Acero inoxidable 316L VS 2205 duplex en campos de biomedicina

La industria farmacéutica y biotecnológica tiene requisitos relativamente altos sobre los materiales de acero utilizados en el procesamiento de recipientes y sistemas de tuberías, que deben tener una excelente resistencia a la corrosión y limpieza para garantizar la pureza y calidad del producto farmacéutico, también deben poder tolerar el entorno de producción. y los procesos de desinfección y limpieza de temperatura, presión y corrosión, también tienen buena soldabilidad y pueden satisfacer los requisitos de la industria de acabado superficial.

316L (UNS S31603, EN 1.4404) El acero inoxidable austenítico es el material principal para los equipos en la fabricación de las industrias farmacéutica y biotecnológica. El acero inoxidable 316L tiene una excelente resistencia a la corrosión, soldabilidad y propiedades de pulido electrolítico, lo que lo convierte en un material ideal para la mayoría de las aplicaciones farmacéuticas. Aunque el acero inoxidable 316L funciona bien en muchos entornos de proceso, los clientes continúan mejorando el rendimiento del acero inoxidable 316L mediante una selección cuidadosa de la composición química específica del acero inoxidable 316L y el uso de procesos de producción mejorados, como la refundición por electroescoria (ESR).

Para medios altamente corrosivos, los clientes que pueden aceptar mayores costos de mantenimiento pueden continuar usando acero inoxidable 316L o elegir usar acero inoxidable súper austenítico de molibdeno al 6% con una composición de aleación más alta, como AL-6XN® (UNS N08367) o 254 SMO® (UNS S31254, EN 1.4547). Actualmente, el acero inoxidable de doble fase 2205 (UNS S32205, EN 1.4462) también se utiliza en la fabricación de equipos de proceso en esta industria.

La microestructura del acero inoxidable 316L incluye la fase de austenita y una cantidad muy pequeña de fase de ferrita, que se forma principalmente al agregar una cantidad suficiente de níquel a la aleación para estabilizar la fase de austenita. El contenido de níquel del acero inoxidable 316L es generalmente del 10-11%. El acero inoxidable dúplex 2205 se forma reduciendo el contenido de níquel a aproximadamente un 5% y ajustando el manganeso y el nitrógeno agregados para formar aproximadamente un 40-50% de ferrita y contiene aproximadamente la misma cantidad de fase de ferrita y microestructura de fase de austenita, con una corrosión de grande a considerable. resistencia. El aumento del contenido de nitrógeno y la microestructura de grano fino del acero inoxidable dúplex 2205 hacen que tenga mayor resistencia que los aceros inoxidables austeníticos comunes como 304L y 316L. En condiciones de recocido, el límite elástico del acero inoxidable dúplex 2205 es aproximadamente el doble que el del acero inoxidable 316L. Debido a esta mayor resistencia, la tensión permisible del acero inoxidable dúplex 2205 puede ser mucho mayor, dependiendo de las especificaciones de diseño para el equipo de proceso de fabricación. Puede reducir el grosor de la pared y el costo en muchas aplicaciones. Veamos la composición química y la comparación de propiedades mecánicas entre 316L y 2205 (especificado en ASTM A240)

gradosUNSCMnPSSiCrNiMoN
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
gradosResistencia a la tracción, Mpa (ksi)Fuerza de producción Mpa (ksi)AlargamientoDureza, HRB (HRC)
316 / 316L515 (75)205 (30)40%217 (95)
2205655 (95)450 (65)25%29331 ()

Rendimiento de corrosividad

Resistencia a la corrosión por picadura

En aplicaciones farmacéuticas y biotecnológicas, la corrosión más común del acero inoxidable son las picaduras en medios de cloruro. El acero inoxidable dúplex 2205 tiene un mayor contenido de cromo, molibdeno y nitrógeno, que es significativamente mejor que el acero inoxidable 316L en cuanto a resistencia a la corrosión por picaduras y grietas. La resistencia relativa a la corrosión del acero inoxidable se puede determinar midiendo la temperatura (temperatura crítica de corrosión) requerida para la formación de picaduras en una solución de prueba estándar de cloruro férrico al 6%. La temperatura crítica de corrosión (CPT) del acero inoxidable dúplex 2205 está entre el acero inoxidable 316L y el acero inoxidable súper austenítico de molibdeno al 6%. Cabe señalar que los datos de CPT medidos en solución de cloruro férrico son una clasificación confiable de la resistencia a las picaduras de iones de cloruro y no deben usarse para predecir la temperatura crítica de corrosión del material en otros entornos de cloruro.

Corrosión bajo tensión

Cuando las temperaturas son superiores a 150 ° F (60 ° C), el acero inoxidable 316L es propenso a agrietarse bajo la acción combinada de la tensión de tracción y los iones de cloruro, y esta corrosión catastrófica se conoce como agrietamiento por corrosión bajo tensión por cloruro (SCC). Al seleccionar materiales en condiciones de fluidos calientes, se debe evitar el acero inoxidable 316 en presencia de iones de cloruro y temperaturas de 150 ° F (60 ° C) o más. Como se muestra en la figura siguiente, el acero inoxidable dúplex 2205 puede soportar SCC al menos 250 ° F (120 ° C) en una solución salina simple.

Propiedades de procesamiento

El mecanizado del acero inoxidable dúplex 2205 es similar al del 316L en muchos aspectos, pero aún existen algunas diferencias. El procesamiento de conformado en frío debe tener en cuenta la mayor resistencia y las características de endurecimiento por trabajo del acero inoxidable de doble fase, es posible que se requiera que el equipo tenga una mayor capacidad de carga y, en funcionamiento, el acero inoxidable 2205 mostrará una mayor resiliencia que los grados de acero inoxidable austenítico estándar. La mayor resistencia del acero inoxidable dúplex 2205 hace que sea más difícil de cortar que el 316L.

El acero inoxidable dúplex 2205 se puede soldar de la misma manera que el acero inoxidable 316L. Sin embargo, la entrada de calor y la temperatura interlaminar deben controlarse estrictamente para mantener la relación de fase austenita-ferrita esperada y para evitar la precipitación de fases intermetálicas perjudiciales. El gas de soldadura contiene una pequeña cantidad de nitrógeno para evitar estos problemas. En la calificación de soldadura de acero inoxidable dúplex, el método comúnmente utilizado es evaluar la relación austenita-ferrita mediante un probador de ferrita o un examen metalográfico. El método de prueba ASTM A 923 se usa típicamente para verificar la presencia de fases intermetálicas dañinas. El metal de aportación recomendado para la soldadura es ER2209 (UNSS39209, EN 1600). La soldadura por autofusión se recomienda solo si el tratamiento de recocido de la solución de soldadura se puede realizar después de la soldadura para restaurar la resistencia a la corrosión. No utiliza metal de aportación. Para realizar el recocido en solución, los componentes se calientan a una temperatura de al menos 1900 ° F (1040 ° C) y luego se enfrían rápidamente.

La penetración y fluidez del acero inoxidable dúplex 2205 son deficientes que las del acero inoxidable 316L, por lo que la velocidad de soldadura es más lenta y es necesario modificar la forma de la junta. El acero inoxidable dúplex 2205 requiere un ángulo de ranura más amplio, un espacio de raíz más grande y un borde romo más pequeño que el acero inoxidable 316L para obtener una soldadura completamente fundida. Si el equipo de soldadura permite el uso de alambre de aporte, el 2209 alambre de relleno se utiliza para manejar la soldadura de riel de tubería de acero inoxidable 2205, o se puede usar el alambre de relleno en lugar del inserto consumible de aleación apropiado.

Pulido electrolítico

Muchas aplicaciones farmacéuticas y biotecnológicas requieren que la superficie en contacto con el producto sea pulida electrolíticamente, por lo que las superficies pulidas electrolíticamente de alta calidad son una propiedad importante del material. El acero inoxidable 2205 dúplex se puede pulir electrolíticamente hasta un acabado de 15 micrones (0.38 micrones) o superior, lo que supera el estándar ASME BPE para el acabado de superficies pulidas electrolíticamente, pero la superficie de acero inoxidable 2205 pulida electrolíticamente no es tan brillante como el acero inoxidable 316L superficie de acero. Esta diferencia se debe a la solubilidad metálica ligeramente superior de la ferrita en comparación con la austenita durante el proceso de electropulido.

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