Paduan 20 vs Paduan 28: Memilih Superaustenitik yang Tepat untuk Layanan Asam - Pengetahuan

Paduan 20dioptimalkan untuk layanan asam sulfat (khususnya<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.

Alloy 20 vs Alloy 28

Baik Alloy 20 (UNS N08020) maupun Alloy 28 (UNS N08028) merupakan baja tahan karat superaustenitik-nikel-besi-paduan kromium dengan penambahan kromium, molibdenum, dan tembaga yang disempurnakan yang mengungguli kadar austenitik standar di lingkungan asam yang agresif. Perbedaan utamanya terletak pada penekanan komposisi: Paduan 20 memprioritaskan stabilisasi tembaga (3–4%) dan niobium untuk ketahanan terhadap asam sulfat, sedangkan Paduan 28 memaksimalkan kromium (26–28%) dan molibdenum (3–4%) untuk ketahanan lubang yang unggul dan layanan fosfat/gas asam.

Baja tahan karat superaustenitik menempati tingkat di atas mutu austenitik standar (304, 316) baik dalam kandungan paduan maupun ketahanan terhadap korosi. Mereka ditentukan oleh nilai PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) yang melebihi 40, jauh lebih tinggi dari baja tahan karat 316 ~25. Baik Alloy 20 dan Alloy 28 termasuk dalam kelas ini, menawarkan ketahanan terhadap asam agresif, klorida, dan retak korosi tegangan yang tidak dapat diberikan oleh baja tahan karat konvensional.

Paduan 20: Spesialis Asam Sulfat

Alloy 20 (UNS N08020, juga dikenal sebagai Carpenter 20Cb-3, NS143, 0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb) dikembangkan pada tahun 1963 khusus untuk menahan korosi asam sulfat dalam pemrosesan kimia. Ciri khasnya adalah penambahan tembaga (3–4%) untuk ketahanan terhadap asam sulfat dan niobium (Nb Lebih besar dari atau sama dengan 8×C) untuk ketahanan terhadap sensitisasi. Ini tetap menjadi bahan patokan untuk lingkungan asam sulfat.

Paduan 28: Juara Asam Fosfat dan Gas Asam

Paduan 28 (UNS N08028, juga dikenal sebagai Sanicro 28, 1.4563, 00Cr27Ni31Mo3Cu) dikembangkan secara khusus untuk penukar panas asam fosfat proses-basah. Kandungan kromium (26–28%) dan molibdenum (3–4%) yang lebih tinggi memberikan ketahanan yang luar biasa terhadap asam fosfat, lingkungan gas asam (H₂S/CO₂/Cl⁻), dan media yang mengandung halida-. Kandungan karbonnya dibatasi kurang dari atau sama dengan 0,03% untuk ketahanan korosi antar butir yang melekat.

Paduan 20 mengandung tembaga yang lebih tinggi (3–4%) dan stabilisasi niobium (Nb Lebih besar dari atau sama dengan 8×C), dioptimalkan untuk asam sulfat. Paduan 28 mengandung kromium yang lebih tinggi (26–28% vs 19–21%) dan molibdenum (3,5% vs 2,5%), memberikan PREN yang unggul (~36 vs ~28) dan ketahanan korosi lubang/celah yang lebih baik.

Elemen	Paduan 20 (N08020)	Paduan 28 (N08028)	Perbedaan Utama
Karbon (C)	Kurang dari atau sama dengan 0,07%	Kurang dari atau sama dengan 0,03%	Paduan 28: karbon ultra-rendah
Kromium (Cr)	19.0–21.0%	26.0–28.0%	Paduan 28: 7% lebih tinggi Cr
Nikel (Ni)	32.0–38.0%	30.0–34.0%	Paduan 20: Ni 2–4% lebih tinggi
Molibdenum (Mo)	2.0–3.0%	3.0–4.0%	Paduan 28: ~40% lebih tinggi Mo
Tembaga (Cu)	3.0–4.0%	0.6–1.4%	Paduan 20: 3× lebih banyak tembaga
Niobium (Nb)	Lebih besar dari atau sama dengan 0,8×C (~1,0%)	-	Paduan 20 : Nb stabil
Mangan (Mn)	Kurang dari atau sama dengan 2,0%	Kurang dari atau sama dengan 2,5%	Serupa
Silikon (Si)	Kurang dari atau sama dengan 1,0%	Kurang dari atau sama dengan 1,0%	Serupa
Besi (Fe)	Keseimbangan	Keseimbangan	Serupa

Perhitungan PREN

PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N (nitrogen ~0,15% di kedua tingkatan):

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

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

Keunggulan paduan 28 PREN: ~8 poin lebih tinggi=ketahanan korosi lubang dan celah yang jauh lebih baik.
Ambang batas industri: PREN > 40 untuk layanan air laut; Paduan 28 mendekati ini dengan peringkat 36,5.
Paduan 20 PREN 28.5 jauh lebih baik daripada 316 (PREN ~25) tetapi jauh di bawah Paduan 28.

Mengapa Perbedaan Komposisi Penting

Tembaga (Cu): Membentuk kompleks pelindung dengan asam sulfat, memperlambat laju korosi. Penting untuk layanan H₂SO₄.
Niobium (Nb): Mencegah sensitisasi kromium karbida selama pengelasan dan servis suhu-tinggi.
Chromium (Cr): Penggerak utama stabilitas film pasif; lebih tinggi=ketahanan korosi dan oksidasi umum yang lebih baik.
Molibdenum (Mo): Penting untuk ketahanan lubang; secara signifikan meningkatkan ketahanan klorida dan asam fosfat.

Kedua paduan ini menunjukkan struktur mikro austenitik sepenuhnya dengan keuletan-suhu ruangan yang sangat baik. Paduan 20 memiliki kekuatan tarik yang sedikit lebih tinggi (Lebih besar atau sama dengan 550 MPa vs 500 MPa) karena penguatan niobium, sedangkan Paduan 28 menawarkan ketangguhan kriogenik yang unggul dan kemampuan kerja panas. Tidak ada yang cocok untuk penggunaan berkelanjutan di atas 450 derajat tanpa evaluasi yang cermat.

Milik	Paduan 20 (Anil)	Paduan 28 (Anil)	Perbedaan
Kepadatan	8,08 gram/cm³	8,0 gram/cm³	Hampir identik
Titik lebur	1370–1400 derajat	1311–1366 derajat	Paduan 28: sedikit lebih rendah
Kekuatan Tarik Tertinggi	Lebih besar dari atau sama dengan 550 MPa	Lebih besar dari atau sama dengan 500 MPa	Paduan 20: ~10% lebih tinggi
Kekuatan Hasil (0,2%)	Lebih besar dari atau sama dengan 240 MPa	Lebih besar atau sama dengan 214 MPa	Paduan 20: ~12% lebih tinggi
Perpanjangan Saat Istirahat	Lebih besar dari atau sama dengan 30%	Lebih besar dari atau sama dengan 40%	Paduan 28: keuletan yang lebih baik
Kekerasan (Anil)	135–220 HB / 28–32 HRC	80–90 HRB / ~33 HRC	Serupa
Modulus Elastis	~200 IPK	~200 IPK	Identik
Konduktivitas Termal	13.5 W/m·K	~13–14 W/m·K	Serupa

Dingin-Kondisi Kerja

Paduan 28 dingin-bekerja: Kekuatan tarik hingga 896 MPa, kekuatan luluh hingga 758 MPa, perpanjangan berkurang hingga ~15%.
Paduan 20: Juga merespons pengerjaan dingin; kekuatan meningkat secara signifikan dengan deformasi sedang.
Catatan penerapan: Untuk pipa-bertekanan tinggi yang memerlukan kekuatan tinggi, Paduan 28 atau Paduan 20 yang dikerjakan dengan dingin-dapat ditentukan.

Batasan Suhu yang Ditinggikan

Kondisi	Paduan 20	Paduan 28
Suhu Servis Berkelanjutan Maks	~425 derajat (dengan syarat)	~400–450 derajat
Batas Pelayanan Asam Sulfat	<50°C for concentrated; <25°C for dilute	Unggul pada suhu sedang
Layanan Asam Fosfat	Baik hingga 60–80 derajat	Sangat baik hingga 80–100 derajat
Risiko Curah Hujan	NbC pada 650 derajat (zona sensitisasi)	Tidak ada curah hujan yang signifikan (<0.03% C)

Paduan 20 adalah pilihan yang lebih disukai untuk lingkungan asam sulfat, terutama H₂SO₄ pekat pada suhu sedang. Paduan 28 unggul dalam lingkungan yang kaya akan asam fosfat, gas asam (H₂S/CO₂/Cl⁻), dan kaya klorida. Tidak ada yang direkomendasikan untuk servis asam klorida (HCl).

Alloy 20 Corrosion Resistance

Asam Sulfat (H₂SO₄)

Konsentrasi H₂SO₄	Paduan 20	Paduan 28	Direkomendasikan
<10% (dilute), <50°C	Bagus sekali	Bagus sekali	Salah satu
10–60%, <50°C	Sangat bagus	Bagus	Paduan 20
60–85% (konsentrasi),<50°C	Bagus sekali	Bagus	Paduan 20
>85%, suhu tinggi.	Bagus (dibatasi oleh suhu)	Bagus	Paduan 20
Campuran asam (H₂SO₄+HNO₃)	Sangat bagus	Bagus	Paduan 20
H₂SO₄ dengan Cl⁻	Sedang	Bagus	Paduan 28

Mekanisme: Tembaga dalam Paduan 20 membentuk lapisan pasif tipe Cu₂S-yang lebih efektif menahan serangan asam sulfat dibandingkan lapisan kromium-molibdenum saja.
Batas suhu: Kedua paduan umumnya terbatas pada<50–60°C in sulfuric acid. Above this, expensive nickel alloys (Alloy 625, Alloy 825) are required.
Keunggulan Utama Paduan 20: Penambahan tembaga (3–4%) secara khusus meningkatkan ketahanan terhadap kondisi asam pereduksi seperti asam sulfat.

Asam Fosfat (H₃PO₄)

Kondisi H₃PO₄	Paduan 20	Paduan 28	Direkomendasikan
Proses-basah (dengan pengotor F⁻/Cl⁻), RT	Sangat bagus	Bagus sekali	Paduan 28
Konsentrasi termal (52% P₂O₅), meningkat	Bagus	Bagus sekali	Paduan 28
H₃PO₄ murni,<80°C	Bagus	Sangat bagus	Salah satu
Kontaminan H₃PO₄ + halida	Sedang	Bagus sekali	Paduan 28

Paduan 28 secara khusus dikembangkan untuk-produksi asam fosfat proses basah, di mana pengotor fluorida dan klorida membuat baja tahan karat konvensional cepat rusak.
Penelitian (Springer, 2024): Paduan 28 dalam asam fosfat P₂O₅ 52% dengan zat pengoksidasi menunjukkan tingkat korosi negatif (penambahan berat dari pembentukan film pasif), yang menegaskan kepasifan yang sangat baik.
Kandungan Mo (3,5%): Penting untuk menahan asam fosfat dengan pengotor F⁻/Cl⁻ yang menyerang lapisan pasif secara agresif.

Lingkungan Gas Asam dan Ladang Minyak (H₂S/CO₂/Cl⁻)

Paduan 28 secara signifikan lebih unggul untuk layanan gas asam karena kandungan Cr dan Mo yang lebih tinggi menghasilkan PREN ~36,5 vs Paduan 20 ~28,5. Dalam lingkungan H₂S/CO₂/Cl⁻, Alloy 28 adalah pilihan standar untuk OCTG (barang tubular negara minyak) dan penukar panas.

Lingkungan	Paduan 20	Paduan 28	Catatan
Hanya H₂S (<100 ppm), <150°C	Bagus	Sangat bagus	Paduan 28 lebih disukai
H₂S + CO₂ + Cl⁻	Sedang	Bagus sekali	Paduan 28 jelas lebih unggul
High Cl⁻ (>1000ppm)	Terbatas (PREN~28,5)	Bagus (PREN~36,5)	Paduan 28 diperlukan
Pelayanan air laut	Tidak direkomendasikan	Cocok (PREN 36.5)	Paduan 28
Retak tegangan sulfida	Bagus	Bagus sekali	Paduan 28

Aplikasi Paduan 28: Tabung produksi (OCTG) dan penukar panas di ladang minyak dan gas asam dengan kandungan H₂S/CO₂/Cl⁻ yang tinggi.
Mekanisme paduan 28: Cr tinggi membentuk film Cr₂O₃ pasif yang stabil; Mo yang tinggi membentuk lapisan pelindung MoO₂ yang tahan terhadap serangan klorida di bawah H₂S.
NACE MR0175/ISO 15156: Kedua paduan tersebut mungkin terdaftar untuk layanan asam, tetapi penerimaan yang lebih luas dari Paduan 28 berasal dari PREN yang unggul.

Korosi Lubang dan Celah

Kondisi	Paduan 20	Paduan 28	Pemenang
Nilai PREN	~28.5	~36.5	Paduan 28 (+28%)
Temp Pitting Kritis (CPT) dalam NaCl 3,5%.	~20 derajat	~40–45 derajat	Paduan 28 secara signifikan lebih baik
Ketahanan Korosi Celah	Sedang	Sangat bagus	Paduan 28
Retak Korosi Stres (Cl⁻)	Bagus	Bagus sekali	Paduan 28

Apa yang Tidak Ditangani dengan Baik oleh Paduannya

Asam Hidroklorik (HCl): Baik Paduan 20 maupun Paduan 28 tidak direkomendasikan untuk servis HCl. Gunakan Paduan B (N10001) atau Paduan 400.
High-Temperature (>450 derajat) Lingkungan Pengoksidasi: Kedua paduan kehilangan ketahanan terhadap korosi; pertimbangkan Paduan 625 atau Paduan 800H.
Aqua Regia (HNO₃ + HCl): Tidak ada grade yang memberikan ketahanan yang memadai.

Kedua paduan tersebut mudah dilas menggunakan proses baja tahan karat austenitik standar. Paduan 20 memerlukan pengisi yang distabilkan niobium-(ERNiCrMo-3) untuk layanan suhu tinggi yang optimal, sedangkan Paduan 28 menggunakan pengisi ERNiCrMo-3 atau ER316L. Tidak ada yang memerlukan pemanasan awal.

Parameter	Paduan 20	Paduan 28
Kemampuan las	Bagus sekali	Bagus sekali
Pemanasan awal	Tidak diperlukan	Tidak diperlukan
Suhu Interpass	<175°C (350°F)	<175°C (350°F)
Pasca-Perlakuan Panas Las (PWHT)	Tidak diperlukan (stabil)	Tidak diperlukan (sangat-C rendah)
Logam Pengisi yang Direkomendasikan	ERNiCrMo-3 (Pengisi Paduan 625)	ERNiCrMo-3 atau ER316L
Gas Pelindung	Ar + 2–3% CO₂	Ar + 2–3% CO₂
kemampuan mesin	Adil (mirip dengan 316)	Adil (sedikit lebih sulit karena Mo)
Sifat mampu bentuk yang dingin	Bagus sekali	Bagus sekali
Kemampuan Kerja yang Panas	Bagus (970–1065 derajat)	Bagus (950–1100 derajat)

Spesifikasi Pengelasan Paduan 20

Elektroda AWS A5.14 ERNiCrMo-3 atau AWS A5.11 ENiCrMo-3 direkomendasikan.
Niobium dalam pengisi menstabilkan logam las terhadap sensitisasi.
Larutan anil setelah pengelasan: 900–1150 derajat selama 1–2 jam, pendinginan cepat dengan udara atau air.
Komposisi logam las cocok dengan logam induk jika menggunakan bahan pengisi yang tepat.

Paduan 28 Pengelasan Spesifik

ERNiCrMo-3: Lebih disukai untuk pengelasan dengan layanan korosi-tinggi (lingkungan H₂S/Cl⁻).
ER316L: Dapat diterima untuk layanan asam standar; memberikan ketahanan korosi yang sesuai.
Anil solusi: 1100 derajat optimal untuk sifat mekanik dan ketahanan terhadap korosi (penelitian-dikonfirmasi).
Karbon yang sangat-rendah ( Kurang dari atau sama dengan 0,03%) berarti tidak ada risiko sensitisasi bahkan di zona-terkena dampak panas (HAZ).

Paduan 28 umumnya 10–25% lebih mahal daripada Paduan 20 karena kandungan kromium dan molibdenumnya lebih tinggi. Namun, dalam aplikasi asam fosfat dan gas asam, ketahanan korosi yang unggul dari Alloy 28 menghasilkan total biaya siklus hidup yang lebih rendah melalui masa pakai peralatan yang lebih lama dan pengurangan pemeliharaan.

Faktor Biaya	Paduan 20	Paduan 28	Catatan
Biaya Bahan Baku	Referensi (1.0×)	1.1–1.25×	Cr/Mo lebih tinggi pada Paduan 28
Dampak Konten Ni	32–38% Ni	30–34% Ni	Harga Ni adalah penggerak biaya utama
Dampak Kandungan Cu	3–4% Cu (lebih mahal)	0,6–1,4% Cu	Cu sebagian mengimbangi biaya Cr/Mo
Ketersediaan (Piring/Lembar)	Bagus	Bagus	Keduanya banyak persediaannya
Ketersediaan (Tubular)	Bagus	Bagus	Kepatuhan ASTM B729/B668
Waktu Pimpin (Formulir Khusus)	4–8 minggu	6–10 minggu	Paduan 28 mungkin membutuhkan waktu lebih lama
Biaya Pengisi Las	ERNiCrMo-3	ERNiCrMo-3 atau ER316L	Paduan 20 : Nb pengisi diperlukan
Biaya Siklus Hidup (aplikasi target)	Lebih rendah jika layanan H₂SO₄	Lebih rendah jika layanan H₃PO₄/H₂S	Cocokkan dengan aplikasi

Ketika Biaya Paduan 28 yang Lebih Tinggi Dibenarkan

Asam fosfat dengan pengotor fluorida/klorida: Paduan 20 akan mengalami serangan yang dipercepat; Paduan 28 bertahan lebih lama secara signifikan.
Gas asam dengan H₂S/CO₂/Cl⁻: OCTG yang tinggi dan kegagalan kepala sumur dengan Alloy 20 akan jauh melebihi penghematan biaya material.
Layanan air laut: PREN Alloy 20 ~28,5 tidak memadai; Alloy 28 (PREN ~36.5) memberikan layanan yang andal.

Kriteria	Paduan 20 (N08020)	Paduan 28 (N08028)	Pemenang
Asam sulfat (<50°C, concentrated)	Bagus sekali	Bagus	Paduan 20
Asam Sulfat (encer, dengan Cl⁻)	Sedang	Bagus	Paduan 28
Asam Fosfat (murni)	Bagus	Sangat bagus	Paduan 28
Asam Fosfat (terkontaminasi F⁻/Cl⁻)	Sedang	Bagus sekali	Paduan 28
Gas Asam (H₂S/CO₂/Cl⁻)	Bagus	Bagus sekali	Paduan 28
Air Laut / Cl⁻ Tinggi	Tidak Cocok	Bagus	Paduan 28
Campuran Asam (H₂SO₄+HNO₃)	Sangat bagus	Bagus	Paduan 20
Ketahanan Lubang (PREN)	~28.5	~36.5	Paduan 28 (+28%)
Resistensi Sensitisasi (pengelasan)	Luar biasa (Nb stabil)	Luar biasa (sangat-C rendah)	Setara
Kekuatan Mekanik (UTS)	Lebih besar dari atau sama dengan 550 MPa	Lebih besar dari atau sama dengan 500 MPa	Paduan 20
Daktilitas (perpanjangan)	Lebih besar dari atau sama dengan 30%	Lebih besar dari atau sama dengan 40%	Paduan 28
Kemampuan las	Bagus sekali	Bagus sekali	Setara
kemampuan mesin	Adil	Adil	Setara
Biaya	Lebih rendah (referensi)	Lebih tinggi (10–25%)	Paduan 20
Asal Tertentu Asam Fosfat	Tidak dikembangkan untuk ini	Dikembangkan untuk ini	Paduan 28
Asal Tertentu Asam Sulfat	Dikembangkan untuk ini	Tidak dikembangkan untuk ini	Paduan 20

Keputusan Alloy 20 vs Alloy 28 pada dasarnya didorong oleh media korosif yang dominan dalam penerapannya. Keduanya merupakan baja tahan karat superaustenitik dengan ketahanan korosi yang sangat baik, namun penekanan komposisinya yang berbeda menjadikannya optimal untuk lingkungan servis yang berbeda:

Paduan 20(N08020, 0Cr20Ni35Mo3Cu4Nb) adalah spesialis asam sulfat. Penambahan tembaga 3–4% menciptakan ketahanan film pasif unik terhadap H₂SO₄ yang tidak dapat ditandingi oleh Alloy 28. Dikembangkan secara khusus untuk aplikasi pemrosesan kimia yang melibatkan asam sulfat, asam campuran, dan pembersihan asam, Alloy 20 tetap menjadi standar teknik untuk layanan H₂SO₄ di bawah 50 derajat. Gunakan ini jika proses Anda didominasi oleh asam sulfat-dan kondisi perekonomian lebih menyukai paduan superaustenitik yang mengandung tembaga-dibandingkan-berbasis nikel.

Paduan 28(N08028, 00Cr27Ni31Mo3Cu) adalah juara asam fosfat dan gas asam. Kandungan 26–28% kromium dan 3,5% molibdenumnya menghasilkan PREN ~36,5, yang menawarkan ketahanan korosi lubang dan celah yang jauh lebih baik dibandingkan Paduan 20. Awalnya dikembangkan untuk mengatasi kegagalan penukar panas asam fosfat proses basah, Paduan 28 kini menjadi standar untuk produksi minyak dan gas asam (H₂S/CO₂/Cl⁻), layanan air laut, dan sistem FGD. Gunakan jika ancamannya adalah halida-asam fosfat yang terkontaminasi, gas asam, atau lingkungan mana pun yang memiliki PREN tinggi dan ketahanan terhadap korosi lokal yang menentukan masa pakai peralatan.

Untuk teknisi pengadaan: rujuk-silang ancaman korosi utama dan suhu pengoperasian maksimum dengan tabel perbandingan di atas. Untuk teknisi proses: konfirmasikan bahwa paduan yang dipilih telah diuji dalam konsentrasi asam spesifik, suhu, dan profil pengotor aliran proses Anda. Jika ragu, lihat lembar data paduan dan pedoman NACE/ASME BPVC untuk mengetahui kondisi servis yang relevan.