Nerezová ocel nebo chrom-vanadiová?

Tabulka 1

Tabulka 2

Tabulka1

Tabulka 2

Srovnání materiálů: Nástroje používané v čistých prostorách musí nejen odolávat mechanickému namáhání, ale také poskytovat nejvyšší úroveň bezpečnosti z hlediska sterilizace a hygieny, případně minimalizovat rizika pro výrobky. A v tomto ohledu existují výrazné rozdíly mezi nerezovou ocelí a chrom-vanadiovou ocelí.

Zkušenosti opakovaně ukazují: co se týče nástrojů, stále mnoho firem v farmaceutickém a potravinářském průmyslu používá i v čistých prostorách nebo v hygienicky citlivých oblastech slitiny chrom-vanadiové oceli, zatímco menší část používá nerezové nástroje. Ale hraje to vůbec roli? Jsou tyto materiály tak odlišné? Jasná odpověď: ano. Například pokud jde o tvrdost nástrojů a s tím související odolnost vůči momentu a opotřebení. Vzhledem k ochraně výrobků a možnosti dezinfekce a sterilizace se chrom-vanadiová ocel a nerezová ocel liší také z hlediska jejich tepelné odolnosti, odolnosti proti korozi a odolnosti vůči mechanickému namáhání.

„Samozřejmě existují nejen rozdíly mezi chrom-vanadiovými a nerezovými slitiny, ale i uvnitř třídy nerezových ocelí,“ říká Steffen Hild, jednatel společnosti CAT Clean Air Technology GmbH se specializací na čisté prostory v Stuttgartu. U nerezové nebo nehrdzavějící oceli, jak je správně označováno, existuje pět slitinových struktur, které závisí na složení oceli, například na chromu, uhlíku, niklu a molybdenu:

- austenitická nerezová ocel,
- martensitická nerezová ocel,
- ferritická nerezová ocel,
- nerezový duplex a
- žáruvzdorná a výměnná nerezová ocel.

Následující srovnání se zaměřuje kromě chrom-vanadiové oceli také na martensitickou a austenitickou ocel. Kromě podobných složení, jaké jsou u austenitů, má martensitická ocel vynikající vlastnost, která ji činí jako materiál pro nástroje téměř ideální: lze ji tepelně kalit, což u austenitů není možné.

Tvrdost oceli

Tvrdost nástroje je důležitá ze dvou důvodů. Například pokud jde o to, co má nástroj zvládnout. Ve většině případů má za úkol přenést moment nebo sílu na jinou součást. Pokud se při tom nástroj deformuje, protože nedokáže odolat požadovaným silám, může být ještě během použití vyřazen – například často používané nástroje jako vidlice, klíč nebo šroubovák. Důležitá je také odolnost proti opotřebení a tření. Protože v kritickém výrobním prostředí by neměly vznikat oděru kovových částic nebo dokonce přijít do kontaktu s finálním produktem. To je zvlášť důležité v farmaceutickém a potravinářském průmyslu, ale i v mikroelektronice – a to z hlediska zajištění kvality a analýzy rizik procesu (viz tabulka 1).

Čištění, dezinfekce a sterilizace

Průmyslové požadavky na čištění nástrojů jsou minimálně založené na vizuální čistotě. Nečistoty a zbytky na povrchu musí být odstraněny z hlediska ochrany výrobků. U vyšších mikrobiologických požadavků, například v potravinářství nebo farmaceutickém průmyslu, není možné obejít se bez dezinfekce a sterilizace nástrojů (viz tabulka 2).

Koroze a autoklavace

Co u chrom-vanadiových nástrojů způsobuje korozi, je elektrochemická reakce nebo kapalina, která funguje jako iontový výměník. Vrchní vrstva materiálu má mírnou ochranu proti korozi, pokud je nepoškozená. Ale již mechanické namáhání nástrojů vede k mikrotrhlinám na povrchu, které se pak mohou rychle korodovat. V pozdějším průběhu často dochází k částečnému olupování povrchu. Dezinfekce agresivnějšími médii dále podporuje proces koroze, protože běžná média jsou „lepší“ iontové výměníky.

Nerezové slitiny, jako jsou martensit a austenit, mají výhodu díky přirozené pasivní vrstvě materiálu, která obklopuje povrch a slouží jako regenerující se ochranná vrstva. Podobně jako u hliníku je tato ochrana tvořena vrstvou oxidu, konkrétně chrom-oxidovou vrstvou. Pokud je ochranná vrstva narušena, oxiduje pod ní ležící materiál se vzdušným kyslíkem a vrstvu si znovu vytvoří. Pasivní vrstva je relativně reaktivní a poskytuje tak účinnou ochranu před korozi.

Na závěr je třeba zmínit proces autoklávování, který odhaluje další nevýhodu chrom-vanadiové oceli. Tento materiál totiž snese pouze teploty těsně pod 100 stupňů Celsia. Při vyšších teplotách praská povrch materiálu, což nevyhnutelně vede ke korozi.

Závěr

Ochrana výrobků a životnost nástrojů do čistých prostor závisí výrazně na zvoleném materiálu. Vybraný materiál musí sice splnit především mechanické požadavky na nástroj, ale v kritických výrobních podmínkách jsou rozhodující i požadavky na čistotu a hygienu. „Vzhledem k tomu, že nástroje používané v čistých prostorách musí být pravidelně dezinfikovány a sterilizovány, je pro efektivní ochranu výrobků vhodnější používat nástroje z martensitických ocelí oproti austenitům a o to více oproti chrom-vanadiové oceli,“ je doporučení od Steffena Hilda, jednatele společnosti CAT.