La lega 20 è la lega ferro-nichel-cromo a cui si rivolgono gli ingegneri degli impianti chimici quando il mezzo è acido solforico e i gradi inossidabili non sono sufficienti. La lega, UNS N08020, occupa una posizione ristretta ma molto utilizzata nella tabella della corrosione: resiste all'acido solforico in un ampio intervallo di concentrazioni a temperature moderate, si scrolla di dosso gli acidi misti che sconfiggono il 316L e costa una frazione delle leghe di nichel pesanti con molibdeno.
Forme di prodotto
Barra e asta
Piatto e foglio
Bobina e striscia
Tubi e tubi
Raccordo: flangia, T, gomito, riduttore ecc.
Forgiatura: anello, albero, cerchio, blocco ecc.
Dove si trova la lega 20 nella tabella della corrosione
Il modo più veloce per comprendere la lega 20 è attraverso i suoi vicini. Al di sotto di questo contenuto di lega, l'acciaio inossidabile 316L fallisce nell'acido solforico caldo e nei mezzi di cloruro perché il suo livello di molibdeno, 2-3%, è troppo basso per trattenere la pellicola passiva.
Sopra di esso, le leghe a base di nichel come C-276 sopportano l'intero dazio di acido solforico a temperature e concentrazioni più elevate, ma a un prezzo molto superiore. La lega 20 è il passaggio intermedio: nichel al 32-38% con cromo, molibdeno e rame, progettata specificamente per il servizio con acido solforico e per gli ambienti misti di acido e cloruro che si presentano attorno ad essa in un impianto chimico.
Il contenuto di rame è la riga insolita. Il rame non è una lega comune aggiunta agli acciai resistenti alla corrosione, ma nella lega 20 è l'elemento che modifica il comportamento alla corrosione dell'acido solforico: migliora la resistenza nella regione riducente dell'acido diluito dove la pellicola di ossido di cromo non è stabile, e funziona con il molibdeno per resistere alla vaiolatura e all'attacco interstiziale dei mezzi contenenti cloruro.
Il risultato è una lega le cui prestazioni di acido solforico si estendono fino a una concentrazione di circa il 50% a temperature fino a circa 80-100 gradi, l'involucro in cui opera la maggior parte delle tubazioni per il trattamento dell'acido negli impianti di fertilizzanti, metallurgici e chimici speciali.
Composizione chimica secondo ASTM B729
I limiti di composizione riportati di seguito seguono ASTM B729, la specifica per tubi e tubi senza saldatura per UNS N08020. Il ferro è l'elemento di equilibrio.
| Elemento | Limite di composizione,% |
| Ni | 32.0 - 38.0 |
| Cr | 19.0 - 21.0 |
| Mo | 2.0 - 3.0 |
| Cu | 3.0 - 4.0 |
| Nb + Ta | da 8 x C min a 1,0 max |
| C | 0.07 max |
| Mn | 2.0 max |
| Sì | 1.0 max |
| P | 0.045 max |
| S | 0.035 max |
| Fe | Bilancia |
Tre righe contano per l'acquirente. Il nichel al 32,0-38,0% è la matrice e il motivo per cui la lega resiste alla rottura da tensocorrosione da cloruri molto meglio degli acciai inossidabili austenitici. Le file di molibdeno e rame insieme determinano il comportamento dell'acido solforico e la resistenza alla vaiolatura.
E la fila columbio-più-tantalio a 8 x C minimo è lo stabilizzatore: lega il carbonio in modo che la lega possa essere saldata e utilizzata senza la sensibilizzazione che altrimenti creerebbe un bordo del grano impoverito di cromo nella zona influenzata dal calore. Il design stabilizzato al niobio è ciò che rende Alloy 20 un materiale adatto ai produttori: viene saldato e messo in servizio acido senza trattamento termico post-saldatura.
Proprietà meccaniche secondo ASTM B729
Tubo e tubo in lega 20sono forniti allo stato ricotto stabilizzato e ASTM B729 richiede le seguenti proprietà meccaniche minime:
| Proprietà | Valore minimo (ASTM B729) |
| Resistenza alla trazione | 551 MPa (80 ksi) |
| Resistenza allo snervamento, compensazione dello 0,2%. | 241 MPa (35 ksi) |
| Allungamento | 30% |
I valori di produzione tipici nella condizione ricotta stabilizzata sono di circa 620 MPa di trazione e 280 MPa di snervamento con un allungamento del 40%. La resistenza è nella stessa gamma dell'acciaio inossidabile austenitico ricotto, il che significa che la lega viene fabbricata con la stessa pratica di officina: si piega, rotola e lavora come un grado di tipo 316, con un tasso di incrudimento leggermente superiore.
La semplicità meccanica delle specifiche - una sola condizione di consegna, nessuna matrice di trattamento termico - è parte del motivo per cui Alloy 20 è considerata un cavallo di battaglia: l'acquirente ordina stabilizzato-ricotto e il produttore lo salda senza qualificazione di procedura speciale oltre la normale pratica della lega.
Proprietà fisiche
| Proprietà | Valore |
| Densità | 8,08 g/cm³ |
| Intervallo di fusione | 1400 - 1443 grado (circa) |
| Modulo di elasticità | 200 GPa (circa) |
| Struttura | Austenitico, non magnetico |
| Conduttività termica, 100 gradi | 13,5 W/m·K (circa) |
L'involucro di acido solforico, applicato
La domanda pratica su ogni richiesta di Alloy 20 è "manterrà questo dovere sull'acido?" La risposta è una funzione della concentrazione e della temperatura, e la tabella seguente è la sintesi ingegneristica effettivamente utilizzata dai progettisti di impianti. I valori sono indicazioni di servizio indicative per tubi e tubi, non sostituiscono un test di corrosione sull'esatto mezzo di processo.
| Medio | Concentrazione/condizione | Verdetto della lega 20 |
| Acido solforico | 0 - 50%, fino a ~80-100 gradi | Da buono a eccellente: la dotazione del servizio principale |
| Acido solforico | Superiore al 50% o bollente | Rapidamente peggio: considera una lega più alta |
| Acido fosforico | Acido fosforico per via umida | Buono: scelta standard nelle piante fertilizzanti |
| Acido nitrico | Tutte le concentrazioni | Buono, simile alla famiglia 304L |
| Acidi misti | Bagni di decapaggio H2SO4 + HCl, HNO3 + HF | Buono, dove 316L fallisce |
| Mezzi di cloruro | Acqua salata, salamoia, tracce di cloro umido | Moderata: resistenza alla vaiolatura superiore a 316L, inferiore alle leghe di nichel |
| Soluzioni caustiche | Diluire | Bene |
Due regole pratiche completano il quadro. Innanzitutto, nell'intervallo critico di circa il 10-50% di acido solforico, i tassi di corrosione sono fortemente sensibili alla temperatura e alle tracce di ossidanti nell'acido; uno sconvolgimento che aumenta la temperatura di 20 gradi può modificare la velocità di corrosione di un ordine di grandezza, quindi le specifiche dovrebbero essere formulate rispetto alla condizione operativa peggiore, non a quella normale.
In secondo luogo, per l'acido che deve essere maneggiato caldo e concentrato, la risposta economica non è una parete in Lega 20 maggiore: è un passo avanti verso una lega con un contenuto di nichel più elevato e la decisione dovrebbe essere presa sulla tabella della corrosione, non sullo spessore della parete.
Specifiche e forme del prodotto
La lega 20 viene fornita in base alle seguenti specifiche, selezionate in base alla forma del prodotto:
- ASTM B729 / ASME SB-729 - tubi e tubi senza saldatura
- ASTM B464 / ASME SB-464 - tubo saldato
- Tubo saldato ASTM B468 - per scambiatori di calore
- ASTM B463 / ASME SB-463 - lamiere, fogli e nastri
- Barra, asta e forgiati ASTM B473 -
Il tubo senza saldatura della serie B729 copre la gamma NPS fino ai diametri più grandi, con schedulazioni fino alle classi a pareti spesse; il tubo saldato sotto B464 è prodotto da nastro ricotto stabilizzato e rappresenta un'opzione economica per diametri di grandi dimensioni in cui la giuntura viene radiografata e il giunto è accettato. Per i tubi degli scambiatori di calore, si applica B468 e il tubo viene fornito in spezzoni diritti pronti per essere avvolti nella piastra tubiera. La condizione ricotta stabilizzata si applica a tutte le forme.
Applicazioni tipiche
Tubo e tubo in lega 20sono specificati nei seguenti servizi:
- Linee di trasferimento e ricircolo dell'acido solforico negli impianti chimici
- Evaporatori e tubazioni di acido fosforico con processo a umido negli impianti di fertilizzanti
- Scambiatori di calore e condensatori che gestiscono fluidi acidi e clorurati
- Tubazioni per bagni di decapaggio e sistemi di recupero acidi nelle acciaierie
- Tubazioni in gomma sintetica, prodotti farmaceutici e processi chimici speciali
- Componenti di pompe, valvole e strumentazione in servizio acido
In ogni servizio la lega è la risposta economica intermedia: colma il divario in cui il 316L fallisce, e lo fa a un prezzo ben inferiore alle leghe a base di nichel. La decisione progettuale ricorrente riguarda il carico acido (concentrazione, temperatura e presenza di cloruri o ossidanti) e Alloy 20 vince quando il carico si trova all'interno del suo involucro.
Saldatura e fabbricazione
La lega 20 è saldata con un materiale di riempimento corrispondente della stessa famiglia - ER320 o ER320LR per AWS A5.9 per GTAW e GMAW ed E320 o E320LR per AWS A5.4 per SMAW - e non è richiesto alcun trattamento termico di preriscaldamento o post-saldatura. La chimica stabilizzata fa sì che la zona alterata dal calore mantenga la sua resistenza alla corrosione nella condizione saldata, che è il vantaggio pratico che rende la lega una delle preferite dai negozi.
La pratica di saldatura segue la disciplina austenitica: superfici del giunto pulite, apporto di calore controllato e bassa temperatura di interpass. La lega si forma facilmente a freddo, anche se si indurisce un po' più velocemente della 316L e si lavora con pratiche standard e utensili affilati.
Cosa specificare nell'ordine
Per mantenere pulita una richiesta di Alloy 20, dichiarare quanto segue:
- Standard e forma: "tubo senza saldatura secondo ASTM B729, UNS N08020" o "tubo saldato secondo ASTM B464"
- Dimensioni: NPS + schedula per tubo, diametro esterno x parete in millimetri per tubo
- Stato: stabilizzato-ricotto
- Lunghezza e finitura finale: lunghezze fisse o casuali, estremità lisce o smussate
- Certificato: EN 10204 3.1 con risultati relativi alla chimica del calore e alla trazione
Domande frequenti
D: A cosa serve la lega 20?
R: Servizio principalmente di acido solforico - linee di trasferimento, scambiatori di calore e tubazioni di processo in impianti chimici, fertilizzanti e metallurgici - oltre ad ambienti misti di acido e cloruro in cui il 316L fallisce.
D: Qual è la differenza tra la lega 20 e la lega 316L?
R: La lega 20 contiene circa tre volte il nichel del 316L più il 3-4% di rame e stabilizzazione al columbio. Il risultato è una resistenza molto migliore alla tensocorrosione da acido solforico e cloruro, a un prezzo più elevato.
D: La lega 20 è uguale a 20Cb-3?
R: I nomi sono comunemente usati per la stessa famiglia chimica. La lega 20, UNS N08020, è il grado stabilizzato standard; 20Cb-3 è un nome commerciale storico per lo stesso materiale.
D: PuòTubo in lega 20essere saldato?
R: Sì, con riempitivo ER320/ER320LR, senza preriscaldamento e senza trattamento termico post-saldatura. La stabilizzazione del columbio mantiene la zona interessata dal calore della saldatura resistente alla corrosione nella condizione saldata.
D: Qual è la temperatura massima di servizio per Alloy 20?
R: Per servizi strutturali, circa 500-600 gradi con resistenza nettamente ridotta. Per il servizio di corrosione acida il limite pratico è fissato dalla concentrazione dell'acido e dall'inviluppo della temperatura, non dalla sola temperatura del metallo.
D: Qual è la densità della lega 20?
R: Circa 8,08 g/cm³, vicino ai gradi di acciaio inossidabile austenitico, quindi il peso del tubo viene calcolato con il fattore inossidabile standard di 0,02466 x (OD - WT) x WT in kg per metro.
