QQ交談
制藥和生物技術(shù)行業(yè)的衛(wèi)生要求相對(duì)較高,用于制造加工容器和管道系統(tǒng)的材料必須具有卓越的耐腐蝕性和清潔性,以確保藥物產(chǎn)品的純度和品質(zhì)。而且,材料必須能夠耐受生產(chǎn)環(huán)境以及消毒和清潔工序中的溫度、壓力和腐蝕性。此外,材料必須具有良好的焊接性,能夠滿足行業(yè)對(duì)表面光潔度的要求。
制藥和生物技術(shù)行業(yè)工藝設(shè)備的主要制造材料為316L奧氏體不銹鋼。316L不銹鋼具有的良好耐腐蝕、焊接性、電解拋光特性以及供貨方便等特點(diǎn),使其成為制藥行業(yè)設(shè)備的理想材料。盡管316L不銹鋼在許多工藝環(huán)境下表現(xiàn)良好,但用戶仍然通過審慎選擇特定的316L不銹鋼化學(xué)成分以及采用改進(jìn)的生產(chǎn)工藝如電渣重熔來提高316L不銹鋼的各種性能。
對(duì)于316L不銹鋼而言,工藝介質(zhì)腐蝕性過強(qiáng)的話,用戶若能接受維護(hù)成本的增加可以繼續(xù)使用316L不銹鋼,也可以轉(zhuǎn)而選用合金成分更高的6%鉬超級(jí)奧氏體不銹鋼。最近,生物技術(shù)行業(yè)也認(rèn)識(shí)到了采用2205雙相不銹鋼制造工藝設(shè)備的好處。采用厚度標(biāo)號(hào)為10的2205雙相不銹鋼板和4.8mm厚的2205雙相不銹鋼板制造的制藥行業(yè)用研發(fā)容器。與產(chǎn)品接觸的表面經(jīng)電解拋光使光潔度達(dá)到ASME BPE-SF4。
2205雙相不銹鋼的特性
316L不銹鋼的顯微組織中包含了奧氏體相和非常少量的鐵素體相,這主要是通過向合金中添加足夠量的鎳來穩(wěn)定奧氏體相而形成的。鍛軋316L不銹鋼的鎳含量一般為10%-11%。雙相不銹鋼的化學(xué)成分經(jīng)過調(diào)整,形成了一種含有大致等量的鐵素體相和奧氏體相的顯微組織。鍛軋316L不銹鋼和鍛軋2205雙相不銹鋼的顯微組織對(duì)比鍛軋316L不銹鋼的顯微組織,顯示出奧氏體晶粒以及偶爾可見的鐵素體長(zhǎng)條。鍛軋2205雙相不銹鋼顯微組織,顯示出奧氏體(淺色相)和鐵素體(深色相)的數(shù)量大致相等。
2205雙相不銹鋼是通過降低鎳含量至5%左右,并調(diào)整錳和氮的添加量,形成40%-50%鐵素體而形成的。2205雙相不銹鋼奧氏體相和鐵素體相具備大致相當(dāng)?shù)哪透g性?!半p相”指具備奧氏體/鐵素體兩相的顯微組織。
2205雙相不銹鋼氮含量的增加及其細(xì)晶粒的顯微組織使其具有比304L和316L等常見奧氏體不銹鋼更高的強(qiáng)度。在固溶退火條件下,2205雙相不銹鋼的屈服強(qiáng)度大約是316L不銹鋼的兩倍。由于這一較高的強(qiáng)度,2205雙相不銹鋼的許用應(yīng)力可以高很多,這取決于工藝設(shè)備制造所采用的設(shè)計(jì)規(guī)范。在許多應(yīng)用中,可以減薄壁厚,從而減輕重量,節(jié)約成本。
腐蝕特性
耐點(diǎn)蝕性能
在制藥和生物科技行業(yè)應(yīng)用中,不銹鋼最常見的腐蝕形式是在含氯化物的環(huán)境中的點(diǎn)蝕。2205雙相不銹鋼鉻、鉬和氮含量較高,達(dá)到了顯著優(yōu)于316L不銹鋼的耐點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕性能。通過在6%三氯化鐵標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)溶液中測(cè)量發(fā)生點(diǎn)蝕所需要的溫度(臨界點(diǎn)蝕溫度),可確定不銹鋼的相對(duì)耐點(diǎn)蝕性能。2205雙相不銹鋼的臨界點(diǎn)蝕溫度(CPT)界于316L不銹鋼和6%鉬超級(jí)奧氏體不銹鋼之間。應(yīng)當(dāng)注意,在三氯化鐵溶液中測(cè)得的CPT數(shù)據(jù)是材料耐氯離子點(diǎn)蝕性能的一個(gè)可靠排名,但不應(yīng)用于預(yù)測(cè)材料在其他氯化物環(huán)境中的臨界點(diǎn)蝕溫度。
應(yīng)力腐蝕開裂
當(dāng)溫度高于60℃,在拉伸應(yīng)力和氯離子的共同作用下,316L不銹鋼容易出現(xiàn)裂紋,這種災(zāi)難性的腐蝕形式成為氯化物應(yīng)力腐蝕開裂(SCC)。在熱工藝流體條件下選用材料時(shí),必須考慮這種腐蝕。應(yīng)當(dāng)避免將316L不銹鋼用于存在氯離子和60℃以上溫度的環(huán)境中。2205雙相不銹鋼在簡(jiǎn)單鹽溶液中耐SCC的溫度可達(dá)至少120℃。
紅銹
暴露在高純度水介質(zhì)中的不銹鋼,表面會(huì)出現(xiàn)薄薄的銹跡或沉淀物,這被稱為紅銹。這銹跡主要由氯化鐵或氫氧化鐵顆粒物構(gòu)成,有多種顏色,包括紅色、金黃色、藍(lán)色、灰色和深褐色等。形成紅銹的原因尚未明了,但材料的差異如特定的不銹鋼牌號(hào)和表面處理可能影響紅銹的形成。
在制藥和生物科技行業(yè)中,注射用水(WFI)系統(tǒng)所處的清潔蒸汽環(huán)境和高純度水環(huán)境,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)紅銹現(xiàn)象。蒸餾裝置、貯罐、工藝過程容器、泵、閥門和管道等部件均可能受到影響。
鑒于可能導(dǎo)致產(chǎn)品污染,要求對(duì)嚴(yán)重紅銹的材料表面進(jìn)行清潔,而清潔作業(yè)的成本高、耗時(shí)長(zhǎng)。因此,有必要要求制藥和生物科技行業(yè)所使用的材料具備與316L不銹鋼相同的耐紅銹能力。曾經(jīng)對(duì)包括316L不銹鋼和2205雙相不銹鋼在內(nèi)的材料進(jìn)行過紅銹現(xiàn)象的系統(tǒng)調(diào)查研究,研究結(jié)果表明2205雙相不銹鋼耐紅銹的能力至少與316L不銹鋼相當(dāng)。
加工特性
2205雙相不銹鋼的加工特性在許多方面與316L類似,但仍存在一些差異。如冷成形加工操作必須考慮到雙相不銹鋼較高的強(qiáng)度和較高的加工硬化特性。這就要求成形設(shè)備具備更高的負(fù)荷能力,而且在成形操作中,2205雙相不銹鋼會(huì)表現(xiàn)出比標(biāo)準(zhǔn)奧氏體不銹鋼牌號(hào)更高的回彈。2205雙相不銹鋼較高的強(qiáng)度使其比316L更難進(jìn)行切削加工。
2205雙相不銹鋼的焊接可以采用316L不銹鋼的焊接方法。但是,必須對(duì)熱輸入量和層間溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制,以保持所希望的奧氏體-鐵素體相比例,并避免有害金屬間相的析出。焊接用氣內(nèi)含有少量的氮?dú)庥兄诒苊膺@些問題。在進(jìn)行雙相不銹鋼焊接工藝評(píng)定時(shí),常用的方法是采用鐵素體測(cè)定儀或通過金相檢驗(yàn)來評(píng)估奧氏體-鐵素體比率。在典型情況下,ASTM A 923 試驗(yàn)方法用于驗(yàn)證是否存在有害金屬間相。
推薦的焊縫填充金屬為ER2209,只有在焊接之后才能進(jìn)行焊縫固溶退火處理以恢復(fù)耐腐蝕性的情況下,才推薦采用不使用填充金屬的自熔焊。進(jìn)行固溶退火處理時(shí),將部件加熱到至少1040℃的溫度,然后快速冷卻。
雙相不銹鋼如2205的熔透性和流動(dòng)性比316L不銹鋼差,所以焊接速度較慢。因?yàn)?205雙相不銹鋼熔透性差,所以需要修改接頭的形狀。2205雙相不銹鋼需要比316L不銹鋼更寬的坡口角度、更大的根部間隙和更小的鈍邊,以便獲得完全熔透的焊縫。
如果焊接設(shè)備允許使用填充焊絲,則可采用2209填充焊絲進(jìn)行2205不銹鋼的軌道焊接。也可以不用填充焊絲,而使用過合金化的自耗嵌塊。
電解拋光特性
許多制藥和生物科技應(yīng)用都要求與產(chǎn)品接觸的表面經(jīng)過電解拋光處理。因此,能夠提供高質(zhì)量電解拋光表面的能力就成為了一項(xiàng)重要的材料特性。2205雙相不銹鋼可以電解拋光至0.38μm或更高的光潔度,這樣的光潔度滿足或超過了ASME BPE標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電解拋光表面的表面光潔度要求。盡管2205雙相不銹鋼能夠輕易滿足制藥和生物科技行業(yè)對(duì)表面光潔度的要求,但經(jīng)電解拋光的2205不銹鋼表面并不像電解拋光后316L不銹鋼表面那樣光亮。這種差異是因?yàn)樵陔娊鈷伖膺^程中,鐵素體相比奧氏體相的金屬溶解率略高。