Duplex en acier inoxydable 316L VS 2205 dans les domaines de la biomédecine

L'industrie pharmaceutique et biotechnologique a des exigences relativement élevées concernant les matériaux en acier utilisés dans le traitement des navires et des systèmes de canalisations, qui doivent avoir une excellente résistance à la corrosion et une excellente propreté pour assurer la pureté et la qualité du produit pharmaceutique, ils doivent également être capables de tolérer l'environnement de production et les processus de désinfection et de nettoyage de la température, de la pression et de la corrosion, ont également une bonne soudabilité et peuvent satisfaire les exigences de l'industrie de la finition de surface.

316L (UNS S31603, EN 1.4404) L'acier inoxydable austénitique est le matériau principal des équipements de fabrication des industries pharmaceutiques et biotechnologiques. L'acier inoxydable 316L possède d'excellentes propriétés de résistance à la corrosion, de soudabilité et de polissage électrolytique, ce qui en fait un matériau idéal pour la plupart des applications pharmaceutiques. Bien que l'acier inoxydable 316L fonctionne bien dans de nombreux environnements de processus, les clients continuent d'améliorer les performances de l'acier inoxydable 316L grâce à une sélection rigoureuse de la composition chimique spécifique de l'acier inoxydable 316L et à l'utilisation de processus de production améliorés tels que la refusion par électrochocs (ESR).

Pour les milieux hautement corrosifs, les clients qui peuvent accepter des coûts de maintenance accrus peuvent continuer à utiliser de l'acier inoxydable 316L, ou choisir d'utiliser de l'acier inoxydable super austénitique à 6% de molybdène avec une composition d'alliage plus élevée, comme AL-6XN® (UNS N08367) ou 254 SMO® (UNS S31254, EN 1.4547). Actuellement, l'acier inoxydable biphasé 2205 (UNS S32205, EN 1.4462) est également utilisé dans la fabrication d'équipements de traitement dans cette industrie.

La microstructure de l'acier inoxydable 316L comprend la phase austénite et une très petite quantité de phase ferrite, qui est formée principalement en ajoutant une quantité suffisante de nickel à l'alliage pour stabiliser la phase austénite. La teneur en nickel de l'acier inoxydable 316L est généralement de 10 à 11%. L'acier inoxydable duplex 2205 est formé en réduisant la teneur en nickel à environ 5% et en ajustant le manganèse et l'azote ajoutés pour former environ 40 à 50% de ferrite et contient à peu près la même quantité de microstructure en phase ferrite et en phase austénite, avec une corrosion importante à considérable la résistance. L'augmentation de la teneur en azote et la microstructure à grains fins de l'acier inoxydable duplex 2205 lui confèrent une résistance supérieure à celle des aciers inoxydables austénitiques courants tels que 304L et 316L. Dans des conditions de recuit, la limite d'élasticité de l'acier inoxydable duplex 2205 est environ deux fois celle de l'acier inoxydable 316L. En raison de cette résistance plus élevée, la contrainte admissible de l'acier inoxydable double 2205 peut être beaucoup plus élevée, en fonction des spécifications de conception des équipements de processus de fabrication. Il peut réduire l'épaisseur et le coût de la paroi dans de nombreuses applications. Voyons la composition chimique et la comparaison des propriétés mécaniques entre 316L et 2205 (spécifiée dans ASTM A240)

gradesUNSCMnPSSiCrNiMoN
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
gradesRésistance à la traction, Mpa (ksi)Limite d'élasticité Mpa (ksi)ÉlongationDureté, HRB (HRC)
316 / 316L515 (75)205 (30)40 % 217 (95)
2205655 (95)450 (65)25 % 29331 ()

Performances de corrosivité

Résistance à la corrosion par piqûres

Dans les applications pharmaceutiques et biotechnologiques, la corrosion la plus courante de l'acier inoxydable est la piqûre dans les milieux chlorés. L'acier inoxydable duplex 2205 a une teneur en chrome, molybdène et azote plus élevée, ce qui est nettement meilleur que l'acier inoxydable 316L en termes de résistance à la corrosion par piqûres et crevasses. La résistance relative à la corrosion de l'acier inoxydable peut être déterminée en mesurant la température (température de corrosion critique) requise pour le piqûre dans une solution d'essai standard de chlorure ferrique à 6%. La température critique de corrosion (CPT) de l'acier inoxydable duplex 2205 se situe entre l'acier inoxydable 316L et l'acier inoxydable super austénitique à 6% de molybdène. Il convient de noter que les données CPT mesurées dans une solution de chlorure ferrique constituent un classement fiable de la résistance aux piqûres d'ions chlorure et ne doivent pas être utilisées pour prédire la température de corrosion critique du matériau dans d'autres environnements chlorés.

Fissuration par corrosion

Lorsque les températures sont supérieures à 150 ° C (60 ° F), l'acier inoxydable 316L est susceptible de se fissurer sous l'action combinée de la contrainte de traction et des ions chlorure, et cette corrosion catastrophique est connue sous le nom de fissuration par corrosion sous contrainte de chlorure (SCC). Lors de la sélection de matériaux dans des conditions de fluide chaud, l'acier inoxydable 316 doit être évité en présence d'ions chlorure et à des températures de 150 ° F (60 ° C) ou plus. Comme le montre la figure ci-dessous, l'acier inoxydable duplex 2205 peut résister à un CCS d'au moins 250 ° F (120 ° C) dans une simple solution saline.

Propriétés de traitement

L'usinage de l'acier inoxydable duplex 2205 est similaire à celui du 316L à bien des égards, mais il existe encore quelques différences. Le traitement de formage à froid doit prendre en compte les caractéristiques de résistance et d'écrouissage plus élevées de l'acier inoxydable biphasé, l'équipement peut être nécessaire pour avoir une capacité de charge plus élevée, et en fonctionnement, l'acier inoxydable 2205 montrera une résilience plus élevée que les nuances d'acier inoxydable austénitique standard. La résistance supérieure de l'acier inoxydable duplex 2205 rend la coupe plus difficile que celle du 316L.

L'acier inoxydable duplex 2205 peut être soudé de la même manière que l'acier inoxydable 316L. Cependant, l'apport de chaleur et la température interlaminaire doivent être strictement contrôlés pour maintenir le rapport de phase austénite-ferrite attendu et pour éviter la précipitation de phases intermétalliques nocives. Le gaz de soudage contient une petite quantité d'azote pour éviter ces problèmes. Dans la qualification de soudage de l'acier inoxydable duplex, la méthode couramment utilisée consiste à évaluer le rapport austénite-ferrite par un testeur de ferrite ou un examen métallographique. La méthode d'essai ASTM A 923 est généralement utilisée pour vérifier la présence de phases intermétalliques nocives. Le métal d'apport recommandé pour la soudure est ER2209 (UNSS39209, EN 1600). Le soudage par auto-fusion n'est recommandé que si le traitement de recuit de la solution de soudage peut être effectué après le soudage pour restaurer la résistance à la corrosion. Il n'utilise pas de métal d'apport. Pour effectuer un recuit en solution, les composants sont chauffés à une température d'au moins 1900 1040 ° C (XNUMX ° F) puis refroidis rapidement.

La pénétration et la fluidité de l'acier inoxydable Duplex 2205 sont médiocres que l'acier inoxydable 316L, de sorte que la vitesse de soudage est plus lente et la forme du joint doit être modifiée. L'acier inoxydable duplex 2205 nécessite un angle de rainure plus large, un dégagement de racine plus grand et un bord émoussé plus petit que l'acier inoxydable 316L afin d'obtenir une soudure entièrement fondue. Si l'équipement de soudage permet l'utilisation de fil d'apport, le 2209 fil d'apport est utilisé pour gérer le soudage des rails de tuyaux en acier inoxydable 2205, ou le fil d'apport peut être utilisé à la place de l'insert consommable d'alliage approprié.

Polissage électrolytique

De nombreuses applications pharmaceutiques et biotechnologiques exigent que la surface en contact avec le produit soit polie électrolytiquement, de sorte que des surfaces polies électrolytiquement de haute qualité sont une propriété importante du matériau. L'acier inoxydable 2205 Duplex peut être poli électrolytiquement à une finition de 15 micro-pouces (0.38 microns) ou plus, ce qui dépasse la norme ASME BPE pour la finition de surface des surfaces polies électrolytiquement, mais la surface en acier inoxydable 2205 polie électrolytiquement n'est pas aussi brillante que l'acier inoxydable 316L surface en acier. Cette différence est due à la solubilité légèrement plus élevée du métal de la ferrite par rapport à l'austénite pendant le processus d'électropolissage.

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