Duplex de aço inoxidável 316L VS 2205 em campos de biomedicina

A indústria farmacêutica e de biotecnologia tem requisitos relativamente altos sobre os materiais de aço usados ​​no vaso de processamento e no sistema de dutos, que devem ter excelente resistência à corrosão e limpeza para garantir a pureza e qualidade do medicamento, eles também devem ser capazes de tolerar o ambiente de produção e processos de desinfecção e limpeza de temperatura, pressão e corrosão, também apresentam boa soldabilidade e podem satisfazer os requisitos da indústria de acabamento superficial.

316L (UNS S31603, EN 1.4404) O aço inoxidável austenítico é o principal material para equipamentos na fabricação de indústrias farmacêuticas e de biotecnologia. O aço inoxidável 316L tem excelentes propriedades de resistência à corrosão, soldabilidade e polimento eletrolítico, tornando-o um material ideal para a maioria das aplicações farmacêuticas. Embora o aço inoxidável 316L tenha um bom desempenho em muitos ambientes de processo, os clientes continuam a melhorar o desempenho do aço inoxidável 316L por meio da seleção cuidadosa da composição química específica do aço inoxidável 316L e do uso de processos de produção aprimorados, como a refusão por eletroescória (ESR).

Para meios altamente corrosivos, os clientes que podem aceitar maiores custos de manutenção podem continuar a usar aço inoxidável 316L ou escolher usar aço inoxidável superaustenítico de molibdênio 6% com composição de liga superior, como AL-6XN® (UNS N08367) ou 254 SMO® (UNS S31254, EN 1.4547). Atualmente, o aço inoxidável bifásico 2205 (UNS S32205, EN 1.4462) também é utilizado na fabricação de equipamentos de processo nesta indústria.

A microestrutura do aço inoxidável 316L inclui a fase de austenita e uma quantidade muito pequena de fase de ferrita, que é formada principalmente pela adição de uma quantidade suficiente de níquel à liga para estabilizar a fase de austenita. O teor de níquel do aço inoxidável 316L é geralmente de 10-11%. 2205 aço inoxidável duplex é formado reduzindo o teor de níquel para cerca de 5% e ajustando o manganês e nitrogênio adicionados para formar cerca de 40-50% de ferrita e contém aproximadamente a mesma quantidade de fase de ferrita e microestrutura de fase de austenita, com grande a considerável corrosão resistência. O aumento do conteúdo de nitrogênio e a microestrutura de grão fino do aço inoxidável duplex 2205 fazem com que ele tenha maior resistência do que os aços inoxidáveis ​​austeníticos comuns, como 304L e 316L. Sob condições de recozimento, a resistência ao escoamento do aço inoxidável duplex 2205 é cerca de duas vezes maior que a do aço inoxidável 316L. Devido a essa resistência mais alta, a tensão permitida do aço inoxidável duplo 2205 pode ser muito maior, dependendo das especificações do projeto para equipamentos de processo de fabricação. Pode reduzir a espessura da parede e o custo em muitas aplicações. Vamos ver a comparação da composição química e das propriedades mecânicas entre 316L e 2205 (especificado em ASTM A240)

NotasUNSCMnPSSiCrNiMoN
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
NotasResistência à tração, Mpa (ksi)Força de rendimento Mpa (ksi)AlongamentoDureza, HRB (HRC)
316 / 316L515 (75)205 (30)40%217 (95)
2205655 (95)450 (65)25%29331 ()

Desempenho de corrosividade

Resistência à corrosão por pite

Em aplicações farmacêuticas e de biotecnologia, a corrosão mais comum do aço inoxidável é a corrosão em meio de cloreto. O aço inoxidável duplex 2205 tem maior teor de cromo, molibdênio e nitrogênio, o que é significativamente melhor do que o aço inoxidável 316L em resistência à corrosão por pite e fissura. A resistência à corrosão relativa do aço inoxidável pode ser determinada medindo a temperatura (temperatura crítica de corrosão) necessária para a corrosão em uma solução de teste padrão de cloreto férrico a 6%. A temperatura crítica de corrosão (CPT) do aço inoxidável duplex 2205 está entre o aço inoxidável 316L e o aço inoxidável superaustenítico de molibdênio a 6%. Deve-se observar que os dados de CPT medidos em solução de cloreto férrico são uma classificação confiável da resistência à corrosão de íons cloreto e não devem ser usados ​​para prever a temperatura crítica de corrosão do material em outros ambientes de cloreto.

Rachadura por corrosão sob tensão

Quando as temperaturas são superiores a 150 ° F (60 ° C), o aço inoxidável 316L está sujeito a rachaduras sob a ação combinada de tensão de tração e íons de cloreto, e essa corrosão catastrófica é conhecida como corrosão sob tensão de cloreto (SCC). Ao selecionar materiais em condições de fluido quente, o aço inoxidável 316 deve ser evitado na presença de íons cloreto e temperaturas de 150 ° F (60 ° C) ou acima. Conforme mostrado na figura abaixo, o aço inoxidável duplex 2205 pode suportar SCC a pelo menos 250 ° F (120 ° C) em uma solução simples de sal.

Propriedades de processamento

A usinagem do aço inoxidável duplex 2205 é semelhante à do 316L em muitos aspectos, mas ainda existem algumas diferenças. O processamento de conformação a frio deve levar em consideração a maior resistência e características de endurecimento do aço inoxidável de fase dupla, o equipamento pode ser necessário para ter uma capacidade de carga mais alta e, em operação, o aço inoxidável 2205 mostrará maior resiliência do que os tipos de aço inoxidável austenítico padrão. A maior resistência do aço inoxidável duplex 2205 torna-o mais difícil de cortar do que o 316L.

O aço inoxidável 2205 duplex pode ser soldado da mesma forma que o aço inoxidável 316L. No entanto, a entrada de calor e a temperatura interlaminar devem ser estritamente controladas para manter a relação de fase austenita-ferrita esperada e para evitar a precipitação de fases intermetálicas prejudiciais. O gás de soldagem contém uma pequena quantidade de nitrogênio para evitar esses problemas. Na qualificação de soldagem de aços inoxidáveis ​​duplex, o método comumente utilizado é avaliar a relação austenita-ferrita por testador de ferrita ou exame metalográfico. O método de teste ASTM A 923 é normalmente usado para verificar a presença de fases intermetálicas prejudiciais. O metal de adição recomendado para a solda é ER2209 (UNSS39209, EN 1600). A soldagem por autofusão é recomendada apenas se o tratamento de recozimento da solução de soldagem puder ser executado após a soldagem para restaurar a resistência à corrosão. Não usa metal de adição. Para realizar o recozimento da solução, os componentes são aquecidos a uma temperatura de pelo menos 1900 ° F (1040 ° C) e, em seguida, resfriados rapidamente.

A penetração e a fluidez do aço inoxidável Duplex 2205 são inferiores às do aço inoxidável 316L, portanto, a velocidade de soldagem é mais lenta e a forma da junta precisa ser modificada. O aço inoxidável duplex 2205 requer um ângulo de ranhura mais amplo, uma folga de raiz maior e uma borda romba menor do que o aço inoxidável 316L para obter uma solda totalmente fundida. Se o equipamento de soldagem permitir o uso de arame de enchimento, o Fio de enchimento 2209 é usado para lidar com a soldagem de trilha de tubo de aço inoxidável 2205, ou o fio de enchimento pode ser usado em vez do inserto consumível de liga apropriado.

Polimento eletrolítico

Muitas aplicações farmacêuticas e de biotecnologia exigem que a superfície em contato com o produto seja polida eletroliticamente, portanto, superfícies polidas eletroliticamente de alta qualidade são uma propriedade importante do material. 2205 O aço inoxidável duplex pode ser eletroliticamente polido para um acabamento de 15 micropolegadas (0.38 mícrons) ou superior, o que excede o padrão ASME BPE para acabamento de superfície de superfícies eletroliticamente polidas, mas a superfície do aço inoxidável 2205 eletroliticamente polido não é tão brilhante quanto o 316L superfície de aço. Essa diferença se deve à solubilidade ligeiramente maior do metal da ferrita em comparação com a austenita durante o processo de eletropolimento.

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