أشابة 20 / الولايات المتحدة N08020 / W.Nr. 2.4660: شريط, ورقه, طبق, أنابيب, يضخ, توصيلات, الشفاه

مقدمة للسبائك 20

أشابة 20, المعروف أيضًا باسم UNS N08020 أو W.NR. 2.4660, هي سبيكة أوستنيكية من حديد النيكل مع إضافات النحاس والموليبدينوم, مصمم لاستثنائية تآكل مقاومة, خاصة ضد حمض الكبريتيك. يشار إليها في كثير من الأحيان باسم النجار 20 أو سبيكة incoloy 20, تم استقرار مع النيوبيوم لمقاومة التآكل بين الحبيبية, مما يجعلها مادة متعددة الاستخدامات للبيئات الكيميائية القاسية. متوفر في أشكال مختلفة - بار, ملزمة, طبق, أنبوب, الأنابيب, توصيلات, والشفاه - كلها 20 يستخدم على نطاق واسع في الصناعات مثل المعالجة الكيميائية, البتروكيماويات, الأدوية, وتجهيز الأغذية. قدرتها على مقاومة الحفر, شق التآكل, وتكسير التآكل في كلوريد (SCC) يجعلها مثالية لتطبيقات مثل المبادلات الحرارية, خلط الدبابات, وأنظمة الأنابيب.

محتوى النيكل سبيكة (32-38%) يضعه على الحدود بين الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك النيكل, تقديم بديل فعال من حيث التكلفة لسبائك نيوك عالية مثل Inconel 625 في حين يتفوق على الفولاذ المقاوم للصدأ القياسي في وسائل الإعلام المسببة للتآكل. تتيح خصائصها الميكانيكية وقابليتها للنسيج تشكيلها في مكونات معقدة, مثل الشفاه والتجهيزات, مع قابلية اللحام الممتازة. توفر هذه المقالة تحليلًا مفصلاً للتكوين الكيميائي لسبائك 20, الخواص الميكانيكية, المقاومة للتآكل, عمليات التصنيع, تطبيقات, والتحمل الأبعاد عبر أشكالها المختلفة, مع مقارنات مع inconel 625, إنكولوي 901, ASTM A671 CC60, و API 5L PSL2 BNS. تلخص الجداول المعلمات الرئيسية للمرجع الهندسي, ضمان فهم شامل لقدرات هذا superalloy.

التركيب الكيميائي وتحليل المواد

تم تصميم التركيب الكيميائي لسبائك 20 من أجل مقاومة التآكل والاستقرار. أنه يحتوي على النيكل (32.0-38.0%), الكروم (19.0-21.0%), الموليبدينوم (2.0-3.0%), نحاس (3.0-4.0%), حديد (توازن, ~ 29.85 ٪ دقيقة), الكربون (≤0.07 ٪), المنغنيز (≤2.0 ٪), السيليكون (.01.0%), الفوسفور (≤0.045٪), كبريت (≤0.035٪), و niobium plus tantalum (8xc ل 1.0%). يعزز محتوى النيكل العالي مقاومة تقليل الأحماض, بينما يوفر الكروم مقاومة الأكسدة من خلال طبقة أكسيد سلبي. الموليبدينوم والنحاس يحسنان مقاومة التآكل وتآكل الشقوق, خاصة في بيئات حمض الكبريتيك. نيوبيوم يستقر سبيكة ضد التوعية, منع التآكل البيني أثناء اللحام.

بالمقارنة مع inconel 625 (58% مين نيكل, 8-10% الموليبدينوم), أشابة 20 لديه انخفاض النيكل والموليبدينوم ولكن النحاس العالي, مما يجعله أكثر مقاومة لحمض الكبريتيك ولكنه أقل ملاءمة للتآكل شديد الحرارة. إنكولوي 901 (40-45% النيكل, 11-14% الكروم) يفتقر إلى النحاس, تقليل فعاليتها في بيئات الحمض. ASTM A671 CC60 (0.04-0.27% الكربون, 0.85-1.20% المنغنيز) و API 5L PSL2 BNS (≤0.12 ٪ الكربون, ≤1.20 ٪ المنغنيز) هي فولاذ الكربون مع الحد الأدنى من السبائك, الاعتماد على الطلاء لحماية التآكل. يضمن هيكل الأوباس العشري 20 ليونة وصدة, ويقلل محتوى الكربون المنخفض من هطول الأمطار كربيد, مما يجعلها مناسبة للمكونات الملحومة مثل الأنابيب والتجهيزات في النباتات الكيميائية. التكوين يوازن التكلفة والأداء, تقديم مقاومة تآكل متفوقة لتطبيقات محددة للثقل الحمضي مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ القياسي.

الخصائص الميكانيكية

أشابة 20 يعرض خصائص ميكانيكية قوية, مناسبة للمطالبة بالتطبيقات الصناعية. في حالة الصلب, لديها الحد الأدنى من قوة الشد 551 الآلام والكروب الذهنية (80 كسيت), عائد قوة 241 الآلام والكروب الذهنية (35 كسيت), واستطالة 30%, مع تقليل مساحة 50% للحانات. الصلابة عادة 160-200 برينل. هذه الخصائص متسقة عبر أشكال مثل القضبان, أوراق, لوحات, أنبوب, الأنابيب, توصيلات, والشفاه, كما هو محدد في ASTM B473 (الحانات), B463 (أوراق/لوحات), و B366 (توصيلات). تحتفظ السبائك بالقوة والليونة في درجات حرارة مرتفعة تصل إلى 1000 درجة فهرنهايت (538° C), لكل حدود ASME, مما يجعلها مناسبة للمبادلات الحرارية وأنابيب العملية.

بالمقارنة مع inconel 625 (الشد 827 الآلام والكروب الذهنية, يخضع أو يستسلم 414 الآلام والكروب الذهنية), أشابة 20 يتمتع بقوة أقل ولكن قابلية أفضل في بيئات الحمض. إنكولوي 901 (الشد ~ 1150 ميجا باسكال) يوفر قوة أعلى ولكنه عرضة للتآكل في حمض الكبريتيك. ASTM A671 CC60 (الشد 415-550 الآلام والكروب الذهنية, يخضع أو يستسلم 220 الآلام والكروب الذهنية) و API 5L PSL2 BNS (الشد 415-760 الآلام والكروب الذهنية, يخضع أو يستسلم 245 الآلام والكروب الذهنية) أضعف ومصممة لتطبيقات مختلفة (خطوط أنابيب للخدمة المنخفضة في درجة الحرارة والخدمة الحامضة, على التوالي). أشابة 20 يخضع للشد, تأثير, واختبار الصلابة لضمان الموثوقية. خصائصها الميكانيكية تدعم استخدامه في المكونات الهيكلية مثل الشفاه والتجهيزات, حيث تتطلب القوة المعتدلة ومقاومة التآكل العالية, ضمان المتانة في البيئات الكيميائية والبحرية.

خصائص مقاومة التآكل

أشابة 20 تم تصميمه لمقاومة التآكل الاستثنائية, خاصة في بيئات حمض الكبريتيك, بأداء جيد في الفسفوري, حامض النتريك, والوسائط المحتوية على الكلوريد. عدد مكافئ مقاومة الحفر (خشب) تقريبا 34, تشير إلى مقاومة قوية للتآكل وتآكل الشقوق. سبيكة محصنة تقريبًا من تكسير الإجهاد في كلوريد, جعلها مناسبة لتطبيقات المعالجة البحرية والكيميائية. النحاس يعزز مقاومة حمض الكبريتيك, بينما يحمي الموليبدينوم من الحفر في الكلوريد. يمنع تثبيت النيوبيوم التآكل بين الخلايا في مكونات ملحومة مثل الأنابيب والتجهيزات. معدلات التآكل في حمض الكبريتيك الساخن منخفضة (0.1-0.5 مم/سنة), على الرغم من أن الحذر مطلوب في بيئات كلوريد عالية حيث يمكن أن يزداد الحفر.

بالمقارنة مع inconel 625 (الخشب ~ 52), أشابة 20 أقل مقاومة للتآكل الشديد ولكنه يتفوق في حمض الكبريتيك. إنكولوي 901, مع انخفاض الموليبدينوم, أقل فعالية ضد الحفر. ASTM A671 CC60 و API 5L PSL2 BNS, كل من الفولاذ الكربون, تتطلب الطلاء مثل الايبوكسي أو البولي إيثيلين لمقاومة التآكل, على عكس المقاومة المتأصلة في Alloy 20. أداء السبائك في دبابات التخليل, أوعية المفاعل, ومعدات معالجة الأغذية تبرز موثوقيتها. يمكن أن تعزز الطلاءات الخارجية طول العمر في البيئات العدوانية, لكن خصائصها الجوهرية تجعلها خيارًا مفضلاً لتطبيقات مثل إزالة الكبريتات الغازية والمعالجة الصيدلانية, حيث تكون مقاومة التآكل أمرًا بالغ الأهمية.

التصنيع والمعالجة

أشابة 20 يتم تصنيعه باستخدام ذوبان تحريض الفراغ أو أفران القوس الكهربائي, تليها العمل الساخن أو البارد لإنتاج الحانات, أوراق, لوحات, أنبوب, الأنابيب, توصيلات, والشفاه. يتم تنفيذ العمل الساخن في 2100-2250 درجة فهرنهايت (1149-1232° C) لتجنب تصلب العمل, مع الصلب في 1700-1850 درجة فهرنهايت (927-1010° C) لاستعادة ليونة. يعمل العمل البارد على تعزيز القوة للحانات والأوراق, تليها تخفيف الإجهاد أو الحل الصلب لتحسين مقاومة التآكل. يستخدم اللحام تقنيات مثل GTAW, GMAW, أو smaw مع مطابقة المعادن الحشو (على سبيل المثال, ER320LR), ضمان الحد الأدنى من هطول الأمطار كربيد. يتطلب الآلات إعدادات صلبة وأدوات كربيد بسبب قوة القص العالية للسبائك.

بالمقارنة مع inconel 625, الذي يتطلب علاجات حرارية مماثلة ولكن أكثر دقة, أشابة 20 من الأسهل تصنيعها بسبب انخفاض محتوى النيكل. إن تصلب هطول الأمطار في Incoloy 901 يعقد المعالجة, بينما تستخدم ASTM A671 CC60 و API 5L PSL2 BNS لحام الصلب الكربوني الأكثر بساطة (على سبيل المثال, افو, لساو). يتم إنتاج نماذج السبائك 20 وفقًا لمعايير ASTM: B473 (الحانات), B463 (أوراق/لوحات), B729/B464 (أنابيب سلسة/ملحومة), B468 (أنابيب), و B366 (توصيلات). اختبار غير مدمر (فوق صوتي, الأشعة) يضمن الجودة, خاصة للأنابيب الملحومة والتجهيزات. تدعم القابلية لصناعة السبائك المكونات المعقدة مثل المرفقين, كما نعلم جميعا, والشفاه, جعلها متعددة الاستخدامات للأنظمة الكيميائية والبتروكيماوية حيث تشكيل دقيق ولحام ضروريان.

تطبيقات

أشابة 20 يستخدم على نطاق واسع عبر الصناعات بسبب مقاومة التآكل وتنوعه في أشكال مختلفة. تستخدم الحانات لسحبات, ينبع الصمام, ومسخة مهاوي في المعالجة الكيميائية. تعمل الأوراق والألواح ككسوة لخزانات التخزين وأوعية المفاعل في الصناعات الصيدلانية والغذائية. الأنابيب والأنابيب مهمة في المبادلات الحرارية, عملية الأنابيب, ومعدات التخليل, التعامل مع أحماض الكبريتيك والفوسفوريك. توصيلات (على سبيل المثال, المرفقين, كما نعلم جميعا, يصب) وتوصيل الشفاه أنظمة الأنابيب في التطبيقات البتروكيماوية والبحرية. تشمل الاستخدامات المحددة قبعات الفقاعات, خلط الدبابات, ومعدات لإزالة الكبريت الغازات المداخن, حيث تكون مقاومة مركبات الكبريت أمرًا حيويًا.

بالمقارنة مع inconel 625, تستخدم في الفضاء والبيئات البحرية الشديدة, أشابة 20 يستهدف التطبيقات الثقيلة الحمضية بتكلفة أقل. إنكولوي 901 يقتصر على الفضاء العالي درجات الحرارة, تفتقر إلى مقاومة الحمض. ASTM A671 CC60 هو لخطوط الأنابيب منخفضة الحرارة, و API 5L PSL2 BNS لخطوط الغاز الحامضة, لا تقدم مقاومة التآكل من سبائك 20. استخدام السبائك في تصنيع المطاط الصناعي, إنتاج الصبغة, وتبرز المعدات الصيدلانية قدرتها على التكيف. تضمن قدرتها على التصنيع في تركيبات وشفاه معقدة أداءً موثوقاً في البيئات القاسية, تقليل تكاليف الصيانة وتعزيز طول عمر النظام في مصانع المعالجة الكيميائية والمواد الغذائية.

التسامح الأبعاد

تحمل الأبعاد للسبائك 20 يتم تحديد المنتجات وفقًا لمعايير ASTM لضمان الدقة. الحانات (ASTM B473) تتراوح بين 5 مم إلى 500 مم في القطر, مع التحمل ± 0.1 مم للأقطار الصغيرة و ± 1 ٪ لأكثر من ذلك. ملاءات وألواح (ASTM B463) لها سماكة 0.5-10 مم (المدرفلة على البارد) و 3-200 مم (ساخنة), مع تحمل ± 0.1 مم للألواح الرقيقة و ± 1.5 مم للألواح السميكة. أنابيب/أنابيب سلسة (B729) والأنابيب/الأنابيب الملحومة (B464/B468) تتراوح بين 0.5-8 بوصة في القطر, مع التحمل OD من ± 0.5 ٪ وسمك الجدار ± 10 ٪. توصيلات (B366) وتتبع الشفاه ASME B16.9/B16.5, مع التحمل من ± 1 مم للتجهيزات الصغيرة و ± 3 مم للشفاه الكبيرة.

بالمقارنة مع inconel 625 (ASTM B446: ± 0.25 مم للبارات), أشابة 20 لديه تحملات مماثلة ولكن من الأسهل في الآلة. إنكولوي 901 يتطلب عناصر تحكم أكثر تشددًا لدقة الفضاء الجوي. ASTM A671 CC60 (± 0.5 ٪ من) و API 5L PSL2 BNS (± 0.75 ٪ من) لديك التحمل أكثر مرونة بسبب أحجام خطوط الأنابيب الأكبر. تضمن تفاوضات السبائك 20 التوافق في الأنظمة المعقدة, مع نهاية نهاية (على سبيل المثال, مشطوف, مترابطة) اجتماع معايير ASME للحام والتجميع. تضمن هذه المواصفات تركيب موثوق في تطبيقات مثل الأنابيب الكيميائية والمعدات الصيدلانية, تقليل القضايا التشغيلية.

المواصفات الفنية وجدول المعلمات

يلخص الجدول التالي المعلمات الرئيسية للسبائك 20 عبر أشكالها المختلفة, توفير مرجع للمهندسين.

يوفر هذا الجدول نظرة عامة موجزة على مواصفات السبائك 20, المساعدة في قرارات التصميم والمشتريات.

مقارنة مع سبائك أخرى

أشابة 20 تتم مقارنتها مع inconel 625, إنكولوي 901, ASTM A671 CC60, و API 5L PSL2 BNS لأدائه. إنكونيل 625 (الشد 827 الآلام والكروب الذهنية, الخشب ~ 52) يوفر مقاومة تآكل فائقة في بيئات درجات الحرارة العالية والكلوريد ولكنها أكثر تكلفة. إنكولوي 901 (الشد ~ 1150 ميجا باسكال) يتفوق في قوة درجات الحرارة العالية ولكنه يفتقر إلى مقاومة الحمض. ASTM A671 CC60 (الشد 415-550 الآلام والكروب الذهنية) هو لخطوط الأنابيب منخفضة الحرارة, تتطلب الطلاء للتآكل. API 5L PSL2 BNS (الشد 415-760 الآلام والكروب الذهنية) تم تحسينه للخدمة الحامضة ولكن ليس لمقاومة الأحماض العامة. توازن مقاومة التآكل في السبائك 20, قوة, والتكلفة تجعلها مثالية لتطبيقات حمض الكبريتيك الثقيلة, يتفوق على فولاذ الكربون والتنافس مع سبائك عالية النيكل في بيئات محددة.

التحديات والقيود

أشابة 20 يواجه تحديات في بيئات كلوريد عالية, حيث يمكن أن يحدث تآكل التآكل, تتطلب تصميمًا دقيقًا ومراقبة. الحد الأقصى لدرجة الحرارة 1000 درجة فهرنهايت (538° C) يقيد الاستخدام في التطبيقات عالية الحرارة مقارنة مع inconel 625 (ما يصل إلى 1800 درجة فهرنهايت). الآلات صعبة بسبب تصلب العمل, الاستلاحات الأدوات الحادة وسرعات القطع المنخفضة. بالمقارنة مع فولاذ الكربون مثل ASTM A671 CC60 أو API 5L BNS, أشابة 20 أكثر تكلفة, الحد من استخدامه على التطبيقات التي تكون فيها مقاومة التآكل أمرًا بالغ الأهمية. يتطلب اللحام أسطحًا نظيفة لتجنب التلوث, والتكاليف المرتفعة مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ يمكن أن تكون حاجزًا. يتم تخفيف هذه التحديات من خلال تقنيات التصنيع المناسبة, الطلاءات, والتصميم الخاص بالتطبيق, ضمان الموثوقية في النظم الكيميائية والبحرية.

الاتجاهات والابتكارات المستقبلية

مستقبل السبائك 20 ينطوي على التقدم في التصنيع والتطبيقات. يتم استكشاف التصنيع المضافة للتركيبات والشفاه المخصصة, تقليل النفايات وتمكين التصميمات المعقدة. تحسن تقنيات اللحام, مثل لحام الليزر, تعزيز سلامة المفصل للأنابيب والأنابيب. الطلاء القائم على تقنية النانو تعمل على تحسين مقاومة التآكل في بيئات كلوريد عالية, تمديد عمر الخدمة. استخدام السبائك في الصناعات المستدامة, مثل المعالجة الكيميائية الخضراء وإنتاج الغذاء, ينمو بسبب عدم التسمم والمتانة. بالمقارنة مع تركيز Inconel 625 على الفضاء, أشابة 20 يستهدف الابتكارات الكيميائية والصيدلانية. تشهد مواد ASTM A671 و API 5L تطورات الطلاء, لكن المقاومة المتأصلة في السبائك 20 يضعها في تطبيقات عالية القيمة. الرصد الرقمي للتآكل والإجهاد سوف يعزز موثوقيته, ضمان استمرار الأهمية في البيئات المسببة للتآكل.

خاتمة

أشابة 20 (الولايات المتحدة N08020, W.Nr. 2.4660) هي سبيكة متعددة الاستخدامات من الحديد الحديد والكروم مع مقاومة تآكل ممتازة, خاصة في بيئات حمض الكبريتيك. متوفر في الحانات, أوراق, لوحات, أنبوب, الأنابيب, توصيلات, والشفاه, يخدم المواد الكيميائية, الأدوية, وصناعات معالجة الأغذية. خصائصها الميكانيكية (551 MPA الشد, 241 العائد MPA) ومكونات المعقدة لدعم القابلية للنقاش, بينما مقاومة التآكل (الخشب ~ 34) يتفوق على فولاذ الكربون مثل ASTM A671 CC60 و API 5L PSL2 BNS. بالمقارنة مع inconel 625 و إنكولوي 901, يوفر مقاومة حمض فعالة من حيث التكلفة. يلخص الجدول المقدم البيانات الرئيسية, مساعدة المهندسين. الابتكارات المستقبلية في التصنيع والطلاء ستعزز فائدتها, ضمان سبيكة 20 لا تزال مادة حاسمة للبيئات القاسية.

[](حيث n هي عامل الأمان://www.textronsteelalloys.com)[](حيث n هي عامل الأمان://megamex.com/alloy-20/)