PDF《2205双相不锈钢在制药和生》

4 牌号 UNS编号 抗拉强度 屈服强度 伸长率 硬度,最大 Ksi MPa Ksi MPa 布氏 洛氏 316/316L** S31603

75 515

30 205 40%

217 95 HRB

2205 S32205

95 655

65 450 25%

293 31 HRC 表2 固溶退火的双牌号316/316L和2205双相不锈钢力学性能比较(根据ASTM A240*) * 除非另行标明,均为最小值 ** 双牌号316/316L不锈钢的强度最小值;

单牌号316L的最小强度要求更低 腐蚀特性

80 2205 316L 6% Mo

70 60

50 40

30 20

10 0 临界点蚀温度 (°C) 不锈钢牌号 图3 在6%FeCl3试验溶液中测得的临界点蚀温度比 较(根据参考文献1中所报告的数据绘制) 耐点蚀性能 在制药和生物科技应用中,不锈钢最 常见的腐蚀形式是在含氯化物的环境中的 点蚀.2205双相不锈钢较高的铬、钼和氮 含量,达到了显著优于316L不锈钢的耐点 蚀和缝隙腐蚀性能.通过在6%三氯化铁标 准试验溶液中测量发生点蚀所需要的温度 (临界点蚀温度),可确定不锈钢的相对 耐点蚀性能.如图3所示,2205双相不锈 钢的临界点蚀温度(CPT)界于316L不锈 钢与6%钼超级奥氏体不锈钢之间.应当注 意,在三氯化铁溶液中测得的CPT数据是材 料耐氯离子点蚀性能的一个可靠排名,但 不应用于预测材料在其它氯化物环境中的 临界点蚀温度. 应力腐蚀开裂 当温度高于150°F(60°C),在拉 伸应力和氯离子的共同作用下,316L不锈 钢容易出现裂纹,这种灾难性的腐蚀形式 被称为氯化物应力腐蚀开裂(SCC).在热 工艺流体条件下选用材料时,必须考虑这 种腐蚀.应当避免将316不锈钢用于存在氯 离子及150°F(60°C)或以上温度的应 用中.如图4所示,2205双相不锈钢在简 单盐溶液中耐SCC 的温度可达至少250°F (120°C). 红锈 暴露在高纯度水介质中的不锈钢,表 面可能出现薄薄的锈迹或沉积物,这被称 为红锈(图5).这锈迹主要由氧化铁或氢 氧化铁颗粒物构成,有多种颜色,包括红 色、金黄色、蓝色、灰色和深褐色等色调.形成红锈的原因尚未明了,但材料的 差异如特定的不锈钢牌号和表面处理可能 影响红锈的形成. 在制药和生物科技行业中,注射用水(WFI)系统所处的清洁蒸汽环境和高 纯度水环境,经常会出现红锈现象.蒸馏 装置、贮罐、工艺过程容器、泵、阀门和 管道等部件均可能受到影响. 牌号 UNS编号 C Mn P S Si Cr Ni Mo N 316L S31603 0.03 2.00 0.045 0.030 0.75 16.0C18.0 10.0C14.0 2.0C3.0 0.10

2205 S32205 0.03 2.00 0.030 0.020 1.00 22.0C23.0 4.5C6.5 3.0C3.5 0.14C0.20 表1 基于ASTM A 240要求的316L和2205不锈钢化学成份对比* * 除非另行说明,否则为最大值

5 图4 316L不锈钢和2205双相不锈钢发生氯离子应力腐蚀开裂的临界值对比(据参 考文献2,Sandvik在线2205数据表)

300 (570)

250 (480)

200 (390)

150 (300)

100 (210)

50 (120)

0 (32) 0.0001 0.001 0.01 0.1

1 10 CI- 重量 % 温度 °C (°F) 图5 剖开的不锈钢管内壁上呈现金黄色(A)和灰黑 色(B)红锈 加工特性 2205双相不锈钢的加工制作在许多方 面与316L是类似的,但是仍存在一些重要 差异.冷成形加工操作必须考虑到双相不 锈钢较高的强度和较高的加工硬化特性. 成形设备可能要求具备更高的负荷能力, 而且在成形操作中,2205不锈钢将会表现 出比标准奥氏体不锈钢牌号更高的回弹. 2205双相不锈钢较高的强度使其比316L更 难进行切削加工.有关双相不锈钢加工的 详细指南,请参见IMOA出版的《双相不锈 钢加工制作实用指南》. 2205双相不锈钢的焊接可以采用316L 不锈钢的焊接方法.但是,必须对热输入量和层间温度进行严格控制,以保持所希望的奥氏体-铁 素体相比例,并避免有害金属间相的析出.焊接用气内含有少量的氮气有助于避免这些问题.在进行双相不锈钢焊接工艺评定时,常用的 方法是采用铁素体测定仪或通过金相检验 来评估奥氏体-铁氧体比率.在典型情况 下,ASTM A 923试验方法用于验证是否存 在有害金属间相. 图6 不锈钢管道的自动轨道焊接(照片来源:Arc Machines公司) SAF