不锈钢食具中铬离子迁移量研究及购买和使用不锈钢食具时的注意事项

不锈钢食具中铬离子迁移量研究及购买和使用不锈钢食具时的注意事项

作者：赵俊鸿

来源：《科技视界》2012年第25期

【摘要】本文通过研究不锈钢食具的材料显微组织、化学成份、加工变形量、材料表面粗糙度以及检测条件对不锈钢铬离子迁移量的影响，并提出选择合格不锈钢食具的方法和使用过程的注意事项。实验表明，马氏体组织比奥氏体组织容易析出铬离子；不锈钢食具冷加工过程可诱发马氏体相变，导致铬离子析出量增加；不锈钢产品表面粗糙度增加、检测温度和醋酸浓度提高都会增加铬离子的析出量。在使用过程中要防止不锈钢制品长时间接触酸、碱类食品，如餐具破损、变形要及时更换，将铬离子的析出量降到最低。

【关键词】不锈钢食具；铬离子迁移量；购买和使用注意

前言

不锈钢是由铁铬合金再掺入少量其他一些元素而制成。现在，不锈钢被越来越多地用来制造餐具、厨具，其外观光亮夺目，便于清洗且坚固耐用，已成为现代家庭必不可少的新型餐具。研究表明，用不锈钢餐具烹调出的食品中铬等微量元素的含量较用其他餐具烹调出的要高。而日常食物中这些微量元素含量极微，若摄入不足，会对人体健康造成危害，但用这些不锈钢餐、厨具蒸煮东西时，不锈钢中含有的金属元素如铬等就会通过与酸性介质接触而释出进入食物中，从而被人体所吸收，在人体中慢慢累积，当达到某一限度时，就会危害人体健康，合理使用不锈钢餐具对人体健康是非常必要的。因此，GB 9684—1988 [1]中规定了铬等元素的限量指标，欧盟等国家和地区也都对不锈钢餐、厨具中铬离子的迁移量作出限定。

许多研究已表明[1]，六价铬的化合物有毒，具有致癌并诱发基因突变的作用。六价铬的长期摄入会引起扁平上皮癌、腺癌、肺癌等疾病；吸入较高含量的六价铬化合物会引起流鼻涕、打喷嚏、搔痒、鼻出血、溃疡和鼻中隔穿孔等症状；短期大剂量的接触，在接触部位会溃疡、鼻黏膜刺激和鼻中隔穿孔；摄入超大剂量的铬会导致肾脏和肝脏的损伤以及恶心、胃肠道不适、胃溃疡、肌肉痉挛等症状，严重时会使循环系统衰竭，失去知觉，甚至死亡。

不锈钢制品中的铬等金属元素在4%的醋酸液会释出，是由于不锈钢在醋酸液中受到其不断的腐蚀——化学的或电化学的腐蚀，使铬等金属离子溶入到醋酸液中。GB/T 5009.81—2003 不锈钢食具容器卫生标准的分析方法中，规定用4%的醋酸溶液作为不锈钢样品的浸泡液。

本文通过实验，研究不锈钢材料的显微组织、化学成份、加工变形量、表面粗糙度、检测温度、醋酸浓度等因素对不锈钢食具中重金属迁移量的影响，并提出选择合格不锈钢食具的方法和使用注意事项。

2 结果分析及讨论

2.2 材料化学成分及组织对铬离子迁移量的影响

2.2.1 铬含量对铬离子迁移量的影响

铬是不锈钢的重要组成成分。一般钢材中铬添加量需达到11%以上，钢的耐腐蚀性才显著提高[4]。如果低于这个数值，则钢材的耐腐蚀性能会很差，在醋酸液中其腐蚀速率较快，铬离子的迁移量会较多。

2.2.2 碳含量对铬离子迁移量的影响

在退火状态下，马氏体中的碳可以充分与铬结合成碳化铬，使其基体中铬含量迅速降低，而碳化铬的耐腐蚀性能很差，极易在酸性介质下分解[4]。且随着碳含量的增加，形成的碳化铬也增多。

2.2.3 组织结构对铬离子迁移量的影响

从表1可以看出，马氏体的铬离子迁移量明显高于奥氏体，分析原因为：马氏体主要有板状马氏体、片状马氏体及其回火处理马氏体，由于马氏体的组织中存在大量的缺陷，如错位、空位等[7]，且马氏体的腐蚀电位要比奥氏体低[4]，致使马氏体的耐腐蚀性能远低于奥氏体。因此在醋酸液中马氏体要比奥氏体更容易受到腐蚀而增加了铬离子的释出。

2.3 加工过程对奥氏体不锈钢铬离子迁移量的影响

从表2可以看出，奥氏体在加工后铬离子的迁移量明显增加，分析原因为奥氏体材料在产品加工制造过程中，常经过冷轧、拉伸等冷加工工艺，它会发生变形，促进部分奥氏体组织转变为马氏体组织[7]。轧制、拉伸变形量越大，产生的马氏体相变量越多。马氏体的出现降低了奥氏体的耐腐蚀性能，从而增加了铬离子的迁移量。

2.4 表面粗糙度对铬离子迁移量的影响

由表3可以看出，随着表面粗糙度的增加，铬离子的迁移量明显增加。从菲克扩散定律[3]，可以定性的得出：钢材表面的粗糙度大时，比表面和比表面能都很大.可产生较强的表面效应。改变化学腐蚀反应的速率和平衡常数等热力学的量，加快了化学腐蚀的时间、程度。若金属粗糙表面凸出部位越尖，则尖端部分的曲面所对应的曲率圆半径越小，比表面越大，化学腐蚀反应速率就越大，平衡常数就越大，体系越不稳定，金属发生腐蚀的反应就越容易，使金属的腐蚀程度比光滑表面的腐蚀程度严重，钢材发生腐蚀的反应就越容易，使钢材的腐蚀程度比光滑表面的腐蚀程度严重，因而铬离子的迁移量就越大。

因为奥氏体和铁素体不锈钢本身的耐腐蚀能力较好，因而表面处理、粗糙度大小对其在酸性介质中受到的腐蚀影响不大；而马氏体材料基体的耐腐蚀能力较差，表面处理、粗糙度大小对其在酸性介质中受到的腐蚀影响则较大。

2.5 醋酸液温度对铬离子迁移量的影响

从图1可以得出，随着醋酸液温度的升高，铬的迁移量增多，分析主要由于醋酸为离子导体，随着温度的升高，醋酸溶液的电阻下降，电导率提高。根据电极过程动力学规律，电导率的提高必然导致电化学腐蚀的加剧，所以醋酸液温度的提高必然促进重金属迁移量的增加；另外随着温度的升高，醋酸溶液中的溶解氧越来越少，而溶解氧的存在有利于不锈钢的钝化，所以在缺乏溶解氧的情况下，不锈钢将发生阳极反应为析氢反应的电化学反应，且其反应速率随温度的升高而加快，也将导致铬离子迁移量的增加。

2.6 醋酸溶液浓度对铬离子迁移量的影响

从图2可以得出，随着醋酸液浓度的升高，铬的迁移量增多。由于醋酸是弱电解质，其浓度变化可以强烈地改变其电阻，电阻的变化反过来较大程度地影响不锈钢在电解质中的电化学行为，醋酸浓度的提高促进了钢片的腐蚀。

2.7 总结

由上述2.2～2.6的分析可以得出，奥氏体组织比马氏体组织铬离子析出量少，而奥氏体不锈钢中304的铬离子析出量最小，所以合格的不锈钢食具大部分采用304为原材料加工；不锈钢食具冷加工过程可诱发马氏体相变，导致铬离子析出量增加，所以合格的不锈钢材料也可能导致铬离子过量析出；不锈钢产品表面粗糙度增加、检测温度和醋酸浓度提高都会增加铬离子析出量，所以在选择和使用不锈钢食具时，以上的各种导致铬离子迁移量增加的因素都是我们避免重金属中毒必须要考虑的。

3 合理选择和使用不锈钢食具

由于材料成份、组织、表面粗糙度、加工变形量、浸泡介质及其浓度、温度都会影响不锈钢食具铬离子的迁移量。因此为了防止使用过程铬离子析出过量，可以从以下几方面入手，控制好铬的迁移量：

3.1 材料

由于分析得出奥氏体不锈钢铬离子析出量比马氏体不锈钢少，而奥氏体不锈钢中数304铬离子析出量少，所以在购买不锈钢产品时，首先选用304材质的不锈钢餐具。一般合格的不锈钢餐具上印有“13—0”、“18—0”、“18—8”三种代号[8]，代号前面的数字表示含铬量，铬是使产品“不锈”的材料；后面的数字则代表镍含量，产品的镍含量越高，耐腐蚀性越好。在购买不锈钢餐具时，优先选用304（18—8）等铬、镍含量较高的牌号。