Выбор материала из нержавеющей стали для пивоварни

Нержавеющая сталь широко используется в пищевой промышленности и производстве напитков благодаря своей высокой термостойкости, коррозионной стойкости и гигиеническим свойствам. По сравнению с другими областями, такими как добыча нефти и газа, резервуары и трубы для пивоварения регулярно очищаются с использованием CIP (очистка объекта). Для достижения наилучших результатов очистки решающее значение имеет хорошая обработка поверхности контейнеров и труб. С 1960-х годов в процессах промышленного пивоварения, используемых для изготовления контейнеров и резервуаров, часто использовалась нержавеющая сталь AISI 304 или АИСИ 316и дуплексная нержавеющая сталь 2205. Коррозионная стойкость 2205 нержавеющая сталь сравнима с сталью АИСИ 304 в то время как прочность выше, и при температуре выше 60 ℃ нелегко вызвать растрескивание хлорида. Затертые солод, сусло и пиво не разъедают нержавеющую сталь даже при температуре кипения. Однако холоднодеформированная нержавеющая сталь склонна к хлоридному растрескиванию при использовании при температуре выше 60 ℃. В целом пивоваренный раствор также не разъедает нержавеющую сталь AISI 304. Только при пивоварении с использованием мягкой воды можно выбрать нержавеющую сталь AISI 316 из-за высокого содержания хлоридов.

Хлоридное растрескивание может возникать в тонкостенных трубках и сосудах из-за их чувствительности к растягивающим напряжениям. Если сосуд протекает, то это часто происходит из-за некачественной сварки или высокой усталостной нагрузки. CIP (очистка в полевых условиях) не вызывает коррозию нержавеющей стали, но в экстремальных условиях может вызвать хлоридное растрескивание нержавеющей стали с высокой степенью холодной штамповки. Механизмы усталостной коррозии и коррозионного растрескивания под напряжением аналогичны. Примером усталостной коррозии в резервуаре для осахаривания является открытие зернового бункера. После затирания и нагревания зерна отделяются от сусла и выгружаются через отверстие зернохранилища. Удар и высокая нагрузка от выброшенного зерна приводят к образованию усталостных коррозионных трещин по кромке сварного шва в зоне непосредственно напротив устья склада. Течь в некоторых местах связана с плохим качеством. Контейнер для сусла может треснуть снаружи внутрь из-за хлоридного растрескивания и термической усталости. Если во время сварки спиральных труб с паровым нагревом возникает высокое внутреннее напряжение, по всей стенке резервуара из нержавеющей стали могут возникнуть трещины.

Чувствительность нержавеющей стали

AISI 304 или нержавеющая сталь 316 имеет содержание углерода <0,08% и может быть сенсибилизирован при воздействии температуры 500 ~ 800 ℃ в течение определенного периода времени, что может произойти во время сварки. Следовательно, сварка вызывает сенсибилизацию «зоны термического влияния» вдоль шва.

Сенсибилизация приведет к образованию карбида хрома на границах зерен, что приведет к плохому содержанию хрома на границах зерен, что легко может вызвать межкристаллитную коррозию нержавеющей стали в случае толстой стенки трубы (BBB 0 2 ~ 3 мм). Чтобы избежать такой ситуации, часто выбирайте «свариваемую сталь»: например, сталь марки L, например 304Л, 316L, содержание углерода в котором менее 0,03%; Стабилизированная титаном сталь: 321,316 Ti.

 

Обработка поверхности

Для коррозионной стойкости нержавеющей стали важное значение имеют качество сварного шва и зона термического влияния, шероховатость поверхности и состояние защитного оксидного слоя. Состояние поверхности нержавеющей стали особенно важно для пищевой промышленности и фармацевтической промышленности. Проблемы коррозии на пивоваренных заводах часто возникают из-за неровностей поверхности. В процессе изготовления (сварка, термообработка, шлифовка и т. д.) пассивированный слой оксида хрома повреждается, что снижает коррозионную стойкость. Недостаточное количество защитного газа, используемого при сварке нержавеющей стали, приведет к образованию цвета горячего отпуска. Эти пористые краски для термической закалки состоят из различных оксидов, которые имеют тенденцию поглощать ионы, такие как ионы хлорида, снижая коррозионную стойкость и не защищая основной металл.

Если термические или другие типы загрязнений недопустимы, для их устранения необходимо использовать какую-либо металлическую отделку. Травление или пассивация позволяют удалить старый оксидный слой, вернуть цвет и другие загрязнения, тем самым позволяя полностью восстановить пассивированную пленку оксида хрома. Наиболее распространенным процессом травления является погружение труб из нержавеющей стали в смешанный кислотный раствор азотной и плавиковой кислот, что также можно осуществить с помощью системы распыления или промывки трубопроводов. Хотя поверхность нержавеющей стали после травления активна, пассивационная пленка может образоваться в течение 24 часов за счет реакции хрома с кислородом воздуха, но в некоторых случаях пассивация химически облегчается применением азотной кислоты.

 

Сварка

Сварные швы и зоны термического влияния часто являются причиной коррозии. Для пивоваренных заводов и других предприятий пищевой промышленности дефекты сварных швов, такие как непровар, имеют первостепенное значение, вызывая проблемы гигиены и стерилизации. Инженеры и покупатели часто выявляют неподходящие условия сварки и процедуры сварки, которые невозможно выполнить правильно. Результатом является плохое качество сварных швов и состояния поверхности в конструкции, которую необходимо завершить.

Термический повторный нагрев вызван поглощением света прозрачным оксидным слоем из-за различной толщины оксидного слоя. Поскольку цвета имеют разные коэффициенты преломления, синий оксидный слой может отражать только синий свет и поглощать другой свет. Более толстые оксидные слои имеют больше отверстий, чем полностью прозрачные тонкие оксидные слои, поэтому более толстые оксидные слои снизят коррозионную стойкость и отсутствие адгезии нержавеющей стали. Для большинства стандартов приемлем светло-соломенный цвет обратного тепла; Все другие цвета обратного нагрева, такие как красный и синий, неприемлемы. Фармацевтическая промышленность не допускает вспыльчивости.

Геометрия сварного шва должна быть максимально правильной. Квалифицированные сварные швы не повредят металлическую поверхность основы. Коррозия часто начинается внутри крошечного отверстия в начале/конце сварного шва.

Теоретически в начале/конце нет крошечных дырочек, люфтов или других неровностей. Хорошее проплавление сварного шва очень важно. Трубопроводы должны быть симметричными, а ширина сварного шва должна быть фиксированной.

 

Шероховатость поверхности

Шероховатость поверхности влияет на гигиенические и коррозионные свойства нержавеющей стали. Наилучшей коррозионной стойкостью обладает электрополированная поверхность, за ней следует механически полированная поверхность. В целом, пивоваренная и пищевая промышленность не требуют использования электрополированных поверхностей, однако такие поверхности обеспечивают отличные санитарные условия и легкую очистку. Большинство труб подвергаются яркому отжигу во время производства. Поскольку процесс светлого отжига значительно улучшает качество, травление внутри таких труб часто не проводится, если поверхность материала не имеет сильного цвета при обратном нагревании или не загрязнена железом. Листы из нержавеющей стали часто имеют поверхность 2B, они имеют хорошие характеристики поверхности. На пивоваренных заводах чаще всего используются тонкостенные прямошовные трубы из нержавеющей стали с отделкой 2B, а иногда и с другой отделкой (щеткой или полировкой) на внешней стороне. Экструдированные трубы из нержавеющей стали обычно не используются на пивоваренных заводах; они используются для целей высокого давления.

Сравнение стальной пластины 301, 301L, 301LN

Нержавеющая сталь 301 — это разновидность аустенитной нержавеющей стали с высокой степенью наклепа. Его предел прочности может достигать 1300 МПа и более. Доступны холоднокатаные пластины 301 от 1/16 до полной закалки, которые сохраняют достаточную пластичность в условиях закалки 1/2. Его можно использовать для компонентов самолетов, конструктивных элементов зданий, особенно компонентов железнодорожных вагонов после прокатки или гибки. Холоднокатаные листы с закалкой от 3/4 до полной закалки следует использовать для простых конструкций деталей, требующих высокой износостойкости и эластичности. 301Л и 301LN — это низкоуглеродистые версии и версии 301 с высоким содержанием азота. Если требуется более высокая пластичность или необходимо сваривать профили толстого сечения, предпочтительнее использовать низкоуглеродистую сталь 301L. Более высокое содержание азота в 301Ln может компенсировать более низкое содержание углерода. Они указаны в ASTM A666, JIS G4305 и EN 10088-2.

 

Химический состав 301, 301Л, 301ЛН

Оценка С Мин. Си п С Кр Ни Н
301 ≤0,15 2.0 1.0 0.045 0.03 16.0-18.0 6.0-8.0 0.1
301Л ≤0,03 2.0 1.0 0.045 0.03 16.0-18.0 6.0-8.0 0.2
201ЛН ≤0,03 2.0 1.0 0.045 0.03 16.5-18.5 6.0-8.0 0.07-0.2

 

Механические свойства 301, 301L, 301LN

301 Закалка

АСТМ А666

Предел прочности, МПа Предел текучести 0,21ТП3Т, МПа Удлинение (в 50мм)толщина>0,76мм Твердость по Роквеллу
Отожженный 515 205 40 /
1/16 сложно 620 310 40 /
1/8 твердый 690 380 40 /
1/4 твердый 860 515 25 25-32
1/2 жесткий 1035 760 18 32-37
3/4 сложно 1205 930 12 37-41
Полный жесткий 1275 965 9 41+

 

Спецификация 301, 301L, 301LN

Оценка УНС Нет Евронорма ДЖИС
Нет Имя
301 S30100 1.4319 X5CrNi17-7 СУС 301
301Л S30103 / / СУС 301Л
201ЛН S30153 1.4318 Х2КрНиН18-7 /

Устойчивость к коррозии

Похожий на нержавеющая сталь 304, он обладает хорошей коррозионной стойкостью при нормальной температуре и легкой коррозии.

Термостойкость

Хорошая стойкость к окислению при температурах до 840°C (периодическое использование) и 900°C (непрерывное использование). Выдержка выше 400°С приводит к постепенной утрате эффекта наклепа, а прочность при 800°С эквивалентна 301 отжига. В условиях ползучести прочность нагарченного 301 даже снижается и становится ниже, чем у отожженного 301.

Обработка раствором (отжиг)

Нагревают до 1010-1120°С, быстро охлаждают и отжигают примерно при 1020°С. Термическая обработка не сделает его более твердым.

Холодная обработка

нержавеющая сталь 301 и его низкоуглеродистая версия 301L для случаев высокой прочности. Он имеет очень высокую скорость деформационного упрочнения, около 14 МПа/%RA (на каждые 1% обжатия холодной рабочей поверхности предел прочности увеличивается на 14 МПа), холодная прокатка и холодная штамповка позволяют достичь очень высокой прочности, часть деформационного упрочненного аустенита превращается в мартенсит. 301 не магнитен в условиях отжига, но обладает сильными магнитными свойствами после холодной обработки.

Сварка

Сварку 301 можно использовать для всех стандартных методов сварки, а для сварки 301 в основном можно использовать присадочный металл 308L. Сварные швы из нержавеющей стали 301 необходимо подвергать отжигу для обеспечения оптимальной коррозионной стойкости, тогда как сварные швы из 301L или 301Ln не требуют отжига. Сварка и послесварочный отжиг снижают высокую прочность, вызванную холодной прокаткой, поэтому для сборки холоднокатаных деталей из стали 301 часто используется точечная сварка, которая имеет небольшую зону термического влияния и прочность всей детали почти не снижается.

Типичные области применения

Конструкционные детали железнодорожных транспортных средств: формовка прокаткой, гибка или растяжка в профили, в том числе в листе. Фюзеляж самолета, дорожный прицеп, колпак ступицы автомобиля, держатель стеклоочистителя, пружина тостера, приспособление для плиты, рама экрана, навесная стена и т. д.

 

 

Двойная нержавеющая сталь 304/304L, 316/316L

Аустенитные нержавеющие стали являются наиболее широко используемыми нержавеющими сталями, на их долю приходится около 75% от общего потребления нержавеющей стали. Бурное развитие химической и нефтехимической промышленности выдвинуло более высокие требования к коррозионной стойкости и прочности нержавеющей стали. Например, нержавеющая сталь 304/304L двух марок означает, что она имеет более низкое содержание углерода, менее 0,03%, что соответствует маркам 304L, в то время как ее предел текучести и предел прочности на разрыв выше, чем нижний предел нержавеющей стали 304, нержавеющая сталь может быть определен как 304/304Л нержавеющая сталь двойного сорта, то есть ее химический состав соответствует 304L, а механические свойства соответствуют требованиям нержавеющей стали 304. Аналогичным образом, лист из нержавеющей стали может иметь двойную сертификацию 304/304H, поскольку он имеет достаточное содержание углерода, чтобы соответствовать требованию 304H (минимум 0,040%), а также соответствует требованиям 304H к размеру зерна и прочности, существует 316/316Л и другие двойные марки нержавеющей стали.

Самым важным является разница в углероде и получаемая в результате прочность. Углерод является эффективным стабилизирующим аустенитным элементом и может рассматриваться как примесь или легирующий элемент, улучшающий прочность нержавеющей стали, особенно при высоких температурах. Содержание углерода в большинстве аустенитных нержавеющих сталей ниже 0,02% ~ 0,04%. Чтобы обеспечить хорошую коррозионную стойкость после сварки, содержание углерода в низкоуглеродистой нержавеющей стали поддерживается на уровне ниже 0,030%. Чтобы улучшить жаропрочность, содержание углерода с высоким содержанием углерода или углерода класса «H» поддерживается на уровне 0,04% или немного выше.

Меньшие атомы углерода в гранецентрированной кубической структуре находятся в зазорах решетки между более крупными атомами Cr, Ni и Mo, которые ограничивают движение дислокаций, препятствуют деформации пластичности и упрочняют нержавеющую сталь. В условиях повышения температуры, например, в процессе сварки, углерод имеет сильную тенденцию выделять хром в матрице нержавеющей стали с карбидом, богатым хромом, а вторая фаза имеет тенденцию выделяться на границе зерна, а не в центре зерна, поэтому карбид хрома легко формируется на границе зерен.

Хром является необходимым элементом для повышения коррозионной стойкости нержавеющей стали, но карбид хрома удаляется из матрицы нержавеющей стали, поэтому коррозионная стойкость здесь хуже, чем у остальной матрицы нержавеющей стали. Увеличение содержания углерода может расширить диапазон температур, так что время сенсибилизации или потери коррозионной стойкости сокращается, а снижение содержания углерода может задержать или полностью избежать образования карбидов при сварке. В низкоуглеродистых марках, таких как 304L и 316L, содержание углерода менее 0,030%, в большинстве высоколегированных аустенитных марок, таких как нержавеющая сталь 6%Mo, содержание углерода составляет менее 0,020%. Чтобы компенсировать снижение прочности из-за уменьшения содержания углерода, для упрочнения нержавеющей стали иногда добавляют еще один внедренный элемент — азот.

Нержавеющая сталь двойного сорта обладает как высокой прочностью обычной нержавеющей стали, так и коррозионной стойкостью сверхнизкоуглеродистой нержавеющей стали. Он может решить проблему слабых характеристик сварных соединений большинства аустенитных нержавеющих сталей, широко используется в оборудовании низкотемпературных станций приема СПГ и трубопроводах большого диаметра. Цена на нержавеющую сталь двойного сорта практически такая же, как и на сверхнизкоуглеродистую нержавеющую сталь. Теперь несколько китайских сталелитейных заводов могут поставлять эти марки на зрелый рынок. Если вы заинтересованы, пожалуйста, свяжитесь с нами.

 

Что такое сталь Super 304H?

С развитием ультрасверхкритических агрегатов высокотемпературная прочность традиционных аустенитных нержавеющих сталей 18-8 (таких как сталь TP304H) не смогла удовлетворить их потребности при параметрах пара 600 ℃. По этой причине японская компания Sumitomo Metal Corporation разработала новые материалы для трубопровода поверхности нагрева котла агрегата, такие как сталь TP347HFG, сталь SUPER304H и сталь HR3C. Сталь Super 304H — это новый тип стали. сталь 18-8, в основном используется при производстве перегревателей и промежуточных перегревателей сверхсверхкритических котлов, температура металлических стенок которых не превышает 700 ℃. В настоящее время компания Shasqida Mannesmann (ранее компания DMV) в Германии также производит аналогичные стальные трубы марки DMV 304HCU.

Сталь Super304H представляет собой сталь с пониженным содержанием Mn, Si, Cr и Ni на основе стали TP304H, в которую добавлено 2,5% ~ 3,5% Cu и 0,30%~0,60% Nb и 0,05%~0,12% N, так что для получения фазы диффузионного выделения и усиленной фазы с высоким содержанием меди в процессе эксплуатации происходит дисперсионное упрочнение с помощью NbC(N), NbCrN и M23C6, что значительно увеличивает допустимое напряжение при температуре эксплуатации, а допустимое напряжение при 600 ~ 650 ℃ на 30% выше чем у стали TP347H. Стойкость стали к окислению паром сравнима со стойкостью стали ТР347ХФГ и значительно лучше, чем у стали ТР321Н. Он указан в коде ASME 2328-1, стандарте ASTM A-213, номер S30432.

 

Химический состав Super 304H

С Си Мин. п С Кр Ни Н Ал Б Нб Cu В Мо
0.08 0.21 0.79 0.03 0.001 18.42 8.66 0.11 0.007 0.004 0.5 2.77 0.04 0.35

 

Механические свойства Super 304H

Предел текучести, МПа Предел прочности, МПа Удлинение, %
360/350 640/645 58/60

 

В связи с высокими параметрами пара ультрасверхкритических агрегатов большое значение приобретает стойкость к окислению стали, используемой в высокотемпературных и напорных частях электростанций. Обычно внутренняя стенка стальной трубы Super 304H подвергается дробеструйной очистке для улучшения защиты от парового окисления. На внутренней поверхности стальной трубы был сформирован дробеструйный слой толщиной 30 мкм, и его микроструктура была улучшена по сравнению со структурой стальной трубы без дробеструйной обработки. После испытания на окисление паром при 650 ℃ и 600 часов толщина оксидного слоя стальной трубы, обработанной дробеструйной обработкой, становится тоньше и плотнее, а стойкость стальной трубы к окислению паром улучшается. В настоящее время несколько ведущих сталелитейных заводов Китая производят аналогичную марку 10CrL8Ni9NbCu3Bn, указанную в GB 5310-2008, которая в настоящее время используется в нескольких проектах сверхсверхкритических установок в Китае.

Магнитна ли нержавеющая сталь 304?

Обычные потребители имеют некоторые недопонимания относительно нержавеющей стали: они думают, что магнитная нержавеющая сталь не соответствует требованиям нержавеющей стали 304. Как мы знаем, в зависимости от структуры при комнатной температуре нержавеющую сталь можно разделить на аустенитную, например 201, 304, 321, 316, 310, мартенситную или железную, например 430, 420, 410. Аустениты бывают немагнитными или слабомагнитными. а мартенсит или феррит являются магнитными. 304 является представительной маркой аустенитной нержавеющей стали, обладает отличной обрабатываемостью, свариваемостью и коррозионной стойкостью, на долю 60% мирового потребления нержавеющей стали, как правило, она не является магнитной, но иногда она обладает магнитным или слабым магнетизмом, вызванным плавкой. колебания химического состава или обработка, но мы не можем думать, что это подделка или некачественная, в чем причина?

304 — метастабильная нержавеющая сталь, представляет собой единую аустенитную структуру после отжига и не обладает магнитными свойствами. Расслоение состава при плавке или неправильная термическая обработка приведет к образованию небольшого количества мартенситной или ферритной структуры, то есть со слабыми магнитными свойствами. Кроме того, после холодной обработки деформацией (например, штамповкой, вытяжкой, прокаткой и т. д.) часть структуры аустенита также претерпела фазовые изменения (общий мутагенез в мартенсит) и магнитный.

Например, в одной и той же партии стальных полос внешний диаметр стальной трубы диаметром 76 мм не имеет явного магнитного поля, в то время как внешний диаметр стальной трубы диаметром 9,5 мм имеет явный магнитный эффект. Магнитные свойства квадратной прямоугольной трубы более очевидны, поскольку деформация холодного изгиба больше, чем у круглой трубы, особенно в изгибаемой части.

Большая часть раковины для воды изготовлена из нержавеющей стали 304. Многие потребители оценивают, что он изготовлен из нержавеющей стали марки 304, в зависимости от того, является ли резервуар для воды магнитным или нет. В настоящее время существует много видов технологий обработки раковины, таких как формовка сваркой, интегральная формовка растяжением и т. д., если используется формовочная сварка материала 304, обычно отжигается после обработки пластины, не будет магнитным или слабомагнитным (потому что обработки поверхности мойки); Одна из формованных деталей резервуара для воды должна пройти несколько этапов растяжения, общего отжига, а затем растяжения (отжиг увеличивает стоимость, и 304 не требуется снова отжигать), он будет магнитным, это очень нормальное явление.

нержавеющая сталь 304 против нержавеющей стали 403

Обычно используются марки нержавеющей стали марок 304 и 430. Нержавеющая сталь 304 представляет собой общий тип хромо-никелевой аустенитной нержавеющей стали, плотность 7,93 г/см3, также известная как нержавеющая сталь 18/8, нержавеющая сталь серии 300 является наиболее часто используемой сталью. Он может выдерживать высокую температуру 800 ℃, обладает хорошими характеристиками обработки и прочностью, широко используется в требованиях к оборудованию и деталям с хорошей комплексной производительностью (коррозионная стойкость и формование). 304L — это низкоуглеродистая версия стали 304, которая не требует отжига после сварки, поэтому она широко используется для деталей толстого сечения (около 5 мм и выше). 304H с более высоким содержанием углерода можно использовать при высоких температурах. Структура отожженного аустенита также придает этим маркам превосходную ударную вязкость даже при низких температурах замерзания.

Низкоуглеродистая с высоким содержанием хрома 430 — одна из наиболее распространенных ферритных нержавеющих сталей, обладающая хорошей коррозионной стойкостью, также известная как 18/0 или 18-0, одна из нержавеющих сталей серии 400. Его можно слегка укрепить путем холодной обработки, но низкотемпературная вязкость низкая, и его, как правило, невозможно укрепить путем термической обработки. Его теплопроводность лучше, чем у аустенита, коэффициент теплового расширения меньше, чем у аустенита, термостойкость, усталость, добавление стабилизирующего элемента титана придает сварному шву хорошие механические свойства, может использоваться для отделки зданий, деталей топливных горелок. , бытовая техника, запчасти для бытовой техники. 430F — это разновидность стали с возможностью свободной резки стали 430, в основном используемая для автоматических токарных станков, болтов, гаек и т. д. 430LX добавляет Ti или Nb в сталь 430, снижает содержание C и улучшает производительность обработки и производительность сварки. В основном он используется для резервуаров с горячей водой, систем отопления, санитарно-технического оборудования, бытовой техники длительного пользования, велосипедных маховиков и т. д.

 

Согласно ASTM A240 – Спецификациям для пластин, листов и полос из хромовой и хромоникелевой нержавеющей стали для сосудов под давлением и общего назначения, нержавеющая сталь 430 должна содержать менее 0,12% углерода, от 16 до 18% хрома и менее 0,75% никеля, разница между 304 и 430 показана в таблице ниже:

Сравнение химического состава 

УНС С Мин. п С Си Кр Ни Мо
С30400 0.07 2.00 0.045 0.03 0.75 17.5-19.5 8.0-10.5 /
С43000 0.12 1,00 0.04 0.03 1.00 16.0-18.0 0.75 /

 

Сравнение механических свойств

Оценки Предел текучести, МПа Предел прочности, МПа Удлинение 2/50мм, мин, 1ТП3Т Твердость, HBW
304 205 515 40 183
403 205 450 22 201

 

Подводя итог, можно сказать, что они различаются в основном по следующим пунктам:

  • Устойчивость к коррозии: Коррозионная стойкость нержавеющей стали 304 лучше, чем у 430. Поскольку нержавеющая сталь 430 содержит хром 16,00-18,00%, в основном не содержит никеля, нержавеющая сталь 304 содержит больше хрома и никеля;
  • Стабильность: нержавеющая сталь 430 имеет ферритную форму, нержавеющая сталь 304 является аустенитной, более стабильна, чем нержавеющая сталь 430;
  • Прочность: Прочность стали 304 выше, чем у нержавеющей стали 430;
  • Теплопроводность: Теплопроводность ферритовой нержавеющей стали 430 такая же, как у нержавеющей стали 304;
  • Механические свойства: Механические свойства сварочного шва из нержавеющей стали 430 лучше, чем у нержавеющей стали 304, из-за добавления стабильного химического элемента титана.