合金 20 は、化学プラントのエンジニアが媒体が硫酸でステンレス グレードでは不十分な場合に使用する鉄、ニッケル、クロムの合金です。この合金 UNS N08020 は、腐食表の中で狭いながらも頻繁に使用されています。中程度の温度では幅広い濃度範囲で硫酸に耐性があり、316L を無効にする混合酸を無視し、コストはモリブデン重ニッケル合金の数分の 1 です。
製品形態
バー＆ロッド
プレート＆シート
コイル＆ストリップ
パイプ＆チューブ
継手：フランジ、ティー、エルボ、レデューサーなど
鍛造品：リング、シャフト、サークル、ブロック等
合金 20 が腐食表に配置される場所
Alloy 20 を理解する最も早い方法は、その近傍を理解することです。合金含有量がそれを下回る 316L ステンレスは、モリブデン濃度 2 ～ 3% が低すぎて不動態皮膜を保持できないため、温硫酸や塩化物媒体では使用できません。
それを超えると、C-276 などのニッケルベースの合金が、より高い温度と濃度で硫酸の役割をすべて担いますが、価格は数倍になります。合金 20 は中間ステップです。ニッケルを 32 ～ 38% 含有し、クロム、モリブデン、銅を加えたもので、硫酸の使用や、化学プラントの周囲に現れる混酸と塩化物の環境向けに特別に設計されています。
銅の含有量が異常です。銅は耐食鋼への一般的な合金添加物ではありませんが、合金 20 では硫酸中での腐食挙動を変化させる元素です。銅は酸化クロム皮膜が安定していない還元性の希酸領域での耐性を向上させ、モリブデンと協力して塩化物含有媒体の孔食や隙間攻撃に抵抗します。
その結果、約 80 ～ 100 度の温度で硫酸の性能が約 50% の濃度にまで及ぶ合金が誕生しました。このエンベロープでは、肥料、冶金、特殊化学プラントの酸を扱う配管の大部分が作動します。
ASTM B729 に基づく化学組成
以下の組成制限は、UNS N08020 のシームレス パイプおよびチューブ仕様である ASTM B729 に従っています。鉄はバランスを保つ要素です。
| 要素 | 組成限界、% |
| ニ | 32.0 - 38.0 |
| Cr | 19.0 - 21.0 |
| モー | 2.0 - 3.0 |
| 銅 | 3.0 - 4.0 |
| Nb+Ta | 8 x C 最小～最大 1.0 |
| C | 0.07 max |
| ん | 2.0 max |
| シ | 1.0 max |
| P | 0.045 max |
| S | 0.035 max |
| 鉄 | バランス |
購入者にとって重要なのは 3 行です。 32.0 ～ 38.0% のニッケルがマトリックスであり、この合金がオーステナイト系ステンレス グレードよりも塩化物応力腐食割れに対してはるかに優れた抵抗力を発揮する理由です。モリブデンと銅の列が一緒になって、硫酸の挙動と耐孔食性を設定します。
そして最小 8 x C のコロンビウムとタンタルの列は安定剤です。炭素を結合するので、熱影響部にクロムが枯渇した粒界を生成する鋭敏化を起こさずに合金を溶接して使用できます。ニオブで安定化された設計により、合金 20 は製造業者に優しい材料となっています。合金 20 は溶接され、溶接後の熱処理なしで酸使用に供されます。
ASTM B729 に基づく機械的特性
合金20のパイプとチューブは安定化焼きなまし状態で提供され、ASTM B729 では次の最小限の機械的特性が要求されます。
| 財産 | 最小値（ASTM B729） |
| 抗張力 | 551 MPa (80 ksi) |
| 降伏強度、0.2% オフセット | 241 MPa (35 ksi) |
| 伸長 | 30% |
安定化焼きなまし条件での典型的な生産値は、40% の伸びで約 620 MPa の引張および 280 MPa の降伏を示します。強度は焼きなましされたオーステナイト系ステンレスと同じ範囲にあり、これはこの合金が同じ工場の慣行で製造されることを意味します。つまり、316 タイプのグレードと同様に、曲げ、回転、機械加工が行われ、加工硬化率がわずかに高くなります。
仕様の機械的な単純さ（納品条件は 1 つで、熱処理マトリックスは不要）が、Alloy 20 が主力製品とみなされている理由の 1 つです。購入者は安定化焼きなましを注文し、製造業者は通常の合金の慣例を超える特別な手順の資格なしでそれを溶接します。
物理的性質
| 財産 | 価値 |
| 密度 | 8.08g/cm3 |
| 融解範囲 | 1400 - 1443度（およそ） |
| 弾性率 | 200GPa(約) |
| 構造 | オーステナイト系、非磁性 |
| 熱伝導率、100度 | 13.5W/m・K（約） |
硫酸エンベロープを適用
Alloy 20 に関するあらゆる問い合わせにおける実際的な質問は、「この酸性の役割を果たしてくれるか?」ということです。答えは濃度と温度の関数であり、以下の表はプラント設計者が実際に使用するエンジニアリングの略記です。値はパイプとチューブのサービス指針を示すものであり、正確なプロセス媒体の腐食試験に代わるものではありません。
| 中くらい | 集中力・コンディション | アロイ20の評決 |
| 硫酸 | 0 - 50%、最大約 80 ～ 100 度 | 優れたものから優れたものまで - コアサービスエンベロープ |
| 硫酸 | 50%以上、または沸騰 | 急速に悪化 - 高級合金を検討してください |
| リン酸 | 湿式リン酸 | 良い - 肥料プラントにおける標準的な選択肢 |
| 硝酸 | すべての濃度 | 良好、304L ファミリと同様 |
| 混合酸 | H2SO4 + HCl、HNO3 + HF 酸洗槽 | 良い - 316L が失敗する場合 |
| 塩化物媒体 | 塩水、塩水、湿った塩素の痕跡 | 中程度 - 316L 以上、ニッケル合金以下の耐孔食性 |
| 苛性溶液 | 希薄 | 良い |
2 つの実際的なルールによって全体像が完成します。まず、約 10 ～ 50% の硫酸の臨界範囲では、腐食速度は温度と酸中の微量酸化剤に非常に敏感です。温度が 20 度上昇するアセットによって腐食速度が 1 桁変化する可能性があるため、仕様は通常の動作条件ではなく、最悪の動作条件に対して作成する必要があります。
第二に、高温で濃縮して扱わなければならない酸の場合、経済的な答えは合金 20 の壁ではなく、より高ニッケルの合金へのステップアップであり、決定は壁の厚さではなく腐食表に基づいて行われるべきです。
仕様と製品形態
合金 20 は、製品形式によって選択された次の仕様に従って供給されます。
- ASTM B729 / ASME SB-729 - シームレスパイプおよびチューブ
- ASTM B464 / ASME SB-464 - 溶接パイプ
- ASTM B468 - 熱交換器用溶接管
- ASTM B463 / ASME SB-463 - プレート、シート、ストリップ
- ASTM B473 - 棒、棒、鍛造品
B729 のシームレス パイプは、厚壁クラスのスケジュールで大口径までの NPS 範囲をカバーしています。 B464 の溶接パイプは、安定化焼きなまされたストリップから製造されており、継ぎ目が X 線撮影され、接合部が受け入れられる大口径向けの費用対効果の高いオプションです。熱交換器チューブには B468 が適用され、チューブはすぐに管板に巻き込める真っ直ぐな長さで供給されます。安定化焼鈍条件はすべての形状に適用されます。
代表的な用途
合金20のパイプとチューブは次のサービス全体で指定されます。
- 化学プラントの硫酸移送および再循環ライン
- 肥料工場の湿式リン酸蒸発器および配管
- 酸および塩化物媒体を処理する熱交換器および凝縮器
- 製鉄所の酸洗槽配管および酸回収システム
- 合成ゴム、医薬品、特殊化学プロセス配管
- 酸サービスにおけるポンプ、バルブ、計装コンポーネント
各サービスにおいて、合金は経済的な中間の答えです。合金は 316L が機能しないギャップを埋め、ニッケルベースの合金よりもはるかに低い価格でそれを実現します。繰り返される設計上の決定は、濃度、温度、塩化物や酸化剤の存在といった酸の義務であり、その義務がその枠内に収まったときに Alloy 20 が勝利します。
溶接と製作
合金 20 は、同じファミリーの適合するフィラー (GTAW および GMAW の場合は AWS A5.9 に準拠した ER320 または ER320LR、SMAW の場合は AWS A5.4 に準拠した E320 または E320LR) を使用して溶接され、予熱や溶接後の熱処理は必要ありません。化学的性質が安定しているということは、熱影響部が溶接されたままの状態で耐食性を維持していることを意味しており、これがこの合金をショップで人気のあるものにする実用的な利点です。
溶接の実践は、きれいな接合面、制御された入熱、低いパス間温度といったオーステナイトの規律に従って行われます。この合金は冷間成形が容易ですが、加工硬化は 316L よりも若干速く、標準的な手法と鋭利な工具で機械加工できます。
注文時に指定する内容
Alloy 20 に関する調査をクリーンに保つには、次のことを述べてください。
- 標準と形式: 「ASTM B729、UNS N08020 に準拠したシームレス パイプ」または「ASTM B464 に準拠した溶接パイプ」
- サイズ: NPS + パイプのスケジュール、チューブの外径 x 壁 (ミリメートル)
- 状態: 安定化アニール
- 長さと端の仕上げ: 固定またはランダムな長さ、プレーンエンドまたは面取り
- 証明書: EN 10204 3.1、熱化学および引張結果
よくある質問
Q: Alloy 20 は何に使用されますか?
A: 主に硫酸サービス (化学、肥料、冶金プラントの移送ライン、熱交換器、プロセス配管) に加え、316L が故障する混合酸および塩化物環境も対象となります。
Q: 合金 20 と 316L の違いは何ですか?
A: 合金 20 には、316L の約 3 倍のニッケルに加えて、3 ～ 4% の銅とコロンビウム安定化剤が含まれています。その結果、硫酸や塩化物に対する応力腐食割れに対する耐性が大幅に向上しますが、価格は高くなります。
Q: Alloy 20 は 20Cb-3 と同じですか?
A: 名前は同じ化学ファミリーに対して一般的に使用されています。合金 20、UNS N08020 は標準の安定化グレードです。 20Cb-3 は、同じ材料の歴史的な商品名です。
Q: できますか？アロイ20パイプ溶接されるの？
A: はい、ER320/ER320LR フィラーを使用し、予熱や溶接後の熱処理は必要ありません。コロンビウムの安定化により、溶接熱影響部の耐腐食性が溶接されたままの状態で維持されます。
Q: Alloy 20 の最高使用温度は何度ですか?
A: 構造的なサービスの場合は、強度が大幅に低下する約 500 ～ 600 度です。酸腐食サービスの場合、実際の限界は金属温度だけではなく、酸濃度と温度エンベロープによって設定されます。
Q: アロイ 20 の密度はどれくらいですか?
A: 約 8.08 g/cm3 で、オーステナイト系ステンレス グレードに近いため、パイプの重量は標準ステンレス係数 0.02466 x (OD - WT) x WT (kg/m) で計算されます。
