Gráfico de classificação de pressão para tubos de aço inoxidável 304L

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Os tubos inoxidáveis são ideais em muitas aplicações porque possuem baixa resistência à corrosão e alta resistência, permitindo que sejam utilizados em locais onde há variações de quantidade de gás e óleo dissolvidos. Os tubos e tubos de aço inoxidável 304 e 304L são utilizados em quase todos os setores do mundo. Representam 50% do uso global de aço inoxidável. Aço inoxidável 304L Atualmente, é a segunda categoria de aço inoxidável mais utilizada, atrás do aço 304. É uma categoria de baixo teor de carbono, o que a torna resistente à corrosão e ideal para uso em transporte e indústria.

Existem muitas características diferentes que se devem ao uso de tubos de aço inoxidável 304L. Uma das características mais importantes é a excelente resistência à corrosão. Isso significa que eles são capazes de resistir à ferrugem, o que é essencial para tubos de transporte. Além disso, esses tubos são resistentes à corrosão após serem expostos à umidade e água, tornando-os ideais para aplicações em que os tubos devem resistir a condições climáticas severas. É importante também observar que esses tubos não corroerão uma vez expostos ao ar, o que os torna ideais para uso em locais onde o ar normalmente apresentaria problemas. Com toda a pressão que esses tubos de aço inoxidável 304L podem suportar, dependendo da espessura da parede e do processo de fabricação sem costura ou soldagem, você certamente encontrará algo que atenda às suas necessidades. Além disso, esses tipos de tubos de aço também podem ser utilizados em ambientes, pois conduzem o calor bem e são muito resistentes à abrasão e impacto. Aqui está o seguinte gráfico de classificações de pressão para tubos de aço inoxidável 304L.

TP304L
TEMPERATURA 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
TEMPERATURA 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

Pressão de design (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

Grades de aço inoxidável austenítico de níquel

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O níquel é conhecido por ser um elemento de ligação caro e é essencial em algumas aplicações em que tanto a resistência à corrosão por tensão quanto a estrutura austenítica são necessárias. Por exemplo, a resistência ao atrito é importante em ambientes de alta temperatura, onde o aço austenítico é mais suscetível a essa corrosão. Aço inoxidável São necessários aço inoxidável austenítico semelhante aos tradicionais, pois a presença de uma segunda face é uma característica importante dos aços inoxidáveis austeníticos ricos em níquel devido à menor energia de falhas de empilhamento. Os aços inoxidáveis austeníticos são propensos a fissuras de corrosão por tensão (SCC). No entanto, a resistência à corrosão por tensão é significativamente melhorada quando o teor de níquel excede 20%. O efeito do níquel na intensidade da tensão de corte (105 °C, solução aquosa de NaCl 22%) em ligas Fe-Ni-Cr contendo 16 % a 21% de cromo é estudado. O aço inoxidável austenítico rico em níquel (NiASS) pode ser considerado uma classe distinta de aço inoxidável. Na verdade, a resistência à corrosão por tensão dos aços inoxidáveis bifásicos e ferríticos é comparável à resistência desses aços quando o teor de níquel excede 30%. Alguns lotes limitados de aço inoxidável austenítico rico em níquel Aço inoxidável Estão listados na tabela abaixo. Os aços inoxidáveis super-austênicos 254SMO e 654SMO foram desenvolvidos especificamente para a indústria de petróleo e gás. As aplicações típicas são o resfriamento de água do mar, a branqueamento de celulose e a instalação de tubulações hidráulicas e instrumentais.

 

Grades de aço inoxidável Ni-Austenítico

Liga de alumínio C Si Mn Cr Ni Mo W Co Cu Nb 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
Liga 800 0.07 0.6 0.6 20.5 30.5
353MA 0.05 1.6 1.5 25 35 0.16
Liga 825 0.03 0.5 0.8 20 38.5 2.6
Liga 625 0.03 0.5 0.5 21 Bal 8.5
Liga 690 0.02 0.5 0.5 30 60
Liga 600 0.05 0.4 0.8 16.5 Bal 0.5

O SANICRO 25, uma liga de 22Cr-25Ni, é projetado para uso em caldeiras até 700 °C. É um material adequado para superaquecedores e reaquecedores devido à sua boa resistência à fratura por cisalhamento e à alta resistência à corrosão a altas temperaturas. Na verdade, a resistência à fratura por cisalhamento do SANICRO 25 é superior à de a maioria dos aços inoxidáveis austeníticos na faixa de 600~750 °C. Em ambientes altamente corrosivos e ácidos, o Sanicro 28 geralmente é a melhor escolha. É utilizado em poços de perfuração de alta intensidade com tubos, revestimentos e revestimentos de gás ácido, e outras aplicações incluem aquecedores, sistemas de bomba e bombas e recipientes em plantas de ácido fosfórico de alta intensidade e plantas de ácido fosfórico superintensivo.

O aço 800 é frequentemente utilizado nos intervalos de temperatura de 550 a 1100 °C, o que exige excelente resistência ao fluência, boa resistência à corrosão a altas temperaturas e alta resistência a altas temperaturas dos materiais. Estas ligas também são utilizadas nas entradas e saídas das instalações de produção de amônia, metanol e gás civil, bem como nos tubos de combustão usados na produção de cloreto de vinila e etileno. Outras aplicações incluem tubos de troca de calor e tubos de radiação para leitos de combustão fluidizada e peças de fornos de tratamento térmico, como tubos de silenciador e mangas protetoras para termopares.

A liga 353Ma, com base em 25Cr-35Ni, foi desenvolvida para uso em fornos de craquelamento e tubos de reformação, onde os gases sintéticos são tratados em ambientes onde a carbonização e a absorção de nitrogênio podem ser problemáticas. Apesar de haver outras alternativas que contêm mais cromo, a 353 MA é a melhor escolha. Uma das razões é que contém o elemento Ce, que ajuda a formar uma camada de óxido superficial muito estável.

O aço 690 contém 60% de níquel e é utilizado principalmente na tubulação de geradores de vapor em usinas nucleares. A temperatura de operação é de 365°C, onde a fissura de corrosão estressante entre os grãos é um problema potencial. Nas condições de serviço adequadas, o aço 690 é praticamente livre de corrosão, tornando-o a opção preferida.

É interessante observar que o aço inoxidável austenítico rico em níquel 254SMO também é utilizado na arte. A escultura “God, Over the Rainbow”, de Carl Milles, foi instalada em 1995 na costa sul do Nak Strand, em Estocolmo. A escultura tem cerca de 23 metros de altura e é um local turístico famoso onde um grande número de marinheiros passa por lá todos os dias. A água do mar circundante contém sal; o cloreto é muito fácil de causar corrosão superficial; o aço inoxidável super austenítico de alta resistência 254SMO é muito adequado para este ambiente.

Como escolher as adequadas ligas de aço inoxidável?

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O aço inoxidável é o metal mais popular utilizado em utensílios de cozinha e em outras aplicações comerciais devido à sua durabilidade e resistência à corrosão. No entanto, os aços inoxidáveis são vulneráveis à corrosão se expostos a água salgada e certos produtos químicos. Ao comprar os tipos de aço inoxidável adequados, é importante verificar se os seguintes quatro critérios são atendidos: resistência à corrosão, propriedades mecânicas, usinabilidade e soldabilidade, além de tratamentos de superfície – estes dependem do grau de resistência ao desgaste e às soluções corrosivas encontradas durante o processo de acabamento ou de cozimento. Além disso, o tipo de acabamento utilizado e o grau de ligação na construção determinam a composição do tipo final.

 

Resistente à corrosão

A resistência à corrosão inclui a resistência a ferrugem e a resistência a ácidos, alcalinos, sal e outros meios corrosivos, além da resistência à oxidação a altas temperaturas, resistência à corrosão e outras propriedades. A escolha do projeto de aço inoxidável visa resolver diversos problemas de corrosão encontrados na engenharia, portanto, a resistência à corrosão do aço inoxidável em um ambiente corrosivo garante que os equipamentos mantenham, ao longo da vida útil, a capacidade suficiente para resistir à corrosão, garantindo a operação segura do equipamento. É uma prioridade selecionar materiais que atendam aos seguintes critérios: a resistência à corrosão é determinada por fatores humanos e não pode ser limitada por eles; não é possível ignorá-la; deve-se utilizar as exigências de uso para determinar a classe apropriada.

Até agora, não existe nenhum aço inoxidável que tenha boa resistência à ferrugem em qualquer ambiente, resistência à corrosão, mas uma categoria é mais adequada para um ambiente específico. Vale ressaltar que a escolha do aço inoxidável não deve considerar apenas sua resistência geral à corrosão, mas também sua resistência local à corrosão. Especialmente em meios aquáticos e químicos, este último é particularmente importante. O uso da experiência comprovou que a destruição súbita de equipamentos e componentes de aço inoxidável é mais prejudicial do que a corrosão geral. Ao citar os dados de resistência à corrosão do aço inoxidável em diversos manuais e literatura, é importante observar que muitos deles são dados de ensaio e que frequentemente existem grandes diferenças com o meio real.

 

Propriedades mecânicas

As propriedades mecânicas incluem resistência, dureza, plasticidade, resistência à fadiga e outras características. Note-se que a maioria dessas propriedades foi medida em ambientes atmosféricos sem a presença de meios corrosivos fortes. Quando estão em meios corrosivos, essas propriedades mecânicas, como a resistência à fadiga, são significativamente reduzidas e, às vezes, rompem muito abaixo dos seus limites de resistência sob tensão estática e o meio corrosivo. Para os equipamentos que são utilizados com frequência, além da concepção da resistência, também é necessário realizar o projeto de fadiga, para o funcionamento em baixas temperaturas e para suportar cargas de impacto de componentes de aço inoxidável. É necessário considerar também a sua resistência à fadiga a baixa temperatura, sua fragilidade e a temperatura de transição; às vezes, também é necessário considerar o coeficiente de expansão linear.

 

Mecanização, soldabilidade e tratamento superficial

São chamados de tecnologia, e é a capacidade do aço inoxidável de se adaptar ao processo de fabricação de equipamentos, como: após o processamento de forma, tamanho, precisão, suavidade, etc.; método de soldagem.

Para determinar a boa resistência aos ácidos e à oxidação, é importante observar a composição do aço inoxidável. Uma combinação adequada desta liga com material de baixo teor de carbono resulta em uma combinação de excelente resistência à corrosão e excelente capacidade de resistência a impurezas. Essa combinação resultante é adequadamente conhecida como 904L, que significa aço austenítico de alta liga. Com essa liga, você tem a garantia de obter não apenas uma máquina robusta, mas também a capacidade de cortar qualquer tipo de superfície.

Grado 904L Os aços inoxidáveis são metais inoxidáveis austeníticos de baixo teor de carbono com alto teor de cromo. Esse alto teor de cromo melhora sua resistência aos ácidos, incluindo o ácido sulfúrico, reduzindo o risco de corrosão. Além disso, ele aumenta a resistência da estrutura ao aumentar sua tenacidade e prevenindo a fissura por fadiga. Nós somos um fornecedor e centro de processamento profissional de chapas e tubos de aço inoxidável de alta qualidade 904L. Qualquer interessado em nós pode entrar em contato conosco.

A escolha do material de aço inoxidável para indústrias alimentícias e bebidas

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A maioria dos desafios enfrentados pelo uso de aço inoxidável nas indústrias de processamento de laticínios e outros alimentos está relacionada a trocadores de calor e águas superficiais naturais, como as águas de poços. Assim como as cervejarias, a maioria das indústrias relacionadas à produção de alimentos utiliza frequentemente meios quentes que são aquecidos por vapor ou resfriados por água, o que está associado à pasteurização e à esterilização, e portanto frequentemente enfrenta problemas como fissuras de corrosão estressante. Em geral, a indústria de processamento de alimentos não corrode o aço inoxidável padrão, como AISI304 ou 316. No entanto, a ampla gama de métodos de processamento nesta indústria leva a muitos tipos de falhas de corrosão. Por exemplo:

  • Erogação/corrosão em trocadores de calor de leite de aço inoxidável.
  • Corrosão uniforme causada por ácido láctico e outros ácidos orgânicos a altas temperaturas.
  • Corrosão microbiana causada por água de superfície ou água de poço.
  • Fissuras de corrosão por estresse, principalmente “fissura do cloreto”.
  • Frica de corrosão causada por vibrações.

 

Para os trocadores de calor de tipo placa na indústria leiteira, a soro, o leite e a água de processo são processados através de trocadores de calor de placa feitos de aço inoxidável 1.4401, conforme mostrado na tabela abaixo.

Produtos Temperatura de entrada, ℃  Temperatura do outlet, °C Pressão
Whey 30 10 Médio
Leite 7 30 Alto
Água de processo 57 14 Baixo

 

Para evitar a fuga de alimentos contaminados, a pressão da água de processo é mantida o mais baixa possível. A fuga ocorre quando as placas finas colidem entre si no ponto de pressão, causado por fendas de fadiga na seção transversal após a erosão e corrosão do ponto de pressão. O estudo microscópico metalográfico da seção mostra que não houve ocorrência de fenda de corrosão por tensão. Como a baixa pressão está no lado da água de processo, juntamente com flutuações de pressão e vibrações de fluxo de fluido, a erosão/corrosão ocorre neste lado. A maneira de evitar a colisão física das placas é alterar a pressão e a flutuação de pressão ou aumentar o espaçamento entre as placas.

 

Corrosão microbiana causada pela água de poço

A indústria alimentícia geralmente utiliza água de poço. O teor de ferro na água de poço é bastante elevado, podendo ativar bactérias relacionadas ao ferro e causar corrosão grave. Uma das técnicas de tratamento de água mais utilizadas consiste em remover o ferro da água de poço, a fim de melhorar o sabor dos alimentos e evitar a corrosão do equipamento de embalagem e processamento após a limpeza e enxágue. A água de superfície e a água de poço também contêm vários tipos de microrganismos que são ativos tanto em condições aeróbicas quanto anaeróbicas. As bactérias relacionadas ao ferro aeróbicas oxidam os íons de ferro, enquanto as bactérias relacionadas ao ferro anaeróbicas reduzem os íons de ferro. Estas duas reações são, em última análise, classificadas como corrosão microbiana (MIC). Outros microrganismos também podem estar ativos na água, como bactérias que reduzem o ácido sulfúrico e bactérias que produzem ácido. No mesmo biofilm, bactérias aeróbicas e (abaixo) bactérias anaeróbicas podem estar ativas.

Quando se utiliza água de poço para tratar vegetais enlatados (lavar e resfriar após a pasteurização). Quando a água não flui por um longo período, os tubos fabricados em aço inoxidável 316L apresentarão vazamentos dentro de seis meses devido à alta temperatura da água. A própria água de poço é fria (abaixo de 10 ° C), mas pode facilmente atingir 30 ° C no verão se permanecer parada no tubo por um longo período. Em comparação com a Legionella, os biofilmes corrosivos formados em taxas de atividade mais altas em temperaturas mais elevadas são mais agressivos.

 

Corrosão por pitting causada pela desinfecção e esterilização com cloro

O hipoclorito de sódio é comumente utilizado na limpeza e desinfecção de equipamentos de aço inoxidável. Se a concentração de hipoclorito de sódio for muito alta ou o tempo de limpeza e desinfecção for muito longo, o hipoclorito de sódio causará uma corrosão grave do aço inoxidável, especialmente quando a temperatura for superior a 25°C.

 

Fratura por corrosão por estresse

Existe o risco de fratura por corrosão por estresse clorídrico a temperaturas acima de 60 ° C. À medida que a deformação a frio, a tensão de tração e o teor de cloreto aumentam, o risco aumenta. Em comparação com o tubo soldado a frio sem tratamento térmico, o tubo soldado a frio é menos sensível à fratura por corrosão por estresse clorídrico. A parte externa dos tubos de aço soldados com costura reta utilizados na indústria leiteira é muito mais sensível ao cloreto, devido às tensões de tração na seção causada pela flexão durante o processo de fabricação. Em outras aplicações, os trocadores de calor tubulares podem ser responsáveis pela fissura por corrosão por estresse clorídrico. As fissuras por estresse clorídrico são mais propensas a desenvolver-se em um lado da carcaça se a temperatura exceder 60 ° C. Os tubos de aço AISI 304 e 316 são mais sensíveis a este problema e existe o risco de fratura por corrosão por estresse quando utilizados em evaporadores de açúcar, onde aço inoxidável ferrítico pode ser utilizado em vez disso. O aço inoxidável ferrítico AISI 441 é amplamente utilizado na indústria do açúcar, especialmente o AISI 439. No uso prático, a escolha do tubo é feita em aço inoxidável 304 e aço inoxidável 439. Aço inoxidável 304 para tubos mais curtos e 439 para tubos mais longos.

Aço inoxidável 304: Este aço pode ser selecionado quando a largura do tubo for inferior a 3 metros. O coeficiente de expansão térmica do aço inoxidável é muito baixo. 304 O aço inoxidável tem uma espessura de 1,8 × 10-2 mm/m°C, muito maior do que a do aço carbono. Quando o recipiente está em alta temperatura, a tensão térmica do tubo é muito grande. As tubulações de aço inoxidável AISI 304 foram aquecidas a temperatura ambiente após a soldagem em costura reta na fábrica.

439 Aço inoxidável: a ASTM439 é um aço inoxidável ferrítico estabilizado com titânio (17% ~ 19%Cr) utilizado para evaporadores ou bobinas com até 5 m de comprimento. O risco de fratura por corrosão por tensão é maior quando o comprimento do tubo é superior a 7 m, a concentração de cloreto é alta e o grau de deformação por frio é elevado. Não ocorre fratura por corrosão por tensão em aços inoxidáveis ferríticos como o AISI 439. Para evitar a corrosão por fenda, se a resistência à corrosão e as condições sanitárias permitirem, as pessoas geralmente utilizam o trocador de calor com a capa composta por uma placa de aço carbono espessa e a parede interna é composta por tubos de aço inoxidável AISI439 de espessura fina. Desta forma, o aço carbono pode fornecer proteção catódica para a tubulação de aço inoxidável de espessura fina e pode reduzir o custo de projeto e produção e prolongar a vida útil.

 

 

The choice of Stainless steel material for brewery

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Stainless steel is widely used in the food and beverage industry due to its high temperature resistance, corrosion resistance and hygienic properties. Compared to other areas such as oil and gas production, beer brewing vessels and pipes are regularly cleaned using CIP (site cleaning). In order to obtain the best cleaning results, good surface treatment of containers and pipes is critical. Since the 1960s, industrial beer brewing processes used to manufacture containers and tanks have often used stainless steel AISI 304, or AISI 316, and duplex stainless steel 2205. The corrosion resistance of 2205 stainless steel is comparable to that of AISI 304 while strength is higher, and it is not easy to produce chloride cracking when the temperature is higher than 60℃. Mashed malt, wort, and beer do not corrode stainless steel, even at boiling point. However, the cold-worked stainless steel is prone to chloride cracking when used above 60℃. In general, the brewing solution also does not corrode AISI 304 stainless steel. Only in beer brewing using soft water, AISI 316 stainless steel can be chosen due to the high chloride content.

Chloride cracking may occur in thin-walled tubes and vessels due to their susceptibility to tensile stress. If the vessel leaks, it is often due to substandard welding quality or high fatigue load. CIP (field cleaning) does not corrode stainless steel, but under extreme conditions may cause chloride cracking on stainless steel with a high degree of cold forming. Fatigue corrosion and stress corrosion cracking failure mechanisms are similar. An example of fatigue corrosion in a saccharifying tank is the opening of a grain bin. After mashing and heating, the grains are separated from the wort and discharged through the opening of the grain barn. The impact and high load from the discharged grain produce fatigue corrosion cracks along the weld edge in the area directly opposite the mouth of the warehouse. The leakage in some places is due to poor quality. The wort container may crack from the outside to the inside due to chloride cracking and heat fatigue. If there is a high welding internal stress during steam-heated spiral pipe welding, cracking may occur throughout the stainless steel vessel wall.

Sensitivity of stainless steel

AISI 304 or 316 stainless steel has a carbon content of < 0.08% and can be sensitized if exposed to 500 ~ 800 ℃ for a given period of time, which may occur during welding. Therefore, welding causes sensitization of the “heat-affected zone” along the weld.

Sensitization will lead to the formation of chromium carbide at grain boundaries, resulting in poor chromium at grain boundaries, easy to cause intergranular corrosion of stainless steel in the case of thick tube wall (BBB 0 2 ~ 3mm). In order to avoid this situation, often choose “weldable steel”: such as L-grade steel, such as 304L, 316L, which carbon content is less than 0.03%; Titanium stabilized steel: 321,316 Ti.

 

Surface treatment

For the corrosion resistance of stainless steel, the weld quality and heat affected zone, surface roughness and the condition of the protective oxide layer are important. The surface condition of stainless steel is particularly important for the food and beverage industry and pharmaceutical industry. Corrosion problems in breweries are often caused by uneven surface conditions. During fabrication (welding, heat treatment, grinding, etc.), the passivated chromium oxide layer is damaged, thus reducing the corrosion resistance. Insufficient protective gas used in stainless steel welding will lead to the formation of a hot tempering color. These porous thermal tempering colors are composed of various oxides that tend to absorb ions such as chloride ions, reducing corrosion resistance and failing to protect the base metal.

If thermals or other types of contaminants are unacceptable, some kind of metal finish must be used to address them. Pickling or passivation can remove the old oxide layer, heat back color and other contaminants, thus allowing the passivated chromium oxide film to completely recover. The most common pickling process is to immerse stainless steel tubes in a mixed acid solution of nitric acid and hydrofluoric acid, which can also be accomplished by a spray or piping rinse system. Although the surface of the stainless steel is active after pickling, a passivation film can be formed within 24 hours due to the reaction of chromium with oxygen in the air, but in some cases, passivation is chemically facilitated by the use of nitric acid.

 

Welding

Welds and heat-affected zones are often the cause of corrosion. For breweries and other food industries, defects in welds, such as lack of penetration, are of Paramount importance, causing hygiene and sterilization problems. Engineers and buyers often identify inappropriate welding conditions and welding procedures that cannot be performed correctly. The result is poor quality welds and surface conditions in the construction that must be completed.

Thermal reheating is caused by light being absorbed into a transparent oxide layer, due to the different thicknesses of the oxide layer. Because the colors have different refraction coefficients, the blue-looking oxide layer can only reflect blue light and absorb other light. Thicker oxide layers have more holes than fully transparent thin oxide layers, therefore, thicker oxide layers will reduce the corrosion resistance and non-adhesion of stainless steel. For most standards, a light straw color of heat back is acceptable; All other heat-back colors such as red and blue are unacceptable. The pharmaceutical industry does not allow hot tempering.

The geometry of the weld shall be as regular as possible. Qualified welds will not damage the metal surface of the substrate. Corrosion often begins inside a tiny pinhole at the beginning/end of a weld.

Theoretically, there are no tiny pinholes, looseness, or other bumps at the start/end. Good weld penetration is very important. Piping must be well symmetrical and the width of the weld shall be fixed.

 

Surface roughness

Surface roughness affects the hygiene and corrosion properties of stainless steel. The corrosion resistance of the electropolished surface is the best, followed by the mechanically polished surface. In general, the beer industry and the food industry do not force the use of electropolished surfaces, however such surfaces, thus achieving excellent sanitary conditions and easy cleaning. Most pipes are bright annealed during manufacturing. Because the bright annealing process greatly improves the quality, pickling inside such pipes is often not performed unless the material surface has a severe heat back color or is contaminated with iron. Stainless steel sheet often has 2B surface, they have good surface performance. In breweries, thin-walled, straight-welded stainless steel pipes are most commonly used, with 2B finishes and sometimes another finish (brush or polish) on the exterior. Stainless steel extruded tubes are not commonly used in breweries; they are used for high-pressure purposes.

Comparison of 301, 301L, 301LN steel plate

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301 stainless steel is a type of austenitic stainless steel with a high work hardening rate. Its tensile strength can be up to 1300MPa or more. 1/16 hard to full hardening cold-rolled 301 plates are available and maintain sufficient ductility under 1/2 hardening conditions. It can be used for aircraft components, structural components of buildings, especially railway carriage components after rolling or bending. The 3/4 hardening to full hardening cold-rolled sheets should be used for simple component designs that require high wear resistance and elasticity. The 301L and 301LN are low carbon versions and high nitrogen versions of the 301. If better ductility is required or thick section profiles are to be welded, the low carbon 301L is preferred. The higher nitrogen content of 301Ln can compensate for the lower carbon content. They are specified in ASTM A666, JIS G4305, and EN 10088-2.

 

Chemical composition of 301, 301L, 301LN

Grau 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

 

Mechanical property of 301, 301L, 301LN

301 Tempering

ASTM A666

 Tensile strength, Mpa Yield strength 0.2%, Mpa Elongation (in 50mm)thick>0.76mm Hardness, Rockwell
Annealed 515 205 40 /
1/16 hard 620 310 40 /
1/8 hard 690 380 40 /
1/4 hard 860 515 25 25-32
1/2 hard 1035 760 18 32-37
3/4 hard 1205 930 12 37-41
Full hard 1275 965 9 41+

 

Specification of 301, 301L, 301LN

Grau UNS No Euronorm JIS
No Name
301 S30100 1.4319 X5CrNi17-7 SUS 301
301L S30103 / / SUS 301L
201LN S30153 1.4318 X2CrNiN18-7 /

Corrosion resistance

Similar to Aço inoxidável 304, it has good corrosion resistance in normal temperature and mild corrosion applications.

Heat resistance

Good oxidation resistance to temperatures up to 840°C (intermittent use) and 900°C (continuous use). Exposure above 400°C causes gradual loss of work hardening effect, and the strength at 800°C is equivalent to 301 of annealing. Under creep conditions, the strength of work-hardened 301 even decreases to lower than that of annealed 301.

Solution (annealing) treatment

Heated to 1010-1120°C and rapidly cooled and annealed at approximately 1020°C. Heat treatment will not harden it.

Cold working

301 stainless steel and its low carbon version 301L for the need of high strength occasions. It has a very high work hardening rate of about 14MPa/%Ra (for each 1% of cold working surface reduction, tensile strength increases by 14MPa), cold rolling and cold forming can achieve very high strength, a portion of the strain hardening austenite converted to martensite. 301 is not magnetic under annealing conditions, but strong magnetic after cold working.

Welding

301 can be used for all standard welding methods and mostly 308L filler metal can be used for 301 weldings. 301 stainless steel welds must be annealed for optimal corrosion resistance, whereas 301L or 301Ln welds do not require annealing. Welding and post-weld annealing both reduce the high strength caused by cold rolling, so spot welding is often used to assemble cold-rolled 301 parts which has a small heat-affected zone and the strength of the whole part is almost not reduced.

Typical applications

Rail vehicle structural parts-roll forming, bending forming, or stretch forming into profiles, also in sheet. Aircraft fuselage, road trailer, car hub cap, wiper holder, toaster spring, stove fixture, screen frame, curtain wall, etc.