不鏽鋼餐具如何抗「毒」

中國海關雜誌 發佈 2022-03-16T19:17:24+00:00

隨著歐美國家或地區對食品接觸材料安全性能要求的日益嚴格,與食品接觸不鏽鋼餐具須通過相關的有毒有害元素遷移量檢測,只有低於標準限量的產品方可進入歐美市場。

在食品接觸材料中,不鏽鋼餐具及製品占據了很大比重。隨著歐美國家或地區對食品接觸材料安全性能要求的日益嚴格,與食品接觸不鏽鋼餐具(如不鏽鋼盤、碗、筷、刀、叉等)須通過相關的有毒有害元素遷移量檢測,只有低於標準限量的產品方可進入歐美市場。

與食品接觸不鏽鋼多採用乙酸浸泡試驗檢測有毒有害元素遷移量,其實質是考察在試驗條件下不鏽鋼表面的耐腐蝕性。不鏽鋼在乙酸溶液中受到腐蝕,表面基體元素溶進溶液,不鏽鋼耐腐蝕性能越低,所測到的元素遷移量就越高。不鏽鋼的腐蝕種類主要有以下四種形式:

1 不鏽鋼的點蝕

點蝕又被稱為坑蝕和小孔腐蝕。不鏽鋼點蝕在特定的腐蝕介質中發生,通常發生在含有鹵素陰離子的溶液中,其中以氯化物、溴化物腐蝕性最強,是不鏽鋼常見的局部腐蝕之一。點蝕經常發生在不鏽鋼表面的鈍化膜上,而不鏽鋼的耐蝕性主要取決於保護性的鈍化膜。雖然點蝕範圍較小,但其腐蝕速率很快,嚴重時可造成設備穿孔。點蝕產生的原因是:由於鋼中存在缺陷、雜質和溶質等的不均勻性,當介質中含有某些活性陰離子(如Cl-)時,其會被吸附在金屬表面某些點上,從而使不鏽鋼表面鈍化膜發生破壞。產生點蝕有兩個重要條件,即金屬在介質中必須達到某一臨界電位,以及侵蝕性的鹵化物陰離子達到某一濃度。

2 不鏽鋼的縫隙腐蝕

縫隙腐蝕發生在有電解液存在的金屬間,以及金屬與非金屬間構成的狹窄縫隙內(如不鏽鋼設備中法蘭的連接處,墊圈、襯板、金屬相互纏繞的重疊處),其破壞形態為溝縫狀,嚴重時可穿透。縫隙腐蝕產生的原因是:在電解液和結構縫隙存在的條件下,縫隙內有關物質的移動受到了阻滯,形成了濃差電池,從而產生了局部腐蝕;由於電解質中O2的擴散,在汽—液交界面上形成三相界面而產生強烈的水線腐蝕,以及形成活化—鈍化電池的閉塞電池。

3 不鏽鋼的應力腐蝕

在特定的腐蝕性介質和拉應力(外力或焊接、冷加工等產生的殘餘應力)的同時作用下,不鏽鋼會出現低於強度極限的脆性開裂現象,稱為應力腐蝕。這種腐蝕發生的時間短,破壞性極大。由於腐蝕性介質的作用,不鏽鋼的腐蝕敏感部位形成微小坑陷,而後在殘餘應力的作用下產生微觀裂紋,且裂紋擴展很快,最終腐蝕開裂。應力腐蝕產生的原因是:應力腐蝕發生的初期與點蝕和縫隙腐蝕相同,都是在一個對流不通暢的閉塞微區內進行,也被稱為閉塞電池腐蝕。

4 不鏽鋼的晶間腐蝕

晶間腐蝕是金屬材料在特定的腐蝕介質中及高溫環境下,由於晶界合金元素鉻的貧化,沿著材料的晶粒間界受到腐蝕,使晶粒之間喪失結合力的一種局部腐蝕破壞現象。以奧氏體不鏽鋼為例,在焊接時,焊縫兩側2~3mm處可被加熱到400℃~910℃,這就是所謂的晶間腐蝕敏化區,鉻和鉬相析出而出現貧化。產生晶間腐蝕的原因很多,一般認為是由於晶界合金元素的貧化。不鏽鋼中含有一定量的鉻和鉬等可鈍化元素,使其具有耐腐蝕性。如果在晶界有富鉻和富鉬相析出,這些相的主要成分為M23C6、M7C3(M代表鉻、鉬、鐵),析出相中鉻含量高達95%,則沿晶界就產生一個貧鉻和貧鉬區。當貧化區的鉻和鉬含量降至鈍化所需的極限含量(如鉻含量在11%)以下時,在適合的腐蝕溶液中就形成碳化鉻(陰極)—貧鉻區(陽極)電池,使晶界貧鉻區產生腐蝕。

由於焊縫是目前不鏽鋼餐具有毒有害元素遷移量超標的主要原因之一,所以儘量不用或少用焊接是降低有毒有害元素遷移量最有效的辦法。對於釺焊,儘量避免使用這種焊接工藝,因為釺焊料屬低熔點合金,其抗腐蝕性能低下;如一定用,則不能使用含有如Cd、Pb等標準限量的有毒有害元素,同時注意在保證焊接強度的前提下,儘量減少焊料的使用及與食物接觸的面積,如能在外表焊接就避免在內表面焊接。對於亞弧焊,選擇合適的超低碳焊接材料,保證焊縫金屬為超低碳的不鏽鋼;儘量選用含有穩定化元素Nb或Ti的低碳焊接材料;在焊接工藝上,採用較小的焊接熱輸入,加快冷卻速度,有助於減輕熱影響區晶間腐蝕的程度。

文 / 蔣小良 侯銳

(作者單位:江門海關技術中心)

文章來源於《中國海關》雜誌2022年2月

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編輯:常相婧

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