Roestvrij staal 316L VS 2205 duplex op biomedische gebieden

De farmaceutische en biotech-industrie stelt relatief hoge eisen aan de staalmaterialen die worden gebruikt in het verwerkingsvat en het pijpleidingsysteem, die uitstekende corrosiebestendigheid en reinheid moeten hebben om de zuiverheid en kwaliteit van het geneesmiddel te garanderen, ze moeten ook in staat zijn om de productieomgeving te verdragen en desinfectie- en reinigingsprocessen van temperatuur, druk en corrosie, hebben ook een goede lasbaarheid en kunnen voldoen aan de eisen van de industrie van oppervlakteafwerking.

316L (UNS S31603, EN 1.4404) Austenitisch roestvast staal is het belangrijkste materiaal voor apparatuur in de productie van farmaceutische en biotechnologische industrieën. 316L roestvrij staal heeft uitstekende corrosiebestendigheid, lasbaarheid en elektrolytische polijsteigenschappen, waardoor het een ideaal materiaal is voor de meeste farmaceutische toepassingen. Hoewel 316L roestvrij staal goed presteert in veel procesomgevingen, blijven klanten de prestaties van 316L roestvrij staal verbeteren door een zorgvuldige selectie van een specifieke chemische samenstelling van 316L roestvrij staal en het gebruik van verbeterde productieprocessen zoals elektroslak hersmelten (ESR).

Voor sterk corrosieve media kunnen klanten die hogere onderhoudskosten accepteren, 316L roestvrij staal blijven gebruiken, of ervoor kiezen om 6% molybdeen superaustenitisch roestvrij staal te gebruiken met een hogere legeringssamenstelling, zoals AL-6XN® (UNS N08367) of 254 SMO® (UNS S31254, EN 1.4547). Momenteel wordt 2205 (UNS S32205, EN 1.4462) tweefasig roestvrij staal ook gebruikt bij de fabricage van procesapparatuur in deze industrie.

De microstructuur van 316L roestvrij staal omvat de austenietfase en een zeer kleine hoeveelheid ferrietfase, die voornamelijk wordt gevormd door een voldoende hoeveelheid nikkel aan de legering toe te voegen om de austenietfase te stabiliseren. Het nikkelgehalte van 316L roestvrij staal is over het algemeen 10-11%. 2205 duplex roestvast staal wordt gevormd door het nikkelgehalte te verminderen tot ongeveer 5% en het mangaan en de stikstof toegevoegd om ongeveer 40-50% ferriet te vormen en bevat ongeveer dezelfde hoeveelheid ferrietfase en austenietfase microstructuur, met grote tot aanzienlijke corrosie weerstand. De toename van het stikstofgehalte en de fijnkorrelige microstructuur van 2205 duplex roestvast staal zorgen ervoor dat het een hogere sterkte heeft dan gewone austenitische roestvaste staalsoorten zoals 304L en 316L. Onder gloeivoorwaarden is de vloeigrens van 2205 duplex roestvast staal ongeveer tweemaal die van 316L roestvast staal. Vanwege deze hogere sterkte kan de toelaatbare spanning van 2205 dubbel roestvrij staal veel hoger zijn, afhankelijk van de ontwerpspecificaties voor de fabricageprocesapparatuur. Het kan de wanddikte en kosten in veel toepassingen verminderen. Laten we eens kijken naar de vergelijking van de chemische samenstelling en mechanische eigenschappen tussen 316L en 2205 (gespecificeerd in 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
GradesTreksterkte, Mpa (ksi)Opbrengststerkte Mpa (ksi)verlengingHardheid, HRB (HRC)
316 / 316L515 (75)205 (30)40%217 (95)
2205655 (95)450 (65)25%29331 ()

Corrosiviteitsprestaties

Putcorrosiebestendigheid

In farmaceutische en biotechnologische toepassingen is de meest voorkomende corrosie van roestvrij staal putjes in chloridemedia. 2205 duplex roestvast staal heeft een hoger chroom-, molybdeen- en stikstofgehalte, wat aanzienlijk beter is dan 316L roestvast staal wat betreft de weerstand tegen putcorrosie en spleetcorrosie. De relatieve corrosiebestendigheid van roestvast staal kan worden bepaald door de temperatuur (kritische corrosietemperatuur) te meten die nodig is voor putcorrosie in een standaard testoplossing van 6% ijzerchloride. De kritische corrosietemperatuur (CPT) van 2205 duplex roestvast staal ligt tussen 316L roestvast staal en 6% molybdeen super austenitisch roestvast staal. Opgemerkt moet worden dat de CPT-gegevens gemeten in ferrichloride-oplossing een betrouwbare rangorde zijn van de weerstand tegen putcorrosie door chloride-ionen en niet mogen worden gebruikt om de kritische corrosietemperatuur van het materiaal in andere chloride-omgevingen te voorspellen.

Spanningscorrosie

Wanneer temperaturen hoger zijn dan 150 ° F (60 ° C), is 316L roestvrij staal vatbaar voor scheuren onder de gecombineerde werking van trekspanning en chloride-ionen, en deze catastrofale corrosie staat bekend als chloride-spanningscorrosie (SCC). Bij het selecteren van materialen in hete vloeistofomstandigheden, moet roestvrij staal 316 worden vermeden in aanwezigheid van chloride-ionen en temperaturen van 150 ° F (60 ° C) of hoger. Zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding, is 2205 duplex roestvrij staal bestand tegen SCC van ten minste 250 ° F (120 ° C) in een eenvoudige zoutoplossing.

Verwerkingseigenschappen

De bewerking van 2205 duplex roestvast staal is in veel opzichten vergelijkbaar met die van 316L, maar er zijn nog enkele verschillen. Bij koudvervormingsprocessen moet rekening worden gehouden met de hogere sterkte en hardingseigenschappen van tweefasig roestvrij staal, kan apparatuur nodig zijn om een ​​hogere belastingscapaciteit te hebben, en tijdens het gebruik zal roestvrij staal 2205 een hogere veerkracht vertonen dan standaard austenitische roestvrijstalen kwaliteiten. De hogere sterkte van 2205 duplex roestvast staal maakt het moeilijker om te snijden dan 316L.

2205 duplex roestvast staal kan op dezelfde manier worden gelast als 316L roestvast staal. De warmte-invoer en de interlaminaire temperatuur moeten echter strikt worden gecontroleerd om de verwachte austeniet-ferrietfaseverhouding te behouden en om het neerslaan van schadelijke intermetallische fasen te vermijden. Het lasgas bevat een kleine hoeveelheid stikstof om deze problemen te vermijden. Bij de laskwalificatie van duplex roestvast staal is de veelgebruikte methode om de austeniet-ferrietverhouding te evalueren door middel van een ferriettester of metallografisch onderzoek. De testmethode ASTM A 923 wordt doorgaans gebruikt om de aanwezigheid van schadelijke intermetallische fasen te verifiëren. Het aanbevolen vulmetaal voor de las is ER2209 (UNSS39209, EN 1600). Zelfsmeltlassen wordt alleen aanbevolen als de gloeibehandeling van de lasoplossing kan worden uitgevoerd na het lassen om de corrosiebestendigheid te herstellen. Het gebruikt geen vulmetaal. Om oplossingsgloeien uit te voeren, worden de componenten verwarmd tot een temperatuur van ten minste 1900 ° F (1040 ° C) en vervolgens snel afgekoeld.

De penetratie en vloeibaarheid van Duplex roestvrij staal 2205 zijn slecht dan die van 316L roestvrij staal, dus de lassnelheid is langzamer en de vorm van de verbinding moet worden aangepast. 2205 duplex roestvast staal vereist een grotere groefhoek, een grotere wortelafstand en een kleinere stompe rand dan 316L roestvast staal om een ​​volledig versmolten las te verkrijgen. Als de lasapparatuur het gebruik van lasdraad toestaat, kan de 2209 lasdraad wordt gebruikt om het spoorlassen van 2205 roestvrijstalen buis aan te pakken, of de lasdraad kan worden gebruikt in plaats van het geschikte legering-verbruiksartikel.

Elektrolytisch polijsten

Veel farmaceutische en biotechnologische toepassingen vereisen dat het oppervlak in contact met het product elektrolytisch wordt gepolijst, dus hoogwaardige elektrolytisch gepolijste oppervlakken zijn een belangrijke materiaaleigenschap. 2205 Duplex roestvrij staal kan elektrolytisch worden gepolijst tot een afwerking van 15 microinches (0.38 micron) of hoger, wat de ASME BPE-norm voor oppervlakteafwerking van elektrolytisch gepolijste oppervlakken overtreft, maar het elektrolytisch gepolijste 2205 roestvrijstalen oppervlak is niet zo helder als 316L roestvrij stalen oppervlak. Dit verschil wordt veroorzaakt door de iets hogere metaaloplosbaarheid van ferriet in vergelijking met austeniet tijdens het elektrolytisch polijsten.

0 antwoorden

Laat een reactie achter

Wil je de discussie?
Voel je vrij om bij te dragen!

Laat een reactie achter

Uw e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Verplichte velden zijn gemarkeerd *