La aleación 20 es la aleación de hierro, níquel y cromo que los ingenieros de plantas químicas utilizan cuando el medio es ácido sulfúrico y los grados de acero inoxidable no son suficientes. La aleación, UNS N08020, ocupa una posición estrecha pero muy utilizada en la tabla de corrosión: resiste el ácido sulfúrico en un amplio rango de concentración a temperaturas moderadas, hace caso omiso de los ácidos mixtos que derrotan al 316L y cuesta una fracción de las aleaciones de níquel con alto contenido de molibdeno.
Formularios de productos
Barra y varilla
Placa y hoja
Bobina y tira
Tubería y tubo
Montaje: Brida, T, Codo, Reductor, etc.
Forja: Anillo, Eje, Círculo, Bloque, etc.
Dónde se ubica la aleación 20 en la tabla de corrosión
La forma más rápida de entender la Aleación 20 es a través de sus vecinos. Por debajo de él en contenido de aleación, el acero inoxidable 316L falla en ácido sulfúrico tibio y en medios de cloruro porque su nivel de molibdeno, 2-3%, es demasiado bajo para retener la película pasiva.
Por encima, las aleaciones a base de níquel, como C-276, soportan todas las funciones del ácido sulfúrico a temperaturas y concentraciones más altas, pero a un precio varias veces mayor. La aleación 20 es el paso intermedio: níquel al 32-38 % con cromo, molibdeno y cobre, diseñada específicamente para servicio de ácido sulfúrico y para los ambientes de ácido mixto y cloruro que aparecen a su alrededor en una planta química.
El contenido de cobre es una fila inusual. El cobre no es una adición de aleación común a los aceros resistentes a la corrosión, pero en la Aleación 20 es el elemento que cambia el comportamiento de la corrosión en el ácido sulfúrico: mejora la resistencia en la región reductora del ácido diluido donde la película de óxido de cromo no es estable, y trabaja con el molibdeno para resistir el ataque de picaduras y grietas de los medios que contienen cloruro.
El resultado es una aleación cuyo rendimiento de ácido sulfúrico se extiende hasta aproximadamente una concentración del 50% a temperaturas de hasta 80-100 grados, la envoltura en la que opera la mayor parte de las tuberías de manejo de ácido en plantas de fertilizantes, metalúrgicas y de productos químicos especializados.
Composición química según ASTM B729
Los límites de composición a continuación siguen la norma ASTM B729, la especificación de tubos y tuberías sin costura para UNS N08020. El hierro es el elemento de equilibrio.
| Elemento | Límite de composición, % |
| Ni | 32.0 - 38.0 |
| cr | 19.0 - 21.0 |
| Mes | 2.0 - 3.0 |
| Cu | 3.0 - 4.0 |
| Nb + Ta | 8 x C mín. a 1,0 máx. |
| C | 0.07 max |
| Minnesota | 2.0 max |
| Si | 1.0 max |
| P | 0.045 max |
| S | 0.035 max |
| fe | Balance |
Tres filas son importantes para el comprador. El níquel al 32,0-38,0% es la matriz y la razón por la que la aleación resiste el agrietamiento por corrosión bajo tensión por cloruro mucho mejor que los grados de acero inoxidable austenítico. Las filas de molibdeno y cobre juntas determinan el comportamiento del ácido sulfúrico y la resistencia a las picaduras.
Y la fila de columbio más tantalio a un mínimo de 8 x C es el estabilizador: fija el carbono para que la aleación pueda soldarse y usarse sin la sensibilización que de otro modo crearía un límite de grano empobrecido en cromo en la zona afectada por el calor. El diseño estabilizado con niobio es lo que hace que Alloy 20 sea un material amigable para los fabricantes: se suelda y se pone en servicio con ácido sin un tratamiento térmico posterior a la soldadura.
Propiedades mecánicas según ASTM B729
Tubo y tubo de aleación 20se suministran en condición de recocido estabilizado y ASTM B729 requiere las siguientes propiedades mecánicas mínimas:
| Propiedad | Valor mínimo (ASTM B729) |
| Resistencia a la tracción | 551 MPa (80 ksi) |
| Fuerza de rendimiento, 0,2% compensada | 241 MPa (35 ksi) |
| Alargamiento | 30% |
Los valores de producción típicos en la condición de recocido estabilizado son de aproximadamente 620 MPa de tracción y 280 MPa de rendimiento con un 40 % de alargamiento. La resistencia está en el mismo rango que el acero inoxidable austenítico recocido, lo que significa que la aleación se fabrica con la misma práctica de taller: se dobla, lamina y mecaniza como un grado tipo 316, con una tasa de endurecimiento por trabajo ligeramente mayor.
La simplicidad mecánica de la especificación (una condición de entrega, sin matriz de tratamiento térmico) es parte del motivo por el cual la Aleación 20 se considera un caballo de batalla: el comprador solicita el producto estabilizado-recocido y el fabricante lo suelda sin una calificación de procedimiento especial más allá de la práctica normal de la aleación.
Propiedades físicas
| Propiedad | Valor |
| Densidad | 8,08 g/cm³ |
| rango de fusión | 1400 - 1443 grado (aprox.) |
| Módulo de elasticidad | 200 GPa (aprox.) |
| Estructura | Austenítico, no magnético |
| Conductividad térmica, 100 grados. | 13,5 W/m·K (aprox.) |
La envoltura de ácido sulfúrico, aplicada
La pregunta práctica en cada investigación sobre la Aleación 20 es "¿mantendrá esta carga de ácido?" La respuesta es función de la concentración y la temperatura, y la siguiente tabla es la abreviatura de ingeniería que realmente utilizan los diseñadores de plantas. Los valores son una guía de servicio indicativa para tuberías y tubos, no un sustituto de una prueba de corrosión en el medio de proceso exacto.
| Medio | Concentración / condición | Veredicto de aleación 20 |
| Ácido sulfúrico | 0 - 50%, hasta ~80-100 grados | De bueno a excelente: el paquete de servicio principal |
| Ácido sulfúrico | Por encima del 50% o hirviendo | Empeora rápidamente: considere una aleación más alta |
| ácido fosfórico | Ácido fosfórico de proceso húmedo | Bueno: elección estándar en plantas de fertilizantes. |
| Ácido nítrico | Todas las concentraciones | Bueno, similar a la familia 304L. |
| Ácidos mixtos | H2SO4 + HCl, HNO3 + baños de decapado HF | Bueno: donde falla el 316L |
| Medios de cloruro | Agua salada, salmuera, trazas de cloro húmedo. | Moderado: resistencia a las picaduras por encima de 316L, por debajo de las aleaciones de níquel |
| Soluciones cáusticas | Diluido | Bien |
Dos reglas prácticas completan el cuadro. Primero, en el rango crítico de aproximadamente 10-50% de ácido sulfúrico, las velocidades de corrosión son muy sensibles a la temperatura y a las trazas de oxidantes en el ácido; un cambio que eleva la temperatura 20 grados puede cambiar la velocidad de corrosión en un orden de magnitud, por lo que la especificación debe realizarse en función de la peor condición de funcionamiento, no de la normal.
En segundo lugar, para el ácido que debe manipularse caliente y concentrado, la respuesta económica no es más pared de aleación 20: es un paso hacia una aleación con mayor contenido de níquel, y la decisión debe tomarse basándose en la tabla de corrosión, no en el espesor de la pared.
Especificaciones y formas de productos.
La aleación 20 se suministra según las siguientes especificaciones, seleccionadas por forma de producto:
- ASTM B729 / ASME SB-729 - tubos y tuberías sin costura
- ASTM B464 / ASME SB-464 - tubería soldada
- Tubo soldado ASTM B468 - para intercambiadores de calor
- ASTM B463 / ASME SB-463 - placa, lámina y tira
- Barras, varillas y piezas forjadas ASTM B473 -
La tubería sin costura según B729 cubre el rango NPS hasta diámetros grandes, con horarios para las clases de paredes pesadas; La tubería soldada bajo B464 se produce a partir de una tira recocida estabilizada y es una opción rentable para diámetros grandes donde se radiografia la costura y se acepta la junta. Para el tubo del intercambiador de calor, rige B468 y el tubo se suministra en tramos rectos listos para enrollarse en la placa de tubos. La condición de recocido estabilizado se aplica a todas las formas.
Aplicaciones típicas
Tubo y tubo de aleación 20se especifican en los siguientes servicios:
- Líneas de transferencia y recirculación de ácido sulfúrico en plantas químicas.
- Evaporadores y tuberías de ácido fosfórico de proceso húmedo en plantas de fertilizantes
- Intercambiadores de calor y condensadores que manejan medios ácidos y clorados.
- Tuberías de baños de decapado y sistemas de recuperación de ácidos en acerías.
- Tuberías de caucho sintético, productos farmacéuticos y procesos químicos especiales
- Componentes de bombas, válvulas e instrumentación en servicio con ácido.
En cada servicio, la aleación es la respuesta económica intermedia: cierra la brecha donde falla el 316L, y lo hace a un precio muy por debajo de las aleaciones a base de níquel. La decisión de diseño recurrente es la carga ácida (concentración, temperatura y presencia de cloruros u oxidantes) y Alloy 20 gana cuando la carga se encuentra dentro de su envoltura.
Soldadura y fabricación
La aleación 20 se suelda con relleno correspondiente de la misma familia: ER320 o ER320LR según AWS A5.9 para GTAW y GMAW, y E320 o E320LR según AWS A5.4 para SMAW, y no se requiere precalentamiento ni tratamiento térmico posterior a la soldadura. La química estabilizada significa que la zona afectada por el calor mantiene su resistencia a la corrosión en la condición en que se soldó, lo cual es la ventaja práctica que hace que la aleación sea la favorita del taller.
La práctica de soldadura sigue la disciplina austenítica: superficies de unión limpias, entrada de calor controlada y baja temperatura entre pasadas. La aleación se forma en frío fácilmente, aunque se endurece un poco más rápido que el 316L y se mecaniza con prácticas estándar y herramientas afiladas.
Qué especificar en el pedido
Para mantener limpia una consulta sobre Aleación 20, indique lo siguiente:
- Estándar y forma: "tubo sin costura según ASTM B729, UNS N08020" o "tubo soldado según ASTM B464"
- Tamaño: NPS + cédula para tubería, OD x pared en milímetros para tubo
- Condición: estabilizado-recocido
- Longitud y acabado final: longitudes fijas o aleatorias, extremo liso o biselado
- Certificado: EN 10204 3.1 con resultados de termoquímica y tracción.
Preguntas frecuentes
P: ¿Para qué se utiliza la aleación 20?
R: Principalmente servicio de ácido sulfúrico (líneas de transferencia, intercambiadores de calor y tuberías de proceso en plantas químicas, de fertilizantes y metalúrgicas) además de entornos de ácido mixto y cloruro donde falla el 316L.
P: ¿Cuál es la diferencia entre Alloy 20 y 316L?
R: La aleación 20 contiene aproximadamente tres veces más níquel que el 316L más un 3-4 % de estabilización de cobre y columbio. El resultado es una resistencia mucho mejor al agrietamiento por corrosión bajo tensión por ácido sulfúrico y cloruro, a un precio más alto.
P: ¿Es la aleación 20 lo mismo que el 20Cb-3?
R: Los nombres se usan comúnmente para la misma familia química. La aleación 20, UNS N08020, es el grado estabilizado estándar; 20Cb-3 es un nombre comercial histórico para el mismo material.
P: ¿PuedeTubo de aleación 20estar soldado?
R: Sí, con llenadora ER320/ER320LR, sin precalentamiento y sin tratamiento térmico posterior a la soldadura. La estabilización con columbium mantiene la zona de soldadura afectada por el calor resistente a la corrosión en el estado en que se encuentra soldada.
P: ¿Cuál es la temperatura máxima de servicio para Alloy 20?
R: Para servicio estructural, aproximadamente 500-600 grados con una resistencia muy reducida. Para el servicio de corrosión ácida, el límite práctico lo establece la concentración de ácido y la temperatura ambiente, no solo la temperatura del metal.
P: ¿Cuál es la densidad de la aleación 20?
R: Aproximadamente 8,08 g/cm³, cercano a los grados de acero inoxidable austenítico, por lo que el peso de la tubería se calcula con el factor de acero inoxidable estándar de 0,02466 x (OD - WT) x WT en kg por metro.
