glavni материјали
Хигијенски захтеви фармацеутске и биотехнолошке индустрије су релативно високи, а материјали који се користе за производњу контејнера за обраду и цевоводних система морају имати одличну отпорност на корозију и могућност чишћења како би се осигурала чистоћа и квалитет фармацеутских производа. Материјали морају бити у стању да издрже температуру, притисак и агресивне медије у производном окружењу, као иу поступцима дезинфекције и чишћења. Поред тога, материјал мора имати добру заварљивост и испуњавати индустријске захтеве за завршну обраду површине.
Главни производни материјал за процесну опрему у фармацеутској и биотехнолошкој индустрији је 316Л (УНС С31603, ЕН1.4404) аустенитни нерђајући челик. Отпорност на корозију, заварљивост, својства електрополирања и лакоћа доступности нерђајућег челика 316Л чине га идеалним материјалом за већину фармацеутских апликација.
Иако се нерђајући челик 316Л добро понаша у многим процесним окружењима, корисници и даље побољшавају перформансе нерђајућег челика 316Л пажљивим одабиром специфичног хемијског састава нерђајућег челика 316Л и побољшањем производних процеса као што је електро-претапање шљаке (ЕСР).
Ако су услови процеса превише корозивни за нерђајући челик 316Л, корисници могу да наставе да користе КСНУМКСЛ нерђајући челик, али ће се трошкови одржавања повећати, или могу да пређу на 6% молибден супер аустенитног нерђајућег челика са вишим саставом легуре, као што је АЛ-6КСН® (УНС Н08367) или 254СМО® (УНС С31254, ЕН1.4547). Последњих година, биотехнолошка индустрија је препознала предности коришћења 2205 (УНС С32205, ЕН1.4462) дуплекс нерђајућег челика за производну опрему.
Слика 1 Контејнери за истраживање и развој за фармацеутску индустрију направљени од 2205 дуплекс плоча од нерђајућег челика дебљине 10 и 2205 дуплекс плоча од нерђајућег челика дебљине 4.8 мм. Површине у контакту са производом су електрополиране до завршне обраде АСМЕБПЕ – СФ4. @Генентецх
2205 Дуплек Стаинлесс Стеел
Металографска структура нерђајућег челика 316Л укључује аустенитну фазу и врло малу количину феритне фазе, а аустенитна фаза се стабилизује додавањем довољне количине никла у легуру.
Садржај никла у кованом нерђајућем челику 316Л је углавном 10-11%. Хемијски састав дуплекс нерђајућег челика је прилагођен тако да формирана микроструктура садржи приближно исту количину феритне и аустенитне фазе (слика 2). микроткива. 2205 дуплекс нерђајући челик се формира смањењем садржаја никла на око 5% и подешавањем додавања мангана и азота да се формира око 40-50% ферита.
Хемијски састав 2205 дуплекс нерђајућег челика је уравнотежен, а аустенитна фаза и феритна фаза имају велику или једнаку отпорност на корозију.
Слика 2 (А) Микроструктура кованог нерђајућег челика 316Л која приказује зрна аустенита и повремено видљиве феритне траке (Б) Микроструктура кованог нерђајућег челика 2205 дуплекс који показује аустенит (светла фаза) Приближно једнака количина фериту (тамна нијанса).
Повећани садржај азота у дуплекс нерђајућем челику 2205 и његова фино зрнаста микроструктура дају му већу чврстоћу од уобичајених аустенитних нерђајућих челика као што су 304Л и 316Л. У условима жарења у раствору, граница течења нерђајућег челика 2205 дуплекс је око два пута већа од нерђајућег челика 316Л.
Због своје високе чврстоће, дозвољени напон од нерђајућег челика 2205 дуплекс може бити много већи, у зависности од кода дизајна који се користи за производњу процесне опреме. У многим применама, дебљина зида се може смањити, што доводи до уштеде тежине и трошкова.
Табела 1 Поређење хемијског састава нерђајућег челика 316Л и 2205 на основу захтева АСТМ А 240
| Разред | УНС Но. | C | Mn | P | S | Si | Cr | Ni | Mo | N |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| КСНУМКСЛ | СКСНУМКС | 0.03 | 2.00 | 0.045 | 0.030 | 0.75 | 16.0-18.0 | 10.0-14.0 | 2.0-3.0 | 0.10 |
| 2205 | СКСНУМКС | 0.03 | 2.00 | 0.030 | 0.020 | 1.00 | 22.0-23.0 | 4.5-6.5 | 3.0-3.5 | 0.14-0.20 |
- Мак осим ако није другачије наведено
Табела 2 Поређење механичких својстава раствором жареног нерђајућег челика двоструког квалитета 316/316Л и 2205 (према АСТМ А240*)
| Разред | УНС Но. | Затезна чврстоћа | Снага приноса | Издужење | Тврдоћа, Макс | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Кси | Мпа | Кси | Мпа | Бринелл | Роцквелл | |||
| КСНУМКСЛ | СКСНУМКС | 75 | 515 | 30 | 205 | 100% | 217 | 95 ХРг |
| 2205 | СКСНУМКС | 95 | 655 | 65 | 450 | 100% | 293 | 31 ХРц |
- Осим ако није другачије назначено, сви су најмање 3
- Минимална вредност јаке коже од нерђајућег челика 316/316Л двоструког квалитета; минимални захтеви за крађу једнокласног нерђајућег челика 316Л су нижи
Cорозивне особине
Питтинг Ресистанце
Најчешћи облик корозије на нерђајућем челику у фармацеутским и биотехнолошким апликацијама је питтинг корозија у срединама које садрже хлорид. Већи садржај хрома, молибдена и азота у дуплекс нерђајућем челику 2205 постиже отпорност на корозију на рупице и пукотине знатно бољу од нерђајућег челика 316Л. Релативна отпорност нерђајућег челика на питтинг може се утврдити мерењем температуре потребне да би се појавио питинг (критична температура питтинг) у стандардном тест раствору од 6% гвожђе хлорида.
Као што је приказано на слици 3, критична температура удубљења (ЦПТ) за дуплекс нерђајући челик 2205 је између нерђајућег челика 316Л и 6% молибдена супер аустенитног нерђајућег челика. Треба напоменути да ЦПТ подаци измерени у раствору гвожђе хлорида могу да се користе за упоређивање отпорности материјала на корозију хлоридних јона, али не би требало да се користе за предвиђање критичне температуре питтинг материјала у другим хлоридним окружењима..
Слика 3 Поређење критичне температуре питтинга измерене у 6% тест раствору ФеЦл3
Стрес корозија пуцања
Када је температура виша од 60°Ц, под заједничким дејством затезног напрезања и хлоридних јона, нерђајући челик 316Л је склон пуцању. Овај катастрофални облик корозије назива се корозијско пуцање под напоном хлоридом (СЦЦ). Ова корозија се мора узети у обзир при одабиру материјала за услове врућег процеса. Треба избегавати употребу нерђајућег челика 316 у присуству хлоридних јона и температурама од 60°Ц или више. Као што је приказано на слици 4, дуплекс нерђајући челик 2205 је отпоран на СЦЦ у једноставним растворима соли до температуре од најмање 120°Ц.
Слика 4. Поређење критичне вредности хлоридних јона, корозионих прслина између нерђајућег челика 316Л и нерђајућег челика 2205 дуплекс
Ред Руст
Нерђајући челик изложен води високе чистоће може развити танке мрље или наслаге рђе на површини, познате као црвена рђа (слика 5). Ова рђа се углавном састоји од честица оксида гвожђа или хидроксида и може бити у различитим бојама укључујући нијансе црвене, златно жуте, плаве, сиве и тамно браон боје. Узрок стварања црвене рђе није познат, али специфичне врсте нерђајућег челика и површински третмани могу утицати на стварање црвене рђе.
Слика 5. Златно жута (А) и сиво црна (Б) црвена рђа на унутрашњем зиду исечене цеви од нерђајућег челика
У фармацеутској и биотехнолошкој индустрији, системи воде за ињекције (ВФИ) су изложени чистој пари и воденим срединама високе чистоће где је црвена рђа уобичајена појава. Компоненте као што су јединице за дестилацију, резервоари за складиштење, процесне посуде, пумпе, вентили и цевоводи могу бити погођени.
Због могућности контаминације производа, површине високо зарђале рђе захтевају скупе и дуготрајне операције чишћења. Због тога је неопходно захтевати да материјали кандидати који се користе у фармацији и биотехнологији имају барем исту отпорност на црвену рђу као нерђајући челик 316Л.
Систематско истраживање феномена црвене рђе је спроведено на материјалима укључујући нерђајући челик 316Л и нерђајући челик 2205 дуплек. Према овој студији, нерђајући челик 2205 је најмање отпоран на црвену рђу као и нерђајући челик 316Л.