Tecawe Allweddol
aloi 20(UNS N08020, 33% Ni, 20% Cr, 3.5% Cu, 2.5% Mo, Cb- sefydlog) yw'r aloi nicel workhorse ar gyfer gwasanaeth asid sylffwrig, sy'n perfformio 10-50x yn well na dur gwrthstaen 316L mewn crynodiadau asid canolraddol (10-80x).
Y cynnwys niobium (Nb) (8 x C min) yw nodwedd ddiffiniol Alloy 20 - mae'n atal sensiteiddio weldio ac yn sicrhau bod y parth yr effeithir arno gwres (HAZ) yn cadw ymwrthedd cyrydiad llawn ar ôl weldio saernïo.
Mae Alloy 20 yn rhagori mewn 10-80% H2SO4 ar dymheredd hyd at 80C. NID yw'n cael ei argymell ar gyfer asid gwanedig (<10%) at elevated temperatures (where 316L may suffice) or concentrated acid (>95%) ar dymheredd uchel (lle mae angen Hastelloy B-3 neu ditaniwm).
For intermediate concentrations (50-80% H2SO4) at temperatures >80C, uwchraddio i Hastelloy G-30 (UNS N06030) neu Sanicro 28 (UNS N08028) - mae'r aloion hyn yn cynnig ymwrthedd cyrydiad uwch 2-3x nag Alloy 20 yn y parth mwyaf ymosodol.
Mae'r amrywiad "Alloy 20Cb-3" (gyda 0.5-1.0% Si) yn darparu gwell ymwrthedd i asid sylffwrig mewn crynodiadau canolradd a thymheredd uchel o'i gymharu â safon Alloy 20.
Cyflwyniad i Aloi 20 mewn Gwasanaeth Asid Sylffwrig
Asid sylffwrig (H₂SO₄) yw'r cemegyn diwydiannol a gynhyrchir fwyaf eang yn y byd, gyda chynhyrchiad byd-eang yn fwy na 260 miliwn o dunelli metrig y flwyddyn. Fe'i defnyddir ym mron pob sector diwydiannol: gweithgynhyrchu gwrtaith (prosesu ffosffad), mireinio petrolewm (alkylation), piclo metel a thrwytholchi hydrometallurgical, synthesis cemegol (cynhyrchu asid hydroclorig, asid ffosfforig, a thitaniwm deuocsid), trin dŵr diwydiannol, a gweithgynhyrchu ffrwydron.
Yr her gyda gwasanaeth asid sylffwrig yw nad yw'n un amgylchedd - mae'n sbectrwm o amodau sy'n newid yn ddramatig gyda chrynodiad a thymheredd. Dyma'r egwyddor unigol bwysicaf wrth ddewis deunydd asid sylffwrig: nid oes unrhyw ddeunydd cyffredinol sy'n perfformio'n dda ar draws pob crynodiad a thymheredd.
Datblygwyd Alloy 20 (UNS N08020, a elwir hefyd yn Carpenter 20, ASTM Grade CN-7M ar ffurf cast, ac a werthwyd o dan enwau masnach gan gynnwys Marca 20, ATI 20, a Nicrill 20) yn benodol i fynd i'r afael â'r her cyrydiad mewn crynodiad canolraddol asid sylffwrig - yr ystod o oddeutu 10% ₂ SO i asid sylffwrig canolraddol. duroedd di-staen yn methu yn drychinebus. Mae'r cemeg aloi wedi'i gydbwyso'n fwriadol i ddarparu:
Sefydlogi Niobium (Nb):Mae carbon yn fwriadol yn cael ei gadw o dan 0.07% ac mae niobium yn cael ei ychwanegu 8 gwaith y cynnwys carbon (Nb Yn fwy na neu'n hafal i 8 x C) i ffurfio NbC (niobium carbide) yn ystod solidiad. Mae hyn yn atal dyddodiad carbid cromiwm Cr₂₃C₆ ar ffiniau grawn yn ystod weldio neu wasanaeth tymheredd uchel, a fyddai fel arall yn disbyddu cromiwm o'r parthau cyfagos ac yn achosi ymosodiad rhyng-gronynnog (IGA). Dyma nodwedd strwythurol ddiffiniol Alloy 20 yn erbyn dur gwrthstaen austenitig safonol.
Ychwanegiad copr (Cu):3.0-Mae 4.0% o gopr yn darparu ymwrthedd eithriadol i asid sylffwrig trwy ffurfio ffilm arwyneb copr sylffad goddefol sy'n sefydlog wrth leihau amodau asid (ocsigen isel). Copr yw'r prif reswm bod Alloy 20 yn perfformio'n well na 316L mewn asid sylffwrig.
Ychwanegiad molybdenwm (Mo):2.0-Mae molybdenwm 3.0% yn gwella ymwrthedd i gyrydiad tyllu a hollt mewn cymysgeddau asid sy'n cynnwys ïonau clorid (Cl-) - sy'n gyffredin mewn hydoddiannau trwytholch mwyngloddio a baddonau piclo.
Cynnwys Chromium (Cr):Mae cromiwm 19.0-21.0% yn darparu ymwrthedd cyrydiad cyffredinol a goddefedd mewn amodau ocsideiddio. Mae'r cynnwys cromiwm yn is na 316L (16%) ar sail pwysau ond fe'i defnyddir yn llawn oherwydd bod niobium yn atal ei ddisbyddu.
Cynnwys Nickel (Ni):32.0- Mae nicel 38.0% yn sefydlogi'r microstrwythur austenitig (ciwbig wyneb-ganolog, FCC), yn darparu ymwrthedd i gracio cyrydiad straen clorid (SCC), ac yn cynnal hydwythedd a chaledwch ar draws yr ystod tymheredd llawn o cryogenig i 450C.
Casgliad Terfynol:Alloy 20 yw'r deunydd diffiniol ar gyfer gwasanaeth asid sylffwrig yn yr ystod crynodiad 10- 80% ar dymheredd hyd at 80 gradd. Ei gemeg sefydlog niobium (Nb Yn fwy na neu'n hafal i 8 × C) yw'r nodwedd beirianyddol ddiffiniol - mae'n atal sensiteiddio weldio, yn dileu cyrydiad rhyng-gronynnog yn yr HAZ, ac yn sicrhau bod y weldiad wedi'i wneud yn cadw ymwrthedd cyrydiad llawn sy'n hafal i'r metel sylfaen. Ni all unrhyw ddur di-staen ddarparu'r sicrwydd hwn.
Cyfansoddiad Cemegol a Phriodweddau Mecanyddol
Cyfansoddiad Cemegol yn ôl Amrywiad Gradd
Tabl 1: Cyfansoddiad Cemegol Aloi 20 ac Amrywiadau - Dalen/Plât Gyr (Pwysau %)
| Elfen | Aloi 20 (N08020) | Aloi 20Cb-3 (N08020, Si-addaswyd) | Aloi 20 Mod. (N08020, Si isel) | Alloy 20 Cast (CN-7M) | Arwyddocâd Pob Elfen |
| Nicel (Ni) | 32.0-38.0 (gan gynnwys Co) | 32.0-38.0 (gan gynnwys Co) | 32.0-38.0 | 38.0-44.0 | Yn sefydlogi strwythur Cyngor Sir y Fflint austenitig; yn atal clorid SCC; Mae Ni yn rhoi ymwrthedd i leihau amodau asid; Ni uwch ar ffurf cast ar gyfer gwell ymwrthedd asid sylffwrig |
| Cromiwm (Cr) | 19.0-21.0 | 19.0-21.0 | 19.0-21.0 | 19.0-22.0 | Yn darparu goddefedd a gwrthiant cyrydiad cyffredinol; elfen sylfaenol ar gyfer amodau ocsideiddio; Rhaid i Cr aros mewn hydoddiant solet (heb ei waddodi fel Cr23C6) i ddarparu amddiffyniad rhag cyrydiad |
| Haearn (Fe) | Balans (~35) | Balans (~35) | Balans (~35) | Balans (~30-34) | Elfen matrics sylfaen; Mae cynnwys Fe yn cael ei gydbwyso gan Ni a Cr; yn darparu cryfder strwythurol ac yn lleihau cost deunydd crai yn erbyn aloion nicel pur |
| Copr (Cu) | 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 (>Mae 5%) yn lleihau-ymarferoldeb poeth |
| molybdenwm (Mo) | 2.0-3.0 | 2.0-3.0 | 2.0-3.0 | 2.0-3.0 | Yn gwella ymwrthedd i gyrydiad tyllu a hollt; hanfodol mewn -dwyn clorid hydoddiannau trwytholchi piclo a mwyngloddio; Mae Mo yn gwella goddefedd mewn cymysgeddau asid ocsideiddiol |
| niobium (Nb) | 8 x C mun (teip. 0.5-1.0) | 8 x C mun (teip. 0.5-1.0) | 8 x C mun (teip. 0.5-1.0) | 8 x C mun | ELFEN DDIFFINIO: DS yn clymu'r holl garbon fel NbC (niobium carbide), gan atal dyddodiad Cr23C6 ar ffiniau grawn; yn dileu sensiteiddio weldiad ac ymosodiad rhyng-gronynnog HAZ; heb Nb, byddai Alloy 20 yn ymddwyn fel 316L ansefydlog yn yr HAZ |
| carbon (C) | 0.07 uchafswm | 0.07 uchafswm | 0.04 uchafswm (amrywiad-carbon isel) | 0.07 uchafswm | Wedi'i reoli i 0.07% ar y mwyaf; Mae cymhareb Nb/C o 8:1 yn sicrhau bod yr holl C yn cael ei atafaelu fel NbC; amrywiad-carbon isel (0.02-0.04%) ar gael ar gyfer gwell ymwrthedd IGC yn yr asid mwyaf ymosodol |
| Manganîs (Mn) | 2.0 uchafswm | 2.0 uchafswm | 2.0 uchafswm | 1.5 max | Deoxidiser yn ystod toddi; yn gwella-ymarferoldeb poeth; yn clymu gyda S i ffurfio cynhwysiadau MnS (ond mae S eisoes wedi'i reoli i lefelau isel iawn yn Alloy 20) |
| silicon (Si) | 1.0 uchafswm | 0.5-1.0 (ychwanegwyd) | 0.3 uchafswm (isel) | 1.0 uchafswm | Cb-Mae amrywiad 3 yn ychwanegu Si (0.5-1.0%) yn fwriadol i wella ymwrthedd cyrydiad mewn crynodiadau H2SO4 canolradd (50-80%) ar dymheredd uchel; amrywiad isel-Si ar gyfer gwell gwydnwch mewn gwasanaeth cryogenig |
| sylffwr (S) | 0.035 uchafswm | 0.035 uchafswm | 0.035 uchafswm | 0.035 uchafswm | Wedi'i reoli i lefelau isel i atal llinynwyr MnS sy'n gweithredu fel safleoedd cychwyn ar gyfer agennau a phylu cyrydiad mewn asid; S isel yn gwella ymwrthedd cyrydiad cyffredinol |
| Ffosfforws (P) | 0.045 uchafswm | 0.045 uchafswm | 0.045 uchafswm | 0.045 uchafswm | Controlled; high P (>0.04%) yn cyflymu ymosodiad intergranular yn Alloy 20 mewn amgylcheddau asid ocsideiddiol |
Ffynhonnell: ASTM B463-23: Manyleb Safonol ar gyfer UNS N08020, UNS N08026, UNS N08024, a UNS N08926 Plât, Taflen, a Strip; ASME SB-463; SAE AMS 5550 (Taflen a Llain Alloy 20); Corfforaeth Metelau Arbennig "Alloy 20" Cyhoeddiad SMC-064; Alloys Rolio 20 Data Technegol; Corfforaeth Cabot "Data Cynnyrch Alloy 20" 2023
Tabl 2: Priodweddau Mecanyddol a Ffisegol Alloy 20 (UNS N08020) - Ffurflenni Gyr a Chast
| Eiddo | Annealed (Taflen/Plât) | Ateb-Wedi'i drin (Plate) | Cast CN-7M | Nodiadau |
| Cryfder tynnol, UTS (MPa) | 550-690 | 550-690 | 530-690 | Isafswm: 515 MPa fesul ASTM B463; cast lleiaf: 450 MPa |
| Cryfder cynnyrch, gwrthbwyso 0.2% (MPa) | 240-345 | 240-345 | 240-310 | Isafswm: 241 MPa fesul ASTM B463 |
| Elongation mewn 50 mm (%) | 25-50 | 25-50 | 25-35 | Isafswm: 30% fesul ASTM B463 ar gyfer dalen |
| Caledwch (Rockwell B) | B 75-88 | B 75-88 | B 75-88 | Gwerthoedd nodweddiadol; nid gofyniad prynu |
| Modwlws elastigedd (GPa) | 200 | 200 | 200 | Ar 20C; yn gostwng i 175 GPa ar 400C |
| Dwysedd (g/cm3) | 8.14 | 8.14 | 8.14 | Ychydig yn is na 316L (8.00) oherwydd Ni a Cu uwch |
| Amrediad toddi (C) | 1350-1400 | 1350-1400 | 1350-1400 | Solidus: 1350C; hylif: 1400C |
| Dargludedd thermol (W/m·K ar 100C) | 13.5 | 13.5 | 13.5 | Yn is na 316L (16 W/m·K); yn effeithio ar ddyluniad trosglwyddo gwres |
| Cyfernod ehangu thermol (um/m·C, 20-200C) | 14.7 | 14.7 | 14.7 | Yn debyg i staen austenitig; rhaid iddo roi cyfrif am ehangiad thermol mewn dylunio cychod |
| Gwrthedd trydanol (µΩ·cm ar 20C) | 108 | 108 | 108 | Yn uwch na 316L (75 µΩ·cm) oherwydd cynnwys Ni uwch |
| Athreiddedd magnetig | <1.02 (essentially non-magnetic) | <1.02 | <1.02 | Mae strwythur austenitig yn sefydlog; dim magnetedd a achosir gan ferrite |
| Charpy V-effaith radd (J ar 20C) | 100-160 | 100-160 | 80-130 | Cadernid rhagorol; addas ar gyfer ceisiadau llwyth cryogenig a deinamig |
| Charpy V-effaith radd (J yn -196C) | 70-120 | 70-120 | 60-100 | Yn cadw caledwch da ar dymheredd nitrogen hylifol |
| PREN (Pitting Resistance Eq. Rhif) | 28-33* | 28-33* | 28-33* | Cr + 3.3(Mo + 0.5W) + 16N; Mae PREN 28-33 yn gymedrol yn erbyn 316L (PREN 24-28) ond mae ffilm Cu yn rhoi perfformiad H2SO4 uwch |
| Cost gymharol (x plât 316L) | 5-7x | 5-7x | - | Yn seiliedig ar brisio marchnad fyd-eang 2024; Mae anweddolrwydd pris Ni a Cu amrwd yn effeithio ar brisio Alloy 20 |
Ffynhonnell: ASTM B463-23; ASME SB-463; SAE AMS 5550; Corfforaeth Metelau Arbennig "Alloy 20" Cyhoeddiad SMC-064; Taflen Data Technegol Alloys wedi'u Rholio; Data Cynnyrch Cabot Corporation 2023; *PREN=Cr + 3.3(Mo + 0.5W) + 16N - Nid PREN yw'r prif ddangosydd ar gyfer ymwrthedd H2SO4; Cu cynnwys yw'r ffactor amlycaf
Casgliad Terfynol:Mae aloi 20 yn niobium-wedi sefydlogi 33% Ni-Cr-Fe aloi gyda 3.5% Cu a 2.5% Mo - ddim yn aloi nicel go iawn yn nheulu Hastelloy/Inconel. Y gofyniad DS Yn fwy na neu'n hafal i 8 × C yw'r contract peirianneg sy'n gwneud Alloy 20 yn weldadwy heb sensiteiddio. Mae gan yr amrywiad cast CN-7M Ni uwch (38-44%) a Fe is ar gyfer gwell ymwrthedd asid sylffwrig, ond priodweddau mecanyddol lleiafswm is.
Pam Mae Asid Sylffwrig yn Hunllef Cyrydiad
Mae deall pam mae asid sylffwrig yn ymosod ar fetelau yn gofyn am wybod bod yr asid yn bodoli mewn dau gyflwr cemegol sylfaenol, pob un yn cynhyrchu mecanwaith cyrydiad penodol:
Yr Ardal Gostwng (0-85% H₂SO₄)
Mewn crynodiadau o dan tua 85% H₂SO₄, mae'r asid yn ymddwyn fel asid rhydwytho. Y rhywogaeth amlycaf yw H⁺ (ïonau hydrogen) a HSO₄⁻ (ïonau bisulfate). Mae hydoddiad metel yn digwydd trwy adwaith electrocemegol lle mae'r metel wedi'i ocsidio a nwy hydrogen yn cael ei esblygu:Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂↑ (cyrydiad cyffredinol)Yn y parth hwn, mae cyfradd cyrydiad yn cael ei reoli gan gyfradd esblygiad hydrogen.
Mae'r asid yn thermol sefydlog - nid yw'n dadelfennu nac yn cynhyrchu rhywogaethau ocsideiddiol. Dyma'r parth lle mae copr, Monel 400, ac Alloy 20 yn perfformio'n dda oherwydd eu bod yn ffurfio ffilmiau goddefol sy'n gwrthsefyll amodau lleihau. Mae duroedd di-staen austenitig (304L, 316L) yn perfformio'n wael yma oherwydd bod eu ffilm goddefol cromiwm ocsid yn ansefydlog yn absenoldeb rhywogaethau ocsideiddiol.
The Oxidising Zone (>85% H₂SO₄)
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 gradd )H₂SO₄ → SO₃ + H₂O (cyfnod anwedd ar dymheredd uchel Yn y parth hwn, mae'r SO₃ a'r O₂ a gynhyrchir yn ocsidyddion pwerus.
Mae duroedd di-staen (yn enwedig 316L gyda'i ychwanegiad molybdenwm) yn perfformio'n WELL yma oherwydd bod eu ffilm cromiwm ocsid yn cael ei sefydlogi gan yr amodau ocsideiddio.
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 (>Mae angen 95%) asid sylffwrig poeth, tantalwm, dur carbon wedi'i leinio â gwydr, neu haearn bwrw.
Y Parth Pontio (50-85% H₂SO₄): Y Rhanbarth Mwyaf Peryglus
Mae'r ystod crynodiad o 50-85% H₂SO₄ ar dymheredd uchel yn cael ei gydnabod yn gyffredinol fel yr amgylchedd cyrydiad mwyaf ymosodol ar gyfer aloion confensiynol. Yn y parth hwn:
· Mae'r asid wedi'i grynodi ddigon i fod yn ocsideiddio (SO₃ yn dechrau ffurfio uwchlaw 85%, ond mae rhywogaethau is-stoichiometric SO₃ yn bodoli yn yr ystod 50-85%) · Mae tymheredd yn nodweddiadol uchel (60-150 gradd yn y rhan fwyaf o brosesau diwydiannol)
· Mae'r cynnyrch cyrydiad haearn sylffad (FeSO₄) sy'n ffurfio ar arwynebau dur a dur di-staen yn hydawdd - nid yw'n glynu ac nid yw'n amddiffyn
· Mae effeithiau cyflymder yn sylweddol: mae cynnwrf mewn ffitiadau, pympiau, a phlatiau agoriad yn cyflymu erydiad yn sylweddol
· Mae ïonau clorid (o ddeunyddiau crai, dŵr oeri, neu ychwanegiadau proses) yn aml yn bresennol, gan gyfuno â'r asid ocsideiddiol i greu tyllu cydamserol a chorydiad agennau
Tabl 3: Parthau Crynodiad Asid Sylffwrig - Cymeriad Cyrydiad, Deunyddiau Gorau, a Therfynau Tymheredd ar gyfer Pob Ystod
| Crynodiad H2SO4 | Cymeriad Cyrydiad | Ocsideiddio vs Lleihau | Tymheredd Critigol | Deunyddiau Gorau | Deunyddiau i'w Osgoi |
| 0-10% (asid gwanedig) | Lleihau; H+ dominyddol | Lleihau yn unig | >Mae 60 gradd yn cyflymu cyrydiad cyffredinol | 316L (hyd at 60 gradd); Aloi 904L (hyd at 80 gradd); Aloi 20 (hyd at 100 gradd) | Dur carbon (cyrydiad cyffredinol cyflym); haearn bwrw (ni chaniateir uwch na 10% ar unrhyw adeg) |
| 10-50% (canolradd, diwedd gwanedig) | Lleihau i ocsideiddio ysgafn; H+ a HSO4- | Lleihau ychydig; yn dechrau dangos ocsidiad dros 30% | >Mae gradd 50 yn cyflymu'r ymosodiad ar SS yn gyflym | Aloi 20 (hyd at 80 gradd ); 316L yn dderbyniol os yw Cl-<50 ppm and T<50°C | 304L yn methu uwchlaw 40 gradd; dur carbon yn gyfyngedig i<10% at room temp only |
| 50-85% (diwedd canolradd, crynodedig) | PARTH MWYAF YMDDIRIEDOL; rhydwytho/ocsideiddio cymysg; rhywogaethau is-stoichiometrig SO3 yn bresennol | Cymysg; mwyaf anrhagweladwy | >Mae 80 gradd yn achosi ymosodiad cyflym ar bob aloi SS | Alloy 20Cb-3 (up to 90°C); Hastelloy G-30 or Sanicro 28 (up to 120°C); Tantalum or SiC for >130 gradd | Aloi Safonol 20 wedi'i gyfyngu i 80 gradd ar y mwyaf; 316L/904L METHU uwch na 50 gradd yn yr ystod hon |
| 85-98% (asid crynodedig) | Yn ocsidio'n gryf; SO3 ac O2 o ddadelfennu thermol | Yn ocsideiddio'n gryf dros 85% | >120°C requires special materials; >200 gradd yn hynod o ymosodol | 316L/310S (hyd at 120 gradd); tantalwm, gwydr -dur carbon wedi'i leinio (hyd at 300 gradd) | Aloi 20 a Monel: mae copr yn cael ei ymosod yn ocsidiol; NID argymhellir uwch na 60 gradd mewn asid crynodedig |
| >98% (asid mygdarth, oliwm) | Super{0}}ocsidiol; nwy SO3 am ddim | Hynod ocsideiddiol | Mae unrhyw dymheredd uwchlaw'r amgylchedd yn ymosodol | Tantalum (only practical material for >98% asid poeth); gwydr borosilicate; haearn bwrw (hyd at 240 gradd ar gyfer 93% asid) | Alloy 20: RISG METHIANT CRITIGOL; copr a nicel ocsidiedig |
| Gofod anwedd / asid cyddwyso | Cyfradd cyrydiad uchaf: mae diferion asid cyddwyso yn effeithio ar arwynebau gyda gwres llawn anwedd | Cymysg; gwaethaf yn rhyngwyneb anwedd | Mae UNRHYW dymheredd uwchlaw'r amgylchedd yn ymosodol | Alloy 20 neu Hastelloy G-30 ar gyfer y gofod anwedd cyfan; Rhaid i ochr cragen HRS fod yn Alloy 20 neu Hastelloy | Mae dur carbon a haearn bwrw yn methu mewn gofod anwedd uwchlaw 40 gradd; 316L yn annigonol uwchlaw 10% cyddwysiad |
Ffynhonnell: ASM Handbook Cyf. 13C: Corrosion - Amgylcheddau a Diwydiannau (ASM International, 2006); Cyhoeddiad NACE 34103: Canllawiau ar gyfer Dewis Deunyddiau ar gyfer Asid Sylffwrig; ASTM G1-17: Arfer Safonol ar gyfer Paratoi, Glanhau, a Gwerthuso Sbesimenau Prawf Cyrydiad; Data Allweddol ar Gyrydiad mewn Asid Sylffwrig, Sefydliad Ymchwil Avestor/IIT; Jones, DA, Egwyddorion ac Atal Cyrydiad (3ydd arg., Prentice Hall, 1996); Cronin, J. a Sridhar, N., "Cyrydiad Aloeon Nicel mewn Asid Sylffwrig," Corydiad NACE 2000, Papur 00247
Casgliad Terfynol: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%) ar dymheredd uchel, mae Alloy 20 yn cael ei wrthgymeradwyo oherwydd bod ei gynnwys copr yn cael ei ymosod yn ocsidol - 316L neu Tantalum yn gywir.
Perfformiad Cyrydiad Alloy 20 mewn Asid Sylffwrig
Mae'r cromliniau isocorrosiad canlynol yn cynrychioli'r tymheredd uchaf y mae Alloy 20 yn cynnal cyfradd cyrydu islaw 0.5 mm/blwyddyn (0.020 ipy) mewn asid sylffwrig tawel, awyredig. Mae'r gwerthoedd hyn yn deillio o brofion trochi labordy fesul ASTM G31 (dinoethiadau 72 awr) a dylid eu hystyried yn geidwadol ar gyfer amodau llifo neu gythryblus.
Tabl 4: Cromliniau Isocorrosion ar gyfer Alloy 20 ac Aloiau Cyfeirio mewn Asid Sylffwrig - Tymheredd Gwasanaeth Uchaf ar gyfer Cyfradd Cyrydiad<0.5 mm/year (Aerated, Quiescent Conditions)
| Crynodiad H2SO4 (%) | Uchafswm Temp ar gyfer<0.5 mm/yr (Alloy 20) | Uchafswm Temp ar gyfer<0.5 mm/yr (Alloy 20Cb-3) | Uchafswm Temp ar gyfer<0.5 mm/yr (316L) | Uchafswm Temp ar gyfer<0.5 mm/yr (904L) | Nodiadau ar Berfformiad Alloy 20 |
| 0.5 (gwanedig iawn) | 90 gradd | 90 gradd | 60 gradd | 80 gradd | Mae Alloy 20 yn darparu'r perfformiad gorau mewn asid gwanedig iawn ar dymheredd uchel |
| 1.0 | 90 gradd | 90 gradd | 60 gradd | 80 gradd | Tebyg i 0.5%; 316L a 904L yn ddigonol ar gyfer<40°C |
| 5.0 | 90 gradd | 90 gradd | 50 gradd | 80 gradd | Mae 316L yn dechrau methu uwchlaw 50 gradd oherwydd Cl- mewn asid |
| 10.0 | 85 gradd | 90 gradd | 40 gradd | 80 gradd | Alloy 20 yn cynnal<0.5 mm/yr at 85°C; 316L marginal at 40°C |
| 20.0 | 80 gradd | 90 gradd | 35 gradd | 75 gradd | Mae aloi 20 yn ddibynadwy i 80 gradd; 316L METHU uwch na 35 gradd |
| 30.0 | 80 gradd | 85 gradd | 30 gradd | 70 gradd | Parth cais craidd ar gyfer Alloy 20 |
| 40.0 | 80 gradd | 85 gradd | FAIL (>30 gradd) | 70 gradd | 316L: METHU mewn 40% H2SO4 ar unrhyw dymheredd uwchlaw 30 gradd |
| 50.0 | 75 gradd | 85 gradd | METHU | 65 gradd | Most aggressive zone begins: Alloy 20 must be Cb-3 for >75 gradd |
| 60.0 | 70 gradd | 80 gradd | METHU | 60 gradd | Standard Alloy 20 reaches its limit; Cb-3 required for >75 gradd |
| 70.0 | 65 gradd | 75 gradd | METHU | 55 gradd | Pontio i barth ocsideiddio: Hastelloy G-30 yn well na 80 gradd |
| 78.0 (asid batri) | 60 gradd | 70 gradd | METHU | 50 gradd | Mae 78% H2SO4 yn gais diwydiannol mawr; Aloi 20 a ddefnyddir yn eang ar gyfer strapiau plât batri |
| 80.0 | 55 gradd | 70 gradd | METHU | 45 gradd | Brig y parth lleihau: Argymhellir Hastelloy G-30 gwasanaeth uwch na 80 gradd |
| 90.0 (crynhoi) | 30 gradd | 40 gradd | 60 gradd | 45 gradd | NID argymhellir aloi 20 uwchlaw 40 gradd; Mae'n well gan 316L mewn asid crynodedig |
| 96.0 (olew o fitriol) | 25 gradd | 25 gradd | 80 gradd | 40 gradd | Ymosodir yn ocsideiddiol ar aloi 20 o gopr; 316L yw'r dewis cywir ar gyfer asid crynodedig uwchlaw 80 gradd |
| 98.0 (ystod mygdarthu) | NID ARGYMHELLIR | NID ARGYMHELLIR | 90 gradd | 30 gradd | Aloi 20 a 904L wrthgymeradwyo; tantalwm sydd ei angen ar gyfer asid mygdarthu poeth |
Ffynhonnell: Corfforaeth Metelau Arbennig "Alloy 20" Cyhoeddiad SMC-064 (cromliniau isocorrosion, llinell 0.5 mm/blwyddyn); Alloys Rolio 20 Taflen Ddata Technegol; Cyhoeddiad Cabot Corporation "Gwrthsefyll Corydiad Nicel-Copr a Nicel-Cromiwm-Aloeon Haearn mewn Asid Sylffwrig"; Cyhoeddiad NACE 34103; ASTM G31-21a: Arfer Safonol ar gyfer Profi Metelau ar Gyrydiad Trochi mewn Labordy; Jones, DA a Sridhar, N., "Rhagfynegiad o Gyrydiad mewn Amgylcheddau Asid Sylffwrig," Cyrydiad NACE 2001; Arolwg Data Cyrydiad - Adran Metelau (NACE, rhifyn 2015); data wedi'i ddilysu yn erbyn llenyddiaeth a adolygwyd gan gymheiriaid: Heaney, MD et al., "Corydiad aloion Nickel mewn Asid Sylffwrig," NACE International, 2000
Tabl 5: Effeithiau Cyflymder Llif ar Aloi 20 Cyfradd Cyrydiad mewn Asid Sylffwrig - Cyflyrau Quiescent vs Cythryblus
| Crynodiad Asid | Cyflwr Llif | Tymheredd ( gradd ) | Cyfradd Cyrydiad Aloi 20 (mm/blwyddyn) | Pasio/Methu (<0.5 mm/yr) | Ffactor Allweddol |
| 10% H2SO4 | Quiescent (dim llif) | 60 | 0.08 | LLWYDDIANT | Achos sylfaenol; ymhell o fewn gallu |
| 10% H2SO4 | Cythryblus (2 m/s) | 60 | 0.15 | LLWYDDIANT | Cynnydd cymedrol o erydiad; dal yn dderbyniol |
| 30% H2SO4 | Quiescent | 60 | 0.12 | LLWYDDIANT | Amrediad crynodiad asid craidd |
| 30% H2SO4 | Cythryblus (2 m/s) | 60 | 0.25 | LLWYDDIANT | Effaith llif: ~ 2x vs quiescent; dal yn dderbyniol |
| 50% H2SO4 | Quiescent | 70 | 0.18 | LLWYDDIANT | Parth pontio yn dechrau; terfyn ymagwedd |
| 50% H2SO4 | Cythryblus (2 m/s) | 70 | 0.45 | PASS (ymylol) | cynnydd o 2.5x; ar drothwy derbynioldeb |
| 50% H2SO4 | Cythryblus (4 m/s) | 70 | 0.80 | METHU | Erydiad-cyflymder uchel-cyrydiad: aloi 20 yn annerbyniol dros 3 m/s |
| 70% H2SO4 | Quiescent | 65 | 0.30 | LLWYDDIANT | Parth perfformiad uchaf ar gyfer Alloy 20 safonol |
| 70% H2SO4 | Cythryblus (2 m/s) | 65 | 0.65 | METHU (ymylol) | Mae effaith cyflymder yn ddifrifol mewn-asid crynodiad uchel |
| 78% H2SO4 | Quiescent | 60 | 0.25 | LLWYDDIANT | Crynodiad asid batri; cais mawr Alloy 20 |
| 78% H2SO4 | Quiescent | 80 | 0.48 | PASS (ymylol) | Aloi 20 ar ei derfyn ar gyfer 78% asid ar 80 gradd |
| 90% H2SO4 | Quiescent | 60 | 0.90 | METHU | Ymosododd aloi 20 copr yn ocsideiddiol; 316L ffafr |
| 96% H2SO4 | Quiescent | 80 | 1.50 | METHU | Asid crynodedig: NID argymhellir aloi 20 uwchlaw 40 gradd |
Ffynhonnell: Llawlyfr ASM Cyf. 13C (Corrosion: Environments and Industries); Cyhoeddiad NACE 34103: Canllawiau ar gyfer Dewis Deunyddiau mewn Gwasanaeth Asid Sylffwrig; EPRI NP-2813: Perfformiad Deunyddiau mewn Amgylcheddau Asid Sylffwrig; Baboian, R. (gol.), Profion a Safonau Cyrydiad: Cymhwyso a Dehongli (2il arg., ASTM, 2005); lluosydd cyflymder llif yn seiliedig ar ddata EPRI yn dangos cynnydd yn y gyfradd cyrydu 1.5-2.5x ar 2 m/s vs quiescent; data cynnwrf wedi'i ddilysu yn erbyn Schweitzer, PA, Tablau Gwrthsefyll Cyrydiad (6ed arg., CRC Press, 2011)
Casgliad Terfynol:Alloy 20 is the definitive material for 10-80% H₂SO₄ at temperatures up to 80°C in quiescent conditions. In turbulent flow (>2 m/s) yn yr ystod crynodiad o 50-80%, gall y gyfradd cyrydu gynyddu 2-3x - gan fygwth i fod yn fwy na 0.5 mm y flwyddyn. Ar gyfer cymwysiadau cyflymder uchel mewn asid canolraddol, nodwch Hastelloy G-30 neu defnyddiwch ddyluniadau lleihau cyflymder (pibellau diamedr mwy, sythwyr llif).
Alloy 20 vs Deunyddiau Cystadleuol
Mae dewis y deunydd cywir ar gyfer asid sylffwrig yn gofyn am gymharu Alloy 20 yn erbyn y sbectrwm llawn o ddewisiadau amgen - o ddur carbon i tantalwm egsotig. Mae'r tablau canlynol yn darparu cymhariaeth systematig ar draws cemeg, perfformiad, cost a ffabrigadwyedd.
Tabl 6: Cymhariaeth Gynhwysfawr o Alloy 20 vs Deunyddiau Cystadleuol mewn Gwasanaeth Asid Sylffwrig
| Eiddo / Paramedr | Aloi 20 (N08020) | 316L Dur Di-staen | Dur Di-staen 904L (N08904) | Hastelloy G-30 (N06030) | Sanicro 28 (N08028) | Monel 400 (N04400) |
| Teulu aloi cynradd | Ni{0}}Cr-Fe-Cu-Mo-Nb (austenitig sefydlog) | Fe{0}}Cr-Ni-Mo (austenitig ansefydlog) | Fe{0}}Cr-Ni-Mo-Cu (uwch austenitig-SS) | Ni-Cr-Mo-Cu-W (teulu Hastelloy G) | Fe{0}}Ni-Cr-Mo-Cu (uchel-aloi SS) | Ni-cu deuaidd (datrysiad-solid) |
| Cynnwys nicel (%) | 32-38 | 10-12 | 23-28 | 43-53 | 30-32 | 63 mun |
| Cynnwys copr (%) | 3.0-4.0 | <1.0 | 1.0-2.0 | 1.5-2.5 | 0.8-1.5 | 28-34 |
| Cynnwys molybdenwm (%) | 2.0-3.0 | 2.0-3.0 | 4.0-5.0 | 5.5-7.0 | 1.0-1.5 | - |
| Niobium (Nb Yn fwy na neu'n hafal i 8×C) | IE - sefydlogi | DIM - ansefydlog | DIM - sefydlogi (L) | DIM - Hastelloys yn defnyddio W/Cb | DIM - gradd L{-carbon isel | |
| Uchafswm y tymheredd ar gyfer<0.5 mm/yr in 50% H2SO4 | 75-80 gradd | FAIL at >30 gradd | FAIL at >50 gradd | 110-120 gradd | 85-95 gradd | 50-60 gradd |
| Uchafswm y tymheredd ar gyfer<0.5 mm/yr in 78% H2SO4 | 60-70 gradd | METHU | METHU | 95-100 gradd | 75-80 gradd | 40-50 gradd |
| Uchafswm y tymheredd ar gyfer<0.5 mm/yr in 10% H2SO4 | 90 gradd | 60 gradd | 80 gradd | 100 gradd | 85 gradd | 90 gradd |
| Clorid SCC ymwrthedd | Da (33% Ni) | Gwael (10% Ni) | Cymedrol (23% Ni) | Ardderchog (43% Ni) | Cymedrol (30% Ni) | Ardderchog (63% Ni - imiwn) |
| Weldability (GTAW/MIG) | Ardderchog gyda llenwad ER320LR neu ERNiCrMo-3 | Llenwr 316L safonol | 316LMod neu ERNiCrMo-3 llenwi | Angen llenwi ERNiCrMo-3 | 316LMod neu ERNiCrMo-3 | llenwad ERNiCu-7; dim PWHT |
| Uchafswm y tymheredd gwasanaeth parhaus ( gradd ) | 450 | 425 | 400 | 500 | 400 | 400 |
| Cost gymharol (vs 316L=1x) | 5-7x | 1x (gwaelodlin) | 3-4x | 10-15x | 5-6x | 3-4x |
| Argaeledd (taflen/plât) | Ar gael yn eang yn fyd-eang | Eitem stoc safonol | Ar gael yn eang | Arwain - 4-8 wythnos cyfyngedig | Ar gael yn gymedrol | Ar gael yn eang |
| NACE MR0175/ISO 15156 | OES (gyda chyfyngiadau) | Cyfyngedig i amodau penodol | OES | OES (gyda chyfyngiadau) | OES | OES |
| Safon ASTM | B463 / SB-463 | A240 / SA-240 | B625 / SB-625 | B582 / SB-582 | B625 / SB-625 | B127/SB-127 |
| PREN | 28-33 | 24-28 | 34-38 | 42-52 | 24-28 | 29-32 (ddim yn seiliedig ar Mo) |
Ffynhonnell: ASTM B463-23 (Alloy 20); ASTM A240-22 (316L); ASTM B625-22 (904L a Sanicro 28); ASTM B582-23 (Hastelloy G-30); ASTM B127-23 (Monel 400); Metelau Arbennig SMC-064 (Aloi 20); Haynes International H-2000 (Hastelloy G-30); Alloys Rolled Sanicro 28 Taflen Ddata; NACE MR0175/ISO 15156-3:2015; Schweitzer, PA, Tablau Gwrthsefyll Cyrydiad (6ed arg., Gwasg CRC, 2011)
Tabl 7: Matrics Penderfyniad Dewis Deunydd - Senarios Gwasanaeth Asid Sylffwrig yn erbyn Aloeon a Argymhellir
| Senario | Deunydd Cynradd a Argymhellir | Dewis arall (os nad yw cynradd ar gael) | Cyfradd Cyrydiad Disgwyliedig | Lefel Hyder |
| Asid gwanedig (0.5-10%) ar T<60°C, low Cl- | 316L dur gwrthstaen | 904L (if T >60 gradd) | 0.05-0.15 mm y flwyddyn | UCHEL - 316L yn dda-wedi'i brofi mewn H2SO4 gwanedig |
| Asid gwanedig (0.5-10%) ar T 60-90 gradd , isel Cl- | aloi 20 | 904L | 0.05-0.20 mm y flwyddyn | UCHEL - Aloi 20 wedi'i brofi'n dda |
| Dilute acid with Cl- >200 ppm (piclo, mwyngloddio) | Aloi 904L neu Aloi 20 | 316L gyda leinin rwber | 0.10-0.30 mm y flwyddyn | MODERATE Mae - Cl- yn cymhlethu pob dewis |
| Asid canolradd 10-50% ar T<80°C | aloi 20 (safonol) | Alloy 20Cb-3 (if T >75 gradd ) | 0.05-0.25 mm y flwyddyn | UCHEL - cymhwysiad craidd Alloy 20 |
| Asid canolradd 50-80% ar radd T 80-100 | Aloi 20Cb-3 neu Hastelloy G-30 | Sanicro 28 (for<95°C) | 0.10-0.40 mm y flwyddyn | UCHEL - Cb-3 a G-30 wedi'u profi yn yr ystod hon |
| Asid canolradd 50-80% ar radd T 100-130 | Hastelloy G-30 | Sanicro 28 (marginal at T>110 gradd) | 0.15-0.50 mm y flwyddyn | MODERATE - G-30 well; cadarnhau gyda phrawf peilot |
| Asid crynodedig 85-98% yn T<80°C | Dur di-staen 316L neu 310S | 904L (ar gyfer tymheredd is) | 0.05-0.20 mm y flwyddyn | UCHEL - 316Mae L yn perfformio'n dda mewn ocsideiddio asid crynodedig |
| Asid crynodedig 85-98% ar radd T 80-200 | Tantalum (Ta) wedi'i orchuddio neu ei leinio | Dur carbon wedi'i leinio â gwydr (hyd at 230 gradd ) | 0.001-0.01 mm y flwyddyn | UCHEL ar gyfer Ta; MODERATE ar gyfer gwydr -wedi'i leinio (risg gwydr) |
| Gofod anwedd asid cyddwyso (unrhyw grynodeb) | Aloi 20 ar gyfer 10-80% cyddwysiad; Hastelloy G-30 ar gyfer 50-80% | Dur carbon wedi'i leinio â rwber ar gyfer<60°C | 0.10-0.40 mm y flwyddyn | Mae gofod anwedd UCHEL - yn wefan fethiant hysbys heb Alloy 20 |
| Asid batri (78% H2SO4) ar amgylchynol i 60 gradd | aloi 20 | 316L yn dderbyniol yn<40°C | 0.05-0.25 mm y flwyddyn | UCHEL - Safon aloi 20 ar gyfer strapiau plât batri |
| Asid batri (78%) ar 60-80 gradd | Aloi 20Cb-3 | Hastelloy G-30 | 0.10-0.40 mm y flwyddyn | MODERATE - Mae'n well gan G-30 ar gyfer systemau batri poeth |
| High-velocity (>2 m/s) asid canolraddol | Hastelloy G-30 neu Sanicro 28 | Aloi 20 dim ond os yw'r cyflymder<1.5 m/s | 0.15-0.50 mm y flwyddyn | Mae cyflymder cymedrol - yn effeithio'n ddramatig ar Alloy 20 |
| Asid sylffwrig + cymysgeddau HF (piclo) | Hastelloy C-276 neu C-22 YN UNIG | Tantalwm | <0.10 mm/yr for Hastelloy | UCHEL - cyfres Hastelloy C-yn unig sydd wedi goroesi H2SO4+HF |
| Asid sylffwrig gyda solidau sgraffiniol (mwyngloddio) | Hastelloy G-30 (ar gyfer ymwrthedd crafiadau) | Rwber-leinio 904L (ar gyfer<60°C) | Amrywiol; ymgynghori â gwneuthurwr | Mae solidau cymedrol - yn creu synergedd cyrydiad sgraffinio |
Ffynhonnell: Cyhoeddiad NACE 34103; Llawlyfr ASM Cyf. 13C; Metelau Arbennig SMC-064; Haynes Rhyngwladol H-2000; ASTM G31-21a; Schweitzer, PA, Tablau Gwrthsefyll Cyrydiad (6ed arg., CRC Press, 2011); EPRI NP-2813; Jones a Sridhar, NACE Corrosion 2000, Papur 00247; Jones, DA, Egwyddorion ac Atal Cyrydiad (3ydd arg., Prentice Hall, 1996)
Casgliad Terfynol: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%) ar unrhyw dymheredd uchel, mae Alloy 20 yn cael ei wrthgymeradwyo; 316L neu Tantalum yn gywir. Y gwall dewis deunydd unigol mwyaf yw pennu 316L yn yr ystod 30-70% H₂SO₄ - bydd yn methu.
Cymwysiadau Diwydiannol Alloy 20 mewn Asid Sylffwrig
Llinellau Pickling Metel
Mae piclo metel yn tynnu graddfa haearn ocsid o ddur, dur di-staen, ac arwynebau aloi gan ddefnyddio asid sylffwrig (neu asid hydroclorig). Mae'r amgylchedd piclo yn eithriadol o ymosodol:
· Crynodiad asid nodweddiadol: 8-20% H₂SO₄ ar 50-80 gradd
· Haearn toddedig (Fe²⁺/Fe³⁺) o'r raddfa hydoddi - mae'r rhywogaethau hyn yn cyflymu cyrydiad
· ïonau clorid (Cl⁻) wedi'u cyflwyno o'r porthiant asid neu ddŵr rinsio
· Cynnwrf mecanyddol a byrlymu aer - amodau cythryblus iawn
· Amlygiad parhaus i gylchrediad asid ffres rhwng sypiau
Alloy 20 yw'r deunydd safonol ar gyfer adeiladu tanciau piclo ar grynodiadau uwch na 10% H₂SO₄ a thymheredd uwch na 60 gradd. Ar dymheredd a chrynodiadau is, mae dur gwrthstaen 316L gyda chregyn dur carbon wedi'u leinio â rwber yn ddigonol.
Cynhyrchu Gwrtaith Ffosffad (Gwlyb-Prosesu Asid Ffosfforig)
Mae -broses asid ffosfforig gwlyb (WPA) yn hydoddi craig ffosffad mewn 25-55% H₂SO₄ i gynhyrchu asid ffosfforig (H₃PO₄). Mae'r broses hon yn cynhyrchu gypswm (CaSO₄·2H₂O) fel sgil-gynnyrch. Defnyddir Alloy 20 yn:
· Wasieri a dosbarthwyr gypswm - lle mae 30-55% H₂SO₄ ar 60-80 gradd yn cysylltu â'r aloi
· Setlwyr asid ac eglurwyr - yn gwahanu gypswm oddi wrth yr asid
· Tanc dur ysgafn wedi'i leinio â chladin Alloy 20 neu droshaen - yn darparu ymwrthedd cyrydiad Alloy 20 ar gost dur carbon
· Cyfnewidwyr gwres yn y trên anweddydd - lle mae angen Alloy 20 neu Hastelloy G-30 ar gyfer cymysgedd 40-55% H₂PO₄/H₂SO₄ ar 80-100 gradd
Trwytholchi Hydrometallurgical Copr a Nicel
Mewn trwytholchi mwyn sylffid, defnyddir asid sylffwrig i doddi copr a nicel o'r matrics mwyn. Mae'r toddiant trwytholchi beichiog (PLS) fel arfer yn cynnwys:
· 5-30 g/L H₂SO₄ (pH 1.0-2.0)
· Copr toddedig uchel (Cu²⁺ 1-10 g/L)
· Haearn toddedig uchel (Fe³⁺ 1-5 g/L) · Clorid (Cl⁻) 0.5-3 g/L mewn rhai gweithrediadau
· Tymheredd: 25-70 gradd yn dibynnu ar ddyluniad y broses
Alloy 20 yw'r deunydd safonol ar gyfer adweithyddion trwytholchi, llestri trwytholchi cynhyrfus, a phiblinellau toddiant mewn gweithrediadau trwytholchi tomennydd copr a nicel. Mae'r cyfuniad o asid, haearn fferrig (Fe³⁺ - ocsidydd pwerus), a chlorid yn golygu mai hwn yw un o'r amgylcheddau prosesu anfferrus mwyaf ymosodol.
Storio a Throsglwyddo Asid Sylffwrig
Defnyddir Alloy 20 yn eang mewn tanciau storio asid sylffwrig, cyfnewidwyr gwres, a systemau pibellau yn:
· Tanciau derbyn asid - sy'n derbyn cyflenwadau tryc neu gar rheilffordd o 93-98% H₂SO₄; Mae 316L yn cael ei ffafrio ar gyfer storio asid crynodedig, ond defnyddir Alloy 20 ar gyfer fentiau tanc a sgwrwyr lle mae cyddwys asid gwanedig yn ffurfio
· Mae cyfnewidwyr gwres (HRS cragen-ochr) - y llif asid poeth, crynodedig mewn systemau adfer gwres yn gweithredu ar 100-180 gradd; Mae Hastelloy G-30 neu tantalwm yn cael ei ffafrio yma, nid Alloy 20 safonol
· Casinau pwmp a chyrff falf - ar gyfer trosglwyddo asid canolraddol; Mae castiau aloi 20 (ASTM A743 Gradd CF-3M neu CN-7M) yn safonol
· Llinellau samplu ac offeryniaeth - Tiwb aloi 20 a ffitiadau ar gyfer samplu asid cynrychiadol heb halogiad
Astudiaethau Achos
Tabl 8: Astudiaethau Achos - Perfformiad Alloy 20 mewn Gwasanaeth Asid Sylffwrig ar draws Tri Chymhwysiad Diwydiannol Mawr
| Astudiaeth Achos | Diwydiant | Cais | Cyflwr Asid | Deunydd Penodedig | Canlyniad |
| Achos 1: Adweithydd Trwytholchi Pentwr Copr (Chile, 2014) | Hydrometeleg copr | Llestr adweithydd trwytholch pwysau - 5.5 m diamedr, Alloy 20 cragen dur carbon clad | 18% H2SO4 + Cu2+ 8 g/L + Fe3+ 3 g/L + Cl- 1.5 g/L, T=65 gradd , wedi cynhyrfu | Plât aloi 20 (6 mm) ar gefn dur carbon 25 mm; troshaen weldio ERNiCrMo-3 ar bob weldiad casgen; colled trwch wal: 0.08 mm y flwyddyn wedi'i fesur dros 6 blynedd | Arolygiad 6 blynedd (2020): colled trwch wal cyfanswm 0.48 mm (rhagwelir 0.6 mm); dim ymosodiad lleol; llong yn parhau mewn gwasanaeth gyda lwfans cyrydiad o 4 mm yn weddill |
| Achos 2: Llinell Piclo Metel (Taiwan, 2019) | Gorffen dur di-staen | Tanc piclo stribed parhaus - Alloy 20 3 dalen mm ar gragen tanc 316L | 12% H2SO4 + 2% HCl + 5 g/L Fe2+, T{5}} gradd , cynnwrf aer | Taflen aloi 20 (3 mm) wedi'i weldio'n llawn i gragen tanc 316L; llenwad ERNiCrMo-3; dim PWHT; Bywyd dylunio 10 mlynedd | Arolygiad 4 blynedd (2023): sero colled wal wedi'i fesur ar ddalen Alloy 20; Ni ddangosodd HAZ (parth 5 mm gerllaw welds) unrhyw ymosodiad rhyng-gronynnog ar UT; 6 mlynedd o fywyd gwasanaeth ar ôl ar amser |
| Achos 3: Anweddydd Asid Ffosfforig (Moroco, 2017) | Gwrtaith ffosffad | Anweddydd effaith triphlyg - 20 tiwb aloi a thaflenni tiwb | 45% H3PO4 + 8% cymysgedd H2SO4, T=90-110 gradd , cyflymder 1.5 m/s | Alloy 20 tiwbiau (25 mm OD, wal 2.5 mm); Alloy 20 taflenni tiwb; Inconel 625 tiwbiau drifft; disodlwyd y tiwbiau 904L blaenorol a oedd wedi methu drwy eu gosod mewn 18 mis | Arolygiad 3 blynedd (2020): 20 tiwb aloi yn dangos colled wal o 0.12 mm y flwyddyn (o fewn terfyn 0.5 mm y flwyddyn); taflen tiwb yn gyfan; 7+ mlynedd o wasanaeth dibynadwy wedi'u cadarnhau; bywyd 15 mlynedd rhagamcanol o gymharu â 18 mis ar gyfer 904L |
Ffynhonnell: Achos 1: yn seiliedig ar ddata gweithredol o weithrediadau trwytholchi copr Chile, Chile; Achos 2: Llinell brosesu stribedi dur di-staen Taiwan, 2019-2023; Achos 3: Gwaith gwrtaith ffosffad Moroco, GCT (Groupe Chimique Tunisien) data cyfeirio wedi'u haddasu i'w dangos; mae pob astudiaeth achos yn defnyddio paramedrau diwydiant realistig a ddilyswyd yn erbyn llenyddiaeth gyhoeddedig yn EPRI NP-2813 a Schweitzer, PA, Tablau Gwrthsefyll Cyrydiad (CRC Press, 2011); mae enwau a lleoliadau planhigion penodol yn ddarluniadol
Casgliad Terfynol:Alloy 20 yw'r deunydd diffiniol ar gyfer gwasanaeth asid sylffwrig mewn piclo metel, prosesu ffosffad, a thrwytholchi hydrometallurgical - y tri defnydd diwydiannol mwyaf o asid sylffwrig ar ôl mireinio petrolewm. Mae ei gemeg sefydlog niobium yn sicrhau bod y parth yr effeithir arno â gwres yn cadw ymwrthedd cyrydiad llawn ar ôl weldio, gan ei wneud yn unigryw o ddibynadwy mewn adeiladwaith wedi'i weldio o'i gymharu â dur gwrthstaen ansefydlog.
Cwestiynau Cyffredin (FAQ)
C: Pam mae niobium (Nb) mor bwysig yn Alloy 20 ar gyfer gwasanaeth asid sylffwrig?
A: Niobium ar gymhareb isafswm o 8:1 i garbon (Nb Yn fwy na neu'n hafal i 8 × C, yn nodweddiadol 0.5-1.0% Nb yn ymarferol) yw nodwedd beirianyddol ddiffiniol Alloy 20.
Yn ystod weldio neu wasanaeth tymheredd uchel, mae carbon mewn dur gwrthstaen austenitig (304L, 316L) yn tryledu i ffiniau grawn ac yn cyfuno â chromiwm i ffurfio carbid cromiwm Cr₂₃C₆. Mae hyn yn disbyddu cromiwm o'r parthau gerllaw'r ffiniau grawn (gan greu "parthau disbyddu cromiwm"), gan wneud y parthau hyn yn anodig o gymharu â gweddill y matrics. Mewn amgylcheddau asidig, mae'r parthau anodig yn cyrydu'n ffafriol ar hyd y ffiniau grawn - gelwir hyn yn ymosodiad rhyng-gronynnog (IGA) neu sensiteiddio.
Yn Alloy 20, mae gan niobium affinedd uwch â charbon na chromiwm. Mae'r niobium yn adweithio â charbon i ffurfio NbC (niobium carbide), sy'n thermodynamig yn fwy sefydlog na Cr₂₃C₆. Mae hyn yn golygu bod yr holl garbon wedi'i "gloi" fel NbC, gan adael cromiwm yn rhydd mewn hydoddiant solet i ddarparu ymwrthedd cyrydiad trwy'r deunydd - gan gynnwys y parth yr effeithir arno ar wres (HAZ) wrth ymyl welds. Ni all unrhyw ddur di-staen heb niobium neu sefydlogi titaniwm ddarparu'r sicrwydd hwn. Dyma pam y gellir weldio Alloy 20 yn hyderus tra bod HAZ weldio 316L bob amser mewn perygl o IGA mewn gwasanaeth asid sylffwrig.
C: Ai Alloy 20 yw'r aloi nicel gorau ar gyfer POB crynodiad asid sylffwrig?
A: Na. Mae Alloy 20 wedi'i optimeiddio ar gyfer parth lleihau-asid sylffwrig (0-85% H₂SO₄). Uwchlaw tua 85% H₂SO₄, mae'r asid yn dod yn ocsideiddio'n gryf (oherwydd dadelfeniad thermol yn cynhyrchu SO₃ ac O₂), ac mae'r copr yn Alloy 20 yn cael ei ymosod yn ocsidiol.
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%) ar unrhyw dymheredd uwchlaw'r amgylchedd. Ar gyfer yr amrediad canolradd mwyaf ymosodol (50.80% H₂SO₄ uwchlaw 80 gradd), dylid nodi Hastelloy G-30 (UNS N06030, PREN 42-52) neu Sanicro 28 (UNS N08028) yn lle aloi safonol 20. Mae aloi 20 yn ddeunydd nad yw'n asid-pwrpas penodol.
C: Beth yw'r gwahaniaeth rhwng Alloy 20, Alloy 20Cb-3, ac Alloy 20 Mod.?
A: Aloi Safonol 20 (UNS N08020): C Llai na neu'n hafal i 0.07%, DS Yn fwy na neu'n hafal i 8 × C, Cu 3- 4%, Mo 2-3%. Dyma'r amrywiad sydd wedi'i stocio fwyaf a'r gost isaf. Alloy 20Cb-3 (yr un UNS N08020, gyda Si 0.5-1.0% wedi'i ychwanegu): Mae silicon yn cael ei ychwanegu i wella ymwrthedd cyrydiad yn yr ystod 50-80% H₂SO₄ ar dymheredd hyd at 90-95 gradd.
Mae'r cemeg addasedig Si yn ffurfio ffilm oddefol wedi'i chyfoethogi â silicon sy'n gallu gwrthsefyll yr amodau ocsideiddio cymysg yn y parth trawsnewid yn well. Cb-3 yw'r amrywiad a ffefrir ar gyfer asid poeth uwchlaw 75 gradd yn yr ystod crynodiad canolraddol. Aloi 20 Mod. / Isel-Amrywiad Si (C Llai na neu'n hafal i 0.04%): Fersiwn carbon is gyda llai o Si (Llai na neu'n hafal i 0.3%). Mae'r Si isel yn gwella caledwch mewn gwasanaeth cryogenig ac yn lleihau'r risg o frechiadau cyfnod sigma yn ystod datguddiad tymheredd uchel hirdymor. Nid yw'n gynnyrch masnachol mawr.
C: A ellir defnyddio Alloy 20 mewn asid sylffwrig â halogiad clorid?
A: Ydw, ond gyda chyfyngiadau. Y trothwy clorid ar gyfer Alloy 20 mewn asid sylffwrig yw tua 200 ppm Cl⁻ ar 60 gradd mewn 20% H₂SO₄. Uwchlaw'r lefel hon, mae'r cyfuniad o H⁺ (ymosodiad asid) a Cl⁻ (cychwynnwr tyllu) yn cynhyrchu cyrydiad a phitting cyffredinol ar yr un pryd.
Ar gyfer clorid-sy'n cario asid sylffwrig (cyffredin mewn: baddonau piclo lle mae HCl wedi'i gymysgu â H₂SO₄, toddiannau trwytholchi mwyngloddio â dŵr halwynog, cymysgeddau asid â halogiad oeri dŵr môr), mae'r hierarchaeth ganlynol yn berthnasol: Cl⁻ < 200 ppm yn H₂SO₄ → Alloy 200 mewn yn ddigonol H₂SO₄ → Hastelloy G-30 a argymhellir Cl⁻ > 1,000 ppm → Hastelloy C-276 neu C-22 gofynnol (dim ond Hastelloy C-gyfres goroesi cyfuniadau sylffwrig + clorid yn uwch na 1,000 ppm Cl⁻) Gwirio cynnwys clorid yn eich ffrwd proses benodol cyn nodi Alloy 20.
C: Beth sy'n achosi i longau Alloy 20 fethu'n gynamserol mewn gwasanaeth asid sylffwrig?
A: Y pum achos mwyaf cyffredin o fethiant cynamserol Alloy 20 mewn asid sylffwrig yw:
(1) Amnewid gradd: byddai 316L neu 904L wedi'i gyflenwi yn lle Alloy 20 - PMI (XRF) ar ôl ei dderbyn wedi atal hyn.
(2) Diffyg cyfatebiaeth llenwi Weld: mae llenwad dur di-staen (308L, 316L) a ddefnyddir yn lle llenwad ERNiCrMo-3 - ERNiCrMo-3 yn orfodol.
(3) Esgeuluso cyflymder: llif cythryblus (> 2 m/s) mewn asid canolraddol yn achosi erydiad-cyrydiad ymhell uwchlaw cyfraddau prawf trochi labordy - dylunio ar gyfer terfynau cyflymder a defnyddio Hastelloy G-30 ar gyfer parthau cyflymder uchel.
(4) Camgyfrifiad tymheredd: tymheredd gweithredu uwchlaw'r terfyn isocorrosion ar gyfer y crynodiad asid penodol - ail-gwiriwch â pheirianneg prosesau ac ystyriwch Hastelloy G-30 ar gyfer tymereddau 10-20 gradd uwchlaw terfynau Alloy 20.
(5) Asid cyddwyso yn y gofod anwedd: manyleb deunydd annigonol ar gyfer y gofod anwedd uwchben y lefel hylif asid - rhaid i ofod anwedd unrhyw lestr asid sylffwrig uwchlaw 40 gradd fod yn Alloy 20 neu Hastelloy, nid dur carbon neu 316L.
C: Beth yw'r tymheredd gwasanaeth uchaf ar gyfer Alloy 20 mewn asid sylffwrig?
A: Mae'r tymheredd gwasanaeth uchaf yn dibynnu ar y crynodiad asid. Mewn asid gwanedig (0-10% H₂SO₄): Alloy 20 yn cynnal<0.5 mm/yr up to approximately 90°C.
Mewn asid canolraddol (10-50% H₂SO₄): mae aloi 20 yn ddibynadwy i 80-90 gradd . Yn y parth pontio mwyaf ymosodol (50-80% H₂SO₄): mae Alloy safonol 20 yn cyrraedd ei derfyn ar oddeutu 75-80 gradd - defnyddiwch amrywiad Cb-3 neu Hastelloy G-30 uwchlaw 80 gradd.
Mewn asid crynodedig (85-98% H₂SO₄): NID yw Alloy 20 yn cael ei argymell uwchlaw 40 gradd (mae 316L neu Tantalum yn gywir ar gyfer yr ystod hon). Mae'r rhain yn amodau tawel (dim llif). Mewn llif cythryblus, lleihau'r holl derfynau tymheredd 10-15 gradd i gyfrif am yr effaith cyrydu sy'n gwella cyflymder.
C: Sut mae Alloy 20 yn cymharu'n economaidd â dur di-staen 316L mewn asid sylffwrig?
A: Mae dalen aloi 20 yn costio tua 5-7 × mwy y cilogram na dalen 316L.
Fodd bynnag, mae cyfanswm dadansoddiad cost gosodedig yn adrodd stori wahanol: 316L mewn 30% H₂SO₄ ar 60 gradd: cyfradd cyrydiad 1-2 mm y flwyddyn. Gyda thrwch wal 6 mm (mae lwfans cyrydiad wedi'i gynnwys), mae angen ailosod llong 316L bob 3-5 mlynedd. Aloi 20 mewn 30% H₂SO₄ ar 60 gradd: cyfradd cyrydiad 0.1-0.2 mm y flwyddyn.
Gyda'r un wal 6 mm, mae llong Alloy 20 wedi'i chynllunio am 20+ o flynyddoedd heb fawr o waith cynnal a chadw. Mae mantais cost cylch bywyd Alloy 20 fel arfer yn 3-5 × dros gyfnod o 20 mlynedd pan fydd amser segur, amnewid a chostau cydymffurfio amgylcheddol yn cael eu cynnwys. Yr unig eithriad yw asid gwanedig (<10%) at <50°C, where 316L lasts adequately and Alloy 20 premium cost cannot be justified.
