合金 20 と合金 28: 酸用途に適したスーパーオーステナイトの選択

アロイ20硫酸サービス (特に<50°C concentrated H₂SO₄) and mixed-acid environments; Alloy 28 excels in phosphoric acid, sour gas (H₂S/CO₂/Cl⁻), and high-chloride environments. The choice depends on the dominant corrosive medium and operating temperature.

合金 20 (UNS N08020) と合金 28 (UNS N08028) は両方とも、クロム、モリブデン、銅を強化したスーパーオーステナイト ステンレス鋼-ニッケル-鉄-クロム合金で、攻撃的な酸性環境において標準のオーステナイト グレードよりも優れた性能を発揮します。それらの主な違いは組成の重視にあります。合金 20 は耐硫酸性のために銅 (3 ～ 4%) とニオブの安定化を優先するのに対し、合金 28 は優れた耐孔食性とリン酸/酸性ガスの供給のためにクロム (26 ～ 28%) とモリブデン (3 ～ 4%) を最大限に使用します。

スーパーオーステナイト系ステンレス鋼を理解する

スーパーオーステナイト系ステンレス鋼は、合金含有量と耐食性の両方において標準のオーステナイトグレード (304、316) よりも優れています。これらは、40 を超える PREN (耐孔食性等価数) 値によって定義され、316 ステンレス鋼の約 25 よりも大幅に高くなります。合金 20 と合金 28 は両方ともこのクラスに属し、従来のステンレス鋼では提供できない、攻撃的な酸、塩化物、応力腐食割れに対する耐性を備えています。

合金 20: 硫酸スペシャリスト

合金 20 (UNS N08020、カーペンター 20Cb-3、NS143、0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb としても知られる) は、特に化学処理における硫酸腐食に耐えることを目的として 1963 年に開発されました。その特徴は、耐硫酸性のために銅 (3 ～ 4%) を添加し、耐鋭敏性のためにニオブ (Nb 8 × C 以上) を添加していることです。これは依然として硫酸環境のベンチマーク材料です。

合金 28: リン酸および酸性ガスのチャンピオン

合金 28 (UNS N08028、Sanicro 28、1.4563、00Cr27Ni31Mo3Cu とも呼ばれる) は、湿式プロセスリン酸熱交換器用に特別に開発されました。{8}クロム (26 ～ 28%) とモリブデン (3 ～ 4%) の含有量が高いため、リン酸、酸性ガス環境 (H₂S/CO₂/Cl⁻)、およびハロゲン化物-を含む媒体に対して優れた耐性を示します。固有の粒界耐食性のために、炭素含有量は 0.03% 以下に制限されています。

化学組成

合金 20 には、より高い銅 (3 ～ 4%) と安定化ニオブ (Nb 8 × C 以上) が含まれており、硫酸用に最適化されています。合金 28 には、より高いクロム (26 ～ 28% 対 19 ～ 21%) とモリブデン (3.5% 対 2.5%) が含まれており、優れた PREN (~36 対 ~28) と優れた耐孔食性/隙間腐食性を提供します。

PREN の計算

PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N (両方のグレードで窒素 ~0.15%):

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

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

• 合金 28 PREN の利点: ~8 ポイント高い=耐孔食性と隙間腐食性が大幅に向上。
• 業界の基準: 海水サービスの場合は PREN > 40。 Alloy 28 は 36.5 の評価でこれに近づきます。
• 合金 20 PREN 28.5 は 316 (PREN ~25) よりも大幅に優れていますが、合金 28 よりもかなり下回っています。

構成の違いが重要な理由

• 銅 (Cu): 硫酸と保護錯体を形成し、腐食速度を遅らせます。 H₂SO₄ サービスには必須です。
• ニオブ (Nb): 溶接や高温使用中の炭化クロムの鋭敏化を防ぎます。-
• クロム (Cr): 不動態皮膜の安定性の主な要因。=が高いほど、一般的な耐腐食性と耐酸化性が向上します。
• モリブデン (Mo): 耐孔食性に重要です。耐塩素性、耐リン酸性が大幅に向上します。

物理的および機械的特性

どちらの合金も、室温での優れた延性を備えた完全なオーステナイト微細構造を示します。{0}合金 20 はニオブ強化により引張強度がわずかに高く (500 MPa に対して 550 MPa 以上)、合金 28 は優れた極低温靱性と熱間加工性を備えています。どちらも、慎重に評価しない限り、450 度を超える連続使用には適していません。

冷間加工された状態-

• アロイ 28 冷間加工-: 引張強さは最大 896 MPa、降伏強さは最大 758 MPa、伸びは最大 15% に減少します。
• 合金 20: 冷間加工にも対応します。適度な変形により強度が大幅に向上します。
• 適用上の注意: 高強度が必要な高圧配管の場合、冷間加工された合金 28 または合金 20 が指定される場合があります。-

高温制限

耐食性

合金 20 は、硫酸環境、特に中程度の温度での濃 H2SO4 に適した選択肢です。合金 28 は、リン酸、酸性ガス (H₂S/CO₂/Cl⁻)、および塩化物-が豊富な環境において優れています。どちらも塩酸 (HCl) サービスには推奨されません。

硫酸 (H₂SO₄)

• メカニズム: 合金 20 の銅は、クロム-モリブデン膜単独よりも効果的に硫酸攻撃に抵抗する保護 Cu₂S- タイプの不動態膜を形成します。
• 温度制限: どちらの合金も通常、次の温度に制限されます。<50–60°C in sulfuric acid. Above this, expensive nickel alloys (Alloy 625, Alloy 825) are required.
• 合金 20 の主な利点: 銅の添加 (3 ～ 4%) により、硫酸などの還元酸条件に対する耐性が特に向上します。

リン酸 (H₃PO₄)

• 合金 28 は、フッ化物や塩化物の不純物により従来のステンレス鋼が急速に破損する湿式プロセスのリン酸製造用に特別に開発されました。-
• 研究 (Springer、2024): 酸化剤を含む 52% P2O5 リン酸中の合金 28 は、負の腐食速度 (不動態皮膜形成による重量増加) を示し、優れた不動態性を確認しました。
• Mo 含有量 (3.5%): 不動態皮膜を激しく攻撃する F-/Cl- 不純物を含むリン酸に耐えるのに重要です。

酸性ガスおよび油田環境 (H₂S/CO₂/Cl⁻)

合金 28 は、Cr と Mo の含有量が高く、合金 20 の PREN ~28.5 に対して ~36.5 を提供するため、サワーガスのサービスに非常に優れています。 H₂S/CO₂/Cl⁻ 環境では、合金 28 が油井管 (油井管) および熱交換器の標準的な選択肢です。

• 合金 28 の用途: H₂S/CO₂/Cl⁻ 含有量が高いサワー油田およびガス田の生産チューブ (OCTG) および熱交換器。
• 合金 28 のメカニズム: 高 Cr が安定した不動態 Cr₂O₃ 皮膜を形成します。高MoはH₂S下での塩化物攻撃に耐性のあるMoO₂保護層を形成します。
• NACE MR0175/ISO 15156: どちらの合金もサービス対象にリストされている可能性がありますが、合金 28 がより広く受け入れられているのは、優れた PREN によるものです。

孔食および隙間腐食

どちらの合金も扱いにくいもの

• 塩酸 (HCl): 合金 20 も合金 28 も、HCl サービスには推奨されません。合金 B (N10001) または合金 400 を使用してください。
• High-Temperature (>450 度) 酸化環境: どちらの合金も耐食性を失います。アロイ 625 またはアロイ 800H を検討してください。
• 王水 (HNO₃ + HCl): どちらのグレードも適切な耐性を提供しません。

溶接性と加工性

どちらの合金も、標準的なオーステナイト系ステンレス鋼プロセスを使用して容易に溶接できます。合金 20 では、最適な高温使用のためにニオブ-安定化フィラー (ERNiCrMo-3) が必要ですが、合金 28 では ERNiCrMo-3 または ER316L フィラーが使用されます。どちらも予熱は必要ありません。

アロイ 20 の溶接仕様

• AWS A5.14 ERNiCrMo-3 または AWS A5.11 ENiCrMo-3 電極を推奨します。
• フィラー中のニオブは、鋭敏化に対して溶接金属を安定させます。
• 溶接後の溶体化焼きなまし: 900 ～ 1150 度で 1 ～ 2 時間、空気または水で急冷します。
• 適切なフィラーを使用すると、溶接金属の組成が母材と一致します。

アロイ 28 溶接の仕様

• ERNiCrMo-3: 高耐食性溶接部 (H₂S/Cl⁻ 環境) に推奨-。
• ER316L: 標準的な酸サービスに許容されます。同等の耐食性を提供します。
• 溶体化焼きなまし: 機械的特性と耐食性の両方にとって 1100 度が最適です (研究-)。
• 超低炭素（0.03% 以下）は、熱影響区域（HAZ）でも感作のリスクがないことを意味します。-

コストと市場での入手可能性

合金 28 は、クロムとモリブデンの含有量が多いため、一般に合金 20 よりも 10 ～ 25% 高価です。ただし、リン酸および酸性ガスの用途では、合金 28 の優れた耐食性により、機器の寿命が延長され、メンテナンスが軽減されるため、トータルのライフサイクル コストが削減されます。

合金 28 の高コストが正当化される場合

• フッ化物/塩化物不純物を含むリン酸: 合金 20 は加速された攻撃を受けます。合金 28 は大幅に長持ちします。
• 高 H₂S/CO₂/Cl⁻ を含む酸性ガス: 合金 20 を使用した油井管および坑口の破損は、材料コストの節約をはるかに超えます。
• 海水サービス: 合金 20 の PREN ~28.5 は不適切です。合金 28 (PREN ~36.5) は信頼性の高いサービスを提供します。

クイックリファレンス比較の概要

結論

合金 20 と合金 28 の決定は、基本的に、用途における主要な腐食性媒体によって決まります。どちらも優れた耐食性を備えたスーパーオーステナイト系ステンレス鋼ですが、組成上の重点が異なるため、それぞれが異なる使用環境に最適になります。

アロイ20(N08020、0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb) は硫酸のスペシャリストです。 3 ～ 4% の銅の添加により、合金 28 では匹敵できない、H₂SO₄ に対する独自の不動態皮膜耐性が形成されます。硫酸、混酸、および酸洗浄を含む化学処理用途向けに特別に開発された Alloy 20 は、50 度以下の H2SO4 サービスのエンジニアリング標準であり続けています。プロセスで硫酸が優勢であり、経済性を考慮してニッケルベースの合金よりも銅を含む-スーパーオーステナイト-が好ましい場合に使用します。

アロイ28(N08028、00Cr27Ni31Mo3Cu) は、リン酸および酸性ガスのチャンピオンです。 26～28% のクロムと 3.5% のモリブデンにより、PREN は ~36.5 となり、合金 20 よりも耐孔食性と隙間腐食性が大幅に優れています。もともと湿式プロセスのリン酸熱交換器の故障を解決するために開発された合金 28 は、その後、サワーオイルおよびガスの生産 (H₂S/CO₂/Cl⁻)、海水サービス、FGD システムの標準となっています。脅威がハロゲン化物で汚染されたリン酸、酸性ガス、または高い PREN と局部腐食に対する耐性が機器の寿命を決定する環境である場合に使用してください。

調達エンジニアの場合:-主な腐食の脅威と最大動作温度を上記の比較表と照らし合わせて参照してください。プロセス エンジニアの場合: 選択した合金がプロセス ストリームの特定の酸濃度、温度、不純物プロファイルでテストされていることを確認してください。疑問がある場合は、関連する使用条件について合金データシートおよび NACE/ASME BPVC ガイドラインを参照してください。