Дуплекс из нержавеющей стали 316L VS 2205 в биомедицине

Фармацевтическая и биотехнологическая промышленность предъявляет относительно высокие требования к стальным материалам, используемым в технологических сосудах и трубопроводных системах, которые должны иметь отличную коррозионную стойкость и чистоту для обеспечения чистоты и качества лекарственного препарата, а также должны выдерживать производственную среду. а также процессы дезинфекции и очистки от температуры, давления и коррозии, также обладают хорошей свариваемостью и могут удовлетворять требованиям индустрии обработки поверхностей.

316L (UNS S31603, EN 1.4404) Аустенитная нержавеющая сталь является основным материалом для оборудования в фармацевтической и биотехнологической промышленности. Нержавеющая сталь 316L обладает превосходной коррозионной стойкостью, свариваемостью и свойствами электролитической полировки, что делает ее идеальным материалом для большинства фармацевтических применений. Хотя нержавеющая сталь 316L хорошо работает во многих технологических средах, заказчики продолжают улучшать характеристики нержавеющей стали 316L за счет тщательного выбора конкретного химического состава нержавеющей стали 316L и использования улучшенных производственных процессов, таких как электрошлаковый переплав (ESR).

Для высококоррозионных сред клиенты, которые могут согласиться с повышенными расходами на техническое обслуживание, могут продолжать использовать нержавеющую сталь 316L или выбрать супераустенитную нержавеющую сталь с 6% молибдена с более высоким составом сплава, такую ​​как AL-6XN® (UNS N08367) или 254 SMO®. (UNS S31254, EN 1.4547). В настоящее время двухфазная нержавеющая сталь 2205 (UNS S32205, EN 1.4462) также используется в производстве технологического оборудования в этой отрасли.

Микроструктура нержавеющей стали 316L включает фазу аустенита и очень небольшое количество фазы феррита, которая образуется в основном путем добавления в сплав достаточного количества никеля для стабилизации фазы аустенита. Содержание никеля в нержавеющей стали 316L обычно составляет 10-11%. Дуплексная нержавеющая сталь 2205 образуется путем снижения содержания никеля примерно до 5% и регулирования добавленных марганца и азота для образования примерно 40-50% феррита и содержит примерно такое же количество ферритной фазы и микроструктуры аустенитной фазы с большой или значительной степенью коррозии. сопротивление. Повышенное содержание азота и мелкозернистая микроструктура дуплексной нержавеющей стали 2205 делают ее более прочной, чем обычные аустенитные нержавеющие стали, такие как 304L и 316L. В условиях отжига предел текучести дуплексной нержавеющей стали 2205 примерно вдвое выше, чем у нержавеющей стали 316L. Из-за этой более высокой прочности допустимое напряжение дуплексной нержавеющей стали 2205 может быть намного выше, в зависимости от проектных спецификаций производственного оборудования. Это может уменьшить толщину стенки и снизить стоимость во многих областях применения. Давайте посмотрим на сравнение химического состава и механических свойств между 316L и 2205 (указанным в ASTM A240)

ОценкиUNSCMnPSSiCrNiMoN
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
ОценкиПредел прочности при растяжении, МПа (тыс. Фунтов / кв. Дюйм)Предел текучести МПа (тыс. Фунтов / кв. Дюйм)относительное удлинениеТвердость, HRB (HRC)
316 / 316L515 (75)205 (30)40%217 (95)
2205655 (95)450 (65)25%29331 ()

Коррозионная активность

Питающая коррозионная стойкость

В фармацевтике и биотехнологии наиболее распространенной коррозией нержавеющей стали является точечная коррозия в хлоридной среде. Дуплексная нержавеющая сталь 2205 имеет более высокое содержание хрома, молибдена и азота, что значительно превосходит нержавеющую сталь 316L по стойкости к точечной и щелевой коррозии. Относительную коррозионную стойкость нержавеющей стали можно определить путем измерения температуры (критической температуры коррозии), необходимой для точечной коррозии, в стандартном испытательном растворе 6% хлорида железа. Критическая температура коррозии (CPT) дуплексной нержавеющей стали 2205 находится между нержавеющей сталью 316L и супераустенитной нержавеющей сталью с содержанием молибдена 6%. Следует отметить, что данные CPT, измеренные в растворе хлорида железа, представляют собой надежную оценку устойчивости к питтингу хлорид-ионами и не должны использоваться для прогнозирования критической температуры коррозии материала в других хлоридных средах.

Коррозионное растрескивание под напряжением

Когда температура превышает 150 ° F (60 ° C), нержавеющая сталь 316L склонна к растрескиванию под совместным действием растягивающего напряжения и хлорид-ионов, и эта катастрофическая коррозия известна как коррозионное растрескивание под напряжением хлорида (SCC). При выборе материалов в условиях горячей жидкости следует избегать использования нержавеющей стали 316 в присутствии ионов хлора и при температурах 150 ° F (60 ° C) или выше. Как показано на рисунке ниже, дуплексная нержавеющая сталь 2205 может выдерживать SCC при температуре не менее 250 ° F (120 ° C) в простом солевом растворе.

Свойства обработки

Обработка дуплексной нержавеющей стали 2205 во многом аналогична обработке 316L, но все же есть некоторые отличия. При холодной штамповке необходимо учитывать более высокую прочность и характеристики деформационного упрочнения двухфазной нержавеющей стали, может потребоваться оборудование, имеющее более высокую нагрузочную способность, а в процессе эксплуатации нержавеющая сталь 2205 будет демонстрировать более высокую упругость, чем стандартные аустенитные марки нержавеющей стали. Более высокая прочность дуплексной нержавеющей стали 2205 затрудняет резку, чем 316L.

Дуплексную нержавеющую сталь 2205 можно сваривать так же, как и нержавеющую сталь 316L. Однако необходимо строго контролировать подвод тепла и температуру между слоями, чтобы поддерживать ожидаемое соотношение аустенитно-ферритных фаз и избегать выделения вредных интерметаллических фаз. Сварочный газ содержит небольшое количество азота, чтобы избежать этих проблем. При аттестации сварки дуплексной нержавеющей стали обычно используется метод оценки отношения аустенит-феррит с помощью тестера феррита или металлографического исследования. Метод испытаний ASTM A 923 обычно используется для проверки наличия вредных интерметаллических фаз. Рекомендуемый присадочный металл для сварного шва: ER2209 (UNSS39209, EN 1600). Сварка самоплавлением рекомендуется только в том случае, если отжиг сварочного раствора можно проводить после сварки для восстановления коррозионной стойкости. При этом не используется присадочный металл. Для отжига на твердый раствор компоненты нагревают до температуры не менее 1900 ° F (1040 ° C), а затем быстро охлаждают.

Плавность и текучесть дуплексной нержавеющей стали 2205 ниже, чем у нержавеющей стали 316L, поэтому скорость сварки ниже, а форму соединения необходимо изменить. Для дуплексной нержавеющей стали 2205 требуется более широкий угол канавки, больший зазор в основании и меньшая тупая кромка, чем для нержавеющей стали 316L, чтобы получить полностью сплавленный сварной шов. Если сварочное оборудование позволяет использовать присадочную проволоку, 2209 присадочная проволока используется для сварки гусениц трубы из нержавеющей стали 2205, или вместо соответствующей легирующей плавящейся вставки можно использовать присадочную проволоку.

Электролитическая полировка

Для многих фармацевтических и биотехнологических применений требуется, чтобы поверхность, контактирующая с продуктом, была электролитически отполирована, поэтому высококачественная электролитически отполированная поверхность является важным свойством материала. Дуплексная нержавеющая сталь 2205 может быть электролитически отполирована до степени чистоты 15 микродюймов (0.38 микрон) или выше, что превышает стандарт ASME BPE для обработки поверхности электролитически полированных поверхностей, но электролитически отполированная поверхность из нержавеющей стали 2205 не такая яркая, как нержавеющая сталь 316L. стальная поверхность. Это различие связано с несколько более высокой растворимостью феррита в металле по сравнению с аустенитом во время процесса электрополировки.

0 ответы

Оставьте комментарий

Хотите присоединиться к обсуждению?
Не стесняйтесь вносить свой вклад!

Оставьте комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован. Обязательные поля помечены *