Legierung 20(im Handel bekannt alsIncoloy-Legierung 20oderZimmermann 20Cb-3, entsprechendUNS N08020 / W.Nr. 2.4660) ist eine austenitische Nickel-Eisen-Chrom-Legierung. Durch den Zusatz von Kupfer, Molybdän und Niob bietet es eine hervorragende Beständigkeit gegenüber Schwefel-, Phosphor- und Salpetersäure sowie chloridhaltigen Umgebungen. Ursprünglich speziell zur Bekämpfung von Schwefelsäurekorrosion entwickelt, bietet es auch eine hervorragende Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion, Lochfraß und Spaltkorrosion. Alloy 20 ist als „Schwefelsäurekiller“ bekannt und wird häufig in anspruchsvollen korrosiven Umgebungen in der Chemie-, Lebensmittel- und Pharmaindustrie eingesetzt.
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Legierung 20 (Incoloy 20) – eine Nickel--Eisen---Chrom-Legierung, die speziell entwickelt wurde, um Korrosion in schwefelsäurehaltigen Umgebungen zu widerstehen.
Legierung 20 (Incoloy 20) – eine Nickel--Eisen---Chrom-Legierung, die speziell entwickelt wurde, um Korrosion in schwefelsäurehaltigen Umgebungen zu widerstehen.
Legierung 20 (UNS N08020) ist eine austenitische Nickel-Eisen-Chrom-Superlegierung, die mit Niob stabilisiert und mit Kupfer und Molybdän verstärkt ist. Es wurde speziell dafür entwickelt, Umgebungen mit starken Säuren standzuhalten und weist eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber Umgebungen mit Schwefelsäure, Spannungsrisskorrosion durch Chlorid und interkristalliner Korrosion auf.
Was ist der Materialstandard Alloy 20?
Alloy 20 (UNS N08020) ist eine austenitische Superlegierung auf Nickel-Eisen-Chrom--Basis mit Zusatz von Kupfer und Molybdän, die ihr eine hervorragende Beständigkeit gegen raue Umgebungen, Lochfraß und Spaltkorrosion verleiht. Darüber hinaus enthält es Niob zur Stabilisierungsbehandlung, um die Karbidausfällung beim Schweißen zu minimieren.
1. Chemische Zusammensetzung der Legierung 20
Die chemische Zusammensetzung (Gewichtsprozentsatz) von Alloy 20 ist in der folgenden Tabelle aufgeführt. Seine präzise Dosierung ist die Grundlage seiner hervorragenden Korrosionsbeständigkeit.
| Element | Inhaltsbereich (Min. - Max., %) | Primäre Funktion |
|---|---|---|
| Nickel (Ni) | 32.0 - 38.0 | Stabilisiert die austenitische Matrix und bietet eine hervorragende Beständigkeit gegen Oxidation und Korrosionsrisse. |
| Chrom (Cr) | 19.0 - 21.0 | Bildet einen dichten Chromoxid-Schutzfilm, der für Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit sorgt. |
| Eisen (Fe) | Guthaben (ca.. 29.85 - 44.0) | Primäres Matrixelement, das Kosten und Leistung in Einklang bringt. |
| Kupfer (Cu) | 3.0 - 4.0 | Kritisches Element, verbessert die Beständigkeit gegenüber reduzierenden Medien wie verdünnter Schwefelsäure und Phosphorsäure erheblich. |
| Molybdän (Mo) | 2.0 - 3.0 | Verbessert die Beständigkeit gegen Lochfraß und Spaltkorrosion, insbesondere in Umgebungen, die Halogenid enthalten. |
| Niob (Nb) | 8 × C% - 1.0 (max.) | Stabilisierungselement; verbindet sich vorzugsweise mit Kohlenstoff zu NbC, wodurch die Ausfällung von Chromkarbid an den Korngrenzen verhindert wird, wodurch interkristalline Korrosion in der von der Schweißwärme beeinflussten Zone verhindert wird. |
| Kohlenstoff (C) | Kleiner oder gleich 0,07 | Streng kontrolliert, um Karbidausfällungen zu reduzieren und Korrosionsbeständigkeit sicherzustellen. |
| Mangan (Mn) | Kleiner oder gleich 2,0 | Verbessert die Heißverarbeitbarkeit. |
| Silizium (Si) | Kleiner oder gleich 1,0 | Kontrolle von Verunreinigungen. |
| Phosphor (P) | Kleiner oder gleich 0,045 | Kontrolle von Verunreinigungen. |
| Schwefel (S) | Kleiner oder gleich 0,035 | Kontrolle von Verunreinigungen. |
2. Physikalische Eigenschaften von Legierung 20
| Eigentum | Typischer Wert/Bereich | Einheit |
|---|---|---|
| Dichte | 8.08 - 8.14 | g/cm³ |
| Schmelzbereich | 1357 - 1443 (normalerweise 1370–1430) | Grad |
| Wärmeausdehnungskoeffizient (20–200 Grad) | 13.9 - 15.0 | ×10⁻⁶/ Grad |
| Wärmeleitfähigkeit (Raumtemperatur) | 12.3 - 12.5 | W/(m·K) |
| Spezifische Wärmekapazität (Raumtemperatur) | ca.. 500 | J/(kg·K) |
| Elektrischer Widerstand (Raumtemperatur) | ca.. 1.08 | μΩ·m |
| Elastizitätsmodul (Raumtemperatur) | ca.. 200 - 214 | GPa |
| Poissonzahl | ca.. 0.31 | - |
| Magnetische Permeabilität (geglüht) | ca.. 1.002 (nicht-magnetisch) | - |
3. Mechanische Eigenschaften der Legierung 20 bei Raumtemperatur (Lösungsglühen, Mindestwerte)
| Eigentum | Wert (Minimum) | Einheit |
|---|---|---|
| Zugfestigkeit (Rm) | 550 - 620 (normalerweise größer oder gleich 620) | MPa |
| 0,2 % Streckgrenze (Rp0,2) | 240 - 310 (normalerweise größer oder gleich 300) | MPa |
| Dehnung (A) | 30 - 40 (normalerweise größer oder gleich 40) | % |
| Härte | Kleiner oder gleich 217 HB (Brinellhärte) | - |
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4. Wichtige Korrosionsbeständigkeitseigenschaften der Legierung 20
Das herausragendste Merkmal von Alloy 20 ist seine breite und ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in schwefelsäurehaltigen Umgebungen.
| Korrosive Medien | Beschreibung der Korrosionsbeständigkeit |
|---|---|
| Schwefelsäure (H₂SO₄) | Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit. In Schwefelsäure mit einer Konzentration von 10–80 % bis zur Siedetemperatur ist die Korrosionsrate weitaus geringer als bei rostfreien Stählen wie 316L. Bei einer Konzentration von weniger als oder gleich 50 % und weniger als oder gleich 80 Grad Schwefelsäure ist die Korrosionsrate typischerweise<0.5 mm/year. |
| Phosphorsäure (H₃PO₄) | Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit. Enthält nass-verarbeitete Phosphorsäure, die Fluoridverunreinigungen enthält; weit verbreitet in der Düngemittelindustrie. |
| Salpetersäure (HNO₃) | Gute Korrosionsbeständigkeit. Chrom bietet Beständigkeit gegen oxidierende Säuren. |
| Chloridumgebungen | Hervorragende Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion (SCC). Der hohe Nickelgehalt sorgt für eine nahezu -völlige Immunität gegen chloridinduzierte SCC-, die weit über die von rostfreien Stählen der 300er-Serie hinausgeht. Darüber hinaus sorgt der Zusatz von Molybdän für eine gute Beständigkeit gegen Lochfraß und Spaltkorrosion. |
| Gemischte Säuren | Hervorragende Leistung bei gemischten Säuren wie Salpeter--schwefelsäure (z. B. bei Nitrierungsprozessen). |
| Andere Medien | Gute Beständigkeit gegen Alkalien wie Natrium-/Kaliumhydroxid, Flusssäure (alle Konzentrationen bei Raumtemperatur, weniger als oder gleich 10 % bei 70 Grad), Meerwasser (mäßige Beständigkeit gegen Lochfraß/Spaltkorrosion) und saure Umgebungen, die Schwefelwasserstoff enthalten (entspricht der Norm NACE MR0175). |
Einschränkungen:Nicht geeignet für konzentrierte Schwefelsäure mit hohen Temperaturen (z. B. rauchende Schwefelsäure) oder stark reduzierende Säuren (z. B. kochende Salzsäure). Auch in Salpeter--Flusssäuremischungen ist die Korrosionsbeständigkeit eingeschränkt.
5. Schweißen und Wärmebehandlung
Wärmebehandlung (Lösungsglühen):
Temperatur:Auf 925 bis 1010 Grad erhitzen (normalerweise etwa 1066 Grad).
Kühlung:Wasserabschreckung oder schnelle Luftkühlung. Es ist wichtig, den für die Karbidausscheidung empfindlichen Temperaturbereich (540 °C – 900 °C) schnell zu durchlaufen, um eine optimale Korrosionsbeständigkeit aufrechtzuerhalten.
Schweißen:
Schweißbarkeit:Exzellent. Geeignet für konventionelle Prozesse wie WIG, MIG, SMAW und SAW.
Auswahl des Zusatzwerkstoffes:Es werden passende Zusatzwerkstoffe empfohlen, wie z. B. ERNiCrMo-3 (AWS A5.14 ER320LR)-Draht oder ENiCrMo-3 (AWS A5.11)-Elektrode.
Prozesskontrolle:Kein Vorheizen erforderlich. Die Zwischenlagentemperatur sollte unter 100–120 Grad gehalten werden. Verwenden Sie eine geringe Wärmezufuhr, mehrschichtiges und mehrlagiges Schweißen sowie hochreines Schutzgas.
Post-Schweißwärmebehandlung (PWHT):Aufgrund des Vorhandenseins von Niob als stabilisierendem Element ist eine Lösungsbehandlung nach dem Schweißen im Allgemeinen nicht erforderlich. Bei großen oder komplexen Strukturen kann ein einstündiges Spannungsarmglühen bei 870 Grad durchgeführt werden, um Schweißspannungen zu beseitigen.
6. Legierung 20 – Zusammenfassung der wichtigsten Materialeigenschaften
1. Überlegene Schwefelsäurebeständigkeit:Speziell für Schwefelsäureumgebungen entwickelt, mit hervorragender Leistung über einen weiten Konzentrations- und Temperaturbereich.
2. Breites Korrosionsbeständigkeitsspektrum:Hervorragende Beständigkeit gegen durch Phosphorsäure, Salpetersäure, Chlorid-induzierte Spannungsrisskorrosion (SCC), Lochfraß und Spaltkorrosion.
3. Hervorragende Schweißbarkeit und Bearbeitbarkeit:Gute Heiß- und Kaltformbarkeit, ausgezeichnete Schweißbarkeit und im Allgemeinen keine Wärmebehandlung nach dem Schweißen erforderlich.
4. Stabile Mikrostruktur:Mit Niob stabilisiert, verhindert wirksam Sensibilisierung und interkristalline Korrosion.
7. Legierung 20 – Anwendungen
Dank seiner umfassenden Korrosionsbeständigkeit wird Alloy 20 in verschiedenen Industriebereichen häufig eingesetzt:
| Industrie | Anwendungen |
|---|---|
| Chemie und Petrochemie | Ausrüstung für die Schwefelsäure-, Phosphorsäure- und Salpetersäureproduktion (Reaktoren, Wärmetauscher, Rohrleitungen, Pumpen, Ventile) Ausrüstung für den Umgang mit gemischten Säuren Ausrüstung für den Nitrierungsprozess |
| Lebensmittel und Arzneimittel | Produktionsanlagen für Lebensmittelzusatzstoffe (z. B. Phosphorylchlorid, Phosphortrichlorid) Pharmazeutische Reaktoren und Rohrleitungssysteme |
| Energie- und Umweltschutz | Rauchgasentschwefelungsanlagen (REA). Abwasserbehandlungsausrüstung |
| Schifffahrt & Öl & Gas | Meerwasserkühlsysteme Saure Öl- und Gasumgebungen mit Schwefelwasserstoff (NACE MR0175-konform) |
| Allgemeine Ausrüstung | Mischbehälter Beizausrüstung Ausrüstung zur Herstellung von synthetischem Kautschuk Verschiedene Flansche, Bolzen und Befestigungselemente |
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FAQ
F: Sind Alloy 20, Incoloy 20 und 20Cb-3 gleich?
A:Ja, sie beziehen sich im Allgemeinen auf dasselbe Material (UNS N08020). Incoloy ist eine eingetragene Marke der Special Metals Corporation und 20Cb-3 ist eine eingetragene Marke von Carpenter Technology.
F: Wie hoch ist die maximale Betriebstemperatur?
A: Seine Stärke liegt eher in der Korrosionsbeständigkeit als in der Hochtemperaturfestigkeit. Für den langfristigen strukturellen Einsatz wird die Temperatur normalerweise unter 425 Grad empfohlen. Die kurzzeitige Exposition kann höher sein, es sollten jedoch Oxidation und Festigkeitsverlust berücksichtigt werden.
F: Kann es Edelstahl 316L vollständig ersetzen?
A: In Umgebungen mit Schwefelsäure, Phosphorsäure und starker chloridinduzierter Spannungsrisskorrosion (SCC) ist es eine hervorragende Upgrade-Alternative zu 316L. In stark oxidierenden oder stark reduzierenden Extremumgebungen sollte die Bewertung jedoch auf den spezifischen Betriebsbedingungen basieren.
F: Ist eine Wärmebehandlung nach-dem Schweißen erforderlich?
A:Dank des Vorhandenseins von Niob als stabilisierendem Element ist eine Lösungswärmebehandlung nach dem-Schweißen im Allgemeinen nicht erforderlich, um den Anforderungen der meisten korrosiven Umgebungen gerecht zu werden. Lediglich bei großen oder komplexen Strukturen empfiehlt sich das Spannungsarmglühen.
F: Welche internationalen Standards gelten für diese Legierung?
A: Zu den gängigen Standards gehören: UNS N08020, W.Nr. 2.4660, ASTM B463 / B473 / B729, ASME SB463 / SB473 und andere.
