1、啤酒厂使用的不锈钢的性能

1.1 啤酒酿造工艺

啤酒酿造工艺的关键是制麦芽的谷物，传统上用大麦，但也可以用小麦或黑麦。许多啤酒使用大麦麦芽和其他类型麦芽的混合物。当使谷物发芽时产生麦芽，然后在窑内烘干，有时候要经过烘烤。发芽过程产生大量的酶。根据烘烤的程度，麦芽的颜色将变深，强烈影响啤酒的颜色和口感。

麦芽被压碎，使谷粒开裂，增加它们的表面积，开裂的谷粒与壳分离。得到的谷物在容器中与热水混合，该工艺被称为“糖化”。 在此过程中，麦芽内的天然酶分解将大部分淀粉变成糖，它在发酵过程中起着重要的作用。糖化通常要用一到两个小时，在此期间，根据所用麦芽的种类、它的改性程度和啤酒厂技师的希望保持在不同的温度（等待周期）激活不同的酶。这些酶的激活是将谷物的淀粉转化为发酵的糖类，如麦芽糖。通常糖化桶有一个开槽的“假底”或其他的多管形式，它起过滤器的作用，能够将液体与谷物分离。

糖化温度保持在49～55℃（120～130℉）使各种蛋白质激活， 它可以分解蛋白质， 否则会使啤酒变得混浊。最后， 使用6 5 ～ 7 1 ℃（149～160℉）的糖化保持温度将麦芽中的淀粉转化为糖，然后在啤酒酿造工艺中加入酵母发酵。此处，液体被称为麦汁。麦汁与啤酒花一起煮沸，有时与其他配料如香草或糖一起煮沸。煮沸工艺的作用是结束发酵过程、凝结蛋白质、同分异构啤酒花树脂，使麦汁浓缩并被灭菌。啤酒花将香料、香味和苦味带到啤酒中。在沸腾结束后，加入啤酒花的麦汁被放在一个被称为“旋涡池”的容器中沉淀使它澄清，然后澄清的麦汁被冷却。

此后，麦汁被转移到一个发酵容器中，容器中加有酵母或含有酵母的“柏油脂”。通过一种叫做糖酵解的工艺酵母将麦芽糖转化成酒精、二氧化碳和其他复合物。一到三个星期后，新鲜的（或“生的”）啤酒流进调节罐中。调节一个星期到几个月后，啤酒常常需要进行过滤，去掉酵母和颗粒物。然后“鲜亮”的啤酒随时可以供应或包装。

上述提到的所有容器和管道要定期采用CIP（现场清洁）清洁。喷头喷2%氢氧化钠，80～90℃，目的是对设备进行清洁和杀菌。为了获得最好的清洁效果，容器和管道良好的表面状态是非常关键的。

1.2 材料选择

直到上世纪50年代，容器和管道的选材还主要是铜合金。从上世纪60年代起，工业规模的啤酒酿造过程中铜合金全部被不锈钢代替，主要是AISI 304，有时使用AISI 316。老啤酒师强调用铜而不愿意用不锈钢，认为铜可使啤酒的口感更好，以至于在过去几十年中在不锈钢容器中使用铜棒。然而，这种说法从未被品酒小组证实过，因此，上世纪80年代起几乎不再使用铜棒。一个令人感兴趣的发展是经济型双相不锈钢（LDX）的出现，用于制造容器和贮罐。这些LDX不锈钢的耐腐蚀性能与AISI 304相当；然而它们的强度高于304，而且在温度高于60℃时不容易产生氯化物开裂。提供的合金成分也比较便宜(见表1)。

标准双相不锈钢和6%Mo合金在啤酒厂或大多数其他食品和饮料行业中几乎从不使用。

照片1　热水管隔热层下的氯化物开裂。裂纹在纵向焊管从外到内呈河流三角洲图形扩展。这导致泄漏，将隔热材料弄湿，加剧了新的裂纹和泄漏的形成

1.3 材料性能

糖化的麦芽、麦芽汁和啤酒不腐蚀不锈钢，甚至在沸点也不腐蚀。但是，冷加工后的不锈钢在60℃以上使用时容易产生氯化物开裂。通常，酿造液也不腐蚀AISI 304不锈钢。只是在啤酒酿造使用软水时，由于氯化物含量相当高，可能会导致选择AISI 316不锈钢。如果因为某种原因如雨水或清洗工作导致隔热材料潮湿，主要在高温管道和容器外部会出现这类问题。

由于薄壁管的生产工艺，管子的外部受到的是拉伸应力。啤酒厂所用材料使用性能方面的问题主要是高温区的氯化物开裂。LDX不锈钢可提供更有效和更经济的解决方案，主要是用于制作容器。避免氯化物开裂的另一方面是保持高温管道和容器外面的隔热材料干燥。对于容器，改进焊接工艺和避免高的内应力就会避免出现氯化物开裂问题。如果容器发生泄漏，它们常常是由于焊接质量达不到要求或高疲劳负荷引起的。CIP（现场清洁）对不锈钢不产生腐蚀，但是在极端条件下，对冷成型程度高的不锈钢可能会引起氯化物开裂。

与应力腐蚀开裂失效机理相似的是疲劳腐蚀。糖化罐中疲劳腐蚀的一个实例是谷粒仓口。糖化和加热后，谷粒与麦汁分离，通过谷粒仓口排出。排出的谷粒产生的冲击和高载荷沿着正对仓口的区域的焊缝边产生疲劳腐蚀裂纹。某些地方发生泄漏是由于工作质量差而引起的。一个实例是由于氯化物开裂和热疲劳导致麦芽汁容器从外到内出现开裂。蒸汽加热螺旋管焊接时若存在很高的焊接内应力，则可能产生贯穿不锈钢容器壁的开裂。

照片2　304不锈钢麦汁容器内，糖化的谷粒仓口周围的腐蚀疲劳裂纹。容器在高温下工作，由于氯化物开裂和疲劳共同作用，高温加速了裂纹增大的速度

照片3　由于在容器壁其他侧存在不合格的蒸汽螺旋管焊缝，麦汁容器开裂。高焊接应力引起了氯化物开裂和热疲劳

1.4 不锈钢的敏化性

AISI 304或316不锈钢的碳含量＜0.08%，如果在给定时间内暴露在500～800℃会发生敏化。这种情况在焊接过程中可能会发生，因此，焊接会引起沿焊缝的“热影响区”的敏化。如果产生敏化，在晶界会形成碳化铬，从而引起晶界的贫铬，这种过程容易使不锈钢在管壁较厚(＞2～3mm)的情况下产生晶间腐蚀。为避免这种情况，常常选择“可焊接的钢种”：

·L级钢种，例如304L，316L，它们的碳含量小于0.03%。

·钛稳定化钢种：321，1.4541，1.4571，316Ti。

这些钢种起源于德国，一直用得不多，不像L级钢种使用得越来越多。

1.5 表面状况和表面处理

对于不锈钢耐腐蚀性能有三种表面特性很重要：焊缝质量和热影响区、表面粗糙度以及保护性氧化层的状况。不锈钢的表面状况是主要问题，尤其是对于食品、饮料工业和制药工业。啤酒厂腐蚀卫生问题常常是由于表面状况凸凹不平而造成的。在制作过程中（焊接、热处理、研磨等），钝化铬氧化层受到损伤从而降低耐腐蚀能力。

不锈钢焊接使用的保护气体不足将会形成热回火色。这些热回火色由各种氧化物组成，不能保护底层的基体金属。它们还是多孔的，往往会吸收离子，如氯离子，从而降低耐腐蚀性能。

如果热回火色或其他类型的污染物是不可接受的，必须采用某种金属表面处理来解决。酸洗或钝化是一种化学处理方法，它能够去除旧的氧化层，热回火色和其他污染物，进而使钝化铬氧化膜完全恢复。最常用的酸洗工艺是浸没在硝酸和氢氟酸的混合酸溶液中。用一种稀释的硝酸可将不锈钢表面钝化。酸洗可以是浸没在酸洗池中，也可以是喷雾或管道冲洗系统来完成。虽然酸洗后，不锈钢表面是活性的，由于铬与空气中的氧反应，在24小时内能生成一层钝化膜，但在有些情况下，钝化是通过使用硝酸用化学方法促成的。

其他比热回火色严重的污染也会降低耐腐蚀性能。其中最常见的是碳钢（嵌入铁或游离铁）污染，它们会引起点腐蚀。使用硝酸进行不锈钢化学钝化也能去除这些嵌入的铁颗粒。

1.6 焊接情况

焊缝和热影响区常常是腐蚀起始源。对于啤酒厂和其他食品工业，最重要的是焊缝缺陷，例如未熔透，引起卫生和杀菌问题。工程师和购买方常常指明不适当的焊接条件和不能正确执行的焊接程序。这样的结果是在必须完成的结构制作中出现低质量的焊缝和表面状况。

热回火色是由于光被吸收到透明的氧化层中，由于氧化层的厚度不同而产生的。由于色彩的折射系数不同，看上去是蓝色的氧化层只能反射蓝色的光，吸收其他光。较厚的氧化层比完全透明的薄氧化层有更多的孔，因此，较厚的氧化层将会降低不锈钢的耐腐蚀性和不粘附性。对于大多数标准，浅稻草色的热回火色是可以接受的；其他所有热回火色例如红色和蓝色都是不可接受的。其他更严格的标准，如制药工业，根本不允许有热回火色。

焊缝的几何形状应当尽可能规则。合格的焊缝不会断开基体金属本身的表面。腐蚀常常始于一条焊缝起始/结束处的微小针孔内部。理论上，起始/结束处根本没有微小针孔、疏松或其他凸凹不平。良好的焊接熔透非常重要。管道必须很好地对正，焊缝的宽度必须是固定的。表面处理往往应引起高度的重视，而合适的焊缝几何形状和不出现孔隙和熔透不足这些不规则性也同样重要。

1.7 表面粗糙度

表面粗糙度对不锈钢的卫生性能和腐蚀的产生有很大的影响。电解抛光表面的耐腐蚀性最好，其次是机械抛光表面。这种表面状况被用在医药工业和其他高标准要求的工业中。通常情况下，啤酒行业和食品工业不专门指定使用（电解）抛光表面。然而，有时候要使用这种表面，从而实现优异的卫生条件和容易清洁。大多数管道在制造过程中进行光亮退火。由于光亮退火工艺会大大提高质量，这种管道的内部酸洗常常不再进行，除非材料表面存在严重的热回火色或受到铁污染。不锈钢薄板常常具有2B加工表面，它们有着良好的表面性能。在啤酒厂最常使用的是薄壁直焊焊管，2B加工表面，有时候外部是另外一种表面加工（刷光或磨光）。由于挤压管壁厚表面呈粗糙“桔皮”状，常常要进行酸洗。不锈钢挤压管在啤酒厂不常用，它们用于高压用途。