La aleación 20, también conocida como Carpenter 20 o UNS N08020, es una superalloy de níquel-cromo de hierro diseñada para ofrecer una resistencia de corrosión excepcional, particularmente en entornos químicos agresivos más notablemente en ácido sulfúrico, que es altamente corrosivo para muchos metales convencionales. Clasificado como una aleación austenítica (con una estructura cristalina cúbica centrada en la cara), a menudo se conoce como una "aleación de ácido sulfúrico" debido a su rendimiento especializado en tales medios.
Lo que distingue la aleación 20 es su composición equilibrada, que incluye adiciones controladas de niobio (columbio) para estabilizar los carburos, evitando la corrosión intergranular durante la soldadura o la exposición a alta temperatura. Esta aleación resiste no solo la corrosión general, sino también formas localizadas como picaduras, corrosión de grietas y grietas por corrosión de estrés (SCC), incluso en soluciones corrosivas de alta velocidad o alta temperatura.
La aleación 20 encuentra un uso extenso en industrias como el procesamiento químico (para la producción y manejo de ácidos sulfúricos), productos farmacéuticos, procesamiento de alimentos y bebidas, refinación de petróleo y gas, y tratamiento de aguas residuales. Está disponible en varias formas, incluidas hojas, placas, barras, tuberías, accesorios y soldaduras, y mantiene una buena soldabilidad y fabricación cuando se utilizan técnicas adecuadas (por ejemplo, evitar la recolección de carbono).
Alloy 20 tiene varios equivalentes y designaciones internacionales en diferentes estándares y regiones, lo que refleja su reconocimiento global. Estos equivalentes coinciden o aproximan estrechamente su composición química y características de rendimiento:
Designación de uns: UNS N08020 (sistema de numeración unificado para metales y aleaciones, utilizados en América del Norte).
Estándares ASTM: Cubierto bajo múltiples especificaciones de ASTM, incluidas ASTM B463 (tuberías y tubos sin costuras), ASTM B464 (tuberías y tubos soldados), ASTM B729 (bares y perdtres), ASTM B366 (bridas y accesorios) y ASTM A479 (barras para vesselas a presión).
Designaciones de DIN/en: En los estándares europeos, se designa como W. Nr . 2.4660 (DIN) o EN 1.4539 (aunque EN 1.4539 es muy similar pero puede tener ligeras variaciones en los elementos traza).
Otros nombres comerciales: Carpenter 20 (un nombre patentado de Carpenter Technology), aleación 20CB-3 (una variante que enfatiza el contenido de Niobium) y Nicrofer 3620 (un nombre comercial de algunos fabricantes europeos).
Normas ISO: Referenciado bajo ISO 15156-3 para aplicaciones de petróleo y gas en entornos corrosivos.
Estos equivalentes aseguran la consistencia en el rendimiento entre las cadenas de suministro globales, lo que permite a los fabricantes e ingenieros obtener materiales compatibles a nivel internacional.
La composición química de la aleación 20 se equilibra cuidadosamente para optimizar la resistencia a la corrosión, la resistencia mecánica y la soldabilidad. Los rangos típicos (por porcentaje de peso) se definen por estándares como ASTM y UNS:
Níquel (NI): 32.0–38.0% (elemento de aleación primaria, mejora la resistencia a la corrosión y estabiliza la estructura austenítica).
Cromo (CR): 19.0–21.0% (mejora la resistencia a la oxidación y la corrosión general).
Hierro (Fe): Resto (equilibra la aleación y proporciona estabilidad estructural).
Cobre (Cu): 3.0–4.0% (mejora la resistencia al ácido sulfúrico y otros ácidos reductores).
Niobio (NB) + Tantalum (TA): 8 x C min - 1.0% (estabiliza carburos para evitar la corrosión intergranular; el tantalum a menudo se incluye como un sustituto del niobio en algunas especificaciones).
Carbono (c): Máximo 0.07% (mantenido bajo para minimizar la formación de carburo, lo que puede causar corrosión intergranular).
Manganeso (MN): Máximo 2.0% (SIDA en desoxidación durante la fabricación).
Silicio (Si): Máximo 1.0% (mejora la fluidez en la soldadura pero controlada para evitar la fragilidad).
Fósforo (P): Máximo 0.045% (minimizado para evitar la fragilidad).
Azufre (s): Máximo 0.035% (mantenido bajo para reducir el agrietamiento caliente durante la soldadura).
Esta composición garantiza la resistencia de la aleación al ácido sulfúrico, las picaduras inducidas por cloruro y la corrosión intergranular, incluso después de la soldadura o el tratamiento térmico.
La aleación 20 exhibe una combinación de buena resistencia mecánica, ductilidad y dureza, con propiedades que permanecen estables en un rango de temperaturas. Las siguientes son propiedades mecánicas típicas para la aleación recocida 20 (los valores pueden variar ligeramente en función de la forma, el tratamiento térmico o los estándares específicos):
Resistencia a la tracción: 550–690 MPa (80,000–100,000 psi) a temperatura ambiente.
Resistencia al rendimiento (0.2% de compensación): 240–310 MPa (35,000–45,000 psi) a temperatura ambiente.
Alargamiento (en 50 mm): 30–40% (indica alta ductilidad, lo que permite formar y fabricar).
Dureza: 135–180 HB (dureza de Brinell, condición recocida).
Módulo de elasticidad: Aproximadamente 200 GPA (29,000 KSI) a temperatura ambiente.
Densidad: 8.0 g/cm³ (0.289 lb/in³).
Rango de fusión: 1370–1400 grados (2500–2550 grados F).
En temperaturas elevadas (hasta ~ 425 grados / 800 grados F), la aleación 20 conserva gran parte de su resistencia, aunque las fuerzas de tracción y rendimiento disminuyen gradualmente al aumentar la temperatura. También exhibe buena resistencia a bajas temperaturas, sin una transición significativa de dúctil a frágil, lo que lo hace adecuado para aplicaciones criogénicas en entornos corrosivos.
El trabajo en frío (por ejemplo, el rodamiento o el dibujo) puede aumentar la resistencia de la aleación (resistencia a la tracción de hasta ~ 825 MPa / 120,000 psi) pero reduce la ductilidad, lo que puede ser deseable para aplicaciones que requieren un mayor rendimiento mecánico. Las juntas soldadas, cuando se ejecutan adecuadamente, mantienen propiedades mecánicas comparables al metal base, asegurando la integridad estructural en los componentes fabricados.
