Conclusiones clave
Aleación 20(UNS N08020, 33 % Ni, 20 % Cr, 3,5 % Cu, 2,5 % Mo, Cb-estabilizado) es la aleación de níquel más utilizada para el servicio con ácido sulfúrico, superando al acero inoxidable 316L entre 10 y 50 veces en concentraciones intermedias de ácido (10-80 % H2SO4).
El contenido de niobio (Nb) (8 x C min) es la característica definitoria de la aleación 20 -, previene la sensibilización de la soldadura y garantiza que la zona afectada por el calor -(HAZ) conserve total resistencia a la corrosión después de la soldadura de fabricación.
La aleación 20 sobresale en 10-80 % de H2SO4 a temperaturas de hasta 80 °C. NO se recomienda para ácido diluido (<10%) at elevated temperatures (where 316L may suffice) or concentrated acid (>95%) a altas temperaturas (donde se requiere Hastelloy B-3 o titanio).
For intermediate concentrations (50-80% H2SO4) at temperatures >80C, actualice a Hastelloy G-30 (UNS N06030) o Sanicro 28 (UNS N08028): estas aleaciones ofrecen una resistencia a la corrosión entre 2 y 3 veces mayor que la aleación 20 en la zona más agresiva.
La variante "Alloy 20Cb-3" (con 0,5-1,0 % Si) proporciona una resistencia mejorada al ácido sulfúrico en concentraciones intermedias y temperaturas elevadas en comparación con la aleación 20 estándar.
Introducción a la aleación 20 en el servicio de ácido sulfúrico
El ácido sulfúrico (H₂SO₄) es el químico industrial más producido en el mundo, con una producción global que supera los 260 millones de toneladas métricas por año. Se utiliza prácticamente en todos los sectores industriales: fabricación de fertilizantes (procesamiento de fosfato), refinación de petróleo (alquilación), decapado de metales y lixiviación hidrometalúrgica, síntesis química (producción de ácido clorhídrico, ácido fosfórico y dióxido de titanio), tratamiento de aguas industriales y fabricación de explosivos.
El desafío con el servicio de ácido sulfúrico es que no es un ambiente - sino un espectro de condiciones que cambian dramáticamente con la concentración y la temperatura. Este es el principio más importante en la selección del material de ácido sulfúrico: no existe un material universal que funcione bien en todas las concentraciones y temperaturas.
La aleación 20 (UNS N08020, también conocida como Carpenter 20, grado ASTM CN-7M en forma fundida y vendida con nombres comerciales como Marca 20, ATI 20 y Nicrill 20) se desarrolló específicamente para abordar el desafío de la corrosión en ácido sulfúrico de concentración intermedia-, el rango de aproximadamente 10 % a 80 % de H₂SO₄ donde fallan la mayoría de los aceros inoxidables austeníticos. catastróficamente. La química de la aleación se equilibra deliberadamente para proporcionar:
Estabilización de niobio (Nb):El carbono se mantiene intencionalmente por debajo del 0,07% y se agrega niobio a 8 veces el contenido de carbono (Nb mayor o igual a 8 x C) para formar NbC (carburo de niobio) durante la solidificación. Esto evita la precipitación de carburo de cromo Cr₂₃C₆ en los límites de los granos durante la soldadura o el servicio a alta-temperatura, que de otro modo agotaría el cromo de las zonas adyacentes y provocaría un ataque intergranular (IGA). Esta es la característica estructural que define la aleación 20 frente a los aceros inoxidables austeníticos estándar.
Adición de cobre (Cu):El 3,0-4,0% de cobre proporciona una resistencia excepcional al ácido sulfúrico al formar una película superficial pasiva de sulfato de cobre que es estable en condiciones de ácido reductor (bajo en oxígeno). El cobre es la razón principal por la que la Aleación 20 supera al 316L en ácido sulfúrico.
Adición de molibdeno (Mo):El 2,0-3,0 % de molibdeno mejora la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas en mezclas ácidas que contienen iones cloruro (Cl-), común en soluciones de lixiviación minera y baños de decapado.
Contenido de cromo (Cr):19,0-21,0% de cromo proporciona resistencia general a la corrosión y pasividad en condiciones oxidantes. El contenido de cromo es inferior al 316L (16%) en peso, pero se utiliza por completo porque el niobio evita su agotamiento.
Contenido de níquel (Ni):El 32,0-38,0 % de níquel estabiliza la microestructura austenítica (cúbica centrada en las caras, FCC), proporciona resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) por cloruro y mantiene la ductilidad y la tenacidad en todo el rango de temperaturas, desde criogénico hasta 450 °C.
Conclusión Definitiva:La aleación 20 es el material definitivo para el servicio de ácido sulfúrico en el rango de concentración del 10-80% a temperaturas de hasta 80 grados. Su química estabilizada con niobio- (Nb mayor o igual a 8 × C) es la característica de ingeniería definitoria: - previene la sensibilización de la soldadura, elimina la corrosión intergranular en la ZAT y garantiza que la soldadura tal como se fabrica conserve una resistencia a la corrosión total igual a la del metal base. Ningún acero inoxidable puede ofrecer esta garantía.
Composición química y propiedades mecánicas.
Composición química por variante de grado
Tabla 1: Composición química de la aleación 20 y variantes - Hoja/placa forjada (% en peso)
| Elemento | Aleación 20 (N08020) | Aleación 20Cb-3 (N08020, modificada con Si) | Aleación 20 Mod. (N08020, Si bajo) | Aleación 20 fundida (CN-7M) | Importancia de cada elemento |
| Níquel (Ni) | 32,0-38,0 (incluido Co) | 32,0-38,0 (incluido Co) | 32.0-38.0 | 38.0-44.0 | Estabiliza la estructura austenítica de FCC; previene el SCC por cloruro; El Ni da resistencia a las condiciones ácidas reductoras; Mayor Ni en forma fundida para mejorar la resistencia al ácido sulfúrico. |
| Cromo (Cr) | 19.0-21.0 | 19.0-21.0 | 19.0-21.0 | 19.0-22.0 | Proporciona pasividad y resistencia general a la corrosión; elemento primario para condiciones oxidantes; El Cr debe permanecer en solución sólida (no precipitado como Cr23C6) para brindar protección contra la corrosión. |
| Hierro (Fe) | Saldo (~35) | Saldo (~35) | Saldo (~35) | Saldo (~30-34) | Elemento de matriz base; El contenido de Fe está equilibrado por Ni y Cr; Proporciona resistencia estructural y reduce el costo de la materia prima en comparación con las aleaciones de níquel puro. |
| Cobre (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 (>5%) reduce la trabajabilidad-en caliente |
| Molibdeno (Mo) | 2.0-3.0 | 2.0-3.0 | 2.0-3.0 | 2.0-3.0 | Mejora la resistencia a la corrosión por picaduras y grietas; fundamental en soluciones de lixiviación minera y decapado que contienen cloruro-; Mo mejora la pasividad en mezclas de ácidos oxidantes |
| Niobio (Nb) | 8 x C mín. (tipo. 0.5-1.0) | 8 x C mín. (tipo. 0.5-1.0) | 8 x C mín. (tipo. 0.5-1.0) | 8 x C mín. | ELEMENTO DEFINITIVO: Nb retiene todo el carbono como NbC (carburo de niobio), evitando la precipitación de Cr23C6 en los límites de los granos; elimina la sensibilización de la soldadura y el ataque intergranular HAZ; sin Nb, Alloy 20 se comportaría como 316L no estabilizado en el HAZ |
| Carbono (C) | 0,07 máx. | 0,07 máx. | 0,04 máx. (variante baja-en carbono) | 0,07 máx. | Controlado al 0,07% máximo; La relación Nb/C de 8:1 garantiza que todo el C sea secuestrado como NbC; Variante baja-de carbono (0,02-0,04 %) disponible para mejorar la resistencia a IGC en los ácidos más agresivos |
| Manganeso (Mn) | 2.0 máx. | 2.0 máx. | 2.0 máx. | 1,5 máx. | Desoxidante durante la fusión; mejora la trabajabilidad-en caliente; se une con S para formar inclusiones de MnS (pero S ya está controlado a niveles muy bajos en la Aleación 20) |
| Silicio (Si) | 1,0 máx. | 0,5-1,0 (agregado) | 0,3 máx. (bajo) | 1,0 máx. | La variante Cb-3 agrega intencionalmente Si (0,5-1,0%) para mejorar la resistencia a la corrosión en concentraciones intermedias de H2SO4 (50-80%) a temperaturas elevadas; Variante con bajo contenido de Si para mejorar la dureza en servicio criogénico |
| Azufre (S) | 0,035 máx. | 0,035 máx. | 0,035 máx. | 0,035 máx. | Controlado a niveles bajos para evitar largueros de MnS que actúan como sitios de iniciación de corrosión por grietas y picaduras en ácido; Low S mejora la resistencia general a la corrosión. |
| Fósforo (P) | 0,045 máx. | 0,045 máx. | 0,045 máx. | 0,045 máx. | Controlled; high P (>0,04%) acelera el ataque intergranular en Alloy 20 en ambientes ácidos oxidantes |
Fuente: ASTM B463-23: Especificación estándar para placas, láminas y tiras UNS N08020, UNS N08026, UNS N08024 y UNS N08926; ASME SB-463; SAE AMS 5550 (hoja y tira de aleación 20); Publicación SMC-064 "Alloy 20" de Special Metals Corporation; Aleaciones laminadas Aleación 20 Datos técnicos; Cabot Corporation "Datos del producto Alloy 20" 2023
Tabla 2: Propiedades mecánicas y físicas de la aleación 20 (UNS N08020) - Formas forjadas y fundidas
| Propiedad | Recocido (Hoja/Placa) | Solución-Tratada (placa) | Reparto CN-7M | Notas |
| Resistencia a la tracción, UTS (MPa) | 550-690 | 550-690 | 530-690 | Mínimo: 515 MPa según ASTM B463; mínimo de fundición: 450 MPa |
| Límite elástico, compensación del 0,2% (MPa) | 240-345 | 240-345 | 240-310 | Mínimo: 241 MPa según ASTM B463 |
| Elongación en 50 mm (%) | 25-50 | 25-50 | 25-35 | Mínimo: 30% según ASTM B463 para lámina |
| Dureza (Rockwell B) | B 75-88 | B 75-88 | B 75-88 | Valores típicos; no es un requisito de compra |
| Módulo de elasticidad (GPa) | 200 | 200 | 200 | A 20°C; disminuye a 175 GPa a 400C |
| Densidad (g/cm3) | 8.14 | 8.14 | 8.14 | Ligeramente inferior a 316L (8,00) debido a mayor Ni y Cu |
| Rango de fusión (C) | 1350-1400 | 1350-1400 | 1350-1400 | Sólido: 1350C; líquido: 1400C |
| Conductividad térmica (W/m·K a 100C) | 13.5 | 13.5 | 13.5 | Inferior a 316L (16 W/m·K); afecta el diseño de transferencia de calor |
| Coeficiente de expansión térmica (um/m·C, 20-200C) | 14.7 | 14.7 | 14.7 | Similar al inoxidable austenítico; debe tener en cuenta la expansión térmica en el diseño del recipiente |
| Resistividad eléctrica (μΩ·cm a 20C) | 108 | 108 | 108 | Superior a 316L (75 µΩ·cm) debido al mayor contenido de Ni |
| Permeabilidad magnética | <1.02 (essentially non-magnetic) | <1.02 | <1.02 | La estructura austenítica es estable; sin magnetismo inducido por ferrita- |
| Charpy V-impacto de muesca (J a 20 °C) | 100-160 | 100-160 | 80-130 | Excelente dureza; adecuado para aplicaciones de carga criogénica y dinámica |
| Impacto de muesca Charpy V-(J a -196 °C) | 70-120 | 70-120 | 60-100 | Conserva buena dureza a la temperatura del nitrógeno líquido. |
| PREN (Número de ecuación de resistencia a las picaduras) | 28-33* | 28-33* | 28-33* | Cr + 3.3(lunes + 0.5O) + 16N; PREN 28-33 es moderado frente a 316L (PREN 24-28), pero la película de Cu ofrece un rendimiento de H2SO4 superior |
| Costo relativo (x placa 316L) | 5-7x | 5-7x | - | Basado en los precios del mercado global de 2024; La volatilidad de los precios de Ni y Cu en bruto afecta el precio de Alloy 20 |
Fuente: ASTM B463-23; ASME SB-463; SAE AMS 5550; Publicación SMC-064 "Alloy 20" de Special Metals Corporation; Ficha Técnica de Aleaciones Laminadas; Datos de productos de Cabot Corporation 2023; *PREN=Cr + 3.3(Mo + 0.5W) + 16N - PREN no es el indicador principal de la resistencia al H2SO4; El contenido de Cu es el factor dominante.
Conclusión Definitiva:La aleación 20 es una aleación de 33% Ni-Cr-Fe estabilizada con niobio-con 3,5% Cu y 2,5% Mo - no es una verdadera aleación de níquel de la familia Hastelloy/Inconel. El requisito Nb mayor o igual a 8 × C es el contrato de ingeniería que hace que la aleación 20 sea soldable sin sensibilización. La variante fundida CN-7M tiene más Ni (38-44%) y menos Fe para mejorar la resistencia al ácido sulfúrico, pero propiedades mecánicas mínimas más bajas.
Por qué el ácido sulfúrico es una pesadilla de corrosión
Comprender por qué el ácido sulfúrico ataca a los metales requiere saber que el ácido existe en dos estados químicos fundamentales, cada uno de los cuales produce un mecanismo de corrosión distinto:
La zona reductora (0-85% H₂SO₄)
En concentraciones inferiores a aproximadamente el 85 % de H₂SO₄, el ácido se comporta como un ácido reductor. La especie dominante es H⁺ (iones de hidrógeno) y HSO₄⁻ (iones bisulfato). La disolución del metal se produce mediante una reacción electroquímica en la que el metal se oxida y se desprende gas hidrógeno: Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂ ↑ (corrosión general) En esta zona, la velocidad de corrosión está controlada por la velocidad de desprendimiento de hidrógeno.
El ácido es térmicamente estable - y no se descompone ni produce especies oxidantes. Esta es la zona donde el cobre, Monel 400 y Alloy 20 funcionan bien porque forman películas pasivas resistentes a condiciones reductoras. Los aceros inoxidables austeníticos (304L, 316L) funcionan mal aquí porque su película pasiva de óxido de cromo es inestable en ausencia de especies oxidantes.
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 grados )H₂SO₄ → SO₃ + H₂O (fase de vapor a alta temperatura). En esta zona, el SO₃ y el O₂ producidos son potentes oxidantes.
Los aceros inoxidables (particularmente el 316L con su adición de molibdeno) funcionan MEJOR aquí porque su película de óxido de cromo se estabiliza mediante las condiciones oxidantes.
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 (>Generalmente se requiere ácido sulfúrico caliente, tantalio, acero al carbono revestido de vidrio- o hierro fundido.
La zona de transición (50-85% H₂SO₄): la región más peligrosa
El rango de concentración de 50-85% H₂SO₄ a temperaturas elevadas es universalmente reconocido como el entorno de corrosión más agresivo para las aleaciones convencionales. En esta zona:
· El ácido está lo suficientemente concentrado como para ser oxidante (el SO₃ comienza a formarse por encima del 85 %, pero existen especies de SO₃ sub-estequiométricas en el rango del 50-85 %)· La temperatura suele ser elevada (60-150 grados en la mayoría de los procesos industriales)
· El producto de corrosión del sulfato de hierro (FeSO₄) que se forma en las superficies de acero y acero inoxidable es soluble - no se adhiere y no protege
· Los efectos de la velocidad son significativos: la turbulencia en los accesorios, las bombas y las placas de orificio acelera drásticamente la erosión-corrosión
· Los iones de cloruro (de materias primas, agua de refrigeración o adiciones de proceso) suelen estar presentes, combinándose con el ácido oxidante para crear corrosión por picaduras y grietas simultáneas.
Tabla 3: Zonas de concentración de ácido sulfúrico - Carácter de corrosión, mejores materiales y límites de temperatura para cada rango
| Concentración de H2SO4 | Carácter de corrosión | Oxidar vs Reducir | Temperatura crítica | Mejores materiales | Materiales a evitar |
| 0-10% (ácido diluido) | Reducir; H+ dominante | Puramente reductor | >60 grados acelera la corrosión general | 316L (hasta 60 grados); Aleación 904L (hasta 80 grados); Aleación 20 (hasta 100 grados) | Acero al carbono (corrosión general rápida); hierro fundido (no se permite más del 10% a cualquier temperatura) |
| 10-50% (intermedio, final diluido) | Reducir a ligeramente oxidante; H+ y HSO4- | Ligeramente reductor; comienza a mostrar oxidación por encima del 30% | >50 grados acelera rápidamente el ataque a las SS | Aleación 20 (hasta 80 grados); 316L aceptable si Cl-<50 ppm and T<50°C | 304L falla por encima de los 40 grados; acero al carbono limitado a<10% at room temp only |
| 50-85% (intermedio, extremo concentrado) | ZONA MÁS AGRESIVA; mezcla reductora/oxidante; especies de SO3 sub-estequiométricas presentes | Mezclado; más impredecible | >80 grados provoca un ataque rápido a todas las aleaciones SS | Alloy 20Cb-3 (up to 90°C); Hastelloy G-30 or Sanicro 28 (up to 120°C); Tantalum or SiC for >130 grados | Aleación estándar 20 limitada a 80 grados como máximo; FALLA 316L/904L por encima de 50 grados en este rango |
| 85-98% (ácido concentrado) | Fuertemente oxidante; SO3 y O2 procedentes de descomposición térmica | Fuertemente oxidante por encima del 85% | >120°C requires special materials; >200 grados extremadamente agresivo | 316L/310S (hasta 120 grados); tantalio, vidrio-acero al carbono revestido (hasta 300 grados) | Aleación 20 y Monel: el cobre es atacado oxidativamente; NO recomendado por encima de 60 grados en ácido concentrado. |
| >98% (ácido fumante, oleum) | Super-oxidante; gas SO3 libre | Extremadamente oxidante | Cualquier temperatura por encima de la ambiente es agresiva. | Tantalum (only practical material for >98% ácido caliente); vidrio de borosilicato; hierro fundido (hasta 240 grados para 93% de ácido) | Aleación 20: RIESGO DE FALLA CRÍTICA; cobre y níquel oxidados |
| Espacio de vapor/ácido de condensación | Máxima tasa de corrosión: las gotas de ácido que se condensan impactan en las superficies con pleno calor de condensación | Mezclado; peor en la interfaz de condensación | CUALQUIER temperatura por encima de la ambiente es agresiva | Alloy 20 o Hastelloy G-30 para todo el espacio de vapor; El lado de la carcasa HRS debe ser Alloy 20 o Hastelloy | El acero al carbono y el hierro fundido fallan en el espacio de vapor por encima de los 40 grados; 316L inadecuado por encima del 10% de condensado |
Fuente: Manual de ASM Vol. 13C: Corrosión - Entornos e Industrias (ASM International, 2006); Publicación NACE 34103: Directrices para la selección de materiales para ácido sulfúrico; ASTM G1-17: Práctica estándar para preparar, limpiar y evaluar muestras de prueba de corrosión; Datos clave sobre la corrosión en ácido sulfúrico, Instituto de Investigación Avestor/IIT; Jones, DA, Principios y prevención de la corrosión (3ª ed., Prentice Hall, 1996); Cronin, J. y Sridhar, N., "Corrosion of Nickel Alloys in Sulphuric Acid", NACE Corrosion 2000, documento 00247
Conclusión Definitiva: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%) a temperatura elevada, la Aleación 20 está contraindicada porque su contenido de cobre es atacado oxidativamente - 316L o Tantalio son correctos.
Rendimiento ante la corrosión de la aleación 20 en ácido sulfúrico
Las siguientes curvas de isocorrosión representan la temperatura máxima a la que la Aleación 20 mantiene una velocidad de corrosión inferior a 0,5 mm/año (0,020 ipy) en ácido sulfúrico aireado en reposo. Estos valores se derivan de pruebas de inmersión en laboratorio según ASTM G31 (exposiciones de 72 horas) y deben considerarse conservadores para condiciones de flujo o turbulentas.
Tabla 4: Curvas de isocorrosión para la aleación 20 y aleaciones de referencia en ácido sulfúrico - Temperatura máxima de servicio para la tasa de corrosión<0.5 mm/year (Aerated, Quiescent Conditions)
| Concentración de H2SO4 (%) | Temperatura máxima para<0.5 mm/yr (Alloy 20) | Temperatura máxima para<0.5 mm/yr (Alloy 20Cb-3) | Temperatura máxima para<0.5 mm/yr (316L) | Temperatura máxima para<0.5 mm/yr (904L) | Notas sobre el rendimiento de Alloy 20 |
| 0,5 (muy diluido) | 90 grados | 90 grados | 60 grados | 80 grados | La aleación 20 proporciona el mejor rendimiento en ácidos muy diluidos a temperaturas elevadas. |
| 1.0 | 90 grados | 90 grados | 60 grados | 80 grados | Similar al 0,5%; 316L y 904L adecuados para<40°C |
| 5.0 | 90 grados | 90 grados | 50 grados | 80 grados | 316L comienza a fallar por encima de los 50 grados debido al Cl- en ácido |
| 10.0 | 85 grados | 90 grados | 40 grados | 80 grados | La aleación 20 mantiene<0.5 mm/yr at 85°C; 316L marginal at 40°C |
| 20.0 | 80 grados | 90 grados | 35 grados | 75 grados | La aleación 20 es confiable hasta 80 grados; FALLA 316L por encima de 35 grados |
| 30.0 | 80 grados | 85 grados | 30 grados | 70 grados | Zona de aplicación central de Alloy 20 |
| 40.0 | 80 grados | 85 grados | FAIL (>30 grados) | 70 grados | 316L: FALLA en 40% H2SO4 a cualquier temperatura superior a 30 grados |
| 50.0 | 75 grados | 85 grados | FALLAR | 65 grados | Most aggressive zone begins: Alloy 20 must be Cb-3 for >75 grados |
| 60.0 | 70 grados | 80 grados | FALLAR | 60 grados | Standard Alloy 20 reaches its limit; Cb-3 required for >75 grados |
| 70.0 | 65 grados | 75 grados | FALLAR | 55 grados | Transición a zona oxidante: Hastelloy G-30 preferido por encima de 80 grados |
| 78,0 (ácido de batería) | 60 grados | 70 grados | FALLAR | 50 grados | 78% H2SO4 es una aplicación industrial importante; Aleación 20 ampliamente utilizada para correas de placas de baterías. |
| 80.0 | 55 grados | 70 grados | FALLAR | 45 grados | Parte superior de la zona reductora: Hastelloy G-30 recomendado para servicio por encima de 80 grados |
| 90.0 (concentrado) | 30 grados | 40 grados | 60 grados | 45 grados | Aleación 20 NO recomendada por encima de 40 grados; 316L preferido en ácido concentrado |
| 96,0 (aceite de vitriolo) | 25 grados | 25 grados | 80 grados | 40 grados | El cobre de la aleación 20 sufre un ataque oxidativo; 316L es la elección correcta para ácido concentrado por encima de 80 grados |
| 98,0 (campo de humos) | NO RECOMENDADO | NO RECOMENDADO | 90 grados | 30 grados | Aleación 20 y 904L contraindicadas; tantalio necesario para ácido fumante caliente |
Fuente: Publicación SMC-064 "Alloy 20" de Special Metals Corporation (curvas de isocorrosión, línea de 0,5 mm/año); Hoja de datos técnicos de aleaciones laminadas Alloy 20; Publicación de Cabot Corporation "Resistencia a la corrosión de aleaciones de níquel-cobre y níquel-cromo-hierro en ácido sulfúrico"; Publicación NACE 34103; ASTM G31-21a: Práctica estándar para pruebas de corrosión de metales por inmersión en laboratorio; Jones, DA y Sridhar, N., "Predicción de la corrosión en entornos con ácido sulfúrico", NACE Corrosion 2001; Estudio de datos sobre corrosión - Sección de metales (NACE, edición de 2015); datos validados con literatura revisada por pares: Heaney, MD et al., "Corrosion of Nickel Alloys in Sulphuric Acid", NACE International, 2000
Tabla 5: Efectos de la velocidad del flujo sobre la velocidad de corrosión de la aleación 20 en condiciones de ácido sulfúrico - en reposo frente a turbulentas
| Concentración de ácido | Condición de flujo | Temperatura (grados) | Tasa de corrosión de la aleación 20 (mm/año) | Pasa/falla (<0.5 mm/yr) | Factor clave |
| 10% H2SO4 | Inactivo (sin flujo) | 60 | 0.08 | APROBAR | Caso base; bien dentro de la capacidad |
| 10% H2SO4 | Turbulento (2 m/s) | 60 | 0.15 | APROBAR | Aumento modesto debido a la erosión; todavía aceptable |
| 30% H2SO4 | Inactivo | 60 | 0.12 | APROBAR | Rango de concentración de ácido central |
| 30% H2SO4 | Turbulento (2 m/s) | 60 | 0.25 | APROBAR | Efecto de flujo: ~2x frente a reposo; todavía aceptable |
| 50% H2SO4 | Inactivo | 70 | 0.18 | APROBAR | Comienza zona de transición; límite de aproximación |
| 50% H2SO4 | Turbulento (2 m/s) | 70 | 0.45 | PASO (marginal) | aumento de 2,5 veces; en el umbral de aceptabilidad |
| 50% H2SO4 | Turbulento (4 m/s) | 70 | 0.80 | FALLAR | Corrosión-erosión-de alta velocidad: la aleación 20 es inaceptable por encima de 3 m/s |
| 70% H2SO4 | Inactivo | 65 | 0.30 | APROBAR | Zona de rendimiento superior para aleación 20 estándar |
| 70% H2SO4 | Turbulento (2 m/s) | 65 | 0.65 | FALLO (marginal) | El efecto de velocidad es grave en concentraciones altas-de ácido. |
| 78% H2SO4 | Inactivo | 60 | 0.25 | APROBAR | Concentración de ácido de batería; Aplicación principal de Alloy 20 |
| 78% H2SO4 | Inactivo | 80 | 0.48 | PASO (marginal) | Aleación 20 en su límite para 78% de ácido a 80 grados |
| 90% H2SO4 | Inactivo | 60 | 0.90 | FALLAR | Aleación 20 cobre atacado oxidativamente; 316L preferido |
| 96% H2SO4 | Inactivo | 80 | 1.50 | FALLAR | Ácido concentrado: Aleación 20 NO recomendado por encima de 40 grados |
Fuente: Manual de ASM Vol. 13C (Corrosión: entornos e industrias); Publicación NACE 34103: Directrices para la selección de materiales en servicios de ácido sulfúrico; EPRI NP-2813: Desempeño de materiales en ambientes de ácido sulfúrico; Baboian, R. (ed.), Pruebas y estándares de corrosión: aplicación e interpretación (2ª ed., ASTM, 2005); multiplicador de velocidad de flujo basado en datos EPRI que muestran un aumento de la tasa de corrosión de 1,5 a 2,5 veces a 2 m/s frente a modo inactivo; datos de turbulencia validados contra Schweitzer, PA, Corrosion Resistance Tables (6ª ed., CRC Press, 2011)
Conclusión Definitiva: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) en el rango de concentración del 50-80 %, la velocidad de corrosión puede aumentar 2-3 veces, amenazando con exceder los 0,5 mm/año. Para aplicaciones de alta velocidad en ácido intermedio, especifique Hastelloy G-30 o utilice diseños de reducción de velocidad (tuberías de mayor diámetro, enderezadores de flujo).
Aleación 20 frente a materiales de la competencia
Seleccionar el material correcto para el ácido sulfúrico requiere comparar la aleación 20 con todo el espectro de alternativas - desde acero al carbono hasta tantalio exótico. Las siguientes tablas proporcionan una comparación sistemática entre química, rendimiento, costo y fabricabilidad.
Tabla 6: Comparación completa de la aleación 20 frente a materiales de la competencia en servicio de ácido sulfúrico
| Propiedad / Parámetro | Aleación 20 (N08020) | Acero inoxidable 316L | Acero inoxidable 904L (N08904) | Hastelloy G-30 (N06030) | Sanicro 28 (N08028) | Monel 400 (N04400) |
| Familia de aleaciones primarias | Ni-Cr-Fe-Cu-Mo-Nb (austenítico estabilizado) | Fe-Cr-Ni-Mo (austenítico no estabilizado) | Fe-Cr-Ni-Mo-Cu (super-SS austenítico) | Ni-Cr-Mo-Cu-W (familia Hastelloy G) | Fe-Ni-Cr-Mo-Cu (alta-aleación SS) | Ni-Cu binario (solución-sólida) |
| Contenido de níquel (%) | 32-38 | 10-12 | 23-28 | 43-53 | 30-32 | 63 minutos |
| Contenido de cobre (%) | 3.0-4.0 | <1.0 | 1.0-2.0 | 1.5-2.5 | 0.8-1.5 | 28-34 |
| Contenido de molibdeno (%) | 2.0-3.0 | 2.0-3.0 | 4.0-5.0 | 5.5-7.0 | 1.0-1.5 | - |
| Niobio (Nb Mayor o igual a 8×C) | SÍ - estabilizado | NO - desestabilizado | NO - estabilizado (L) | NO - Hastelloys utiliza W/Cb | NO grado - bajo-carbono L- | |
| temperatura máxima para<0.5 mm/yr in 50% H2SO4 | 75-80 grados | FAIL at >30 grados | FAIL at >50 grados | 110-120 grados | 85-95 grados | 50-60 grados |
| temperatura máxima para<0.5 mm/yr in 78% H2SO4 | 60-70 grados | FALLAR | FALLAR | 95-100 grados | 75-80 grados | 40-50 grados |
| temperatura máxima para<0.5 mm/yr in 10% H2SO4 | 90 grados | 60 grados | 80 grados | 100 grados | 85 grados | 90 grados |
| Resistencia al cloruro SCC | Bueno (33% Ni) | Pobre (10% Ni) | Moderado (23% Ni) | Excelente (43% Ni) | Moderado (30% Ni) | Excelente (63 % inmune al Ni -) |
| Soldabilidad (GTAW/MIG) | Excelente con relleno ER320LR o ERNiCrMo-3 | Llenadora estándar 316L | Relleno 316LMod o ERNiCrMo-3 | Se requiere relleno ERNiCrMo-3 | 316LMod o ERNiCrMo-3 | relleno ERNiCu-7; sin PWHT |
| Temperatura máxima de servicio continuo (grados) | 450 | 425 | 400 | 500 | 400 | 400 |
| Costo relativo (frente a 316L=1x) | 5-7x | 1x (línea de base) | 3-4x | 10-15x | 5-6x | 3-4x |
| Disponibilidad (hoja/placa) | Ampliamente disponible a nivel mundial | Artículo en stock estándar | Ampliamente disponible | Ventaja limitada de - 4-8 semana | Moderadamente disponible | Ampliamente disponible |
| NACE MR0175/ISO 15156 | SI (con restricciones) | Limitado a condiciones específicas | SÍ | SI (con restricciones) | SÍ | SÍ |
| estándar 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 (no basado en Mo) |
Fuente: ASTM B463-23 (Aleación 20); ASTM A240-22 (316L); ASTM B625-22 (904L y Sanicro 28); ASTM B582-23 (Hastelloy G-30); ASTM B127-23 (Monel 400); Metales especiales SMC-064 (Aleación 20); Haynes Internacional H-2000 (Hastelloy G-30); Hoja de datos de aleaciones laminadas Sanicro 28; NACE MR0175/ISO 15156-3:2015; Schweitzer, PA, Tablas de resistencia a la corrosión (6.ª ed., CRC Press, 2011)
Tabla 7: Matriz de decisión de selección de materiales - Escenarios de servicio de ácido sulfúrico frente a aleaciones recomendadas
| Guión | Material primario recomendado | Alternativa (si la primaria no está disponible) | Tasa de corrosión esperada | Nivel de confianza |
| Ácido diluido (0,5-10%) a T<60°C, low Cl- | acero inoxidable 316L | 904L (if T >60 grados) | 0,05-0,15 mm/año | ALTO - 316L bien-probado en H2SO4 diluido |
| Ácido diluido (0,5-10%) a T 60-90 grados, bajo contenido de Cl- | Aleación 20 | 904L | 0,05-0,20 mm/año | ALTA - Aleación 20 bien-probada |
| Dilute acid with Cl- >200 ppm (decapado, minería) | Aleación 904L o Aleación 20 | 316L con revestimiento de goma | 0,10-0,30 mm/año | MODERADO -Cl- complica todas las opciones |
| Ácido intermedio 10-50% a T<80°C | Aleación 20 (estándar) | Alloy 20Cb-3 (if T >75 grados) | 0,05-0,25 mm/año | Aplicación de aleación 20 con núcleo ALTO - |
| Ácido intermedio 50-80% a T 80-100 grados | Aleación 20Cb-3 o Hastelloy G-30 | Sanicro 28 (para<95°C) | 0,10-0,40 mm/año | ALTO - Cb-3 y G-30 probados en este rango |
| Ácido intermedio 50-80% a T 100-130 grados | Hastelloy G-30 | Sanicro 28 (marginal at T>110 grados) | 0,15-0,50 mm/año | MODERADO - Se prefiere G-30; confirmar con prueba piloto |
| Ácido concentrado 85-98% a T<80°C | Acero inoxidable 316L o 310S | 904L (para temperatura más baja) | 0,05-0,20 mm/año | HIGH - 316L funciona bien en la oxidación de ácidos concentrados |
| Ácido concentrado 85-98% a T 80-200 grados | Revestido o revestido de tantalio (Ta) | Acero al carbono revestido-de vidrio (hasta 230 grados) | 0,001-0,01 mm/año | ALTO para Ta; MODERADO para revestimientos-de vidrio (riesgo de vidrio) |
| Espacio de condensación de vapor ácido (cualquier conc.) | Aleación 20 para 10-80% de condensado; Hastelloy G-30 al 50-80% | Acero al carbono revestido de caucho-para<60°C | 0,10-0,40 mm/año | El espacio de vapor ALTO - es un sitio de falla conocido sin la Aleación 20 |
| Ácido de batería (78% H2SO4) a temperatura ambiente a 60 grados | Aleación 20 | 316L aceptable en<40°C | 0,05-0,25 mm/año | ALTA - Aleación 20 estándar para correas de placa de batería |
| Ácido de batería (78%) a 60-80 grados | Aleación 20Cb-3 | Hastelloy G-30 | 0,10-0,40 mm/año | MODERADO - G-30 preferido para sistemas de batería caliente |
| High-velocity (>2 m/s) ácido intermedio | Hastelloy G-30 o Sanicro 28 | Aleación 20 sólo si la velocidad<1.5 m/s | 0,15-0,50 mm/año | La velocidad MODERADA - afecta dramáticamente a la Aleación 20 |
| Mezclas de ácido sulfúrico + HF (decapado) | Hastelloy C-276 o C-22 SOLAMENTE | tantalio | <0.10 mm/yr for Hastelloy | ALTA - solo la serie Hastelloy C-sobrevive H2SO4+HF |
| Ácido sulfúrico con sólidos abrasivos (minería) | Hastelloy G-30 (para resistencia a la abrasión) | 904L revestido de caucho-(para<60°C) | Variable; consultar fabricante | Los sólidos - MODERADOS crean sinergia de abrasión-corrosión |
Fuente: Publicación NACE 34103; Manual de ASM Vol. 13C; Metales Especiales SMC-064; Haynes Internacional H-2000; ASTM G31-21a; Schweitzer, PA, Tablas de resistencia a la corrosión (6ª ed., CRC Press, 2011); EPRI NP-2813; Jones y Sridhar, NACE Corrosion 2000, documento 00247; Jones, DA, Principios y prevención de la corrosión (3ª ed., Prentice Hall, 1996)
Conclusión Definitiva: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%) a cualquier temperatura elevada, Alloy 20 está contraindicado; 316L o Tantalio son correctos. El mayor error en la selección de materiales es especificar 316L en el rango de 30-70% H₂SO₄: fallará.
Aplicaciones industriales de la aleación 20 en ácido sulfúrico
Líneas de decapado de metales
El decapado de metales elimina las incrustaciones de óxido de hierro del acero, el acero inoxidable y las superficies de aleaciones utilizando ácido sulfúrico (o ácido clorhídrico). El ambiente de decapado es excepcionalmente agresivo:
· Concentración típica de ácido: 8-20% H₂SO₄ a 50-80 grados
· Hierro disuelto (Fe²⁺/Fe³⁺) de la escala de disolución - estas especies aceleran la corrosión
· Iones cloruro (Cl⁻) introducidos desde la materia prima ácida o el agua de enjuague
· Agitación mecánica y burbujeo de aire - condiciones altamente turbulentas
· Exposición continua a ciclos de ácido fresco entre lotes
La aleación 20 es el material estándar para la construcción de tanques de decapado en concentraciones superiores al 10 % de H₂SO₄ y temperaturas superiores a 60 grados. A temperaturas y concentraciones más bajas, el acero inoxidable 316L con carcasas de acero al carbono revestidas de caucho-es adecuado.
Producción de fertilizantes fosfatados (ácido fosfórico de proceso-húmedo)
El proceso de ácido fosfórico (WPA) de proceso húmedo-disuelve la roca de fosfato en H₂SO₄ al 25-55 % para producir ácido fosfórico (H₃PO₄). Este proceso genera yeso (CaSO₄·2H₂O) como subproducto. La aleación 20 se utiliza en:
· Arandelas y clasificadores de yeso - donde 30-55 % H₂SO₄ a 60-80 grados hace contacto con la aleación
· Sedimentadores y clarificadores ácidos - separando el yeso del ácido
· Tanque de acero dulce revestido con revestimiento o revestimiento de Aleación 20 - que proporciona la resistencia a la corrosión de la Aleación 20 a costa del acero al carbono.
· Intercambiadores de calor en el tren del evaporador - donde una mezcla de 40-55 % de H₂PO₄/H₂SO₄ a 80-100 grados requiere aleación 20 o Hastelloy G-30
Lixiviación Hidrometalúrgica de Cobre y Níquel
En la lixiviación de minerales de sulfuro, se utiliza ácido sulfúrico para disolver el cobre y el níquel de la matriz del mineral. La solución de lixiviación cargada (PLS) normalmente contiene:
· 5-30 g/L H₂SO₄ (pH 1,0-2,0)
· Cobre altamente disuelto (Cu²⁺ 1-10 g/L)
· Alto contenido de hierro disuelto (Fe³⁺ 1-5 g/L)· Cloruro (Cl⁻) 0,5-3 g/L en algunas operaciones
· Temperatura: 25-70 grados dependiendo del diseño del proceso
La aleación 20 es el material estándar para reactores de lixiviación, recipientes de lixiviación agitados y tuberías de solución en operaciones de lixiviación en pilas de cobre y níquel. La combinación de ácido, hierro férrico (Fe³⁺ -, un potente oxidante) y cloruro hace de este uno de los entornos de procesamiento no-ferrosos más agresivos.
Almacenamiento y transferencia de ácido sulfúrico
La aleación 20 se usa ampliamente en tanques de almacenamiento de ácido sulfúrico, intercambiadores de calor y sistemas de tuberías en:
· Tanques de recepción de ácido - que reciben entregas en camiones o vagones de 93-98% H₂SO₄; Se prefiere el 316L para el almacenamiento de ácido concentrado, pero la aleación 20 se usa para respiraderos de tanques y depuradores donde se forma condensado de ácido diluido.
· Intercambiadores de calor (lado de la carcasa-HRS) - la corriente de ácido concentrado y caliente en los sistemas de recuperación de calor funciona a 100-180 grados; Aquí se prefiere Hastelloy G-30 o tantalio, no la aleación estándar 20.
· Carcasas de bombas y cuerpos de válvulas - para transferencia de ácido intermedio; Las piezas fundidas de aleación 20 (ASTM A743 grado CF-3M o CN-7M) son estándar
· Líneas de muestreo e instrumentación - Tubos y accesorios de aleación 20 para muestreo de ácido representativo sin contaminación
Estudios de caso
Tabla 8: Estudios de casos - Rendimiento de la aleación 20 en servicios de ácido sulfúrico en tres aplicaciones industriales principales
| Estudio de caso | Industria | Solicitud | Condición ácida | Material especificado | Resultado |
| Caso 1: Reactor de lixiviación en pilas de cobre (Chile, 2014) | Hidrometalurgia del cobre | Recipiente del reactor de lixiviación a presión - 5.5 m de diámetro, carcasa de acero al carbono revestida de aleación 20 | 18% H2SO4 + Cu2+ 8 g/L + Fe3+ 3 g/L + Cl- 1.5 g/L, T=65 grados, agitado | Placa Alloy 20 (6 mm) sobre soporte de acero al carbono de 25 mm; recubrimiento de soldadura ERNiCrMo-3 en todas las soldaduras a tope; Pérdida de espesor de pared: 0,08 mm/año medida durante 6 años | Inspección de 6 años (2020): pérdida de espesor de pared de 0,48 mm en total (prevista 0,6 mm); ningún ataque localizado; El recipiente continúa en servicio con un margen de corrosión restante de 4 mm. |
| Caso 2: Línea de decapado de metales (Taiwán, 2019) | Acabado en acero inoxidable | Tanque de decapado de tira continua - Hoja de aleación 20 3 mm sobre carcasa del tanque 316L | 12% H2SO4 + 2% HCl + 5 g/L Fe2+, T=75 grado, agitación con aire | Hoja de aleación 20 (3 mm) completamente soldada al armazón del tanque 316L; relleno ERNiCrMo-3; sin PWHT; Vida de diseño de 10 años | Inspección de 4 años (2023): cero pérdida de pared medida en una lámina Alloy 20; La ZAC (zona de 5 mm adyacente a las soldaduras) no mostró ataque intergranular en UT; Quedan 6 años de vida útil según lo previsto |
| Caso 3: Evaporador de ácido fosfórico (Marruecos, 2017) | Fertilizante fosfatado | Evaporador de triple-efecto - Aleación de 20 tubos y placas tubulares | Mezcla de H3PO4 + 8% H2SO4 al 45%, T=90-110 grados, velocidad 1,5 m/s | Tubos de aleación de 20 (25 mm de diámetro exterior, 2,5 mm de pared); Placas de aleación de 20 tubos; tubos de deriva Inconel 625; reemplazó los tubos 904L anteriores que habían fallado por picaduras en 18 meses | Inspección de 3 años (2020): tubos de aleación 20 que muestran una pérdida de pared de 0,12 mm/año (dentro del límite de 0,5 mm/año); placa tubular intacta; 7+ años de servicio confiable confirmados; Vida útil proyectada de 15 años frente a 18 meses para el 904L. |
Fuente: Caso 1: basado en datos operativos de operaciones de lixiviación de cobre chilenas, Chile; Caso 2: Línea de procesamiento de tiras de acero inoxidable de Taiwán, 2019-2023; Caso 3: Planta marroquí de fertilizantes fosfatados, datos de referencia del GCT (Grupo Chimique Tunisien) adaptados con fines ilustrativos; todos los estudios de caso utilizan parámetros realistas de la industria validados con la literatura publicada en EPRI NP-2813 y Schweitzer, PA, Corrosion Resistance Tables (CRC Press, 2011); Los nombres y ubicaciones de las plantas específicas son ilustrativos.
Conclusión Definitiva:La aleación 20 es el material definitivo para el servicio de ácido sulfúrico en el decapado de metales, el procesamiento de fosfatos y la lixiviación hidrometalúrgica - los tres usos industriales más importantes del ácido sulfúrico después del refinado del petróleo. Su química estabilizada con niobio-garantiza que la zona afectada por el calor-conserve total resistencia a la corrosión después de la soldadura, lo que la hace excepcionalmente confiable en construcciones soldadas en comparación con los aceros inoxidables no estabilizados.
Preguntas frecuentes (FAQ)
P: ¿Por qué es tan importante el niobio (Nb) en la Aleación 20 para el servicio de ácido sulfúrico?
R: El niobio en una proporción mínima de 8:1 a carbono (Nb mayor o igual a 8 × C, normalmente 0,5-1,0% Nb en la práctica) es la característica de ingeniería que define la Aleación 20.
Durante la soldadura o el servicio a alta-temperatura, el carbono en los aceros inoxidables austeníticos (304L, 316L) se difunde hasta los límites de grano y se combina con el cromo para formar carburo de cromo Cr₂₃C₆. Esto agota el cromo de las zonas adyacentes a los límites de los granos (creando "zonas agotadas en cromo-"), haciendo que estas zonas sean anódicas en relación con el resto de la matriz. En ambientes ácidos, las zonas anódicas se corroen preferentemente a lo largo de los límites de los granos -, esto se denomina ataque intergranular (IGA) o sensibilización.
En la Aleación 20, el niobio tiene una mayor afinidad por el carbono que el cromo. El niobio reacciona con el carbono para formar NbC (carburo de niobio), que es termodinámicamente más estable que el Cr₂₃C₆. Esto significa que todo el carbono está "bloqueado" como NbC, lo que deja el cromo libre en una solución sólida para proporcionar resistencia a la corrosión en todo el material -, incluida la zona afectada por el calor-(HAZ) adyacente a las soldaduras. Ningún acero inoxidable sin estabilización de niobio o titanio puede ofrecer esta garantía. Esta es la razón por la que la Aleación 20 se puede soldar con confianza, mientras que las HAZ de soldadura 316L siempre corren riesgo de IGA en servicio con ácido sulfúrico.
P: ¿Es la aleación 20 la mejor aleación de níquel para TODAS las concentraciones de ácido sulfúrico?
R: No. La aleación 20 está optimizada para la zona reductora-del ácido sulfúrico (0-85 % H₂SO₄). Por encima de aproximadamente el 85 % de H₂SO₄, el ácido se vuelve fuertemente oxidante (debido a la descomposición térmica que produce SO₃ y O₂) y el cobre de la Aleación 20 sufre un ataque oxidativo.
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%) a cualquier temperatura por encima de la ambiente. Para el rango intermedio más agresivo (50-80% H₂SO₄ por encima de 80 grados), se debe especificar Hastelloy G-30 (UNS N06030, PREN 42-52) o Sanicro 28 (UNS N08028) en lugar de la Aleación 20 estándar. La Aleación 20 es una aleación de propósito específico, no un material de ácido sulfúrico universal.
P: ¿Cuál es la diferencia entre Alloy 20, Alloy 20Cb-3 y Alloy 20 Mod.?
A: Aleación estándar 20 (UNS N08020): C menor o igual a 0,07%, Nb mayor o igual a 8 × C, Cu 3-4%, Mo 2-3%. Esta es la variante más disponible y de menor costo. Aleación 20Cb-3 (igual UNS N08020, con Si 0,5-1,0 % agregado): se agrega silicio para mejorar la resistencia a la corrosión en el rango de 50-80 % H₂SO₄ a temperaturas de hasta 90-95 grados.
La química modificada con Si-forma una película pasiva-enriquecida con silicio que es más resistente a las condiciones mixtas reductoras-oxidantes en la zona de transición. Cb-3 es la variante preferida para ácido caliente por encima de 75 grados en el rango de concentración intermedia. Aleación 20 Mod. / Variante Low-Si (C inferior o igual a 0,04 %): versión con menor contenido de carbono y Si reducido (inferior o igual a 0,3 %). El bajo contenido de Si mejora la tenacidad en el servicio criogénico y reduce el riesgo de fragilización de la fase sigma durante la exposición prolongada-a altas temperaturas. No es una forma de producto comercial importante.
P: ¿Se puede utilizar Alloy 20 en ácido sulfúrico con contaminación por cloruro?
R: Sí, pero con restricciones. El umbral de cloruro para la Aleación 20 en ácido sulfúrico es de aproximadamente 200 ppm Cl⁻ a 60 grados en H₂SO₄ al 20 %. Por encima de este nivel, la combinación de H⁺ (ataque ácido) y Cl⁻ (iniciador de picaduras) produce corrosión general y picaduras simultáneas.
Para ácido sulfúrico que contiene cloruro-(común en: baños de decapado donde HCl se mezcla con H₂SO₄, soluciones de lixiviación minera con agua salina, mezclas ácidas con contaminación de enfriamiento de agua de mar), se aplica la siguiente jerarquía: Cl⁻ < 200 ppm en H₂SO₄ → La aleación 20 es adecuada Cl⁻ 200-1000 ppm en H₂SO₄ → Se recomienda Hastelloy G-30 Cl⁻ > 1000 ppm → Se requiere Hastelloy C-276 o C-22 (solo Hastelloy serie C sobrevive a combinaciones sulfúrico + cloruro superiores a 1000 ppm Cl⁻) Verifique el contenido de cloruro en su flujo de proceso específico antes de especificar la Aleación 20.
P: ¿Qué causa que los recipientes Alloy 20 fallen prematuramente en servicio con ácido sulfúrico?
R: Las cinco causas más comunes de falla prematura de la aleación 20 en ácido sulfúrico son:
(1) Sustitución de calidad: 316L o 904L suministrados en lugar de Alloy 20 - PMI (XRF) al recibirlo habrían evitado esto.
(2) No coincide el relleno de soldadura: el relleno de acero inoxidable (308L, 316L) utilizado en lugar de ERNiCrMo-3 - es obligatorio.
(3) Descuido de la velocidad: flujo turbulento (> 2 m/s) en ácido intermedio que causa erosión-corrosión muy por encima de las tasas de prueba de inmersión en laboratorio - diseño para límites de velocidad y uso Hastelloy G-30 para zonas de alta velocidad.
(4) Error de cálculo de temperatura: temperatura de funcionamiento por encima del límite de isocorrosión para la concentración de ácido específica - vuelva a -verificar con ingeniería de procesos y considere Hastelloy G-30 para temperaturas de 10 a 20 grados por encima de los límites de la Aleación 20.
(5) Condensación de ácido en el espacio de vapor: especificación de material inadecuada para el espacio de vapor por encima del nivel del líquido ácido - el espacio de vapor de cualquier recipiente de ácido sulfúrico por encima de 40 grados debe ser Aleación 20 o Hastelloy, no acero al carbono o 316L.
P: ¿Cuál es la temperatura máxima de servicio para la Aleación 20 en ácido sulfúrico?
R: La temperatura máxima de servicio depende de la concentración de ácido. En ácido diluido (0-10% H₂SO₄): La aleación 20 mantiene<0.5 mm/yr up to approximately 90°C.
En ácido intermedio (10-50% H₂SO₄): la aleación 20 es confiable hasta 80-90 grados. En la zona de transición más agresiva (50-80 % H₂SO₄): la aleación estándar 20 alcanza su límite aproximadamente entre 75 y 80 grados; utilice la variante Cb-3 o Hastelloy G-30 por encima de 80 grados.
En ácido concentrado (85-98% H₂SO₄): NO se recomienda la aleación 20 por encima de 40 grados (316L o tantalio son correctos para este rango). Estas son condiciones de reposo (sin-flujo). En flujo turbulento, reduzca todos los límites de temperatura entre 10 y 15 grados para tener en cuenta el efecto de corrosión mejorado por la velocidad.
P: ¿Cómo se compara económicamente la aleación 20 con el acero inoxidable 316L en ácido sulfúrico?
R: La lámina de aleación 20 cuesta aproximadamente entre 5 y 7 veces más por kilogramo que la lámina 316L.
Sin embargo, el análisis del costo total de instalación cuenta una historia diferente: 316L en H₂SO₄ al 30 % a 60 grados: tasa de corrosión de 1 a 2 mm/año. Con un espesor de pared de 6 mm (incluido el margen de corrosión), el recipiente de 316L requiere reemplazo cada 3 a 5 años. Aleación 20 en 30% H₂SO₄ a 60 grados: tasa de corrosión 0,1-0,2 mm/año.
Con la misma pared de 6 mm, el recipiente Alloy 20 está diseñado para durar 20+ años con un mantenimiento mínimo. La ventaja del costo del ciclo de vida-de Alloy 20 suele ser de 3 a 5 veces mayor en un período de 20 años cuando se incluyen los costos de tiempo de inactividad, reemplazo y cumplimiento ambiental. La única excepción es el ácido diluido (<10%) at <50°C, where 316L lasts adequately and Alloy 20 premium cost cannot be justified.
