Stal nierdzewna czy chrom-wanad?

Tabela 1

Tabela 2

Tabela 1

Tabela 2

Porównanie materiałów: Narzędzia stosowane w czystych pomieszczeniach muszą nie tylko wytrzymywać obciążenia mechaniczne, ale także zapewniać najwyższy poziom bezpieczeństwa pod względem sterylności i braku drobnoustrojów, a tym samym minimalizować ryzyko produktu. I w tym zakresie istnieją znaczące różnice między stali nierdzewną a chromowo-wanadową.

Doświadczenie wielokrotnie pokazuje, że wiele firm z branży farmaceutycznej i spożywczej nadal używa w czystych pomieszczeniach lub w obszarach wrażliwych na higienę narzędzi z stopów chromowo-wanadowych, podczas gdy znacznie mniejsza część korzysta ze stal nierdzewnych. Ale czy to ma w ogóle znaczenie? Czy materiały są tak różne? Jasna odpowiedź: tak. Na przykład w odniesieniu do twardości narzędzi i tym samym odporności na moment obrotowy oraz odporności na ścieranie i zużycie. W kontekście ochrony produktu, a także możliwości dezynfekcji i sterylizacji, chromowo-wanadowe i stal nierdzewna różnią się także pod względem odporności na temperaturę, korozję oraz odporności na mechaniczne obciążenia.

„Oczywiście, istnieją nie tylko różnice między stopami chromowo-wanadowymi a stalami nierdzewnymi, ale także wewnątrz klasy stali nierdzewnych,” mówi Steffen Hild, dyrektor zarządzający firmy CAT Clean Air Technology GmbH w Stuttgarcie, specjalizującej się w czystych pomieszczeniach. W przypadku stali nierdzewnej, czyli właściwie niechromowanej stali, istnieje pięć struktur stopowych, które z kolei zależą od składników stali, takich jak chrom, węgiel, nikiel i molibden:

- stal austenityczna nierdzewna,
- stal martenzytyczna nierdzewna,
- stal ferrytowa nierdzewna,
- nierdzewna stal duplex oraz
- stal nierdzewna wytrącająca się twardo.

Porównanie poniżej ogranicza się do chromowo-wanadowych i do austenitu oraz martenzytu. Oprócz podobnych składników stopowych, jak w przypadku austenitu, martenzyt wyróżnia się doskonałą cechą, która czyni ją szczególnie predestynowaną jako materiał na narzędzia: można ją termicznie hartować, czego nie można zrobić w przypadku austenitu.

Twardość stali

Twardość narzędzia jest istotna z dwóch powodów. Na przykład w kontekście tego, do czego narzędzie ma służyć. W większości przypadków jego zadaniem jest przeniesienie momentu obrotowego lub siły na inny element. Jeśli narzędzie odkształci się, ponieważ nie wytrzyma wymaganych sił, można je jeszcze podczas użytkowania wyrzucić – na przykład często używane narzędzia, takie jak klucze nasadowe czy śrubokręty. Ważne jest także odporność na ścieranie i zużycie. W krytycznym środowisku produkcyjnym nie powinno dochodzić do powstawania odłamków metalu ani kontaktu z końcowym produktem. Jest to szczególnie istotne w branży farmaceutycznej i spożywczej, a także w mikroelektronice – zarówno z punktu widzenia zapewnienia jakości, jak i analizy ryzyka procesu (zobacz tabela 1).

Mycie, dezynfekcja i sterylizacja

Wymagania przemysłowe dotyczące czystości narzędzi obejmują co najmniej czystość wizualną. Zanieczyszczenia i osady na powierzchni muszą być usunięte w celu ochrony produktu. Przy wyższych wymaganiach mikrobiologicznych, takich jak w branży spożywczej i farmaceutycznej, nie można obejść się bez dezynfekcji i sterylizacji narzędzi (zobacz tabela 2).

Korozja i autoklawowanie

To, co powoduje korozję w narzędziach chromowo-wanadowych, to reakcja elektrochemiczna lub ciecz działająca jako wymiennik jonów. Wierzchnia warstwa materiału ma umiarkowaną ochronę przed korozją, o ile pozostaje nienaruszona. Jednak już mechaniczne obciążenie narzędzi prowadzi do mikropęknięć na powierzchni, które mogą szybko korodować. W dalszym ciągu często zdarza się, że powierzchnia przynajmniej częściowo odchyla się od podłoża. Dezynfekcja agresywniejszymi środkami sprzyja procesowi korozji, ponieważ powszechne środki są lepszymi wymiennikami jonów.

Stale nierdzewne, takie jak martenzyty i austenity, mają tutaj przewagę ze względu na wrodzoną warstwę pasywną, która otacza materiał niczym regenerująca się osłona ochronna. Podobnie jak w przypadku aluminium, ta ochrona to warstwa tlenku, dokładniej warstwa chromowego tlenku. Jeśli warstwa ta zostanie naruszona, pod spodem znajdujący się materiał utlenia się z tlenem i odtwarza tę warstwę. Warstwa pasywna jest stosunkowo reaktywnie słaba i stanowi skuteczną ochronę przed korozją.

Podsumowując, rozważając proces autoklawowania, pojawia się kolejna wada chromowo-wanadowych materiałów. Otóż ten materiał wytrzymuje jedynie temperatury nieco poniżej 100 stopni Celsjusza. Przy wyższych temperaturach powierzchnia materiału pęka, co nieuchronnie prowadzi do korozji.

Podsumowanie

Ochrona produktu i trwałość narzędzi do czystych pomieszczeń w dużej mierze zależą od wybranego materiału. Odpowiedni materiał musi przede wszystkim spełniać wymagania mechaniczne narzędzia, ale w krytycznych warunkach produkcyjnych równie ważne są wymogi dotyczące czystości i higieny. „Ponieważ narzędzia używane w czystych pomieszczeniach muszą być regularnie dezynfekowane i sterylizowane, dla skutecznej ochrony produktu zaleca się narzędzia z martenzytycznych stopów stali w porównaniu do austenitu, a tym bardziej chromowo-wanadowych,” brzmi rekomendacja Steffena Hilda, dyrektora firmy CAT.