الفولاذ المقاوم للصدأ 316L مقابل 2205 مزدوج في مجالات الطب الحيوي

تتطلب صناعة الأدوية والتكنولوجيا الحيوية متطلبات عالية نسبيًا بشأن المواد الفولاذية المستخدمة في معالجة السفن ونظام خطوط الأنابيب ، والتي يجب أن تتمتع بمقاومة ممتازة للتآكل والنظافة لضمان نقاء وجودة المنتج الدوائي ، كما يجب أن تكون قادرة على تحمل بيئة الإنتاج وعمليات التطهير والتنظيف لدرجة الحرارة والضغط والتآكل ، لها أيضًا قابلية لحام جيدة ويمكن أن تلبي متطلبات صناعة تشطيب الأسطح.

316L (UNS S31603، EN 1.4404) الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ هو المادة الرئيسية للمعدات في تصنيع الصناعات الدوائية والتكنولوجيا الحيوية. يتمتع الفولاذ المقاوم للصدأ 316L بمقاومة ممتازة للتآكل ، وقابلية اللحام ، وخصائص التلميع بالكهرباء ، مما يجعله مادة مثالية لمعظم التطبيقات الصيدلانية. على الرغم من أن الفولاذ المقاوم للصدأ 316L يعمل بشكل جيد في العديد من بيئات العمليات ، إلا أن العملاء يواصلون تحسين أداء الفولاذ المقاوم للصدأ 316L من خلال الاختيار الدقيق لتركيبة كيميائية محددة من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L واستخدام عمليات إنتاج محسنة مثل إعادة الصهر الكهربائي (ESR).

بالنسبة للوسائط عالية التآكل ، يمكن للعملاء الذين يمكنهم قبول تكاليف الصيانة المتزايدة الاستمرار في استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ 316L ، أو اختيار استخدام 6٪ من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي الموليبدينوم مع تركيبة سبائك أعلى ، مثل AL-6XN® (UNS N08367) أو 254 SMO (UNS S31254 ، EN 1.4547). حاليًا ، يتم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ ثنائي الطور 2205 (UNS S32205 ، EN 1.4462) أيضًا في تصنيع معدات المعالجة في هذه الصناعة.

تشتمل البنية المجهرية لصلب الفولاذ المقاوم للصدأ 316L على مرحلة الأوستينيت وكمية صغيرة جدًا من طور الفريت ، والذي يتكون أساسًا من خلال إضافة كمية كافية من النيكل إلى السبيكة لتحقيق الاستقرار في مرحلة الأوستينيت. محتوى النيكل في الفولاذ المقاوم للصدأ 316L هو بشكل عام 10-11٪. يتم تشكيل الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2205 عن طريق تقليل محتوى النيكل إلى حوالي 5٪ وضبط المنجنيز والنيتروجين المضافين لتكوين حوالي 40-50٪ من الفريت ويحتوي تقريبًا على نفس الكمية من طور الفريت والبنية المجهرية لطور الأوستينيت ، مع تآكل كبير إلى كبير مقاومة. زيادة محتوى النيتروجين والبنية الدقيقة للحبوب الدقيقة للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2205 تجعله يتمتع بقوة أعلى من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي الشائع مثل 304 لتر و 316 لتر. في ظل ظروف التلدين ، تكون مقاومة الخضوع للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2205 حوالي ضعف مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ 316L. نظرًا لهذه القوة العالية ، يمكن أن يكون الضغط المسموح به من الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2205 أعلى بكثير ، اعتمادًا على مواصفات التصميم لمعدات عملية التصنيع. يمكن أن تقلل من سمك الجدار والتكلفة في العديد من التطبيقات. دعونا نرى مقارنة التركيب الكيميائي والخصائص الميكانيكية بين 316L و 2205 (محدد في ASTM A240)

درجاتUNSCMnPSSiCrNiMoN
316LS316030.032.00.0450.030.7516.0-18.010.0-14.02.0-3.00.1
2205S322050.032.00.030.021.022.0-23.04.5-6.53.0-3.50.14-0.2
درجاتقوة الشد ، Mpa (ksi)قوة العائد Mpa (ksi)استطالةصلابة ، HRB (HRC)
316 / 316L515 (75)205 (30)40%217 (95)
2205655 (95)450 (65)25%29331 ()

أداء التآكل

تأليب مقاومة التآكل

في تطبيقات المستحضرات الصيدلانية والتكنولوجيا الحيوية ، يكون التآكل الأكثر شيوعًا للفولاذ المقاوم للصدأ هو التنقر في وسط الكلوريد. يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين 2205 على نسبة أعلى من الكروم والموليبدينوم والنيتروجين ، وهو أفضل بكثير من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L في التنقر ومقاومة الصدوع. يمكن تحديد مقاومة التآكل النسبية للفولاذ المقاوم للصدأ عن طريق قياس درجة الحرارة (درجة حرارة التآكل الحرجة) المطلوبة للتأليب في محلول اختبار قياسي بنسبة 6٪ كلوريد الحديديك. درجة حرارة التآكل الحرجة (CPT) للفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين 2205 ما بين الفولاذ المقاوم للصدأ 316L و 6٪ من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي الموليبدينوم الفائق. وتجدر الإشارة إلى أن بيانات CPT المقاسة في محلول كلوريد الحديديك هي تصنيف موثوق به لمقاومة تأليب أيون الكلوريد ولا ينبغي استخدامها للتنبؤ بدرجة حرارة التآكل الحرجة للمادة في بيئات الكلوريد الأخرى.

تكسير التآكل الناتج عن الإجهاد

عندما تكون درجات الحرارة أعلى من 150 درجة فهرنهايت (60 درجة مئوية) ، يكون الفولاذ المقاوم للصدأ 316L عرضة للتصدع تحت تأثير إجهاد الشد وأيونات الكلوريد ، ويعرف هذا التآكل الكارثي باسم تكسير إجهاد الكلوريد (SCC). عند اختيار المواد في ظروف السوائل الساخنة ، يجب تجنب الفولاذ المقاوم للصدأ 316 في وجود أيونات الكلوريد ودرجات حرارة تبلغ 150 درجة فهرنهايت (60 درجة مئوية) أو أعلى. كما هو مبين في الشكل أدناه ، يمكن أن يتحمل الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2205 درجة حرارة لا تقل عن 250 درجة فهرنهايت (120 درجة مئوية) في محلول ملح بسيط.

خصائص المعالجة

يشبه تصنيع الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين 2205 نوع 316L من نواح كثيرة ، ولكن لا تزال هناك بعض الاختلافات. يجب أن تأخذ معالجة التشكيل على البارد في الاعتبار القوة العالية وخصائص تصلب العمل للفولاذ المقاوم للصدأ ثنائي الطور ، وقد تكون المعدات مطلوبة للحصول على سعة تحميل أعلى ، وفي التشغيل ، سيُظهر الفولاذ المقاوم للصدأ 2205 مرونة أعلى من درجات الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي القياسي. تجعل القوة العالية للفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين 2205 من الصعب قطعها أكثر من 316L.

يمكن لحام الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين 2205 بنفس طريقة لحام الفولاذ المقاوم للصدأ 316L. ومع ذلك ، يجب التحكم بشكل صارم في مدخلات الحرارة ودرجة حرارة interlaminar للحفاظ على نسبة طور الأوستينيت والفريت المتوقعة ولتجنب ترسيب الأطوار المعدنية الضارة. يحتوي غاز اللحام على كمية قليلة من النيتروجين لتجنب هذه المشاكل. في تأهيل اللحام للفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين ، تتمثل الطريقة الشائعة الاستخدام في تقييم نسبة الأوستينيت-الفريت عن طريق اختبار الفريت أو الفحص المعدني. تُستخدم طريقة اختبار ASTM A 923 عادةً للتحقق من وجود أطوار بين المعادن الضارة. معدن الحشو الموصى به للحام هو ER2209 (UNSS39209 ، EN 1600). يوصى باستخدام اللحام بالانصهار الذاتي فقط إذا كان من الممكن إجراء معالجة التلدين بمحلول اللحام بعد اللحام لاستعادة مقاومة التآكل. لا يستخدم حشو المعدن. لإجراء التلدين بالمحلول ، يتم تسخين المكونات إلى درجة حرارة لا تقل عن 1900 درجة فهرنهايت (1040 درجة مئوية) ثم تبريدها بسرعة.

الاختراق والسيولة في الفولاذ المقاوم للصدأ Duplex 2205 ضعيفان من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L ، وبالتالي فإن سرعة اللحام أبطأ وشكل المفصل بحاجة إلى تعديل. يتطلب 2205 الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين زاوية أخدود أوسع ، ومساحة أكبر للجذر وحافة حادة أصغر من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L من أجل الحصول على لحام كامل الانصهار. إذا كانت معدات اللحام تسمح باستخدام سلك حشو ، فإن 2209 سلك حشو يستخدم للتعامل مع مسار اللحام لأنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ 2205 ، أو يمكن استخدام سلك الحشو بدلاً من إدخال السبائك القابل للاستهلاك المناسب.

تلميع كهربائيا

تتطلب العديد من تطبيقات المستحضرات الصيدلانية والتكنولوجيا الحيوية أن يكون السطح الملامس للمنتج مصقولًا كهربائياً ، لذا فإن الأسطح المصقولة كهربائياً عالية الجودة هي خاصية مهمة للمواد. 2205 يمكن صقل الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين كهربائياً حتى 15 ميكرو بوصة (0.38 ميكرون) أو أعلى ، وهو ما يتجاوز معيار ASME BPE لإنهاء الأسطح المصقولة كهربائياً ، لكن سطح الفولاذ المقاوم للصدأ 2205 المصقول كهربائياً ليس ساطعاً مثل 316L غير القابل للصدأ سطح صلب. يرجع هذا الاختلاف إلى قابلية ذوبان معدن الفريت المرتفع قليلاً مقارنة بالأوستينيت أثناء عملية التلميع الكهربائي.

0 ردود

اترك تعليق

تريد الانضمام إلى مناقشة؟
لا تتردد في المساهمة!

اترك تعليق

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول المشار إليها إلزامية *