Το κράμα 20, επίσης γνωστό ως Carpenter 20 ή UNS N08020, είναι ένα υπερκράριο νικελίου-σιδήρου-χρωμίου που έχει σχεδιαστεί για να προσφέρει εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση, ιδιαίτερα σε επιθετικά χημικά περιβάλλοντα-κυρίως σε θειικό οξύ, το οποίο είναι πολύ διαβρωτικό σε πολλά συμβατικά μέταλλα. Κατατάσσεται ως ωστενιτικό κράμα (με κυβική κρυσταλλική δομή με επίκεντρο το πρόσωπο), αναφέρεται συχνά ως «κράμα θειικού οξέος» λόγω της εξειδικευμένης απόδοσής του σε τέτοια μέσα.
Αυτό που διακρίνει το κράμα 20 είναι η ισορροπημένη σύνθεσή του, η οποία περιλαμβάνει ελεγχόμενες προσθήκες Niobium (Columbium) για να σταθεροποιήσει τα καρβίδια, αποτρέποντας τη διαμεσολαβητική διάβρωση κατά τη συγκόλληση ή την έκθεση σε υψηλή θερμοκρασία. Αυτό το κράμα αντιστέκεται όχι μόνο στη γενική διάβρωση, αλλά και στις εντοπισμένες μορφές όπως η διάβρωση της σχισμής και η διάβρωση του στρες (SCC), ακόμη και σε διάβρωνες διαλύσεις υψηλής ταχύτητας ή υψηλής θερμοκρασίας.
Το κράμα 20 βρίσκει εκτεταμένη χρήση σε βιομηχανίες όπως η χημική επεξεργασία (για την παραγωγή και το χειρισμό του θειικού οξέος), τα φαρμακευτικά προϊόντα, την επεξεργασία τροφίμων και ποτών, τη διύλιση του πετρελαίου και του φυσικού αερίου και την επεξεργασία λυμάτων. Διατίθεται σε διάφορες μορφές, συμπεριλαμβανομένων φύλλων, πλακών, ράβδων, σωλήνων, εξαρτημάτων και συγκολλήσεων, και διατηρεί καλή συγκόλληση και παραπλανητικότητα όταν χρησιμοποιούνται κατάλληλες τεχνικές (π.χ. αποφεύγοντας την παραλαβή του άνθρακα).
Το κράμα 20 έχει πολλά διεθνή ισοδύναμα και ονομασίες σε διαφορετικά πρότυπα και περιοχές, αντανακλώντας την παγκόσμια αναγνώρισή του. Αυτά τα ισοδύναμα ταιριάζουν ή προσεγγίζουν στενά τη χημική του σύνθεση και τα χαρακτηριστικά απόδοσης:
Περιορισμός: UNS N08020 (ενοποιημένο σύστημα αρίθμησης για μέταλλα και κράματα, που χρησιμοποιούνται στη Βόρεια Αμερική).
Πρότυπα ASTM: Που καλύπτεται από πολλαπλές προδιαγραφές ASTM, συμπεριλαμβανομένων των ASTM B463 (σωλήνες και σωλήνες aSTM B464 (συγκολλημένες σωλήνες και σωλήνες).
DIN/en ονομασίες: Στα ευρωπαϊκά πρότυπα, ορίζεται ως W. NR . 2.4660 (DIN) ή EN 1.4539 (αν και το EN 1.4539 είναι πολύ παρόμοιο, αλλά μπορεί να έχει μικρές παραλλαγές στα ιχνοστοιχεία).
Άλλα εμπορικά ονόματα: Carpenter 20 (ένα ιδιόκτητο όνομα από την τεχνολογία Carpenter), το κράμα 20CB-3 (μια παραλλαγή που τονίζει το περιεχόμενο Niobium) και το Nicrofer 3620 (εμπορική ονομασία από ορισμένους ευρωπαίους κατασκευαστές).
Πρότυπα ISO: Αναφέρεται στο ISO 15156-3 για εφαρμογές πετρελαίου και φυσικού αερίου σε διαβρωτικά περιβάλλοντα.
Αυτά τα ισοδύναμα εξασφαλίζουν τη συνοχή της απόδοσης σε όλες τις παγκόσμιες αλυσίδες εφοδιασμού, επιτρέποντας στους κατασκευαστές και τους μηχανικούς να πηγαίνουν συμβατά με συμβατά υλικά σε διεθνές επίπεδο.
Η χημική σύνθεση του κράματος 20 είναι προσεκτικά ισορροπημένη για τη βελτιστοποίηση της αντοχής στη διάβρωση, της μηχανικής αντοχής και της συγκολλητικότητας. Οι τυπικές περιοχές (κατά βάρος βάρους) ορίζονται από πρότυπα όπως το ASTM και το UNS:
Νικέλιο (Ni): 32.0-38.0% (πρωτεύον στοιχείο κράματος, ενισχύει την αντοχή στη διάβρωση και σταθεροποιεί την ωστενιτική δομή).
Χρωμίου (CR): 19,0-21,0% (βελτιώνει την αντίσταση στην οξείδωση και τη γενική διάβρωση).
Σίδερο (Fe): Υπόλοιπο (ισορροπεί το κράμα και παρέχει δομική σταθερότητα).
Χαλκός (Cu): 3.0-4.0% (ενισχύει την αντίσταση στο θειικό οξύ και άλλα αναγωγικά οξέα).
Niobium (nb) + tantalum (ta): 8 x C Min - 1,0% (σταθεροποιεί τα καρβίδια για να αποφευχθεί η ενδοκοκκονική διάβρωση, το ταντάλιο περιλαμβάνεται συχνά ως υποκατάστατο του Niobium σε ορισμένες προδιαγραφές).
Άνθρακας (γ): Μέγιστο 0,07% (διατηρείται χαμηλή για να ελαχιστοποιηθεί ο σχηματισμός καρβιδίου, ο οποίος μπορεί να προκαλέσει διακεκριμένη διάβρωση).
Μαγγάνιο (MN): Μέγιστο 2,0% (βοηθήματα σε αποξείδιες κατά τη διάρκεια της κατασκευής).
Πυρίτιο (SI): Μέγιστο 1,0% (βελτιώνει τη ρευστότητα στη συγκόλληση αλλά ελέγχεται για να αποφευχθεί η ευγένεια).
Φωσφόρος (Ρ): Μέγιστο 0,045% (ελαχιστοποιείται για να αποφευχθεί η κηλίδα).
Θείο (ες): Μέγιστο 0,035% (διατηρείται χαμηλή για να μειωθεί η καυτή ρωγμή κατά τη συγκόλληση).
Αυτή η σύνθεση εξασφαλίζει την αντίσταση του κράματος στο θειικό οξύ, την επαγόμενη από χλωρίδιο και τη διακεκκρυδιακή διάβρωση, ακόμη και μετά τη συγκόλληση ή τη θερμική επεξεργασία.
Το κράμα 20 παρουσιάζει συνδυασμό καλής μηχανικής αντοχής, ολκιμότητας και σκληρότητας, με ιδιότητες που παραμένουν σταθερές σε μια σειρά θερμοκρασιών. Τα παρακάτω είναι τυπικές μηχανικές ιδιότητες για ανόπη κράμα 20 (οι τιμές μπορεί να ποικίλουν ελαφρώς με βάση τη μορφή, τη θερμική επεξεργασία ή τα συγκεκριμένα πρότυπα):
Αντοχή σε εφελκυσμό: 550-690 MPa (80.000-100.000 psi) σε θερμοκρασία δωματίου.
Αντοχή απόδοσης (μετατόπιση 0,2%): 240-310 MPa (35.000-45.000 psi) σε θερμοκρασία δωματίου.
Επιμήκυνση (σε 50 mm): 30-40% (υποδηλώνει υψηλή ολκιμότητα, επιτρέποντας τη διαμόρφωση και την κατασκευή).
Σκληρότητα: 135-180 HB (σκληρότητα Brinell, ανόπτηση).
Μέτρο ελαστικότητας: Περίπου 200 GPa (29.000 KSI) σε θερμοκρασία δωματίου.
Πυκνότητα: 8,0 g/cm3 (0,289 lb/in³).
Φάσμα τήξης: 1370-1400 βαθμούς (2500-2550 βαθμός στ).
Σε αυξημένες θερμοκρασίες (έως ~ 425 μοίρες / 800 βαθμοί F), το κράμα 20 διατηρεί μεγάλο μέρος της αντοχής του, αν και εφελκυστεί και οι αντοχές απόδοσης μειώνονται σταδιακά με την αύξηση της θερμοκρασίας. Επίσης, παρουσιάζει καλή σκληρότητα σε χαμηλές θερμοκρασίες, χωρίς σημαντική μετάβαση από όρμο-εύθραυστη, καθιστώντας την κατάλληλη για κρυογονικές εφαρμογές σε διαβρωτικά περιβάλλοντα.
Η ψυχρή εργασία (π.χ. κύλιση ή σχέδιο) μπορεί να αυξήσει τη δύναμη του κράματος (αντοχή σε εφελκυσμό έως ~ 825 MPa / 120,000 psi), αλλά μειώνει την ολκιμότητα, η οποία μπορεί να είναι επιθυμητή για εφαρμογές που απαιτούν υψηλότερη μηχανική απόδοση. Οι συγκολλημένες αρθρώσεις, όταν εκτελούνται σωστά, διατηρούν μηχανικές ιδιότητες συγκρίσιμες με το βασικό μέταλλο, εξασφαλίζοντας δομική ακεραιότητα σε κατασκευασμένα εξαρτήματα.
