CN111197144A - 一种用于食品加热容器的耐高温不锈钢组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明属于不锈钢制作技术领域，具体涉及一种用于食品加热容器的耐高温不锈钢组合物，其原材料的主要成分按质量百分比计包括：铬20‑26％、镍5‑8％、钼1‑3％、碳0.02‑0.04％、硅＜1％、锰0.7‑1.1％、磷0.01‑0.05％、硫0.003‑0.007％、铜0.08‑0.3％、钒0.08‑0.12％、铌0.01‑0.03％、钛0.003‑0.007％、铝0.002‑0.006％，余量为铁和不可避免的杂质；通过调整不锈钢材料中各原料的配比制成的不锈钢合金加热容器耐腐蚀性及耐温性好，加热快，硬度高，不易变形，省时高效，高温烹饪时亦对人体无害，保温效果好，节能环保，利于回收利用。

Description

一种用于食品加热容器的耐高温不锈钢组合物
技术领域：
本发明属于不锈钢制作技术领域，具体涉及一种用于食品加热容器的耐高温不锈钢组合物，通过调整铬、镍和钼3种金属原料的配比，制成的不锈钢合金容器用于烹饪食品时，对人体无害。
背景技术：
不锈钢是由铁铬合金渗入镍、钼、钛、镉、锰等微量金属元素制成，市面上用的不锈钢材质有304不锈钢和316不锈钢。304不锈钢密度为7.93g/cm3，业内也叫做18/8不锈钢，304中最为重要的元素是Ni、Cr，其中Cr含量为18.0–20.0％，Ni含量为8.0-11.0％，304不锈钢耐高温800℃，具有加工性能好，韧性高的特点，广泛使用于工业和家具装饰行业和食品医疗行业；316不锈钢，18Cr-12Ni-2.5Mo因添加Mo，故其耐蚀性、耐大气腐蚀性和高温强度特别好，耐高温可达到1000℃，可在苛酷的条件下使用，可用于海水里用设备，化学、染料、造纸、草酸、肥料等产品生产设备，也可用于照像、食品工业用设备，沿海地域中的固定设施、绳索、CD杆、螺栓和螺母等。
现有的不锈钢由于其优异的特性，在现代社会被越来越多的领域所使用，特别是在食品行业的应用越来越广泛，匡布肖等在《武汉科技大学学报:自然科学版》发表文章指出：以乙酸和氯化钠为浸泡液浸泡用于食具容器的200系、304和316L不锈钢，通过比较研究浸泡液浓度、温度、浸泡时间、Cl-浓度、不锈钢材质等对不锈钢中重金属元素迁移的影响，结果表明，乙酸溶液浓度的增大和浸泡温度的升高会明显增大不锈钢材料中主要重金属离子的迁移量；随着浸泡时间的延长，不锈钢中Cr、Mn和Pb元素的迁移量均呈上升趋势，而Ni、Cd和As等元素的迁移量变化不明显；Cl-的存在会促进不锈钢中Cr和Mn等重金属元素的释放，而对其他重金属元素迁移量的影响不太明显；不同材质的不锈钢浸泡后重金属元素的迁移量也不同，其中316L钢最耐腐蚀，适用于生产不锈钢食具容器。直接由316不锈钢制作的不锈钢锅的导热性不好，且不导电，无法在电磁炉上使用，基于这些问题，中国专利201710367059.8公开了一种新型高导热不锈钢锅的制造方法，避免了现有不锈钢锅具导热性不好，炒菜粘锅、锅底容易鼓包分层和锅体重等缺点，该锅体为夹层结构，在夹层中填充熔融盐导热体，熔融盐导热体为熔融盐和活泼金属材料的混合体，这些活泼金属包含铝、镁、锌、铁、镍等金属，或者它们的合金，用做牺牲阳极，可以防止或减缓熔融盐对不锈钢锅体的腐蚀，但存在耐温度低等缺点；中国专利201310532589.5公开了一种耐腐蚀不锈钢咖啡壶材料，由以下质量百分比的化学成分组成：C0.03-0.06％，Cr16-20％，Si0.8-1.2％，Mn0.6-1％，Ni2-3％，B0.0001-0.002％，V0.4-0.6％，Mo3-4.5％，W0.25-0.35％，N0.18-0.22％，S≤0.004％，P≤0.014％，Ag0.25-0.35％，Cu2.5-3.5％，Ce0.001-0.012％，La0.03-0.08％，其余为Fe和不可避免的杂质元素，但存在耐温度低等缺点。
目前的不锈钢材质制作的食品用锅具依然存在加热慢、干烧锅体时耐温性差、高温下对人体有害等缺点，现急需一种新型不锈钢材料，使用该材料制成的食品用容器加热块、能导电、耐高温且对人体无害。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求提供一种能导电，耐高温，且加热到高温时锅体也不会产生有害物质的新型不锈钢，特别是一种用于食品加热容器的耐高温不锈钢组合物。
为了实现上述目的，本发明涉及的用于食品加热容器的耐高温不锈钢组合物，其原材料的主要成分按质量百分比计包括：铬(Cr)20-26％、镍(Ni)5-8％、钼(Mo)1-3％、碳(C)0.02-0.04％、硅(Si)＜1％、锰(Mn)0.7-1.1％、磷(P)0.01-0.05％、硫(S)0.003-0.007％、铜(Cu)0.08-0.3％、钒(V)0.08-0.12％、铌(Nb)0.01-0.03％、钛(Ti)0.003-0.007％、铝(Al)0.002-0.006％，余量为铁和不可避免的杂质；各种材料的比例能够直接调节产品的性能和用途。
本发明涉及的用于食品加热容器的耐高温不锈钢组合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)混合原料，经过冶炼和浇注得不锈钢钢锭；其中冶炼采用真空感应炉、非真空冶炼、电炉+炉外精炼、转炉+炉外精炼中任一种工艺；
(2)钢锭锻造：初锻温度1050-1330℃，终锻温度990-1050℃；
(3)锻造后热处理：在热处理炉中进行固溶处理，温度为1050-1100℃，保温30-60min，冷却方式采用水冷或空冷；其获得的不锈钢中重金属迁移量满足：砷(As)＜0.004mg/kg，镉(Cd)＜0.002mg/kg，铅(Pb)＜0.005mg/kg，铬(Cr)＜0.02mg/kg，镍(Ni)＜0.05mg/kg；该迁移量满足国家标准所规定的限值，满足食品接触用金属材料及制品的要求。
本发明涉及的各原料的主要元素的作用说明如下：
铬(Cr)是提高材料强度和耐腐蚀性的主要合金元素，Cr可提高不锈钢在氧化性酸中的耐腐蚀性，提高其在氯化物溶液中的耐应力腐蚀、点蚀和缝隙腐蚀等局部腐蚀能力。
镍(Ni)在不锈钢中，是仅次于铬的重要合金元素；镍可促进不锈钢钝化膜的稳定性，提高不锈钢的热力学稳定性；因此，当Ni与Cr配合时，能使不锈钢的力学性能、加工性能和在某些腐蚀介质中的耐腐蚀性能得到很大的改善。
钼(Mo)除能改善耐蚀性外，主要是提高硬度，增强二次硬化效应，在低温淬火时尤为明显，不锈钢中加入钼，可细化晶粒、均匀组织、提高韧性，抑制铬的碳化物析出，钼和铬的复合作用，可提高不锈钢的钝化和再钝化能力，提高钝化膜的稳定性，使不锈钢具有更好的耐蚀能力，本发明中控制钼的含量为1-3％。
碳(C)在不锈钢中具有两重性，一方面C与Cr有很强的亲和性，能形成一系列的碳化物，钢中的含碳量越高，形成的碳化铬越多，固溶体中的含铬量就减少了，钢的耐腐蚀能力就降低；因此，不锈钢中含碳量一般要求较低，另一方面不锈钢的强度随含碳量的增加而提高，本发明中控制碳(C)在0.02-0.04％。
硅(Si)可使不锈钢具有优良的耐高温、高浓度硝酸和硫酸腐蚀的性能，这与硅在不锈钢表面形成富硅的氧化物保护膜有关，但当不锈钢中硅含量过高时，会使得钢种σ、χ等脆性相析出的敏感性增加，钢的塑性、韧性下降，耐蚀性降低，因此本发明硅含量控制在＜1％。
铜(Cu)可以提高某些不锈钢的耐腐蚀性能。
锰(Mn)的作用不在于形成奥氏体，而是在于它降低钢的临界淬火速度，在冷却时增加奥氏体的稳定性，抑制奥氏体的分解，使高温下形成的奥氏体得以保持到常温。
硫(S)的作用主要是为提高不锈钢的切削性能。
钛(Ti)或铌(Nb)的作用是为了防止晶间腐蚀。
本发明与现有技术相比，通过调整不锈钢材料中各原料的配比制成的不锈钢合金加热容器满足食品接触用金属材料及制品的要求，用于烹饪食品时能同时适用于燃气灶和电磁炉，较现有的不锈钢锅具耐腐蚀性及耐温性更好，加热快，硬度高，不易变形，省时高效，高温烹饪时亦对人体无害，保温效果好，节能环保，利于回收利用。
具体实施方式：
下面通过具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：
本实施例涉及的一种用于食品加热容器的耐高温不锈钢组合物，主要成分按质量百分比计包括：铬(Cr)20％、镍(Ni)5％、钼(Mo)1％、碳(C)0.04％、硅(Si)0.81％、锰(Mn)0.7％、磷(P)0.05％、硫(S)0.005％、铜(Cu)0.1％、钒(V)0.103％、铌(Nb)0.01％、钛(Ti)0.003％和铝(Al)0.004％，其余为铁和不可避免的杂质；制得的不锈钢耐温度为1200℃，该不锈钢适用于日常用汤锅。
应用本实例和市售的304不锈钢采用常规不锈钢锅制备方法制成相同大小相同形状的汤锅，分别用本实施例不锈钢汤锅和304不锈钢汤锅加热相同体积的水直至沸腾，加热时间分别为：不锈钢汤锅用时1分钟20秒，304不锈钢用时1分钟50秒；经过反复加热试验，本实施例不锈钢汤锅内表面依然光滑亮洁无白斑，304不锈钢汤锅内表面光洁度下降且底部有少量点状白斑。
实施例2：
本实施例涉及的一种用于食品加热容器的耐高温不锈钢组合物，主要成分按质量百分比计包括：铬(Cr)20％、镍(Ni)8％、钼(Mo)3％、碳(C)0.04％、硅(Si)0.83％、锰(Mn)0.7％、磷(P)0.02％、硫(S)0.003％、铜(Cu)0.08％、钒(V)0.101％、铌(Nb)0.01％、钛(Ti)0.003％和铝(Al)0.003％，其余为铁和不可避免的杂质；与实施例1比较，本实施例主要提高了镍和钼的含量，能够提高其在稀硫酸、有机酸(醋酸、蚁酸、草酸)、硫化氢、海水中的耐蚀性能，该不锈钢适用于海产品的密封容器。
实施例3：
本实施例涉及的一种用于食品加热容器的耐高温不锈钢组合物，主要成分按质量百分比计包括：铬(Cr)22％、镍(Ni)5％、钼(Mo)1％、碳(C)0.02％、硅(Si)0.9％、锰(Mn)0.7％、磷(P)0.01％、硫(S)0.003％、铜(Cu)0.3％、钒(V)0.099％、铌(Nb)0.03％、钛(Ti)0.007％和铝(Al)0.006％，其余为铁和不可避免的杂质；与实施例1比较，本实施例提高了铬的含量，提高了不锈钢的耐蚀性能和耐温度；降低碳含量的同时提高铌和钛的含量，使其抗晶间腐蚀性能得到改善，适用于海上用不锈钢烹饪锅具。
应用本实例和市售的304不锈钢采用常规不锈钢锅制备方法制成相同大小相同形状的不锈钢汤锅，在海上的渔船或轮船上反复长期使用后，本实施例不锈钢汤锅的内外表面均无锈蚀，304不锈钢汤锅内外表面均有少量锈迹。
实施例4：
本实施例涉及的一种用于食品加热容器的耐高温不锈钢组合物，主要成分按质量百分比计包括：铬(Cr)24％、镍(Ni)6％、钼(Mo)3％、碳(C)0.03％、硅(Si)0.82％、锰(Mn)1％、磷(P)0.025％、硫(S)0.006％、铜(Cu)0.2％、钒(V)0.087％、铌(Nb)0.017％、钛(Ti)0.005％和铝(Al)0.005％，其余为铁和不可避免的杂质；与实施例2比较，本实施例提高了铬和锰的含量，降低了镍的含量，用部分锰代替镍，提高了不锈钢的耐温度和耐磨性，适用于炒锅。
应用本实例和市售的304不锈钢采用常规不锈钢锅制备方法制成相同大小相同形状的不锈钢炒锅，使用相同的炒制做法反复长期使用后，本实施例不锈钢炒锅内表面无变色、无划痕，304不锈钢炒锅内表面底部发黄变色、有划痕。
实施例5：
本实施例涉及的一种用于食品加热容器的耐高温不锈钢组合物，主要成分按质量百分比计包括：铬(Cr)26％、镍(Ni)6％、钼(Mo)2％、碳(C)0.025％、硅(Si)0.79％、锰(Mn)1.1％、磷(P)0.03％、硫(S)0.005％、铜(Cu)0.25％、钒(V)0.093％、铌(Nb)0.02％、钛(Ti)0.006％和铝(Al)0.0042％，其余为铁和不可避免的杂质；与实施例4比较，本实施例提高了铬含量，更进一步提高了不锈钢的耐蚀性和耐温度，耐温度达到1600℃，适用于烧烤用烤锅。
应用本实例和市售的304不锈钢采用常规不锈钢锅制备方法制成相同大小相同形状的不锈钢烤锅，采用相同的烤制温度，经过相同的时间，304不锈钢烤锅底盘有凸起变形，本实施例不锈钢烤锅无凸起无变形。
实施例6：
本实施例涉及的一种用于食品加热容器的耐高温不锈钢组合物，主要成分按质量百分比计包括：铬(Cr)26％、镍(Ni)5％、钼(Mo)3％、碳(C)0.02％、硅(Si)0.89％、锰(Mn)0.9％、磷(P)0.04％、硫(S)0.004％、铜(Cu)0.12％、钒(V)0.088％、铌(Nb)0.023％、钛(Ti)0.004％和铝(Al)0.0025％，其余为铁和不可避免的杂质。
实施例7：
本实施例涉及的一种用于食品加热容器的耐高温不锈钢组合物，主要成分按质量百分比计包括：铬(Cr)23％、镍(Ni)8％、钼(Mo)3％、碳(C)0.03％、硅(Si)0.91％、锰(Mn)0.8％、磷(P)0.02％、硫(S)0.007％、铜(Cu)0.19％、钒(V)0.12％、铌(Nb)0.01％、钛(Ti)0.006％和铝(Al)0.006％，其余为铁和不可避免的杂质。
实施例8：
本实施例涉及的一种用于食品加热容器的耐高温不锈钢组合物，主要成分按质量百分比计包括：铬(Cr)22％、镍(Ni)7％、钼(Mo)2.5％、碳(C)0.035％、硅(Si)0.86％、锰(Mn)1.1％、磷(P)0.01％、硫(S)0.005％、铜(Cu)0.25％、钒(V)0.08％、铌(Nb)0.02％、钛(Ti)0.007％和铝(Al)0.002％，其余为铁和不可避免的杂质。
实施例9：
本实施例为实施例1～9所述的用于食品加热容器的耐高温不锈钢组合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)按所述的化学成分混合原料，经过冶炼和浇注得不锈钢钢锭；其中冶炼采用真空感应炉、非真空冶炼、电炉+炉外精炼、转炉+炉外精炼中任一种工艺；
(2)将不锈钢钢锭进行锻造：初锻温度1050-1330℃，终锻温度990-1050℃；
(3)锻造后的热处理工艺：在热处理炉中进行固溶处理，温度为1050-1100℃，保温30-60min，冷却方式采用水冷或空冷。
实施例10：
本实施例为实施例1～8不锈钢组合物的金属迁移量检测结果。
表1不锈钢的金属迁移量检测结果
Figure BDA0002388623940000051
Figure BDA0002388623940000061
从表1可以看出，经SGS通标标准技术服务(青岛)有限公司按照中华人民共和国国家标准GB 4806.9-2016检测的不锈钢迁移物检测结果显示，实施例1-8中的重金属砷(As)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)和镍(Ni)均未检出，均低于检测限制值，远远低于国家标准规定的限制值，达到“食品级”条件。

Claims (3)

1.一种用于食品加热容器的耐高温不锈钢组合物，其特征在于：其原材料的主要成分按质量百分比计包括：铬20-26％、镍5-8％、钼1-3％、碳0.02-0.04％、硅＜1％、锰0.7-1.1％、磷0.01-0.05％、硫0.003-0.007％、铜0.08-0.3％、钒0.08-0.12％、铌0.01-0.03％、钛0.003-0.007％、铝0.002-0.006％，余量为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的用于食品加热容器的耐高温不锈钢组合物，其特征在于：制成的不锈钢中重金属迁移量满足：砷＜0.004mg/kg，镉＜0.002mg/kg，铅＜0.005mg/kg，铬＜0.02mg/kg，镍＜0.05mg/kg；该迁移量满足国家标准所规定的限值，满足食品接触用金属材料及制品的要求。
3.根据权利要求1所述的用于食品加热容器的耐高温不锈钢组合物，其特征在于：制成的不锈钢锅的耐温度为1700℃。
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