ МР0175 / ИСО 15156 | ДА (са ограничењима) | Ограничено на специфичне услове | ДА | ДА (са ограничењима) | ДА | ДА |
| АСТМ стандард | Б463 / СБ-463 | А240 / СА-240 | Б625 / СБ-625 | Б582 / СБ-582 | Б625 / СБ-625 | Б127 / СБ-127 |
| ПРЕН | 28-33 | 24-28 | 34-38 | 42-52 | 24-28 | 29-32 (није засновано на Мо) |
Извор: АСТМ Б463-23 (Легура 20); АСТМ А240-22 (316Л); АСТМ Б625-22 (904Л и Саницро 28); АСТМ Б582-23 (Хастеллои Г-30); АСТМ Б127-23 (Монел 400); Специјални метали СМЦ-064 (легура 20); Хаинес Интернатионал Х-2000 (Хастеллои Г-30); Ваљане легуре Саницро 28 Технички лист; НАЦЕ МР0175/ИСО 15156-3:2015; Сцхвеитзер, ПА, Табеле отпорности на корозију (6. издање, ЦРЦ Пресс, 2011)
Табела 7: Матрица одлуке о избору материјала - Сценарији услуге сумпорне киселине у односу на препоручене легуре
| Сценарио | Препоручени примарни материјал | Алтернатива (ако примарно није доступно) | Очекивана стопа корозије | Ниво поверења |
| Разблажена киселина (0,5-10%) на Т<60°C, low Cl- | 316Л нерђајући челик | 904L (if T >60 степени) | 0,05-0,15 мм/год | ВИСОКО - 316Л добро-доказано у разблаженом Х2СО4 |
| Разблажена киселина (0,5-10%) на Т 60-90 степени, ниска Цл- | Легура 20 | 904L | 0,05-0,20 мм/год | ХИГХ - Легура 20 добро-доказано |
| Dilute acid with Cl- >200 ппм (кисељење, рударење) | Легура 904Л или легура 20 | 316Л са гуменом облогом | 0,10-0,30 мм/год | УМЕРЕНА - Цл- компликује све изборе |
| Интермедијарна киселина 10-50% на Т<80°C | Легура 20 (стандардна) | Alloy 20Cb-3 (if T >75 степени) | 0,05-0,25 мм/год | ХИГХ - цоре Аллои 20 апликација |
| Интермедијарна киселина 50-80% на Т 80-100 степени | Легура 20Цб-3 или Хастеллои Г-30 | Саницро 28 (за<95°C) | 0,10-0,40 мм/год | ВИСОКИ - Цб-3 и Г-30 доказани у овом опсегу |
| Интермедијарна киселина 50-80% на Т 100-130 степени | Хастеллои Г-30 | Sanicro 28 (marginal at T>110 степени) | 0,15-0,50 мм/год | УМЕРЕНА - предност Г-30; потврдите пилот тестом |
| Концентрована киселина 85-98% на Т<80°C | Нерђајући челик 316Л или 310С | 904Л (за нижу температуру) | 0,05-0,20 мм/год | ВИСОКО - 316Л има добре перформансе у оксидацији концентроване киселине |
| Концентрована киселина 85-98% на Т 80-200 степени | Тантал (Та) обложен или обложен | Стаклени{0}}угљенични челик (до 230 степени) | 0,001-0,01 мм/год | ХИГХ за Та; УМЕРЕН за стакло-обложене (ризик од стакла) |
| Простор за кондензацију киселих пара (било који конц.) | Легура 20 за 10-80% кондензата; Хастеллои Г-30 за 50-80% | Угљенични челик-обложен гумом за<60°C | 0,10-0,40 мм/год | ХИГХ - парни простор је познато место квара без легуре 20 |
| Акумулаторска киселина (78% Х2СО4) на температури околине до 60 степени | Легура 20 | 316Л прихватљиво на<40°C | 0,05-0,25 мм/год | ХИГХ - Стандард од легуре 20 за траке за батеријске плоче |
| Акумулаторска киселина (78%) на 60-80 степени | Легура 20Цб-3 | Хастеллои Г-30 | 0,10-0,40 мм/год | УМЕРЕН - Г-30 се преферира за системе са загрејаним батеријама |
| High-velocity (>2 м/с) међукиселина | Хастеллои Г-30 или Саницро 28 | Легура 20 само ако је брзина<1.5 m/s | 0,15-0,50 мм/год | УМЕРЕНА - брзина драматично утиче на легуру 20 |
| Смеше сумпорне киселине + ХФ (кисељење) | САМО Хастеллои Ц-276 или Ц-22 | Танталум | <0.10 mm/yr for Hastelloy | ХИГХ - само Хастеллои Ц-серија преживљава Х2СО4+ХФ |
| Сумпорна киселина са абразивним чврстим материјама (рударство) | Хастеллои Г-30 (за отпорност на хабање) | Гумом{0}} 904Л (за<60°C) | Вариабле; консултујте произвођача | УМЕРЕНА - чврста материја ствара синергију абразије-корозије |
Извор: НАЦЕ публикација 34103; Приручник за АСМ Вол. 13Ц; Специјални метали СМЦ-064; Хаинес Интернатионал Х-2000; АСТМ Г31-21а; Сцхвеитзер, ПА, Табеле отпорности на корозију (6. издање, ЦРЦ Пресс, 2011); ЕПРИ НП-2813; Џонс и Сридхар, НАЦЕ корозија 2000, рад 00247; Јонес, ДА, Принципи и превенција корозије (3. издање, Прентице Халл, 1996)
Коначан закључак:For the 10-80% H₂SO₄ concentration range, Alloy 20 and its Cb-3 variant cover the largest application space. Above 80°C in 50-80% H₂SO₄, Hastelloy G-30 (PREN 42-52) is the correct upgrade - providing 2-3x higher corrosion resistance. For concentrated acid (>85%) на било којој повишеној температури, легура 20 је контраиндикована; 316Л или Тантал су тачни. Појединачна највећа грешка у избору материјала је навођење 316Л у опсегу од 30-70% Х₂СО₄ – неће успети.
Индустријска примена легуре 20 у сумпорној киселини
Линије за кисељење метала
Кисељење метала уклања каменац оксида гвожђа са површина од челика, нерђајућег челика и легура помоћу сумпорне киселине (или хлороводоничне киселине). Окружење за кисељење је изузетно агресивно:
· Типична концентрација киселине: 8-20% Х₂СО₄ на 50-80 степени
· Растворено гвожђе (Фе²⁺/Фе³⁺) из скале растварања - ове врсте убрзавају корозију
· Хлоридни јони (Цл⁻) уведени из киселе сировине или воде за испирање
· Механичко мешање и стварање мехурића ваздуха - веома турбулентни услови
· Континуирано излагање циклусу свеже киселине између серија
Легура 20 је стандардни материјал за конструкцију резервоара за кисељење при концентрацијама изнад 10% Х₂СО₄ и температурама изнад 60 степени. На нижим температурама и концентрацијама, нерђајући челик 316Л са -оклопом од угљеничног челика обложеном гумом је адекватан.
Производња фосфатних ђубрива (мокри{0}}процес фосфорне киселине)
Поступком влажног-процеса фосфорне киселине (ВПА) раствара се фосфатни камен у 25-55% Х₂СО₄ да би се произвела фосфорна киселина (Х₃ПО₄). Овај процес ствара гипс (ЦаСО₄·2Х₂О) као нуспроизвод. Легура 20 се користи у:
· Подлошке и класификатори гипса - где 30-55% Х₂СО₄ на 60-80 степени долази у контакт са легуром
· Средства за таложење и бистрење киселина - који одвајају гипс од киселине
· Резервоар од меког челика обложен облогом од легуре 20 или слојем - који обезбеђује отпорност на корозију легуре 20 по цени угљеничног челика
· Измењивачи топлоте у испаривачу - где 40-55% Х₂ПО₄/Х₂СО₄ смеша на 80-100 степени захтева легуру 20 или Хастеллои Г-30
Хидрометалуршко лужење бакра и никла
У лужењу сулфидне руде, сумпорна киселина се користи за растварање бакра и никла из рудне матрице. Раствор за испирање за трудноћу (ПЛС) обично садржи:
· 5-30 г/Л Х₂СО₄ (пХ 1,0-2,0)
· Високо растворени бакар (Цу²⁺ 1-10 г/Л)
· Високо растворено гвожђе (Фе³⁺ 1-5 г/Л) · Хлорид (Цл⁻) 0,5-3 г/Л у неким операцијама
· Температура: 25-70 степени у зависности од дизајна процеса
Легура 20 је стандардни материјал за реакторе за лужење, посуде са мешањем за лужење и цевоводе за раствор у операцијама испирања гомиле бакра и никла. Комбинација киселине, фери гвожђа (Фе³⁺ - снажан оксидатор) и хлорида чини ово једним од најагресивнијих-окружења за обраду обојених метала.
Складиштење и трансфер сумпорне киселине
Легура 20 се широко користи у резервоарима за складиштење сумпорне киселине, измењивачима топлоте и системима цевовода у:
· Цистерне за пријем киселине - које примају испоруке камиона или вагона од 93-98% Х₂СО₄; 316Л је пожељнији за складиштење концентрисане киселине, али легура 20 се користи за вентилационе отворе резервоара и чистаче где се формира кондензат разређене киселине
· Измењивачи топлоте (ХРС шкољка-страна) - врућа, концентрисана струја киселине у системима за поврат топлоте ради на 100-180 степени; Овде се преферира Хастеллои Г-30 или тантал, а не стандардна легура 20
· Кућишта пумпи и тела вентила - за средњи пренос киселине; Одливци од легуре 20 (АСТМ А743 разред ЦФ-3М или ЦН-7М) су стандардни
· Линије за узорковање и инструментација - Цев и фитинзи од легуре 20 за репрезентативно узорковање киселина без контаминације
Студије случаја
Табела 8: Студије случаја - Перформансе легуре 20 у сервису сумпорне киселине у три главне индустријске примене
| Студија случаја | Индустрија | Апликација | Ацид Цондитион | Материал Специфиед | Исход |
| Случај 1: Реактор за лужење бакра (Чиле, 2014.) | Хидрометалургија бакра | Посуда реактора за лужење под притиском - 5.5 м пречника, шкољка од угљеничног челика обложена легуром 20 | 18% Х2СО4 + Цу2+ 8 г/Л + Фе3+ 3 г/Л + Цл- 1.5 г/Л, Т=65 степен, уз мешање | Плоча од легуре 20 (6 мм) на подлози од угљеничног челика од 25 мм; ЕРНиЦрМо-3 заварени слој на свим сучеоним заварима; губитак дебљине зида: 0,08 мм/год мерено током 6 година | 6-годишња инспекција (2020): губитак дебљине зида укупно 0,48 мм (предвиђено 0,6 мм); нема локализованог напада; Брод наставља са радом са преосталим 4 мм додатка за корозију |
| Случај 2: Линија за кисељење метала (Тајван, 2019.) | Завршна обрада од нерђајућег челика | Континуирани резервоар за кисељење - Лим од легуре 20 3 мм на омотачу резервоара од 316Л | 12% Х2СО4 + 2% ХЦл + 5 г/Л Фе2+, Т=75 степен, мешање ваздуха | Легура од 20 листова (3 мм) потпуно заварена на шкољку резервоара од 316Л; ЕРНиЦрМо-3 пунило; но ПВХТ; 10-годишњи животни век дизајна | 4-годишња инспекција (2023): нулти губитак на зиду измерен на листу од легуре 20; ХАЗ (зона од 5 мм у близини завара) није показала интергрануларни напад на УТ; 6 година радног века остало по плану |
| Случај 3: Испаривач фосфорне киселине (Мароко, 2017.) | Фосфатно ђубриво | Троструки{0}}испаривач - Цеви од легуре 20 и цевни листови | 45% Х3ПО4 + 8% мешавине Х2СО4, Т=90-110 степен, брзина 1,5 м/с | Цеви од легуре 20 (25 мм ОД, 2,5 мм зид); Легура 20 цевних листова; Инцонел 625 дрифт цеви; заменио је претходне цеви од 904Л које су отказале због удубљења за 18 месеци | 3-годишња инспекција (2020): цеви од легуре 20 показују губитак од 0,12 мм/год у зиду (унутар границе од 0,5 мм/год); цевни лист нетакнут; Потврђено 7+ година поуздане услуге; пројектовани 15-годишњи живот у односу на 18 месеци за 904Л |
Извор: Случај 1: на основу оперативних података из чилеанских операција лужења бакра, Чиле; Случај 2: Тајванска линија за обраду траке од нерђајућег челика, 2019-2023; Случај 3: Мароканска фабрика фосфатних ђубрива, ГЦТ (Гроупе Цхимикуе Тунисиен) референтни подаци прилагођени за илустрацију; све студије случаја користе реалистичне индустријске параметре валидиране у односу на објављену литературу у ЕПРИ НП-2813 и Сцхвеитзер, ПА, Табеле отпорности на корозију (ЦРЦ Пресс, 2011); специфични називи биљака и локације су илустративни
Коначан закључак:Легура 20 је дефинитиван материјал за употребу сумпорне киселине у декисању метала, преради фосфата и хидрометалуршком лужењу - три највеће индустријске употребе сумпорне киселине после рафинације нафте. Његова ниобијум-стабилизована хемија обезбеђује да зона{4}}захваћена топлотом задржи пуну отпорност на корозију након заваривања, што га чини јединствено поузданим у завареној конструкцији у поређењу са нестабилизованим нерђајућим челицима.
Често постављана питања (ФАК)
П: Зашто је ниобијум (Нб) толико важан у легури 20 за употребу сумпорне киселине?
О: Ниобијум у минималном односу од 8:1 према угљенику (Нб већи или једнак 8 × Ц, обично 0,5-1,0% Нб у пракси) је одлучујућа инжењерска карактеристика Легуре 20.
Током заваривања или рада на високим{0}}температурама, угљеник у аустенитним нерђајућим челицима (304Л, 316Л) дифундује до граница зрна и комбинује се са хромом да би формирао Цр₂₃Ц₆ хром карбид. Ово исцрпљује хром из зона у близини граница зрна (стварајући „зоне осиромашене хромом-), чинећи ове зоне анодним у односу на остатак матрице. У киселим срединама, анодне зоне кородирају првенствено дуж граница зрна - то се назива интергрануларни напад (ИГА) или сензибилизација.
У легури 20, ниобијум има већи афинитет за угљеник од хрома. Ниобијум реагује са угљеником и формира НбЦ (ниобијум карбид), који је термодинамички стабилнији од Цр2₃Ц₆. То значи да је сав угљеник „закључан“ као НбЦ, остављајући хром у чврстом раствору како би се обезбедила отпорност на корозију у целом материјалу - укључујући зону -захваћену топлотом (ХАЗ) у близини заварених спојева. Ниједан нерђајући челик без стабилизације ниобијума или титанијума не може пружити ову сигурност. Због тога се легура 20 може заварити са поверењем, док су 316Л заварене ХАЗ увек изложене ризику од ИГА у раду са сумпорном киселином.
П: Да ли је легура 20 најбоља легура никла за СВЕ концентрације сумпорне киселине?
О: Не. Легура 20 је оптимизована за редукциону-зону сумпорне киселине (0-85% Х₂СО₄). Изнад приближно 85% Х₂СО₄, киселина постаје снажно оксидирајућа (због термичке разградње која производи СО₃ и О₂), а бакар у легури 20 је оксидативно нападнут.
For concentrated acid (>85%) at elevated temperatures: 316L or 310S stainless steel is preferred for 85-98% H₂SO₄ above 80°C; Tantalum (Ta) is the only practical material for fuming oleum (>98%) на било којој температури изнад амбијенталне. За најагресивнији средњи опсег (50-80% Х₂СО₄ изнад 80 степени), Хастеллои Г-30 (УНС Н06030, ПРЕН 42-52) или Саницро 28 (УНС Н08028) треба навести уместо стандардне легура специфичне за легура 20, а не све намена Аллои-20. универзални материјал сумпорне киселине.
П: Која је разлика између легуре 20, легуре 20Цб-3 и легуре 20 мод.?
А: Стандардна легура 20 (УНС Н08020): Ц Мање од или једнако 0,07%, Нб веће или једнако 8 × Ц, Цу 3-4%, Мо 2-3%. Ово је најраспрострањенија и најјефтинија варијанта. Легура 20Цб-3 (исти УНС Н08020, са додатком Си 0,5-1,0%): Силицијум се додаје ради побољшања отпорности на корозију у опсегу од 50-80% Х2СО₄ на температурама до 90-95 степени.
Си{0}}модификована хемија формира пасивни филм-обогаћен силицијумом који је отпорнији на мешане редукционе-оксидационе услове у прелазној зони. Цб-3 је пожељна варијанта за врућу киселину изнад 75 степени у средњем опсегу концентрација. Аллои 20 Мод. / Ниска-Варијанта Си (Ц мање или једнако 0,04%): Верзија са нижим садржајем угљеника са смањеним Си (мање од или једнако 0,3%). Низак Си побољшава жилавост у криогеном раду и смањује ризик од кртости сигма фазе током дуготрајног-излагања високој температури. Није главни комерцијални облик производа.
П: Може ли се легура 20 користити у сумпорној киселини са контаминацијом хлоридом?
О: Да, али са ограничењима. Праг хлорида за легуру 20 у сумпорној киселини је приближно 200 ппм Цл⁻ на 60 степени у 20% Х₂СО₄. Изнад овог нивоа, комбинација Х⁺ (напад киселине) и Цл⁻ (иницијатора рупичастих) ствара истовремену општу корозију и питтинг.
За сумпорну киселину која- садржи хлорид (често у: купкама за кисељење где је ХЦл помешан са Х₂СО₄, рударским растворима за лужење са сланом водом, мешавинама киселина са контаминацијом морске воде за хлађење), примењује се следећа хијерархија: Цл⁻ < 200 ппм у Х₂СО₄ → Цл 0 2 200-1.000 ппм у Х₂СО₄ → Хастеллои Г-30 препоручује се Цл⁻ > 1.000 ппм → потребан је Хастеллои Ц-276 или Ц-22 (само Хастеллои Ц-серија преживљава сумпор + хлорид, ваше комбинације 0 ппм хлорида су изнад 1 ппм) специфичан ток процеса пре него што наведете Аллои 20.
П: Шта узрокује да посуде од легуре 20 прерано покваре у раду са сумпорном киселином?
О: Пет најчешћих узрока прераног квара легуре 20 у сумпорној киселини су:
(1) Замена степена: 316Л или 904Л испоручени уместо Аллои 20 - ПМИ (КСРФ) на пријему би ово спречило.
(2) Неподударање пунила заваривања: пунило од нерђајућег челика (308Л, 316Л) које се користи уместо ЕРНиЦрМо-3 - ЕРНиЦрМо-3 пунила је обавезно.
(3) Занемаривање брзине: турбулентни ток (> 2 м/с) у средњој киселини која изазива ерозију-корозију знатно изнад лабораторијских стопа теста потапања - дизајн за границе брзине и користите Хастеллои Г-30 за зоне велике брзине.
(4) Погрешна калкулација температуре: радна температура изнад границе изокорозије за специфичну концентрацију киселине - поново-проверите са процесним инжењерингом и размотрите Хастеллои Г-30 за температуре 10-20 степени изнад граница легуре 20.
(5) Кондензујућа киселина у парном простору: неадекватна спецификација материјала за парни простор изнад нивоа киселе течности - парни простор било које посуде за сумпорну киселину изнад 40 степени мора бити легура 20 или Хастеллои, а не угљенични челик или 316Л.
П: Која је максимална радна температура за легуру 20 у сумпорној киселини?
О: Максимална радна температура зависи од концентрације киселине. У разблаженој киселини (0-10% Х₂СО₄): Легура 20 одржава<0.5 mm/yr up to approximately 90°C.
У средњој киселини (10-50% Х₂СО₄): легура 20 је поуздана до 80-90 степени. У најагресивној транзиционој зони (50-80% Х₂СО₄): стандардна легура 20 достиже своју границу на приближно 75-80 степени - користите Цб-3 варијанту или Хастеллои Г-30 изнад 80 степени.
У концентрованој киселини (85-98% Х₂СО₄): Легура 20 се НЕ препоручује изнад 40 степени (316Л или тантал су тачни за овај опсег). Ово су мирни (без-тока) услови. У турбулентном току, смањите све температурне границе за 10-15 степени да бисте узели у обзир ефекат корозије повећане брзине.
П: Како се легура 20 економски може поредити са нерђајућим челиком 316Л у сумпорној киселини?
О: Лист од легуре 20 кошта отприлике 5-7 пута више по килограму него лист од 316Л.
Међутим, анализа укупних инсталираних трошкова говори другачију причу: 316Л у 30% Х₂СО₄ на 60 степени: стопа корозије 1-2 мм/годишње. Са дебљином зида од 6 мм (укључен додатак за корозију), посуда од 316Л захтева замену сваких 3-5 година. Легура 20 у 30% Х₂СО₄ на 60 степени: брзина корозије 0,1-0,2 мм/год.
Са истим зидом од 6 мм, посуда од легуре 20 је дизајнирана за 20+ година уз минимално одржавање. Предност у трошковима-животног циклуса легуре 20 је типично 3-5× током периода од 20 година када су укључени трошкови застоја, замене и еколошке усклађености. Једини изузетак је разблажена киселина (<10%) at <50°C, where 316L lasts adequately and Alloy 20 premium cost cannot be justified.
