Edelstahlrohre in Lebensmittelqualität finden in vielen Bereichen und Branchen breite Anwendung, darunter Pharmazie, Videoproduktion, Bierherstellung, Trinkwasseraufbereitung, Biotechnologie, Chemie, Luftreinigung, Luftfahrt, Kernenergie und andere Bereiche des nationalen Wirtschaftswachstums. Jährlich werden große Mengen importiert.
1. Oberflächenanalyse von Edelstahl
Sowohl die AES- als auch die SPS-Methode eignen sich zur Oberflächenanalyse von Edelstahl und zur Bestimmung der Korrosionsanfälligkeit der inneren und äußeren Oberflächen. Die AES-Methode liefert sehr kleine Analysendurchmesser von unter 20 nm und dient primär der Elementidentifizierung. Die XPS-Methode hingegen erreicht Analysendurchmesser von etwa 10 μm und wird hauptsächlich zur Bestimmung des chemischen Zustands oberflächennaher Elemente eingesetzt.
Die Untersuchung der mechanisch polierten Oberfläche von atmosphärisch exponiertem Edelstahl 316 mittels AES- und XPS-Detektoren ergab eine typische Analysetiefe von 15 nm und liefert Informationen über die Zusammensetzung und Dicke der Passivierungsschicht sowie die Korrosionsbeständigkeit.
Austenitischer Edelstahl enthält definitionsgemäß viel Chrom und Nickel, teilweise auch Molybdän, Titan usw., in der Regel mindestens 10,5 % Chrom, und zeichnet sich durch gute Korrosionsbeständigkeit aus. Diese Korrosionsbeständigkeit beruht auf den schützenden Eigenschaften der chromreichen Passivierungsschicht. Diese ist üblicherweise 3–5 nm dick, was etwa 15 Atomlagen entspricht. Sie entsteht durch Redoxreaktionen, bei denen Chrom und Eisen oxidiert werden. Wird die Passivierungsschicht beschädigt, bildet sich schnell eine neue, und es kommt sofort zu elektrochemischer Korrosion mit tiefen Korrosionsstellen und interkristalliner Korrosion. Die Korrosionsbeständigkeit der Passivierungsschicht hängt mit dem Gehalt an chemischen Komponenten im Edelstahl zusammen. Hoher Chrom-, Nickel- und Molybdängehalt erhöht das Bindungsenergiepotenzial der Passivierungsschicht und verbessert so deren Korrosionsbeständigkeit. Daher wird diese Schicht auch auf der Innenfläche von Edelstahlrohren eingesetzt. Das flüssige Medium steht in Zusammenhang.
2. Oberflächenkorrosion von Edelstahlrohren
(1) Die Passivierungsschicht auf der Oberfläche von Edelstahl wird in CI-haltigen Medien aufgrund des relativ hohen Oxidationspotenzials von CI leicht zerstört. Befindet sich die Passivierungsschicht nur auf dem Metall, korrodiert die gedruckte Schicht weiter. In vielen Fällen wird die Passivierungsschicht nur lokal auf der Metalloberfläche beschädigt. Die Korrosion führt zur Bildung kleiner Löcher oder Grübchen. Diese kleinen, zufällig auf der Materialoberfläche verteilten Grübchen werden als Lochfraßkorrosion bezeichnet. Die Lochfraßkorrosionsrate steigt mit zunehmender Temperatur und Konzentration. Abhilfe schafft die Verwendung von ultra-niedriggekohltem oder niedriggekohltem Edelstahl (z. B. 316L oder 304L).
(2) Die passive Korngrenzenschicht auf der Oberfläche von austenitischem Edelstahl wird bei der Bearbeitung und beim Schweißen leicht zerstört. Liegen Temperatur und Aufheizgeschwindigkeit während der Bearbeitung und des Schweißens im Sensibilisierungsbereich des Edelstahls (ca. 425–815 °C), scheidet sich der übersättigte Kohlenstoff im Material zunächst an den Korngrenzen ab und verbindet sich mit Chrom zu Chromcarbid, wobei Chrom verloren geht. Dadurch sinkt der Chromgehalt an den Korngrenzen kontinuierlich mit der fortschreitenden Ausscheidung von Chromcarbid, wodurch eine sogenannte chromverarmte Zone entsteht. Diese schwächt die potenzielle Energie und verringert die Korrosionsbeständigkeit der Passivierungsschicht. Beim Kontakt mit korrosiven Medien wie z. B. Chlorid (Ci⁻) im Schweißmedium kommt es zu Mikrokorrosion. Obwohl die Korrosion zunächst nur an der Kornoberfläche auftritt, dringt sie schnell in das Innere ein und führt zu interkristalliner Korrosion. Besonders deutlich wird dies bei Edelstahlrohren im Bereich der Schweißbehandlung.
(3) Spannungsrisskorrosion: Sie ist die kombinierte Wirkung von statischer Spannung und Korrosion, die zu Rissen und Versprödung des Metalls führt. Die Bedingungen für Spannungsrisskorrosion sind in der Regel sehr komplex. Es wirkt nicht nur die Zugspannung, sondern auch die Kombination dieser Spannung mit den Eigenspannungen im Metall, die durch Fertigung, Schweißen oder Wärmebehandlung entstehen.
3. Produktionsprozess von hygienisch geschweißten Edelstahlrohren
Abwickeln-Entgraten-Formen-Schweißen (Gasschutzkasten)-Innenrichten-Schweißnahtschleifen-Rohrreinigung-Blankglühen-Feinkalibrieren-Schneiden
Es wird empfohlen, die Präzisions-Produktionslinie für hygienische Edelstahl-Flüssigkeitsrohre von Hangao Tech (SEKO Machinery) zu verwenden. Da das Stahlband nach der Formgebung direkt zum Schweißen verwendet wird, lassen sich die Toleranz und die Elliptizität der Rohrleitung gut kontrollieren, und der Kaltziehprozess kann entfallen.
In der Produktion kommen mehrere wichtige Ausrüstungsgegenstände zum Einsatz:
(1) Interne Nivellierungsvorrichtung: Durch wiederholtes Hin- und Herbewegen der Walze und des integrierten Dorns wird die verbleibende Höhe der Schweißnaht ausgeglichen. Dadurch werden Schweißnaht und Grundmaterial besser aufeinander abgestimmt und ein natürlicher Übergang geschaffen. Dies führt zu einer glatteren Innenwand des Rohrs und reduziert Rückstände im Inneren. Beim Innen- und Außenpolieren können zudem die Anzahl und Intensität der Poliervorgänge sowie der Materialverlust verringert werden.
(2) Schutzgas-Blankglühofen: Er besteht aus zwei Teilen, dem Blankglühofenkörper und dem Kühlwassermantel.
Glühofenkörper: Die Hauptstruktur ist ein Induktionsheizofen mit kreisförmigem Querschnitt, der mittels Induktionsheizspulen erhitzt wird, sodass der gesamte Rohrquerschnitt allseitig erwärmt wird. Das Schutzgas dient nicht nur als Barriere gegen Luft, sondern auch als zirkulierende Kühlluft. Kompakte Bauweise, sicherer Betrieb, zuverlässige Steuerung und einfache Wartung. Die Temperaturdifferenz im Ofen wird auf ±1–2 °C geregelt.
Die Hersteller können je nach ihren tatsächlichen Gegebenheiten entweder Ammoniak-Zersetzungsanlagen zur Herstellung von Schutzgas verwenden oder direkt auf Dosengas zurückgreifen.
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Iris Liang
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