不锈钢在酸性食物环境中的耐腐蚀性能研究

第12卷第10期2017年5月

中国科技论文

CHINA SCIENCEPAPER

Vol. 12 No. 10

May 2017

不锈钢在酸性食物环境中的耐腐蚀性能研究

张程\颜海涛\黄蓉芳\毕洪运2，李谋成1

(1.上海大学材料研究所，上海200072; 2.宝山钢铁股份有限公司研究院，上海201900)

摘要:不锈钢厨具等用品与食物接触时可能会释放少量金属离子。为认识C r-M n系不锈钢在酸性食物中的耐蚀性，采用添加 氯化納的沸腾酿酸落液和电化学阻抗谱与电感耦合等离子体原子发射光谱（inductively coupled plasma-atomic emission spec- tr〇metry,ICP-AES)等测量方法，对比研究了2种C r-M n系不锈钢与304不锈钢的腐蚀行为和金属元素的溶出特征。结果表 明，两种C r-M n系不锈钢在落液中均处于稳定钝化状态，耐点蚀性能均略低于304不锈钢。随着不锈钢中C r与N i含量的降低、M n含量的升高，钝化膜的溶解速率增大而保护性能降低，不锈钢的腐蚀阻力下降，从而导致F e和M n的溶出量增大。M元 素溶出量随其在不锈钢中含量的降低而减少。3种不锈钢在酸性食物模拟环境中均具有良好的耐腐蚀性能。

关键词:金属材料;不锈钢；腐蚀;酸性食物；沸腾醋酸溶液;金属元素溶出

中图分类号:TG172 文献标志码：A 文章编号：2095 - 2783(2017)10- 1167 - 04

Corrosion resistance of stainless steels in acidic food environment

ZHANG Cheng1, YAN Haitao1 , HUANG Rongfang1 , BI Hongyun2, LI Moucheng1

(1. Institute o f M aterials ^S hanghai U niversity , S hanghai 200012, China}

2. R esearch In stitu te, Baoshan Iron& Steel Co., Ltd., S hanghai201900, China)

Abstract：Stainless steel utensils such as kitchenware may release a small amount of metallic ions when foods contact them. In or­der to understand the corrosion resistance of Cr-Mn stainless steels in acidic food environments? the corrosion and metallic ele­ment release of two types Cr-Mn stainless steels and 304 stainless steel were investigated in the boiling acetic acid solution with sodium chloride by using methods such as electrochemical impedance spectroscopy and inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry (ICP-AES). Both Cr-Mn stainless steels are in passive state and show slightly lower pitting resistance than that of 304 stainless steel in the test solutions. With the decrease of Cr and Ni contents and increase of Mn content in stainless steel, the passive film shows higher dissolution rate and lower protective performance and the stainless steel has lower corrosion resistance. These give rise to the increase of release contents of Fe and Mn elements from stainless steel. Ni element shows lower release content with decreasing its content in stainless steel. All three stainless steels have good corrosion resistance in the simulated a­cidic foods environment.

Keywords：metallic materials；stainless steel；corrosion；acidic foods；boiling acetic acid solution；metallic element release

不锈钢在食品和饮料行业的应用越来越多，不 锈钢锅、碗、热水壶等日用品深受人们喜爱。目前，304不锈钢（Cr-N i系）和Cr-M n系（即200系）等不 锈钢均被普遍地用于制造日用品。Cr-M n系不锈钢 因其外观与304不锈钢相似，但相比于304不锈钢，Cr-M n系不锈钢M n含量较高而N i含量较低，因而 价格相对便宜，其使用量近年来不断增长。节N i的Cr-M n系不锈钢中M n元素主要与N、N i等元素复 合而形成奥氏体组织，但会影响不锈钢在服役环境 中形成钝化膜[1]，人们对其耐腐蚀性能极为关注。Zhang等[2]研究表明，在双相Fe-M n基合金中，随 M n含量的增多，材料的腐蚀电位下降、腐蚀电流增 大。程学群等M研究表明，N i有益于提高不锈钢在 低温醋酸溶液中的耐蚀性而对高温醋酸溶液中的耐 蚀性影响较小。Herting等[4]研究表明，Cr-M n系不锈钢在模拟酸雨和人体溶液中浸泡腐蚀时，M n和 F e元素明显比&和N i元素的溶出量更高，不锈钢 表面钝化膜中会富集&元素。

当不锈钢用品与食物(尤其是酸性食物)接触时 可能腐蚀溶出少量金属离子，当人们过多摄入这些 金属离子时会危害人体健康[5]。目前，我国标准以 沸腾的4 %醋酸# HAc)溶液来评价不锈钢在酸性食 物环境中腐蚀溶出金属元素的性能。此外，不锈钢 厨具在烹饪过程中会面临醋、酱油、食盐等调味料与 食物的共同作用[6]。前期研究表明，沸腾的4% f(HAc)溶液中引入NaCl对201不锈钢(&-M n系）的初期腐蚀行为具有较大影响，但添加适量c r对稳定 条件下的腐蚀与金属元素溶出速率的作用很小[7]。鉴 于304不锈钢已得到广泛应用，本文以其为基础，对比 研究了两种&-M n系不锈钢在含C r的酸性食物模拟

收稿日期：2016-10-12

基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金资助项目（20133108110019);国家自然科学基金资助项目（51571139);上海市科学技术委员会支 撑项目（15XD1520100)

第一作者：张程(1992—），女，硕士研究生，主要研究方向为腐蚀电化学

通信作者：李谋成，研究员，主要研究方向为腐蚀电化学，m〇U C hengli@Shu. edu. cn