생의학 분야의 스테인리스 스틸 316L VS 2205 듀플렉스

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제약 및 생명 공학 산업은 의약품의 순도와 품질을 보장하기 위해 우수한 내식성과 청결성을 가져야하는 처리 용기 및 파이프 라인 시스템에 사용되는 철강 재료에 대한 요구 사항이 상대적으로 높으며 온도, 압력 및 부식의 생산 환경과 소독 및 세척 공정을 견딜 수 있어야하며 용접성이 우수하고 표면 마감에 대한 업계의 요구 사항을 충족 할 수 있어야합니다.

316L(UNS S31603, EN 1.4404) 오스테나이트 스테인리스강은 제약 및 생명공학 산업 제조 장비의 주요 소재입니다. 316L 스테인리스 스틸은 내식성, 용접성 및 전해 연마 특성이 우수하여 대부분의 제약 분야에 이상적인 소재입니다. 316L 스테인리스강은 많은 공정 환경에서 우수한 성능을 발휘하지만, 고객들은 특정 316L 스테인리스강 화학 성분을 신중하게 선택하고 전기 슬래그 재용융(ESR)과 같은 개선된 생산 공정을 사용하여 316L 스테인리스강의 성능을 지속적으로 개선하고 있습니다.

부식성이 높은 매체의 경우 유지보수 비용 증가를 감수할 수 있는 고객은 316L 스테인리스강을 계속 사용하거나 AL-6XN®(UNS N08367) 또는 254 SMO®(UNS S31254, EN 1.4547)와 같이 합금 구성이 높은 6% 몰리브덴 슈퍼 오스테나이트 스테인리스강을 선택할 수 있습니다. 현재 2205(UNS S32205, EN 1.4462) 2상 스테인리스강도 이 산업에서 공정 장비 제조에 사용됩니다.

316L 스테인리스강의 미세 구조에는 오스테나이트 상과 매우 소량의 페라이트 상이 포함되며, 이는 주로 오스테나이트 상을 안정화하기 위해 합금에 충분한 양의 니켈을 첨가하여 형성됩니다. 316L 스테인리스 스틸의 니켈 함량은 일반적으로 10-11%입니다. 2205 듀플렉스 스테인리스 강은 니켈 함량을 약 5%로 줄이고 첨가 된 망간과 질소를 조정하여 약 40-50% 페라이트를 형성하여 형성되며 거의 동일한 양의 페라이트 상과 오스테 나이트 상 미세 구조를 포함하며 내식성이 크거나 상당한 내식성을 가지고 있습니다. 2205 듀플렉스 스테인리스 스틸의 질소 함량 증가와 미세 입자 미세 구조로 인해 304L 및 316L과 같은 일반적인 오스테나이트 스테인리스 스틸보다 강도가 높습니다. 어닐링 조건에서 2205 듀플렉스 스테인리스 스틸의 항복 강도는 316L 스테인리스 스틸의 약 2배입니다. 이러한 높은 강도로 인해 제조 공정 장비의 설계 사양에 따라 2205 이중 스테인리스강의 허용 응력은 훨씬 더 높을 수 있습니다. 따라서 많은 응용 분야에서 벽 두께와 비용을 줄일 수 있습니다. 316L과 2205(ASTM A240에 명시됨)의 화학적 조성 및 기계적 물성 비교를 살펴보겠습니다.

성적UNSCMnPSSiCrNiMoN
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
성적인장 강도, Mpa(ksi)항복 강도 Mpa(ksi)신장경도, HRB(HRC)
316/316L515(75)205(30)40%217(95)
2205655(95)450(65)25%29331()

부식성 성능

피팅 내식성

제약 및 생명공학 응용 분야에서 스테인리스강의 가장 일반적인 부식은 염화물 매질에서 피팅이 발생하는 것입니다. 2205 듀플렉스 스테인리스 스틸은 크롬, 몰리브덴 및 질소 함량이 높아 피팅 및 틈새 내식성이 316L 스테인리스 스틸보다 훨씬 우수합니다. 스테인리스강의 상대적 내식성은 6% 염화철 표준 시험 용액에서 피팅에 필요한 온도(임계 부식 온도)를 측정하여 결정할 수 있습니다. 2205 듀플렉스 스테인리스강의 임계 부식 온도(CPT)는 316L 스테인리스강과 6% 몰리브덴 슈퍼 오스테나이트 스테인리스강 사이에 있습니다. 염화철 용액에서 측정된 CPT 데이터는 염화물 이온 피팅에 대한 저항성의 신뢰할 수 있는 순위이며 다른 염화물 환경에서 재료의 임계 부식 온도를 예측하는 데 사용해서는 안 된다는 점에 유의해야 합니다.

응력 부식 균열

온도가 150°F(60°C)보다 높을 경우 316L 스테인리스 스틸은 인장 응력과 염화물 이온의 결합 작용으로 균열이 발생하기 쉬우며, 이러한 치명적인 부식을 염화물 응력 부식 균열(SCC)이라고 합니다. 뜨거운 유체 조건에서 소재를 선택할 때는 염화물 이온이 있고 온도가 150°F(60°C) 이상인 경우 316 스테인리스강을 피해야 합니다. 아래 그림에서 볼 수 있듯이 2205 듀플렉스 스테인리스 스틸은 단순 염 용액에서 최소 250°F(120°C)의 SCC를 견딜 수 있습니다.

처리 속성

2205 듀플렉스 스테인리스 스틸의 가공은 여러면에서 316L의 가공과 유사하지만 여전히 몇 가지 차이점이 있습니다. 냉간 성형 가공은 이중상 스테인리스강의 높은 강도와 가공 경화 특성을 고려해야 하며, 장비는 더 높은 하중 용량을 가져야 할 수 있으며, 작동 시 스테인리스강 2205는 표준 오스테나이트 스테인리스강 등급보다 높은 복원력을 보입니다. 2205 듀플렉스 스테인리스 스틸의 강도가 높기 때문에 316L보다 절단이 더 어렵습니다.

2205 듀플렉스 스테인리스강은 316L 스테인리스강과 동일한 방식으로 용접할 수 있습니다. 그러나 예상되는 오스테나이트-페라이트 상 비율을 유지하고 유해한 금속 간 상이 침전되는 것을 방지하기 위해 열 입력과 층간 온도를 엄격하게 제어해야 합니다. 용접 가스에는 이러한 문제를 방지하기 위해 소량의 질소가 포함되어 있습니다. 듀플렉스 스테인리스강의 용접 자격에서 일반적으로 사용되는 방법은 페라이트 테스터 또는 금속 조직 검사로 오스테나이트-페라이트 비율을 평가하는 것입니다. ASTM A 923 테스트 방법은 일반적으로 유해한 금속 간 상이 존재하는지 확인하는 데 사용됩니다. 용접에 권장되는 필러 금속은 다음과 같습니다. ER2209 (UNSS39209, EN 1600). 용접 후 내식성을 회복하기 위해 용접 용액 어닐링 처리를 수행할 수 있는 경우에만 자가 융착 용접을 권장합니다. 필러 금속을 사용하지 않습니다. 용액 어닐링을 수행하기 위해 부품을 최소 1900°F(1040°C)의 온도로 가열한 다음 급속 냉각합니다.

듀플렉스 스테인리스 스틸 2205의 침투성과 유동성은 316L 스테인리스 스틸보다 열악하므로 용접 속도가 느리고 접합부의 모양을 수정해야 합니다. 2205 듀플렉스 스테인리스 스틸은 완전히 용융된 용접을 얻기 위해 316L 스테인리스 스틸보다 더 넓은 홈 각도, 더 큰 루트 간격 및 더 작은 뭉툭한 모서리가 필요합니다. 용접 장비에서 필러 와이어를 사용할 수 있는 경우에는 2209 필러 와이어 를 사용하여 2205 스테인리스 스틸 파이프의 트랙 용접을 처리하거나 적절한 합금 소모품 인서트 대신 필러 와이어를 사용할 수 있습니다.

전해 연마

많은 제약 및 생명공학 응용 분야에서는 제품과 접촉하는 표면을 전해 연마해야 하므로 고품질 전해 연마 표면은 중요한 재료 특성입니다. 2205 듀플렉스 스테인리스 스틸은 전해 연마 표면의 표면 마감에 대한 ASME BPE 표준을 초과하는 15마이크로인치(0.38미크론) 이상의 마감으로 전해 연마할 수 있지만, 전해 연마된 2205 스테인리스 스틸 표면은 316L 스테인리스 스틸 표면만큼 밝지 않습니다. 이러한 차이는 전해 연마 공정에서 오스테나이트에 비해 페라이트의 금속 용해도가 약간 더 높기 때문입니다.