L'alliage 20 est l'alliage fer-nickel-chrome que les ingénieurs des usines chimiques recherchent lorsque le milieu est l'acide sulfurique et que les qualités inoxydables ne suffisent pas. L'alliage, UNS N08020, occupe une position étroite mais très utilisée dans le tableau de corrosion : il résiste à l'acide sulfurique sur une large plage de concentrations à des températures modérées, il ignore les acides mixtes qui battent le 316L, et il coûte une fraction du prix des alliages de nickel lourds en molybdène.
Formulaires de produits
Barre et tige
Plaque et feuille
Bobine et bande
Tuyau et Tube
Montage : bride, té, coude, réducteur, etc.
Forgeage : anneau, arbre, cercle, bloc, etc.
Où se situe l’alliage 20 dans le tableau de corrosion
Le moyen le plus rapide de comprendre l’Alloy 20 est de s’adresser à ses voisins. En dessous de sa teneur en alliage, l'acier inoxydable 316L échoue dans l'acide sulfurique chaud et dans les milieux chlorés car son niveau de molybdène, 2 à 3 %, est trop faible pour retenir le film passif.
Au-dessus, les alliages à base de nickel tels que le C-276 supportent la totalité des droits d'acide sulfurique à des températures et des concentrations plus élevées, mais à un prix plusieurs fois supérieur. L'alliage 20 est l'étape intermédiaire : du nickel à 32-38 % avec du chrome, du molybdène et du cuivre, conçu spécifiquement pour le service de l'acide sulfurique et pour les environnements mixtes d'acide et de chlorure qui apparaissent autour de lui dans une usine chimique.
La teneur en cuivre est la plus inhabituelle. Le cuivre n'est pas un ajout d'alliage courant aux aciers résistants à la corrosion, mais dans l'alliage 20, c'est l'élément qui modifie le comportement à la corrosion dans l'acide sulfurique : il améliore la résistance dans la région réductrice de l'acide dilué où le film d'oxyde de chrome n'est pas stable, et il travaille avec le molybdène pour résister aux attaques par piqûres et crevasses des milieux contenant du chlorure.
Le résultat est un alliage dont les performances en acide sulfurique s'étendent jusqu'à une concentration d'environ 50 % à des températures allant jusqu'à environ 80 à 100 degrés - l'enveloppe dans laquelle fonctionne la majeure partie des canalisations de traitement de l'acide dans les usines d'engrais, métallurgiques et chimiques spécialisées.
Composition chimique selon ASTM B729
Les limites de composition ci-dessous suivent ASTM B729, la spécification des tuyaux et tubes sans soudure pour UNS N08020. Le fer est l'élément d'équilibre.
| Élément | Limite de composition, % |
| Ni | 32.0 - 38.0 |
| Cr | 19.0 - 21.0 |
| Mo | 2.0 - 3.0 |
| Cu | 3.0 - 4.0 |
| Nb + Ta | 8 x C min à 1,0 max |
| C | 0.07 max |
| Mn | 2.0 max |
| Si | 1.0 max |
| P | 0.045 max |
| S | 0.035 max |
| Fe | Équilibre |
Trois rangées comptent pour l'acheteur. Le nickel à 32,0-38,0 % est la matrice et la raison pour laquelle l'alliage résiste bien mieux à la fissuration par corrosion sous contrainte de chlorure que les qualités inoxydables austénitiques. Les rangées de molybdène et de cuivre déterminent ensemble le comportement de l'acide sulfurique et la résistance aux piqûres.
Et la rangée de colombium plus tantale à 8 x C minimum est le stabilisateur : elle lie le carbone afin que l'alliage puisse être soudé et utilisé sans la sensibilisation qui créerait autrement une limite de grain appauvrie en chrome dans la zone affectée thermiquement. La conception stabilisée au niobium est ce qui fait de l'Alloy 20 un matériau convivial pour les fabricants : il est soudé et mis en service acide sans traitement thermique après soudage.
Propriétés mécaniques selon ASTM B729
Tuyaux et tubes en alliage 20sont fournis dans un état de recuit stabilisé et la norme ASTM B729 exige les propriétés mécaniques minimales suivantes :
| Propriété | Valeur minimale (ASTM B729) |
| Résistance à la traction | 551 MPa (80 ksi) |
| Limite d'élasticité, compensation de 0,2 % | 241 MPa (35 ksi) |
| Élongation | 30% |
Les valeurs de production typiques dans des conditions de recuit stabilisé sont d'environ 620 MPa en traction et 280 MPa en rendement avec un allongement de 40 %. La résistance est dans la même gamme que celle de l'acier inoxydable austénitique recuit, ce qui signifie que l'alliage est fabriqué selon les mêmes pratiques d'atelier : il se plie, roule et usine comme une nuance de type 316, avec un taux d'écrouissage légèrement plus élevé.
La simplicité mécanique des spécifications - une condition de livraison, pas de matrice de traitement thermique - explique en partie pourquoi l'alliage 20 est considéré comme un outil de travail : l'acheteur commande un recuit stabilisé et le fabricant le soude sans qualification de procédure spéciale au-delà de la pratique normale de l'alliage.
Propriétés physiques
| Propriété | Valeur |
| Densité | 8,08 g/cm³ |
| Plage de fusion | 1400 - 1443 degré (environ) |
| Module d'élasticité | 200 GPa (environ) |
| Structure | Austénitique, non magnétique |
| Conductivité thermique, 100 degrés | 13,5 W/m·K (environ) |
L'enveloppe d'acide sulfurique, appliquée
La question pratique que pose chaque enquête sur l'Alloy 20 est la suivante : "est-ce qu'il tiendra ce devoir d'acide ?" La réponse dépend de la concentration et de la température, et le tableau ci-dessous est le raccourci technique que les concepteurs d’usines utilisent réellement. Les valeurs sont des conseils de service indicatifs pour les tuyaux et les tubes et ne remplacent pas un test de corrosion sur le fluide de traitement exact.
| Moyen | Concentration/état | Verdict de l'alliage 20 |
| Acide sulfurique | 0 - 50 %, jusqu'à ~80-100 degrés | Bon à excellent – l’enveloppe des services de base |
| Acide sulfurique | Au-dessus de 50 %, ou bouillant | Rapidement pire - envisagez un alliage supérieur |
| Acide phosphorique | Acide phosphorique par voie humide | Bon - choix standard dans les usines d'engrais |
| Acide nitrique | Toutes les concentrations | Bon, similaire à la famille 304L |
| Acides mixtes | H2SO4 + HCl, HNO3 + Bains de décapage HF | Bon - là où le 316L échoue |
| Médias chlorure | Eau salée, saumure, traces de chlore humide | Modéré - résistance aux piqûres supérieure à 316L, inférieure aux alliages de nickel |
| Solutions caustiques | Diluer | Bien |
Deux règles pratiques complètent le tableau. Premièrement, dans la plage critique d’environ 10 à 50 % d’acide sulfurique, les taux de corrosion sont fortement sensibles à la température et aux traces d’oxydants présents dans l’acide ; un bouleversement qui augmente la température de 20 degrés peut modifier le taux de corrosion d'un ordre de grandeur, de sorte que les spécifications doivent être établies en fonction des conditions de fonctionnement les plus défavorables, et non des conditions de fonctionnement normales.
Deuxièmement, pour l'acide qui doit être manipulé chaud et concentré, la réponse économique n'est pas une paroi en alliage 20 supplémentaire - il s'agit d'un progrès vers un alliage à teneur plus élevée en nickel, et la décision doit être prise sur la table de corrosion, et non sur l'épaisseur de la paroi.
Spécifications et formes de produits
L'alliage 20 est fourni selon les spécifications suivantes, sélectionnées par forme de produit :
- ASTM B729 / ASME SB-729 - tuyaux et tubes sans soudure
- ASTM B464 / ASME SB-464 - tuyaux soudés
- Tube soudé ASTM B468 - pour échangeurs de chaleur
- ASTM B463 / ASME SB-463 - plaque, feuille et bande
- Barres, tiges et pièces forgées ASTM B473 -
Le tube sans soudure sous B729 couvre la gamme NPS jusqu'aux grands diamètres, avec des programmes couvrant les classes à parois épaisses ; le tube soudé sous B464 est produit à partir de bandes recuites stabilisées et constitue une option rentable pour les grands diamètres où le joint est radiographié et le joint est accepté. Pour les tubes d'échangeur de chaleur, B468 prévaut et le tube est fourni en longueurs droites, prêt à être enroulé dans la plaque tubulaire. La condition de recuit stabilisé s’applique à toutes les formes.
Applications typiques
Tuyaux et tubes en alliage 20sont spécifiés dans les services suivants :
- Lignes de transfert et de recirculation d'acide sulfurique dans les usines chimiques
- Évaporateurs d'acide phosphorique par voie humide et tuyauterie dans les usines d'engrais
- Échangeurs de chaleur et condenseurs manipulant des milieux acides et chlorés
- Tuyauterie de bain de décapage et systèmes de récupération d'acide dans les aciéries
- Tuyauterie en caoutchouc synthétique, pour produits pharmaceutiques et pour procédés chimiques spécialisés
- Composants de pompe, de vanne et d'instrumentation en service acide
Dans chaque service, l'alliage est la réponse économique intermédiaire : il comble l'écart là où le 316L échoue, et ce à un prix bien inférieur à celui des alliages à base de nickel. La décision de conception récurrente concerne le devoir acide - concentration, température et présence de chlorures ou d'oxydants - et l'Alloy 20 l'emporte lorsque le devoir se trouve à l'intérieur de son enveloppe.
Soudure et fabrication
L'alliage 20 est soudé avec une charge correspondante de la même famille - ER320 ou ER320LR selon AWS A5.9 pour GTAW et GMAW, et E320 ou E320LR selon AWS A5.4 pour SMAW - et aucun traitement thermique de préchauffage ou de post-soudage n'est requis. La chimie stabilisée signifie que la zone affectée par la chaleur conserve sa résistance à la corrosion dans l'état tel que soudé, ce qui constitue l'avantage pratique qui fait de cet alliage un favori des magasins.
La pratique du soudage suit la discipline austénitique : surfaces de joint propres, apport de chaleur contrôlé et basse température entre les passes. L'alliage se forme facilement à froid, bien qu'il durcisse un peu plus rapidement que le 316L et qu'il s'usine avec des pratiques standard et un outillage pointu.
Que préciser sur la commande
Pour garder une enquête Alloy 20 propre, indiquez ce qui suit :
- Norme et forme : « tuyau sans soudure selon ASTM B729, UNS N08020 » ou « tuyau soudé selon ASTM B464 »
- Taille : NPS + programme pour le tuyau, OD x paroi en millimètres pour le tube
- Etat : recuit stabilisé
- Longueur et finition des extrémités : longueurs fixes ou aléatoires, bout uni ou biseauté
- Certificat : EN 10204 3.1 avec résultats de chimie thermique et de traction
FAQ
Q : À quoi sert l’alliage 20 ?
R : Principalement service d'acide sulfurique - conduites de transfert, échangeurs de chaleur et canalisations de traitement dans les usines de produits chimiques, d'engrais et métallurgiques - ainsi que les environnements mixtes d'acide et de chlorure où le 316L échoue.
Q : Quelle est la différence entre l’alliage 20 et l’alliage 316L ?
R : L'alliage 20 contient environ trois fois plus de nickel que le 316L plus 3 à 4 % de cuivre et de colombium stabilisé. Le résultat est une bien meilleure résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte par l’acide sulfurique et le chlorure, à un prix plus élevé.
Q : L’alliage 20 est-il le même que le 20Cb-3 ?
R : Les noms sont couramment utilisés pour la même famille chimique. L'alliage 20, UNS N08020, est la qualité stabilisée standard ; 20Cb-3 est un nom commercial historique pour le même matériau.
Q : Peut-onTuyau en alliage 20être soudé ?
R : Oui, avec le mastic ER320/ER320LR, sans préchauffage ni traitement thermique après soudage. La stabilisation au colombium maintient la zone de soudure affectée par la chaleur résistante à la corrosion dans l'état tel que soudé.
Q : Quelle est la température de service maximale pour l’Alloy 20 ?
R : Pour le service structurel, environ 500 à 600 degrés avec une résistance fortement réduite. Pour le service de corrosion acide, la limite pratique est fixée par la concentration d'acide et l'enveloppe de température, et non par la seule température du métal.
Q : Quelle est la densité de l’alliage 20 ?
R : Environ 8,08 g/cm³, proche des qualités inoxydables austénitiques, le poids du tuyau est donc calculé avec le facteur inoxydable standard de 0,02466 x (OD - WT) x WT en kg par mètre.
