生物医学分野におけるステンレス鋼316LVS2205デュプレックス

製薬およびバイオテクノロジー業界は、処理容器およびパイプラインシステムで使用される鋼材に関して比較的高い要件を持っており、医薬品の純度と品質を確保するために優れた耐食性と清浄度を備えている必要があり、生産環境にも耐えることができなければなりません。温度、圧力、腐食の消毒および洗浄プロセスも優れた溶接性を備えており、表面仕上げの業界の要件を満たすことができます。

316L(UNS S31603、EN 1.4404)オーステナイト系ステンレス鋼は、製薬およびバイオテクノロジー産業の製造における機器の主な材料です。 316Lステンレス鋼は、優れた耐食性、溶接性、および電解研磨特性を備えているため、ほとんどの製薬用途に理想的な材料です。 316Lステンレス鋼は多くのプロセス環境で良好に機能しますが、お客様は特定の316Lステンレス鋼の化学組成を慎重に選択し、エレクトロスラグ再溶解(ESR)などの改善された製造プロセスを使用することにより、316Lステンレス鋼の性能を向上させ続けています。

腐食性の高い媒体の場合、メンテナンスコストの増加を受け入れることができるお客様は、引き続き316Lステンレス鋼を使用するか、AL-6XN®(UNS N6)や08367SMO®などのより高い合金組成の254%モリブデン超オーステナイト系ステンレス鋼を使用することを選択できます。 (UNS S31254、EN 1.4547)。 現在、2205(UNS S32205、EN 1.4462)二相ステンレス鋼は、この業界のプロセス機器の製造にも使用されています。

316Lステンレス鋼の微細構造には、オーステナイト相と、オーステナイト相を安定化するのに十分な量のニッケルを合金に添加することによって主に形成されるごく少量のフェライト相が含まれます。 316Lステンレス鋼のニッケル含有量は一般に10〜11%です。 2205二相ステンレス鋼は、ニッケルの含有量を約5%に減らし、添加するマンガンと窒素を調整して約40〜50%のフェライトを形成することによって形成され、ほぼ同量のフェライト相とオーステナイト相の微細構造を含み、大きな腐食からかなりの腐食があります。抵抗。 2205二相ステンレス鋼の窒素含有量の増加と微細粒微細構造により、304Lや316Lなどの一般的なオーステナイト系ステンレス鋼よりも強度が高くなっています。 焼鈍条件下では、2205二相ステンレス鋼の降伏強度は316Lステンレス鋼の約2205倍です。 この高い強度により、製造プロセス機器の設計仕様によっては、316二重ステンレス鋼の許容応力がはるかに高くなる可能性があります。 多くの用途で壁の厚さとコストを削減できます。 2205Lと240(ASTM AXNUMXで指定)の化学組成と機械的特性の比較を見てみましょう。

グレードUNSCMnPSSiCrNiMoN
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
グレード引張強さ、Mpa(ksi)降伏強さMpa(ksi)伸長硬度、HRB(HRC)
316 / 316L515(75)205(30)40%217(95)
2205655(95)450(65)25%29331()

腐食性能

耐孔食性

製薬およびバイオテクノロジーのアプリケーションでは、ステンレス鋼の最も一般的な腐食は塩化物媒体の孔食です。 2205二相ステンレス鋼はクロム、モリブデン、窒素の含有量が高く、耐孔食性と耐隙間腐食性において316Lステンレス鋼よりも大幅に優れています。 ステンレス鋼の相対的な耐食性は、6%塩化第二鉄の標準試験溶液での孔食に必要な温度(臨界腐食温度)を測定することによって決定できます。 2205二相ステンレス鋼の臨界腐食温度(CPT)は、316Lステンレス鋼と6%モリブデンスーパーオーステナイト系ステンレス鋼の間です。 塩化第二鉄溶液で測定されたCPTデータは、塩化物イオンの孔食に対する耐性の信頼できるランキングであり、他の塩化物環境での材料の臨界腐食温度を予測するために使用されるべきではないことに注意してください。

応力腐食割れ

温度が150°F(60°C)を超えると、316Lステンレス鋼は引張応力と塩化物イオンの複合作用で割れやすくなります。この壊滅的な腐食は、塩化物応力腐食割れ(SCC)として知られています。 高温の流体条件で材料を選択する場合、塩化物イオンが存在し、温度が316°F(150°C)以上の場合は、60ステンレス鋼を使用しないでください。 下の図に示すように、2205二相ステンレス鋼は単純な塩溶液で少なくとも250°F(120°C)のSCCに耐えることができます。

処理プロパティ

2205二相ステンレス鋼の機械加工は多くの点で316Lの機械加工と似ていますが、それでもいくつかの違いがあります。 冷間成形処理では、二相ステンレス鋼のより高い強度と加工硬化特性を考慮に入れる必要があり、機器にはより高い耐荷重が必要になる場合があり、動作中、ステンレス鋼2205は標準のオーステナイト系ステンレス鋼グレードよりも高い弾性を示します。 2205二相ステンレス鋼の強度が高いため、316Lよりも切断が困難です。

2205二相ステンレス鋼は316Lステンレス鋼と同じ方法で溶接できます。 ただし、予想されるオーステナイトとフェライトの相比を維持し、有害な金属間化合物相の析出を回避するために、入熱と層間温度を厳密に制御する必要があります。 これらの問題を回避するために、溶接ガスには少量の窒素が含まれています。 二相ステンレス鋼の溶接認定では、一般的に使用される方法は、フェライトテスターまたは金属組織検査によってオーステナイト-フェライト比を評価することです。 ASTM A 923試験方法は、通常、有害な金属間化合物相の存在を確認するために使用されます。 溶接に推奨される溶加材は ER2209 (UNSS39209、EN 1600)。 自己融接は、耐食性を回復するために溶接後に溶接溶体化処理を実行できる場合にのみ推奨されます。 溶加材は使用していません。 溶体化処理を実行するには、コンポーネントを少なくとも1900°F(1040°C)の温度に加熱してから、急速に冷却します。

二相ステンレス鋼2205の溶け込みと流動性は316Lステンレス鋼よりも劣るため、溶接速度が遅くなり、接合部の形状を変更する必要があります。 2205二相ステンレス鋼は、完全に溶着した溶接を得るために、316Lステンレス鋼よりも広い溝角度、大きなルートクリアランス、および小さな鈍いエッジを必要とします。 溶接装置がフィラーワイヤーの使用を許可している場合、 2209フィラーワイヤー は2205ステンレス鋼パイプの軌道溶接を処理するために使用されます。または、適切な合金消耗品インサートの代わりにフィラーワイヤを使用することもできます。

電解研磨

多くの製薬およびバイオテクノロジーアプリケーションでは、製品と接触する表面を電解研磨する必要があるため、高品質の電解研磨表面は重要な材料特性です。 2205二相ステンレス鋼は15マイクロインチ(0.38ミクロン)以上の仕上げまで電解研磨できます。これは、電解研磨面の表面仕上げに関するASME BPE基準を超えていますが、電解研磨された2205ステンレス鋼の表面は316Lステンレス鋼ほど明るくありません。鋼の表面。 この違いは、電解研磨プロセス中のオーステナイトと比較して、フェライトの金属溶解度がわずかに高いためです。

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