Ana Malzeme
Farmasötik ve biyoteknoloji endüstrilerinin hijyen gereksinimleri nispeten yüksektir ve işleme konteynırlarını ve boru sistemlerini üretmek için kullanılan malzemelerin, farmasötiklerin saflığını ve kalitesini sağlamak için mükemmel korozyon direncine ve temizlenebilirliğe sahip olması gerekir. Malzemeler, üretim ortamlarının yanı sıra dezenfeksiyon ve temizleme prosedürlerinde sıcaklık, basınç ve agresif ortamlara dayanabilmelidir. Ek olarak, malzeme iyi kaynaklanabilirliğe sahip olmalı ve yüzey kalitesi için endüstri gereksinimlerini karşılamalıdır.
İlaç ve biyoteknoloji endüstrilerindeki proses ekipmanı için ana üretim malzemesi 316L (UNS S31603, EN1.4404) östenitik paslanmaz çeliktir. 316L paslanmaz çeliğin korozyon direnci, kaynaklanabilirliği, elektro-parlatma özellikleri ve kolay temin edilebilirliği, onu çoğu farmasötik uygulama için ideal bir malzeme haline getirir.
316L paslanmaz çeliğin birçok işlem ortamında iyi performans göstermesine rağmen, kullanıcılar 316L paslanmaz çeliğin özel kimyasal bileşimini dikkatli bir şekilde seçerek ve elektroslag yeniden eritme (ESR) gibi üretim süreçlerini iyileştirerek 316L paslanmaz çeliğin performansını iyileştirmeye devam etmektedir.
Proses koşulları 316L paslanmaz çelik için çok aşındırıcı ise, kullanıcılar kullanmaya devam edebilir. 316L paslanmazancak bakım maliyeti artacaktır veya AL-6XN® (UNS N6) veya 08367SMO® (UNS S254, EN31254) gibi daha yüksek alaşım bileşimine sahip %1.4547 molibden süper östenitik paslanmaz çeliğe geçebilirler. Son yıllarda, biyoteknoloji endüstrisi, imalat ekipmanı için 2205 (UNS S32205, EN1.4462) dubleks paslanmaz çelik kullanmanın faydalarını kabul etti.
Şekil 1 ilaç endüstrisi için Ar-Ge kapları 2205 dubleks paslanmaz çelik levha 10 kalınlığında ve 2205 mm kalınlığında 4.8 dubleks paslanmaz çelik levha. Ürünle temas eden yüzeyler, ASMEBPE – SF4 cilası elde edecek şekilde elektro-parlatılmıştır. @genentech
2205 Dubleks Paslanmaz Çelik
316L paslanmaz çeliğin metalografik yapısı, bir ostenit fazı ve çok az miktarda ferrit fazı içerir ve ostenit fazı, alaşıma yeterli miktarda nikel ilave edilerek stabilize edilir.
Dövme 316L paslanmaz çeliğin nikel içeriği genellikle %10-11'dir. Dubleks paslanmaz çeliğin kimyasal bileşimi, oluşan mikro yapı kabaca aynı miktarda ferrit ve östenit fazı içerecek şekilde ayarlanmıştır (Şekil 2). mikro doku 2205 dubleks paslanmaz çelik, nikel içeriğinin yaklaşık %5'e düşürülmesi ve manganez ve nitrojen ilavesinin yaklaşık %40-50 ferrit oluşturacak şekilde ayarlanmasıyla oluşturulur.
2205 dubleks paslanmaz çeliğin kimyasal bileşimi dengelidir ve östenit fazı ile ferrit fazı büyük veya eşit korozyon direncine sahiptir.
Şekil 2 (A) Östenit tanecikleri ve ara sıra görünür ferrit şeritler gösteren işlenmiş 316L paslanmaz çeliğin mikro yapısı (B) Östenit (açık faz) gösteren işlenmiş 2205 dubleks paslanmaz çeliğin mikro yapısı Ferrite (koyu ton) miktar olarak kabaca eşittir.
2205 dubleks paslanmaz çeliğin artan nitrojen içeriği ve ince taneli mikro yapısı, 304L ve 316L gibi yaygın östenitik paslanmaz çeliklerden daha yüksek mukavemet sağlar. Çözelti tavlama koşulları altında, 2205 dubleks paslanmaz çeliğin akma dayanımı, 316L paslanmaz çeliğin yaklaşık iki katıdır.
Yüksek mukavemeti nedeniyle, 2205 dubleks paslanmaz çeliğin izin verilen gerilimi, proses ekipmanının imalatı için kullanılan tasarım koduna bağlı olarak çok daha yüksek olabilir. Birçok uygulamada duvar kalınlığı azaltılabilir, bu da ağırlık tasarrufu ve maliyet tasarrufu sağlar.
Tablo 1 ASTM A 316 gerekliliklerine göre 2205L ve 240 paslanmaz çeliğin kimyasal bileşiminin karşılaştırılması
| sınıf | UNS No. | C | Mn | P | S | Si | Cr | Ni | Mo | N |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 316L | S31603 | 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 | S32205 | 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 |
- Aksi belirtilmedikçe maks.
Tablo 2 Çözelti tavlı çift dereceli 316/316L ve 2205 dubleks paslanmaz çeliğin (ASTM A240*'a göre) mekanik özelliklerinin karşılaştırılması
| sınıf | UNS No. | Gerilme direnci | Akma dayanımı | Uzama | Sertlik, Maks | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ksi | Mpa | ksi | Mpa | Brinell | Rockwell | |||
| 316L | S31603 | 75 | 515 | 30 | 205 | %40 | 217 | 95 HRg |
| 2205 | S32205 | 95 | 655 | 65 | 450 | %25 | 293 | 31 HRc |
- Aksi belirtilmedikçe, tümü en az 3
- Çift kalite 316/316L paslanmaz çeliğin güçlü kaplamasının minimum değeri; tek kalite 316L paslanmaz çeliğin minimum çalma gereksinimi daha düşüktür
Caşındırıcı Özellikler
Çukurlaşma Direnci
Farmasötik ve biyoteknoloji uygulamalarında paslanmaz çelikte en yaygın korozyon şekli, klorür içeren ortamlarda oyuklaşma korozyonudur. 2205 dubleks paslanmaz çeliğin daha yüksek krom, molibden ve nitrojen içeriği, 316L paslanmaz çelikten önemli ölçüde daha iyi çukurlaşma ve çatlak korozyon direnci sağlar. Paslanmaz çeliğin nispi oyuklanma direnci, %6'lık bir ferrik klorür standart test solüsyonunda oyuklaşmanın oluşması için gereken sıcaklık (kritik oyuklaşma sıcaklığı) ölçülerek belirlenebilir.
Şekil 3'te gösterildiği gibi, 2205 dubleks paslanmaz çeliğin kritik çukurlaşma sıcaklığı (CPT), 316L paslanmaz çelik ile %6 molibden süper östenitik paslanmaz çelik arasındadır. Ferrik klorür çözeltisinde ölçülen CPT verilerinin, malzemelerin klorür iyonu oyuk korozyonuna direncini karşılaştırmak için kullanılabileceği, ancak diğer klorür ortamlarındaki malzemelerin kritik oyuklaşma sıcaklığını tahmin etmek için kullanılmaması gerektiği unutulmamalıdır..
Şekil 3 %6 FeCl3 test çözeltisinde ölçülen kritik çukurlaşma sıcaklığının karşılaştırması
Gerilme Korozyonu Çatlaması
Sıcaklık 60°C'den yüksek olduğunda, çekme gerilimi ve klorür iyonlarının ortak etkisi altında, 316L paslanmaz çelik çatlamaya meyillidir. Bu yıkıcı korozyon şekline klorür stres korozyon çatlaması (SCC) denir. Sıcak proses sıvısı koşulları için malzeme seçerken bu korozyon dikkate alınmalıdır. Klorür iyonlarının varlığında ve 316°C veya üzerindeki sıcaklıklarda 60 paslanmaz çeliğin kullanılmasından kaçınılmalıdır. Şekil 4'te gösterildiği gibi, 2205 dubleks paslanmaz çelik, basit tuz çözeltilerinde en az 120°C sıcaklığa kadar SCC'ye dayanıklıdır.
Şekil 4 316L paslanmaz çelik ile 2205 dubleks paslanmaz çelik arasındaki klorür iyonu stres korozyon çatlağının kritik değerinin karşılaştırılması
kırmızı pas
Yüksek saflıkta suya maruz kalan paslanmaz çelik, yüzeyde kırmızı pas olarak bilinen ince lekeler veya pas birikintileri oluşturabilir (Şekil 5). Bu pas esas olarak demir oksit veya hidroksit parçacıklarından oluşur ve kırmızı, altın sarısı, mavi, gri ve koyu kahverengi tonları dahil olmak üzere çeşitli renklerde olabilir. Kırmızı pas oluşumunun nedeni bilinmemektedir, ancak belirli paslanmaz çelik kaliteleri ve yüzey işlemleri kırmızı pas oluşumunu etkileyebilir.
Şekil 5. Kesilmiş paslanmaz çelik borunun iç duvarında altın sarısı (A) ve gri siyah (B) kırmızı pas
İlaç ve biyoteknoloji endüstrilerinde enjeksiyon için su (WFI) sistemleri, kırmızı pasın yaygın olarak görüldüğü temiz buhara ve yüksek saflıkta su ortamlarına maruz kalır. Damıtma üniteleri, depolama tankları, proses kapları, pompalar, valfler ve borular gibi bileşenler etkilenebilir.
Ürün kontaminasyonu potansiyeli nedeniyle, yüksek oranda kırmızı paslanmış malzeme yüzeyleri, maliyetli ve zaman alıcı temizlik işlemleri gerektirir. Bu nedenle, ilaç ve biyoteknolojide kullanılan aday malzemelerin en az 316L paslanmaz çelik ile aynı kırmızı pas direncine sahip olmasını şart koşmak gerekir.
316L paslanmaz çelik ve 2205 dubleks paslanmaz çelik dahil olmak üzere malzemeler üzerinde kırmızı pas olayının sistematik bir araştırması yapılmıştır. Bu çalışmaya göre 2205 paslanmaz çelik, kırmızı pasa karşı en az 316L paslanmaz çelik kadar dayanıklıdır.