发布时间：2019-06-04 16:27:44
乳品业和其他食品加工业中不锈钢的使用所面临的绝大多数挑战是与热交换器和天然地表水有关，如井水。和酿酒厂一样，绝大多数食品相关产业频繁地使用热介质。产品是利用蒸汽进行加热的或利用水进行冷却的。在处理过程中使用加热和冷却水的原因是与食品和饮料的准备，巴氏消毒和灭菌有关。因此经常遇到应力腐蚀裂纹等问题。
一般来说，食品加工对标准不锈钢，如AISI304或316没有特别的腐蚀作用。然而该***的加工方法种类繁多，所以，人们发现有许多不同类型的故障机理。例如：
⑵ 高温条件下乳酸和其他有机酸造成的均匀腐蚀。
⑶ 地表水或井水造成的微生物腐蚀。
⑷ 应力腐蚀裂纹，主要是“氯化物裂纹”。
⑸ 振动造成的腐蚀疲劳。
为了避免在产生泄漏时污染食品，工艺水的压力尽可能***。当发生泄漏时，泄漏是产生在压力点，在压力点薄板相互碰撞（见照片4所示）。泄漏机理是横断面较薄的部分在压力点被冲蚀、腐蚀后产生疲劳裂纹所致。断面的金相显微研究表明，没有产生应力腐蚀裂纹。由于低压是在工艺水侧，再加上压力波动和液体流动的振动，侵蚀/腐蚀就产生在该侧。避免薄板物理碰撞的方法是：
－增大薄板间的间距。
1.2 井水造成的微生物腐蚀
食品业通常使用井水。为了减少使用自来水，食品公司通常有自备水井。食品加工公司要对井水进行相应的处理。最重要的水处理方法之一是对井水除铁。之所以对水进行除铁是为了使食品的口味更好，并避免在对包装和加工设备进行清理和冲洗后设备锈蚀。地表水和井水还含有一些类型的微生物的作用。井水中的铁含量相当高，会使与铁相关的细菌活跃，造成严重的腐蚀。这种细菌无论是在有氧还是在厌氧条件下都很活跃。有氧条件下的与铁相关的细菌能使铁离子氧化，而在厌氧条件下的与铁相关的细菌使铁离子减少。这两种反应最终归类于微生物腐蚀（MIC）。水中可能还活跃有其他微生物，如硫酸还原菌，产酸菌。在相同的生物膜中，可能活跃有需氧菌和（在下面的）***。今后我们还要讨论MIC的机理。
在下面的范例中，利用井水来处理蔬菜罐头（在进行巴斯德杀菌处理后进行冲洗和冷却）。在水长期不流动的地方，用316L制造的管道会在六个月内发生泄漏。原因是这种水的温度较高。井水本身较冷（低于10℃），但是在夏天，如果在管道内停滞不动的时间较长，温度很容易升高到30℃。
1.3 加氯消毒和***造成的点状腐蚀
在对不锈钢设备进行清理和消毒时，通常使用次氯酸钠。如果使用得当，不会产生什么问题。然而，如果次氯酸钠的浓度过高或者清理和消毒的时间过长，次氯酸钠就会对不锈钢造成严重的腐蚀，特别是当温度在25℃以上时，情况更为严重。可举一个例子，在夏天的一个***，一个饮料消毒设备内残留有高浓度的次氯酸钠溶液。当工人们周一早上上班时发现消毒设备内产生了大量的锈蚀，不幸的是，在这台新设备上形成了最深为3mm的针孔。
1.4 应力腐蚀断裂
之前我们讨论了几种与氯化物应力腐蚀断裂和腐蚀疲劳相关的故障。在温度高于60℃时，总存在氯化物应力腐蚀断裂的风险。随着冷变形、拉伸应力和氯化物含量的增加，风险也随之加大。与冷变形的未经退火处理的管道相比，退火处理的管道对氯化物应力腐蚀断裂不太敏感。在乳制品业用的直缝焊钢管的外部对氯化物的敏感性就大得多，原因是在制造过程中进行弯曲使该部分存在拉应力。上一节，已经谈了酿酒用的热水管道中绝缘材料下的氯化物应力腐蚀断裂一事。正如前面所说，食品工业内使用热介质非常普遍。因此，在乳制品和制糖领域，也会发生这种现象。
在其他用途中，会产生氯化物应力腐蚀断裂的可能是管式热交换器。如果温度超过60℃，壳侧更有可能产生氯化物应力裂纹。AISI 304和316对该问题较为敏感，所以，可采用铁素体不锈钢来代替。在制糖业已开发使用了铁素体不锈钢AISI 441，特别是AISI 439。
糖厂的管道用来加热，蒸发和结晶。果汁加热器、蒸发器和锅用管道的理想特性是：
① 可容易地制成板管。
② 在温度高于60℃时，耐点腐蚀、耐缝隙腐蚀、耐氯化物应力腐蚀断裂。
③ 它们与容器外壳具有相同的热膨胀系数。
④ 具有良好的导热性能。
⑤ 内表面平滑光亮，有利于果汁流动。
⑥ 使用寿命长。
⑦ 成本效益比好。
材料是在下述材料之间进行选择的：
－特殊合金（较高的铬 / 镍含量）；
－带有碳钢外壳和管板的铁素体不锈钢。
在实际使用当中，管道的选择是在304不锈钢和439不锈钢之间进行的。304不锈钢用于较短的管道，439用于较长的管道。
1.5 304不锈钢
在管道的长度小于3米时，可选择该钢种。304不锈钢的热膨胀系数为1.8×10-2mm/m℃,这比碳钢要大得多。当容器处于高温时，管道的热应力高。AISI 304不锈钢管道在工厂进行直缝焊接后进行了退火处理。
1.6 439不锈钢
ASTM439为钛稳定的铁素体不锈钢（17%～19%Cr），该钢种可用来制造长度在5米以上的蒸发器或盘管。
439钢的优点是： ① 它是全铁素体金相组织（钛稳定的）。 ② 焊接性能和韧性非常好。 ③ 耐晶间腐蚀性能好。 ④ 耐点蚀性能好。 ⑤ 在温度为0～100℃的范围内，其热膨胀系数为1.02×10-2mm/m℃。 ⑥ 耐氯化物应力腐蚀断裂。对AISI 304不锈钢来说，当用于制糖的蒸发器时，存在应力腐蚀断裂的风险。当管道的长度在7米以上、氯化物的浓度高并且冷变形程度高时，应力腐蚀断裂的风险更大。铁素体不锈钢如AISI 439不会产生应力腐蚀断裂。 ⑦ 热传导。铁素体不锈钢的热传导系数比奥氏体不锈钢种（如304、304L、316或316L）的热传导系数高40%左右，即26∶15 watt/m℃。 ⑧ 成本低。就合金成分来说，价格要低。但是，由于它们之间的差别相对而言有限，AISI 439不锈钢管的价格与AISI 304不锈钢管的价格相当。另外，如果管道是采用铁素体材料生产的，其外壳可用（铁素体）碳钢制造。
为了避免缝隙腐蚀，如果耐腐蚀和卫生角度允许，人们通常用厚的碳钢板将薄壁AISI439钢管包起来。这样，碳钢可为薄壁不锈钢管道提供阴极保护，并可设计生产成本低、使用寿命长的热交换器。
如果选择铁素体不锈钢，外壳必须用碳钢制造。在这种情况下，人们无法选择热膨胀系数。
免责声明：文章转自不锈杂志48期，如涉及版权请联系删除。
