Druckbewertungstabelle für Edelstahlrohre 304L

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Edelstahlrohre sind für viele Anwendungen ideal, da sie eine geringe Korrosionsbeständigkeit und eine hohe Festigkeit aufweisen, sodass sie dort eingesetzt werden können, wo unterschiedliche Mengen an gelöstem Gas und Öl vorhanden sind. Rohre und Schläuche aus Edelstahl 304 und 304L werden in fast allen Bereichen der Welt verwendet. Sie machen 50% des weltweiten Edelstahlverbrauchs aus. 304L Edelstahl ist derzeit die am zweithäufigsten verwendete Edelstahlsorte nach 304. Es handelt sich um eine kohlenstoffarme Edelstahlsorte, die korrosionsbeständig und ideal für den Schiffs- und Industriegebrauch ist.

Die Verwendung von Rohren aus rostfreiem Stahl 304L hat viele verschiedene Eigenschaften. Eine der wichtigsten Eigenschaften ist die hervorragende Korrosionsbeständigkeit. Das bedeutet, dass sie rostbeständig sind, was für den Transport von Rohren unerlässlich ist. Diese Rohre sind auch korrosionsbeständig, wenn sie Feuchtigkeit und Wasser ausgesetzt werden, was sie ideal für den Einsatz in Anwendungen macht, in denen die Rohre extremen Wetterbedingungen standhalten müssen. Sie sollten auch beachten, dass diese Rohre nicht korrodieren, wenn sie der Luft ausgesetzt werden, was bedeutet, dass sie effektiv an Orten eingesetzt werden können, an denen Luft normalerweise ein Problem darstellen würde. Bei all den unterschiedlichen Drücken, die Sie mit 304L-Edelstahl erreichen können, die von der Wandstärke und der nahtlosen oder geschweißten Verarbeitung abhängen, werden Sie sicher etwas finden, das Ihren Anforderungen entspricht. Diese Arten von Stahlrohren können auch in der Umwelt eingesetzt werden, da sie Wärme gut leiten und sehr widerstandsfähig gegen Abrieb und Stöße sind. Hier ist die folgende Druckbewertungstabelle für 304L-Edelstahlrohre.

TP304L
TEMPERATUR F 100 200 300 400 500 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500
TEMPERATUR C 38 93 149 204 260 316 343 371 399 427 454 482 510 538 566 593 621 649 677 704 732 760 788 816
D mm

AUSLEGUNGSDRUCK (PSI)
6 1 6423 6423 6423 6077 5692 5385 5269 5192 5115 5000 4923 4577 3808 3000 2423 2040 1739 1391 1130 913 739 478 435 391
6.35 1.24 7730 7730 7730 7313 6850 6480 6341 6249 6156 6017 5925 5508 4582 3610 2916 2475 2150 1720 1397 1129 914 591 537 484
8 1 4639 4639 4639 4389 4111 3889 3806 3750 3694 3611 3556 3306 2750 2167 1750 1457 1212 970 788 636 515 333 303 273
10 1 3630 3630 3630 3435 3217 3043 2978 2935 2891 2826 2783 2587 2152 1696 1370 1133 930 744 605 488 395 256 233 209
12 1 2982 2982 2982 2821 2643 2500 2446 2411 2375 2321 2286 2125 1768 1393 1125 927 755 604 491 396 321 208 189 170
12 2 6423 6423 6423 6077 5692 5385 5269 5192 5115 5000 4923 4577 3808 3000 2423 2040 1739 1391 1130 913 739 478 435 391
15.88 1 2215 2215 2215 2095 1963 1857 1817 1790 1764 1724 1698 1578 1313 1034 836 685 552 442 359 290 235 152 138 124
14 2 5387 5387 5387 5097 4774 4516 4419 4355 4290 4194 4129 3839 3194 2516 2032 1700 1429 1143 929 750 607 393 357 321
15 1.5 3630 3630 3630 3435 3217 3043 2978 2935 2891 2826 2783 2587 2152 1696 1370 1133 930 744 605 488 395 256 233 209
15 2 4985 4985 4985 4716 4418 4179 4090 4030 3970 3881 3821 3552 2955 2328 1881 1569 1311 1049 852 689 557 361 328 295
16 2 4639 4639 4639 4389 4111 3889 3806 3750 3694 3611 3556 3306 2750 2167 1750 1457 1212 970 788 636 515 333 303 273
20 2 3630 3630 3630 3435 3217 3043 2978 2935 2891 2826 2783 2587 2152 1696 1370 1133 930 744 605 488 395 256 233 209
22 2 3275 3275 3275 3098 2902 2745 2686 2647 2608 2549 2510 2333 1941 1529 1235 1020 833 667 542 438 354 229 208 188
25 2 2855 2855 2855 2701 2530 2393 2342 2308 2274 2222 2188 2034 1692 1333 1077 887 721 577 468 378 306 198 180 162
25 2.5 3630 3630 3630 3435 3217 3043 2978 2935 2891 2826 2783 2587 2152 1696 1370 1133 930 744 605 488 395 256 233 209
38 2 1835 1835 1835 1736 1626 1538 1505 1484 1462 1429 1407 1308 1088 857 692 567 455 364 295 239 193 125 114 102
50 2.5 1740 1740 1740 1646 1542 1458 1427 1406 1385 1354 1333 1240 1031 813 656 537 430 344 280 226 183 118 108 97
60 2.5 1440 1440 1440 1362 1276 1207 1181 1164 1147 1121 1103 1026 853 672 543 443 354 283 230 186 150 97 88 80
6 1.50 10438 10438 10438 9875 9250 8750 8563 8438 8313 8125 8000 7438 6188 4875 3938 3400 3077 2462 2000 1615 1308 846 769 692
8 1.50 7368 7368 7368 6971 6529 6176 6044 5956 5868 5735 5647 5250 4368 3441 2779 2354 2034 1627 1322 1068 864 559 508 458
10 1.50 5693 5693 5693 5386 5045 4773 4670 4602 4534 4432 4364 4057 3375 2659 2148 1800 1519 1215 987 797 646 418 380 342
10 2.00 7952 7952 7952 7524 7048 6667 6524 6429 6333 6190 6095 5667 4714 3714 3000 2550 2222 1778 1444 1167 944 611 556 500
12 1.50 4639 4639 4639 4389 4111 3889 3806 3750 3694 3611 3556 3306 2750 2167 1750 1457 1212 970 788 636 515 333 303 273
18 1.50 2982 2982 2982 2821 2643 2500 2446 2411 2375 2321 2286 2125 1768 1393 1125 927 755 604 491 396 321 208 189 170
18 2.00 4073 4073 4073 3854 3610 3415 3341 3293 3244 3171 3122 2902 2415 1902 1537 1275 1053 842 684 553 447 289 263 237
14 1.50 3914 3914 3914 3703 3469 3281 3211 3164 3117 3047 3000 2789 2320 1828 1477 1224 1008 807 655 529 429 277 252 227
6.35 1.24 7730 7730 7730 7313 6850 6480 6341 6249 6156 6017 5925 5508 4582 3610 2916 2475 2150 1720 1397 1129 914 591 537 484
12.70 1.20 3414 3414 3414 3230 3026 2862 2801 2760 2719 2658 2617 2433 2024 1595 1288 1064 871 697 566 457 370 240 218 196
12.70 1.63 4777 4777 4777 4520 4234 4005 3919 3862 3805 3719 3662 3404 2832 2231 1802 1502 1252 1001 814 657 532 344 313 282
12.70 2.11 6400 6400 6400 6055 5672 5365 5250 5173 5097 4982 4905 4560 3794 2989 2414 2032 1732 1386 1126 909 736 476 433 390
12.70 2.41 7473 7473 7473 7070 6622 6264 6130 6041 5951 5817 5727 5325 4430 3490 2819 2389 2067 1654 1344 1085 879 569 517 465
15.90 1.00 2212 2212 2212 2093 1960 1854 1815 1788 1762 1722 1695 1576 1311 1033 834 685 552 441 359 290 234 152 138 124

Nickel-austenitische Edelstahlsorten

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Nickel ist bekanntermaßen ein teures Legierungselement und ist in einigen Anwendungen unverzichtbar, in denen sowohl Spannungskorrosionsbeständigkeit als auch Austenitstruktur erforderlich sind. Beispielsweise ist Kriechfestigkeit in Hochtemperaturumgebungen wichtig, in denen austenitische rostfreier Stahl werden benötigt. Ähnlich wie bei den traditionellen austenitischen rostfreien Stählen ist die Zwillingsgrenze aufgrund der geringeren Stapelfehlerenergie ein wichtiges Merkmal der nickelreichen austenitischen rostfreien Stähle. Austenitische rostfreie Stähle neigen zu Spannungsrisskorrosion (SCC). Die Spannungskorrosionsbeständigkeit wird jedoch erheblich verbessert, wenn der Nickelgehalt 20% übersteigt. Die Wirkung von Nickel auf die Spannungsintensität der Spannungskorrosionsschwelle (105℃, 22% NaCl-Wasserlösung) in Fe-Ni-Cr-Legierungen mit 16%~21% Chrom wird untersucht. Nickelreicher austenitischer rostfreier Stahl (NiASS) kann als separate Klasse von rostfreiem Stahl betrachtet werden. Tatsächlich ist die Spannungskorrosionsbeständigkeit von biphasischen und ferritischen rostfreien Stählen mit der von biphasischen und ferritischen rostfreien Stählen vergleichbar, wenn der Nickelgehalt 30% übersteigt. Mehrere begrenzte Sorten von nickelreichen austenitischen rostfreier Stahl sind in der folgenden Tabelle aufgeführt. Die superaustenitischen rostfreien Stähle 254SMO und 654SMO sind speziell für die Öl- und Gasindustrie konzipiert. Typische Anwendungen sind Meerwasserkühlung, Zellstoffbleiche sowie hydraulische und instrumentelle Rohrleitungsausrüstung.

 

Ni-Austenitische rostfreie Stahlsorten

Legierung C Si Mn Cr Ni Mo B Co Cu Nr. N
254SMo 0.01 0.8 1.0 20 18 6.1 0.7 0.2
654SMo 0.01 3.5 24 22 7.3 0.5 0.5
Sanicro 25 0.1 0.2 0.5 22.5 25 3.6 3.5 3.0 0.5 0.23
Sanicro 28 0.02 0.6 2.0 27 31 3.5 1.0
Legierung 800 0.07 0.6 0.6 20.5 30.5
353MA 0.05 1.6 1.5 25 35 0.16
Legierung 825 0.03 0.5 0.8 20 38.5 2.6
Legierung 625 0.03 0.5 0.5 21 Bal 8.5
Legierung 690 0.02 0.5 0.5 30 60
Legierung 600 0.05 0.4 0.8 16.5 Bal 0.5

SANICRO 25, eine 22Cr-25Ni-Legierung, ist für den Einsatz in Kesseln bis 700 °C ausgelegt. Aufgrund seiner guten Kriechbruchfestigkeit und Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit ist es ein für Überhitzer und Nacherhitzer geeignetes Material. Tatsächlich ist die Kriechbruchfestigkeit von SANICRO 25 im Bereich von 600 bis 750 °C höher als die der meisten austenitischen rostfreien Stähle. In einer stark korrosiven, sauren Umgebung ist Sanicro 28 normalerweise die beste Wahl. Es wird in Hochdruckbohrungen mit Rohren, Gehäusen und Sauergasauskleidung verwendet. Weitere Anwendungen umfassen Heizgeräte, Pumpensysteme sowie Pumpen und Behälter in Nassphosphorsäureanlagen und Superphosphorsäureanlagen.

Legierung 800 wird häufig in einem Umgebungstemperaturbereich von 550 bis 1100 °C verwendet, der eine ausgezeichnete Kriechfestigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen und hohe Temperaturfestigkeit der Materialien erfordert. Diese Legierungen werden auch in den Einlass- und Auslassöffnungen bei der Herstellung von Ammoniak, Methanol und Gas für den zivilen Gebrauch sowie in den Ofenrohren bei der Herstellung von Vinylchlorid und Ethylen verwendet. Weitere Anwendungen sind Wärmeaustauschrohre und Strahlungsrohre für Wirbelschichtverbrennungsbetten und Teile von Wärmebehandlungsöfen, wie Schalldämpferrohre und Schutzhülsen für Thermoelemente.

Die 25Cr-35Ni-Legierung 353Ma ist für den Einsatz in Cracköfen und Reformierrohren konzipiert, in denen synthetische Gase in Umgebungen behandelt werden, in denen Aufkohlung und Stickstoffabsorption potenziell problematisch sind. Obwohl es andere Alternativen gibt, die mehr Chrom enthalten, ist 353 MA die beste Wahl. Ein Grund dafür ist, dass es das Element Ce enthält, das zur Bildung einer sehr stabilen Oberflächenoxidschicht beiträgt.

Legierung 690 enthält 60 Prozent Nickel und wird hauptsächlich in den Rohrleitungen von Dampferzeugern in Kernkraftwerken verwendet. Die Betriebstemperatur beträgt 365 °C, bei der Spannungsrisskorrosion zwischen den Körnern ein potenzielles Problem darstellt. Unter bestimmten Betriebsbedingungen ist Legierung 690 nahezu korrosionsfrei und daher die bevorzugte Legierung.

Interessanterweise wird nickelreicher austenitischer Edelstahl 254SMO auch für die Kunst verwendet. Die Skulptur „God, Over the Rainbow“ von Carl Milles wurde 1995 an der Südküste des Nak Strand in Stockholm aufgestellt. Die Skulptur ist etwa 23 m hoch und ein berühmter Aussichtspunkt, an dem täglich viele Seeleute vorbeikommen. Das umgebende Meerwasser enthält Salz, Chlorid verursacht sehr leicht Oberflächenkorrosion, hochfester superaustenitischer Edelstahl 254SMO ist für diese Umgebung sehr gut geeignet.

Wie wählt man die richtigen Edelstahlsorten aus?

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Edelstahl ist aufgrund seiner Haltbarkeit und Korrosionsbeständigkeit das beliebteste Metall für Küchenutensilien und andere gewerbliche Anwendungen. Edelstahl ist jedoch anfällig für Korrosion, wenn er Salzwasser und bestimmten Chemikalien ausgesetzt wird. Beim Kauf der richtigen Edelstahlsorten sollten Sie darauf achten, dass die folgenden vier Begriffe – Korrosionsbeständigkeit, mechanische Eigenschaften, Bearbeitbarkeit, Schweißbarkeit, Oberflächenbehandlungen – erfüllt sind. Dies hängt vom Grad der Beständigkeit gegen Verschleiß und korrosive Lösungen ab, die während des Veredelungs- oder Einbrennprozesses auftreten. Darüber hinaus bestimmen die Art der verwendeten Veredelung und der Grad der Legierung in der Konstruktion die Zusammensetzung der endgültigen Sorte.

 

Korrosionsbeständig

Korrosionsbeständigkeit umfasst Rostschutz und Beständigkeit gegen Säuren, Laugen, Salze und andere korrosive Medien sowie Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen und andere Eigenschaften. Die Auswahl des Edelstahlprojekts dient der Lösung verschiedener Korrosionsprobleme, die in der Technik auftreten. Die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl in einer korrosiven Umgebung kann also sicherstellen, dass die Ausrüstung innerhalb der Lebensdauer ausreichend korrosionsbeständig ist, um den sicheren Betrieb der Ausrüstung zu gewährleisten. Bei der Auswahl des Materials sollte vorrangig auf die folgenden Bedingungen geachtet werden: Der Standard der Korrosionsbeständigkeit wird von Menschen bestimmt und kann nicht durch ihn eingeschränkt und ignoriert werden. Die geeigneten Güteklassen sollten anhand der Nutzungsbedingungen bestimmt werden.

Bisher gibt es keinen Edelstahl, der in jeder Umgebung eine gute Rost- und Korrosionsbeständigkeit aufweist, aber es gibt eine Güteklasse, die für eine bestimmte Umgebung besser geeignet ist. Es ist zu beachten, dass bei der Auswahl von Edelstahl nicht nur die allgemeine Korrosionsbeständigkeit, sondern auch die lokale Korrosionsbeständigkeit berücksichtigt werden sollte. Insbesondere in Wasser- und chemischen Medien ist letztere besonders wichtig. Die Erfahrung hat gezeigt, dass lokale Korrosion bei der plötzlichen Zerstörung von Geräten und Komponenten aus Edelstahl schädlicher ist als allgemeine Korrosion. Wenn in verschiedenen Handbüchern und Literatur die Korrosionsbeständigkeitsdaten von Edelstahl angegeben werden, sollte darauf geachtet werden, dass es sich bei vielen davon um Testdaten handelt und diese oft stark von der tatsächlichen Medienumgebung abweichen.

 

Mechanische Eigenschaften

Zu den mechanischen Eigenschaften zählen Festigkeit, Härte, Plastizität, Zähigkeit und Dauerfestigkeit. Beachten Sie, dass die meisten dieser Eigenschaften in atmosphärischen Umgebungen ohne stark korrosive Medien gemessen wurden. In korrosiven Medien werden diese mechanischen Eigenschaften, wie die Dauerfestigkeit, erheblich reduziert und brechen manchmal weit unter ihre Festigkeitsgrenzen unter statischer Zugspannung und Medien. Bei Geräten, die häufig belastet werden, ist neben der Festigkeitsauslegung auch eine Dauerfestigkeitsauslegung erforderlich. Bei Edelstahlkomponenten, die bei niedrigen Temperaturen arbeiten und Stoßbelastungen standhalten, müssen deren Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen, Sprödigkeit, Übergangstemperatur und Bruchzähigkeit bei niedrigen Temperaturen berücksichtigt werden. Manchmal muss der lineare Ausdehnungskoeffizient berücksichtigt werden.

 

Bearbeitbarkeit, Schweißbarkeit, Oberflächenbehandlung

Dabei handelt es sich um sogenannte Technologien. Sie beschreiben die Fähigkeit von Edelstahl, sich an den Herstellungsprozess der Geräte anzupassen, wie z. B. Form, Größe, Präzision, Glätte usw. nach der Verarbeitung sowie Schweißverfahren.

Um die gute Beständigkeit gegen Säuren und Oxidation zu bestimmen, ist es wichtig, die Zusammensetzung des Edelstahls zu beachten. Eine gute Kombination dieser Legierung mit kohlenstoffarmem Material ergibt eine Kombination aus hervorragender Korrosionsbeständigkeit und hervorragender Fähigkeit, Verunreinigungen zu widerstehen. Die resultierende Kombination wird treffend als 904L bezeichnet, was für hochlegiertes Austenit steht. Mit dieser Legierung ist Ihnen nicht nur eine robuste Maschine garantiert, sondern auch die Fähigkeit, jede Art von Oberfläche zu durchschneiden.

Güteklasse 904L Edelstahl ist ein kohlenstoffarmes, austenitisches Edelstahlmetall mit hohem Chromgehalt. Dieser hohe Chromgehalt verbessert seine Beständigkeit gegen Säuren, einschließlich Schwefelsäure, und verringert das Korrosionsrisiko. Darüber hinaus verbessert er die Festigkeit der Struktur, indem er ihre Zähigkeit erhöht und Ermüdungsrissen vorbeugt. Wir sind ein professioneller Lieferant und Verarbeitungszentrum für hochwertige 904L-Edelstahlbleche und -rohre. Wenn Sie Interesse an uns haben, rufen Sie uns einfach an.

Die Wahl des Edelstahlmaterials für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie

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Die meisten Herausforderungen bei der Verwendung von Edelstahl in der Milchwirtschaft und anderen Lebensmittelverarbeitungsindustrien hängen mit Wärmetauschern und natürlichem Oberflächenwasser wie Brunnenwasser zusammen. Wie Brauereien verwenden die meisten Lebensmittelindustrien häufig heiße Medien, die mit Dampf erhitzt oder mit Wasser gekühlt werden, was mit Pasteurisierung und Sterilisation verbunden ist, und stoßen daher häufig auf Probleme wie Spannungsrisskorrosion. Im Allgemeinen korrodiert die Lebensmittelverarbeitung keinen Standard-Edelstahl wie AISI304 oder 316. Die große Bandbreite an Verarbeitungsmethoden in dieser Branche führt jedoch zu vielen verschiedenen Korrosionsfehlern. Wie zum Beispiel:

  • Erosion/Korrosion in Milchwärmetauschern aus Edelstahl.
  • Gleichmäßige Korrosion durch Milchsäure und andere organische Säuren bei hohen Temperaturen.
  • Mikrobielle Korrosion durch Oberflächenwasser oder Brunnenwasser.
  • Spannungskorrosionsrisse, hauptsächlich „Chloridriss“.
  • Korrosionsermüdung durch Vibration.

 

Bei Plattenwärmetauschern in der Milchindustrie werden Molke, Milch und Prozesswasser durch Plattenwärmetauscher aus Edelstahl 1.4401 verarbeitet, wie in der folgenden Tabelle dargestellt.

Produkte Einlasstemperatur, ℃  Auslasstemperatur ， ℃ Druck
Molke 30 10 Mittel
Milch 7 30 Hoch
Prozesswasser 57 14 Niedrig

 

Um das Austreten kontaminierter Lebensmittel zu vermeiden, wird der Druck des Prozesswassers so niedrig wie möglich gehalten. Leckagen treten auf, wenn die dünnen Platten an der Druckstelle miteinander kollidieren. Dies wird durch Ermüdungsrisse im dünnen Querschnitt verursacht, nachdem die Druckstelle erodiert und korrodiert ist. Eine metallografische mikroskopische Untersuchung des Abschnitts zeigt, dass keine Spannungsrisskorrosion aufgetreten ist. Da der niedrige Druck auf der Prozesswasserseite herrscht, kommt es in Verbindung mit Druckschwankungen und Flüssigkeitsströmungsvibrationen auf dieser Seite zu Erosion/Korrosion. Die physische Kollision der Platten kann vermieden werden, indem der Druck und die Druckschwankungen geändert oder der Abstand zwischen den Platten vergrößert wird.

 

Mikrobielle Korrosion durch Brunnenwasser

Die Lebensmittelindustrie verwendet normalerweise Brunnenwasser. Der Eisengehalt im Brunnenwasser ist ziemlich hoch, was eisenverwandte Bakterien aktivieren und schwere Korrosion verursachen kann. Eine der häufig verwendeten Wasseraufbereitungsmethoden besteht darin, Eisen aus Brunnenwasser zu entfernen, um den Geschmack von Lebensmitteln zu verbessern und Korrosion von Verpackungen und Verarbeitungsgeräten nach dem Reinigen und Spülen zu vermeiden. Oberflächen- und Brunnenwasser enthalten auch eine Reihe von Mikroorganismenarten, die sowohl unter aeroben als auch unter anaeroben Bedingungen aktiv sind. Aerobe eisenverwandte Bakterien oxidieren Eisenionen, während anaerobe eisenverwandte Bakterien Eisenionen reduzieren. Diese beiden Reaktionen werden letztendlich als mikrobielle Korrosion (MIC) klassifiziert. Andere Mikroorganismen können ebenfalls im Wasser aktiv sein, wie etwa schwefelsäurereduzierende Bakterien und säureproduzierende Bakterien. Im selben Biofilm können aerobe Bakterien und (unten) anaerobe Bakterien aktiv sein.

Bei Verwendung von Brunnenwasser zur Behandlung von Gemüsekonserven (nach Pasteurisierung spülen und abkühlen). Wo das Wasser längere Zeit nicht fließt, werden Rohre aus 316L-Werkstoff aufgrund der hohen Wassertemperatur innerhalb von sechs Monaten undicht. Das Brunnenwasser selbst ist kalt (unter 10 °C), kann aber im Sommer leicht auf 30 °C ansteigen, wenn es längere Zeit stationär in der Leitung verbleibt. Im Vergleich zu Legionellen bilden sich bei höheren Temperaturen korrosive Biofilme mit höherer Aktivität.

 

Lochfraß durch Chlordesinfektion und Sterilisation

Natriumhypochlorit wird häufig zum Reinigen und Desinfizieren von Edelstahlgeräten verwendet. Wenn die Natriumhypochloritkonzentration zu hoch ist oder die Reinigungs- und Desinfektionszeit zu lang ist, führt Natriumhypochlorit zu schwerer Korrosion des Edelstahls, insbesondere bei Temperaturen über 25 °C.

 

Spannungsrisskorrosion

Bei Temperaturen über 60 °C besteht die Gefahr von Spannungsrisskorrosion durch Chlorid. Mit zunehmender Kaltverformung, Zugspannung und Chloridgehalt steigt das Risiko. Im Vergleich zu kaltverformten Rohren ohne Glühen sind geglühte Rohre unempfindlich gegenüber Spannungsrisskorrosion durch Chlorid. Die Außenseite von geradlinig geschweißten Stahlrohren, die in der Milchindustrie verwendet werden, ist aufgrund von Zugspannungen im Abschnitt, die durch das Biegen während des Herstellungsprozesses entstehen, viel empfindlicher gegenüber Chlorid. In anderen Anwendungen können Rohrwärmetauscher für Spannungsrisskorrosion durch Chlorid verantwortlich sein. Bei Temperaturen über 60 °C treten Spannungsrisse durch Chlorid eher auf einer Seite der Hülle auf. AISI 304 und 316 sind anfällig für dieses Problem und es besteht die Gefahr von Spannungsrisskorrosion, wenn sie in Zuckerverdampfern verwendet werden, wo stattdessen ferritischer Edelstahl verwendet werden kann. Ferritischer Edelstahl AISI 441 wird häufig in der Zuckerindustrie verwendet, insbesondere AISI 439. In der praktischen Anwendung wird die Auswahl an Rohrleitungen auf Edelstahl 304 und Edelstahl 439 ausgerichtet. 304 Edelstahl für kürzere Rohre und 439 für längere Rohre.

Edelstahl 304: Der Stahl kann ausgewählt werden, wenn die Länge des Rohres weniger als 3 Meter beträgt. Der Wärmeausdehnungskoeffizient von 304 Edelstahl hat eine Dicke von 1,8 × 10-2 mm/m℃, was viel größer ist als bei Kohlenstoffstahl. Wenn das Gefäß eine hohe Temperatur hat, ist die thermische Belastung des Rohrs hoch. AISI 304 Edelstahlrohre wurden nach dem Schweißen gerader Nähte im Werk geglüht.

439 Edelstahl: ASTM439 ist ein titanstabilisierter ferritischer Edelstahl (17% ~ 19%Cr), der für Verdampfer oder Spulen mit einer Länge von bis zu 5 m verwendet wird. Das Risiko von Spannungskorrosionsbrüchen ist größer, wenn die Rohrlänge mehr als 7 m beträgt, die Chloridkonzentration hoch ist und der Grad der Kaltverformung hoch ist. In ferritischen rostfreien Stählen wie AISI 439 tritt kein Spannungskorrosionsbruch auf. Um Spaltkorrosion zu vermeiden, werden, wenn Korrosionsbeständigkeit und Hygienebedingungen dies zulassen, normalerweise Wärmetauscher verwendet, deren Mantel aus einer dicken Kohlenstoffstahlplatte und deren Innenwand aus einem dünnen AISI439-Stahlrohr besteht. Auf diese Weise kann Kohlenstoffstahl einen kathodischen Schutz für das dünnwandige Edelstahlrohr bieten, was die Konstruktions- und Produktionskosten senken und die Lebensdauer verlängern kann.

 

 

Die Wahl des Edelstahlmaterials für die Brauerei

/In /von

Edelstahl wird in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie aufgrund seiner hohen Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und hygienischen Eigenschaften häufig verwendet. Im Vergleich zu anderen Bereichen wie der Öl- und Gasproduktion werden Bierbraubehälter und -rohre regelmäßig mittels CIP (Site Cleaning) gereinigt. Um optimale Reinigungsergebnisse zu erzielen, ist eine gute Oberflächenbehandlung von Behältern und Rohren von entscheidender Bedeutung. Seit den 1960er Jahren wird bei industriellen Bierbrauprozessen zur Herstellung von Behältern und Tanks häufig Edelstahl AISI 304 verwendet, oder AISI 316und Duplex-Edelstahl 2205. Die Korrosionsbeständigkeit von 2205 Edelstahl ist vergleichbar mit dem von AISI 304 während die Festigkeit höher ist und es nicht so leicht zu Chloridrissen kommt, wenn die Temperatur über 60 °C liegt. Maische, Würze und Bier greifen Edelstahl nicht an, selbst bei Siedetemperatur. Kaltverformter Edelstahl neigt jedoch bei Temperaturen über 60 °C zu Chloridrissen. Im Allgemeinen korrodiert die Braulösung auch AISI 304 Edelstahl nicht. Nur beim Bierbrauen mit weichem Wasser kann aufgrund des hohen Chloridgehalts AISI 316 Edelstahl gewählt werden.

Aufgrund ihrer Anfälligkeit für Zugspannungen können in dünnwandigen Rohren und Behältern Chloridrisse auftreten. Wenn der Behälter undicht ist, liegt dies häufig an minderwertiger Schweißqualität oder hoher Ermüdungsbelastung. CIP (Feldreinigung) korrodiert Edelstahl nicht, kann jedoch unter extremen Bedingungen bei Edelstahl mit hohem Kaltverformungsgrad Chloridrisse verursachen. Die Ausfallmechanismen von Ermüdungskorrosion und Spannungsrisskorrosion sind ähnlich. Ein Beispiel für Ermüdungskorrosion in einem Verzuckerungstank ist die Öffnung eines Getreidespeichers. Nach dem Maischen und Erhitzen werden die Körner von der Würze getrennt und durch die Öffnung des Getreidespeichers entladen. Der Aufprall und die hohe Belastung durch das entladene Getreide führen zu Ermüdungskorrosionsrissen entlang der Schweißkante im Bereich direkt gegenüber der Mündung des Lagers. Die Undichtigkeit an einigen Stellen ist auf schlechte Qualität zurückzuführen. Der Würzebehälter kann aufgrund von Chloridrissen und Hitzeermüdung von außen nach innen reißen. Wenn beim Schweißen von dampfbeheizten Spiralrohren eine hohe Schweißspannung auftritt, können in der gesamten Edelstahlbehälterwand Risse auftreten.

Empfindlichkeit von Edelstahl

AISI 304 oder Edelstahl 316 hat einen Kohlenstoffgehalt von < 0,08% und kann sensibilisiert werden, wenn es für einen bestimmten Zeitraum 500 bis 800 °C ausgesetzt wird, was beim Schweißen vorkommen kann. Daher verursacht das Schweißen eine Sensibilisierung der „Wärmeeinflusszone“ entlang der Schweißnaht.

Durch die Sensibilisierung entsteht an den Korngrenzen Chromkarbid, was zu einem schlechten Chromgehalt an den Korngrenzen führt und bei dicken Rohrwänden (BBB 0,2 bis 3 mm) leicht zu intergranularer Korrosion von Edelstahl führt. Um diese Situation zu vermeiden, wird häufig „schweißbarer Stahl“ gewählt: beispielsweise Stahl der Güteklasse L, beispielsweise 304L, 316L, dessen Kohlenstoffgehalt weniger als 0,03% beträgt; Titanstabilisierter Stahl: 321,316 Ti.

 

Oberflächenbehandlung

Für die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl sind die Schweißqualität und die Wärmeeinflusszone, die Oberflächenrauheit und der Zustand der schützenden Oxidschicht wichtig. Der Oberflächenzustand von Edelstahl ist besonders wichtig für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie die Pharmaindustrie. Korrosionsprobleme in Brauereien werden oft durch unebene Oberflächenbedingungen verursacht. Während der Herstellung (Schweißen, Wärmebehandlung, Schleifen usw.) wird die passivierte Chromoxidschicht beschädigt, was die Korrosionsbeständigkeit verringert. Unzureichendes Schutzgas beim Schweißen von Edelstahl führt zur Bildung einer heißen Anlassfarbe. Diese porösen thermischen Anlassfarben bestehen aus verschiedenen Oxiden, die dazu neigen, Ionen wie Chloridionen zu absorbieren, wodurch die Korrosionsbeständigkeit verringert wird und das Grundmetall nicht geschützt wird.

Wenn thermische oder andere Arten von Verunreinigungen nicht akzeptabel sind, muss eine Art Metalloberfläche verwendet werden, um sie zu beseitigen. Durch Beizen oder Passivieren können die alte Oxidschicht, die Hitzerückfarbe und andere Verunreinigungen entfernt werden, sodass sich der passivierte Chromoxidfilm vollständig erholen kann. Das gängigste Beizverfahren besteht darin, Edelstahlrohre in eine gemischte Säurelösung aus Salpetersäure und Flusssäure zu tauchen, was auch durch ein Sprüh- oder Rohrspülsystem erfolgen kann. Obwohl die Oberfläche des Edelstahls nach dem Beizen aktiv ist, kann sich aufgrund der Reaktion von Chrom mit Sauerstoff in der Luft innerhalb von 24 Stunden ein Passivierungsfilm bilden, aber in einigen Fällen wird die Passivierung durch die Verwendung von Salpetersäure chemisch erleichtert.

 

Schweißen

Schweißnähte und wärmebeeinflusste Zonen sind häufig die Ursache für Korrosion. Für Brauereien und andere Lebensmittelhersteller sind Schweißfehler, wie z. B. mangelnde Durchdringung, von größter Bedeutung, da sie zu Hygiene- und Sterilisationsproblemen führen. Ingenieure und Einkäufer stellen häufig ungeeignete Schweißbedingungen und Schweißverfahren fest, die nicht korrekt ausgeführt werden können. Das Ergebnis sind Schweißnähte und Oberflächenzustände in der Konstruktion, die fertiggestellt werden müssen, von schlechter Qualität.

Thermische Wiedererhitzung wird dadurch verursacht, dass Licht in eine transparente Oxidschicht absorbiert wird, was auf die unterschiedliche Dicke der Oxidschicht zurückzuführen ist. Da die Farben unterschiedliche Brechungskoeffizienten haben, kann die blau aussehende Oxidschicht nur blaues Licht reflektieren und anderes Licht absorbieren. Dickere Oxidschichten haben mehr Löcher als vollständig transparente dünne Oxidschichten, daher verringern dickere Oxidschichten die Korrosionsbeständigkeit und die Nichthaftung von Edelstahl. Für die meisten Standards ist eine helle Strohfarbe der Wärmerückseite akzeptabel; alle anderen Wärmerückseitenfarben wie Rot und Blau sind nicht akzeptabel. Die Pharmaindustrie erlaubt kein Heißtempern.

Die Geometrie der Schweißnaht muss so regelmäßig wie möglich sein. Qualifizierte Schweißnähte beschädigen die Metalloberfläche des Substrats nicht. Korrosion beginnt oft in einem winzigen Nadelloch am Anfang/Ende einer Schweißnaht.

Theoretisch gibt es keine winzigen Nadellöcher, Lockerheiten oder andere Unebenheiten am Anfang/Ende. Eine gute Schweißdurchdringung ist sehr wichtig. Die Rohrleitung muss gut symmetrisch sein und die Breite der Schweißnaht muss festgelegt sein.

 

Oberflächenrauheit

Die Oberflächenrauheit beeinflusst die Hygiene- und Korrosionseigenschaften von Edelstahl. Die Korrosionsbeständigkeit der elektropolierten Oberfläche ist am besten, gefolgt von der mechanisch polierten Oberfläche. Im Allgemeinen wird in der Bierindustrie und der Nahrungsmittelindustrie die Verwendung elektropolierter Oberflächen nicht erzwungen, dennoch werden mit solchen Oberflächen hervorragende Hygienebedingungen erreicht und sie sind leicht zu reinigen. Die meisten Rohre werden bei der Herstellung blankgeglüht. Da das Blankglühen die Qualität stark verbessert, wird das Beizen im Inneren solcher Rohre oft nicht durchgeführt, es sei denn, die Materialoberfläche weist eine starke Wärmerückfärbung auf oder ist mit Eisen verunreinigt. Edelstahlbleche haben oft eine 2B-Oberfläche und eine gute Oberflächenleistung. In Brauereien werden am häufigsten dünnwandige, längs geschweißte Edelstahlrohre mit 2B-Beschichtung und manchmal einer weiteren Beschichtung (gebürstet oder poliert) auf der Außenseite verwendet. Extrudierte Edelstahlrohre werden in Brauereien nicht häufig verwendet; sie werden für Hochdruckzwecke eingesetzt.

Vergleich von 301, 301L, 301LN Stahlplatten

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Edelstahl 301 ist eine Art austenitischer Edelstahl mit hoher Kaltverfestigungsrate. Seine Zugfestigkeit kann bis zu 1300 MPa oder mehr betragen. Kaltgewalzte 301-Platten mit einer Härte von 1/16 bis zur vollständigen Aushärtung sind erhältlich und behalten unter 1/2-Härtungsbedingungen eine ausreichende Duktilität. Er kann für Flugzeugkomponenten, Strukturkomponenten von Gebäuden, insbesondere Eisenbahnwaggonkomponenten nach dem Walzen oder Biegen verwendet werden. Die kaltgewalzten Bleche mit einer Härte von 3/4 bis zur vollständigen Aushärtung sollten für einfache Komponentenkonstruktionen verwendet werden, die eine hohe Verschleißfestigkeit und Elastizität erfordern. Die 301L und 301LN sind Versionen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und Versionen mit hohem Stickstoffgehalt von 301. Wenn eine bessere Duktilität erforderlich ist oder dicke Profile geschweißt werden müssen, ist der kohlenstoffarme 301L vorzuziehen. Der höhere Stickstoffgehalt von 301Ln kann den niedrigeren Kohlenstoffgehalt ausgleichen. Sie sind in ASTM A666, JIS G4305 und EN 10088-2 spezifiziert.

 

Chemische Zusammensetzung von 301, 301L, 301LN

Grad C Mn Si P S Cr Ni N
301 ≤0,15 2.0 1.0 0.045 0.03 16.0-18.0 6.0-8.0 0.1
301L ≤0,03 2.0 1.0 0.045 0.03 16.0-18.0 6.0-8.0 0.2
201LN ≤0,03 2.0 1.0 0.045 0.03 16.5-18.5 6.0-8.0 0.07-0.2

 

Mechanische Eigenschaften von 301, 301L, 301LN

301 Anlassen

ASTM A666

 Zugfestigkeit, Mpa Streckgrenze 0,2%, Mpa Dehnung (in 50mm) Dicke >0,76mm Härte, Rockwell
Geglüht 515 205 40 /
1/16 schwer 620 310 40 /
1/8 hart 690 380 40 /
1/4 hart 860 515 25 25-32
1/2 hart 1035 760 18 32-37
3/4 hart 1205 930 12 37-41
Voll hart 1275 965 9 41+

 

Spezifikation von 301, 301L, 301LN

Grad UNS-Nr. Euronorm JIS
NEIN Name
301 S30100 1.4319 X5CrNi17-7 SUS 301
301L S30103 / / SUS 301L
201LN S30153 1.4318 X2CrNiN18-7 /

Korrosionsbeständigkeit

Ähnlich zu 304 Edelstahl, es verfügt über eine gute Korrosionsbeständigkeit bei normalen Temperaturen und leichter Korrosion.

Hitzebeständigkeit

Gute Oxidationsbeständigkeit bei Temperaturen bis zu 840 °C (intermittierender Einsatz) und 900 °C (kontinuierlicher Einsatz). Bei Temperaturen über 400 °C geht der Kaltverfestigungseffekt allmählich verloren, und die Festigkeit bei 800 °C entspricht der von 301 nach Glühen. Unter Kriechbedingungen sinkt die Festigkeit von kaltverfestigtem 301 sogar auf einen Wert, der unter dem von geglühtem 301 liegt.

Lösungsglühen

Auf 1010–1120 °C erhitzt, dann schnell abgekühlt und bei ca. 1020 °C geglüht. Eine Wärmebehandlung härtet es nicht aus.

Kaltes Arbeiten

301 Edelstahl und seine kohlenstoffarme Version 301L für den Bedarf an hoher Festigkeit. Es hat eine sehr hohe Kaltverfestigungsrate von etwa 14 MPa/%Ra (für jede 1% Reduzierung der Kaltbearbeitungsoberfläche erhöht sich die Zugfestigkeit um 14 MPa), durch Kaltwalzen und Kaltverformen kann eine sehr hohe Festigkeit erreicht werden, ein Teil des Kaltverfestigungsaustenits wird in Martensit umgewandelt. 301 ist unter Glühbedingungen nicht magnetisch, aber nach der Kaltverformung stark magnetisch.

Schweißen

301 kann für alle Standardschweißverfahren verwendet werden und für 301-Schweißungen kann meistens 308L-Füllmetall verwendet werden. Schweißnähte aus rostfreiem Stahl 301 müssen für optimale Korrosionsbeständigkeit geglüht werden, während Schweißnähte aus 301L oder 301Ln kein Glühen erfordern. Sowohl Schweißen als auch Glühen nach dem Schweißen verringern die durch Kaltwalzen verursachte hohe Festigkeit, daher wird Punktschweißen häufig verwendet, um kaltgewalzte 301-Teile zusammenzusetzen, die eine kleine Wärmeeinflusszone aufweisen und die Festigkeit des gesamten Teils fast nicht verringern.

Typische Anwendungen

Strukturteile für Schienenfahrzeuge – Rollformen, Biegeformen oder Streckformen zu Profilen, auch in Blech. Flugzeugrumpf, Straßenanhänger, Autoradkappe, Scheibenwischerhalter, Toasterfeder, Herdhalterung, Bildschirmrahmen, Vorhangfassade usw.