Liga 20 vs Liga 28: Selecionando o Superaustenítico Certo para Serviço Ácido

Liga 20é otimizado para serviço de ácido sulfúrico (especialmente<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.

Tanto a Liga 20 (UNS N08020) quanto a Liga 28 (UNS N08028) são ligas de aços inoxidáveis ​​superausteníticos-níquel-ferro-cromo com adições aprimoradas de cromo, molibdênio e cobre que superam os graus austeníticos padrão em ambientes ácidos agressivos. Sua principal diferença está na ênfase da composição: a Liga 20 prioriza o cobre (3–4%) e a estabilização do nióbio para resistência ao ácido sulfúrico, enquanto a Liga 28 maximiza o cromo (26–28%) e o molibdênio (3–4%) para resistência superior à corrosão e serviço de gás fosfórico/ácido.

Compreendendo os aços inoxidáveis ​​superausteníticos

Os aços inoxidáveis ​​superausteníticos ocupam um nível acima dos graus austeníticos padrão (304, 316) tanto no teor de liga quanto na resistência à corrosão. Eles são definidos por valores de PREN (número equivalente de resistência à corrosão) superiores a 40, significativamente superiores aos ~25 do aço inoxidável 316. Tanto a Liga 20 quanto a Liga 28 pertencem a esta classe, oferecendo resistência a ácidos agressivos, cloretos e corrosão sob tensão que os aços inoxidáveis ​​convencionais não podem fornecer.

Liga 20: Especialista em Ácido Sulfúrico

A liga 20 (UNS N08020, também conhecida como Carpenter 20Cb-3, NS143, 0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb) foi desenvolvida em 1963 especificamente para resistir à corrosão do ácido sulfúrico no processamento químico. Suas características definidoras são a adição de cobre (3–4%) para resistência ao ácido sulfúrico e nióbio (Nb maior ou igual a 8×C) para resistência à sensibilização. Continua a ser o material de referência para ambientes de ácido sulfúrico.

Liga 28: Campeão de ácido fosfórico e gás ácido

A liga 28 (UNS N08028, também conhecida como Sanicro 28, 1.4563, 00Cr27Ni31Mo3Cu) foi desenvolvida especificamente para trocadores de calor de ácido fosfórico de processo- úmido. Seu maior teor de cromo (26–28%) e molibdênio (3–4%) fornece resistência excepcional ao ácido fosfórico, ambientes de gases ácidos (H₂S/CO₂/Cl⁻) e meios contendo haleto-. Seu teor de carbono é restrito a menos ou igual a 0,03% para resistência à corrosão intergranular inerente.

Composição Química

A liga 20 contém maior estabilização de cobre (3–4%) e nióbio (Nb maior ou igual a 8×C), otimizada para ácido sulfúrico. A liga 28 contém maior cromo (26–28% vs 19–21%) e molibdênio (3,5% vs 2,5%), proporcionando PREN superior (~36 vs ~28) e melhor resistência à corrosão por pites/fendas.

Cálculo do PREN

PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N (nitrogênio ~0,15% em ambos os graus):

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

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

• Vantagem da liga 28 PREN: ~8 pontos mais alta=significativamente melhor resistência à corrosão por pite e em fendas.
• Limiar da indústria: PREN > 40 para serviço de água salgada; A Alloy 28 aborda isso com sua classificação de 36,5.
• A Liga 20 PREN 28.5 é substancialmente melhor que a 316 (PREN ~25), mas bem abaixo da Liga 28.

Por que as diferenças de composição são importantes

• Cobre (Cu): Forma complexos protetores com ácido sulfúrico, diminuindo a taxa de corrosão. Essencial para serviço de H₂SO₄.
• Nióbio (Nb): evita a sensibilização do carboneto de cromo durante a soldagem e serviços em altas-temperaturas.
• Cromo (Cr): Principal fator de estabilidade passiva do filme; maior=melhor resistência geral à corrosão e oxidação.
• Molibdênio (Mo): Crítico para resistência à corrosão; melhora significativamente a resistência ao cloreto e ao ácido fosfórico.

Propriedades Físicas e Mecânicas

Ambas as ligas exibem microestruturas totalmente austeníticas com excelente ductilidade-à temperatura ambiente. A Liga 20 tem resistência à tração ligeiramente maior (maior ou igual a 550 MPa vs 500 MPa) devido ao fortalecimento do nióbio, enquanto a Liga 28 oferece resistência criogênica superior e trabalhabilidade a quente. Nenhum dos dois é adequado para uso sustentado acima de 450 graus sem uma avaliação cuidadosa.

Condição-trabalhada a frio

• Liga 28-trabalhada a frio: resistência à tração de até 896 MPa, limite de escoamento de até 758 MPa, alongamento reduzido para aproximadamente 15%.
• Liga 20: Também responde ao trabalho a frio; a resistência aumenta significativamente com deformação moderada.
• Nota de aplicação: Para tubulações de alta-pressão que exigem alta resistência, a Liga-trabalhada a frio ou a Liga 20 podem ser especificadas.

Limitações de temperatura elevada

Resistência à corrosão

A Liga 20 é a escolha preferida para ambientes de ácido sulfúrico, especialmente H₂SO₄ concentrado em temperaturas moderadas. A liga 28 é superior em ácido fosfórico, gás ácido (H₂S/CO₂/Cl⁻) e ambientes ricos em cloreto-. Nenhum dos dois é recomendado para serviços com ácido clorídrico (HCl).

Ácido Sulfúrico (H₂SO₄)

• Mecanismo: O cobre na Liga 20 forma filmes passivos protetores do tipo Cu₂S-que resistem ao ataque do ácido sulfúrico de forma mais eficaz do que os filmes de cromo-molibdênio sozinhos.
• Limite de temperatura: Ambas as ligas são geralmente limitadas a<50–60°C in sulfuric acid. Above this, expensive nickel alloys (Alloy 625, Alloy 825) are required.
• Vantagem principal da liga 20: A adição de cobre (3–4%) melhora especificamente a resistência à redução de condições ácidas, como ácido sulfúrico.

Ácido Fosfórico (H₃PO₄)

• A liga 28 foi desenvolvida especificamente para o processo-úmido de produção de ácido fosfórico, onde impurezas de flúor e cloreto fazem com que os aços inoxidáveis ​​convencionais falhem rapidamente.
• Pesquisa (Springer, 2024): A liga 28 em ácido fosfórico P₂O₅ 52% com agentes oxidantes apresentou taxas de corrosão negativas (ganho de peso pela formação de filme passivo), confirmando excelente passividade.
• Teor de Mo (3,5%): Crítico para resistir ao ácido fosfórico com impurezas F⁻/Cl⁻ que atacam agressivamente filmes passivos.

Ambientes de gás ácido e campos petrolíferos (H₂S/CO₂/Cl⁻)

A Liga 28 é significativamente superior para serviços de gás ácido devido ao maior teor de Cr e Mo, fornecendo PREN ~36,5 versus Liga 20 ~28,5. Em ambientes H₂S/CO₂/Cl⁻, a Liga 28 é a escolha padrão para OCTG (produtos tubulares para regiões petrolíferas) e trocadores de calor.

• Aplicação da Liga 28: Tubulação de produção (OCTG) e trocadores de calor em campos ácidos de petróleo e gás com alto teor de H₂S/CO₂/Cl⁻.
• Mecanismo de liga 28: Alto Cr forma filme Cr₂O₃ passivo estável; alto Mo forma uma camada protetora de MoO₂ resistente ao ataque de cloreto sob H₂S.
• NACE MR0175/ISO 15156: Ambas as ligas podem ser listadas para serviços ácidos, mas a aceitação mais ampla da Liga 28 decorre do PREN superior.

Corrosão por picada e fenda

O que nenhuma das ligas lida bem

• Ácido clorídrico (HCl): Nem a Liga 20 nem a Liga 28 são recomendadas para serviços de HCl. Use Liga B (N10001) ou Liga 400.
• High-Temperature (>450 graus) Ambientes oxidantes: Ambas as ligas perdem resistência à corrosão; considere Liga 625 ou Liga 800H.
• Aqua Regia (HNO₃ + HCl): Nenhum dos tipos oferece resistência adequada.

Soldabilidade e Fabricação

Ambas as ligas são facilmente soldáveis ​​usando processos padrão de aço inoxidável austenítico. A Liga 20 requer carga estabilizada-de nióbio (ERNiCrMo-3) para um serviço ideal em alta temperatura, enquanto a Liga 28 usa carga ERNiCrMo-3 ou ER316L. Nenhum deles requer pré-aquecimento.

Especificações de soldagem da liga 20

• Eletrodos AWS A5.14 ERNiCrMo-3 ou AWS A5.11 ENiCrMo-3 recomendados.
• O nióbio na carga estabiliza o metal de solda contra a sensibilização.
• Recozimento de solução após soldagem: 900–1150 graus por 1–2 horas, resfriamento rápido com ar ou água.
• A composição do metal de solda corresponde ao metal original quando se utiliza enchimento adequado.

Especificações de soldagem da liga 28

• ERNiCrMo-3: preferido para soldas de serviço de alta-corrosão (ambientes H₂S/Cl⁻).
• ER316L: Aceitável para serviço ácido padrão; fornece resistência à corrosão correspondente.
• Recozimento de solução: 1.100 graus é ideal tanto para propriedades mecânicas quanto para resistência à corrosão (pesquisa-confirmada).
• O carbono ultra-baixo (menor ou igual a 0,03%) significa que não há risco de sensibilização, mesmo na zona-afetada pelo calor (HAZ).

Custo e disponibilidade de mercado

A Liga 28 é geralmente 10–25% mais cara que a Liga 20 devido ao maior teor de cromo e molibdênio. No entanto, em aplicações de ácido fosfórico e gás ácido, a resistência superior à corrosão da Liga 28 proporciona menor custo total do ciclo de vida através de vida útil prolongada do equipamento e manutenção reduzida.

Quando o custo mais alto da liga 28 é justificado

• Ácido fosfórico com impurezas de flúor/cloreto: A Liga 20 sofrerá ataque acelerado; A liga 28 dura significativamente mais.
• Gás ácido com alto H₂S/CO₂/Cl⁻: OCTG e falhas na cabeça do poço com a Liga 20 excederiam em muito a economia de custos de material.
• Serviço de água do mar: O PREN da liga 20 ~28,5 é inadequado; A liga 28 (PREN ~36,5) fornece um serviço confiável.

Resumo de comparação de referência rápida

Conclusão

A decisão entre Liga 20 e Liga 28 é fundamentalmente determinada pelo meio corrosivo dominante na aplicação. Ambos são aços inoxidáveis ​​superausteníticos com excelente resistência à corrosão, mas suas diferentes ênfases em composições tornam cada um deles ideal para ambientes de serviço distintos:

Liga 20(N08020, 0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb) é especialista em ácido sulfúrico. Sua adição de 3–4% de cobre cria uma resistência de filme passiva única contra H₂SO₄ que a Liga 28 não consegue igualar. Desenvolvido especificamente para aplicações de processamento químico envolvendo ácido sulfúrico, ácidos mistos e limpeza com ácido, a Liga 20 continua sendo o padrão de engenharia para serviços com H₂SO₄ abaixo de 50 graus. Use-o quando seu processo for predominantemente ácido sulfúrico-e a economia favorecer um superaustenítico-contendo cobre em vez de ligas à base de níquel-.

Liga 28(N08028, 00Cr27Ni31Mo3Cu) é o campeão em ácido fosfórico e gás ácido. Seus 26-28% de cromo e 3,5% de molibdênio fornecem PREN ~36,5, oferecendo resistência à corrosão por pites e fendas dramaticamente melhor do que a Liga 20. Originalmente desenvolvida para solucionar falhas de trocadores de calor de ácido fosfórico em processos úmidos, a Liga 28 se tornou o padrão para produção de óleo e gás ácido (H₂S/CO₂/Cl⁻), serviço de água do mar e sistemas FGD. Use-o quando a ameaça for ácido fosfórico contaminado com haleto-, gás ácido ou qualquer ambiente onde o alto PREN e a resistência à corrosão localizada determinem a vida útil do equipamento.

Para engenheiros de compras: compare-a ameaça de corrosão primária e a temperatura operacional máxima com as tabelas de comparação acima. Para engenheiros de processo: confirme se a liga selecionada foi testada na concentração de ácido, temperatura e perfil de impurezas específicos do seu fluxo de processo. Em caso de dúvida, consulte as fichas técnicas da liga e as diretrizes NACE/ASME BPVC para obter as condições de serviço relevantes.