摘要：本文综述了食品用不锈钢重金属迁移行为的研究进展，主要介绍了不锈钢原材料、合金元素、显微组织和加工工艺等因素对不锈钢重金属迁移行为的影响和作用机理，以期为不锈钢制品企业提供一定的理论参考。
关键词：不锈钢；重金属；迁移量；迁移行为
不锈钢基本的合金元素是铬和镍，同时含有锰、铜、镉、铅等多种微量元素。由于不锈钢具有良好的冷加工性能和耐腐蚀性能，制成的器皿美观耐用，越来越多被用来制造餐厨具，逐渐进入广大家庭。然而，当与食物接触时，不锈钢制品可能会发生腐蚀溶出少量的重金属离子，过多摄入这些重金属离子会危害人体的健康[1]。目前，不锈钢餐厨具的卫生安全问题受到了社会各界的广泛关注，不锈钢重金属的迁移行为也是研究的重点领域。
本文从不锈钢原料、合金元素、显微组织和加工工艺等方面对不锈钢重金属迁移行为的影响进行综述，以期对相关企业生产食品用不锈钢制品提供一定的理论参考。
1不锈钢原材料的影响
目前生产不锈钢餐厨具所使用的原料主要有奥氏体不锈钢（201、202、304）和铁素体不锈钢（430、443）。不同原材料具有不同的耐腐蚀性能，其重金属迁移行为也有很大的差别。研究表明[2]，304不锈钢的铬离子迁移量明显低于其它类型，比430不锈钢还要低，但高于443不锈钢。铁素体不锈钢基体中含镍量极少，因此镍离子的迁移量明显低于奥氏体不锈钢，铅、镉、砷等不是不锈钢生产过程中必须添加的元素，它们的迁移量较低，且无规律。可见，不锈钢重金属的迁移量与成分含量不成线性关系，但不锈钢的组织对其影响较大。匡步肖等[3]研究表明，相同条件下，200系和304不锈钢中重金属迁移量均高于316L不锈钢中重金属迁移量。钱晓东[4]等研究了202和304不锈钢在4%醋酸溶液中的腐蚀行为，发现202不锈钢在4%醋酸溶液中Cr的迁移量明显大于304不锈钢。
2 合金元素的影响
铬是决定不锈钢耐腐蚀性能的主要元素，铬促进不锈钢的钝化，使其保持稳定的钝态。钢材中铬添加量需达到11%以上，钢的耐腐蚀性才显著提高，各种重金属迁移量较低。304型和443型不锈钢的铬含量相对较高，重金属迁移量较小，具有较高的耐腐蚀性[2]。
镍是奥氏体不锈钢的重要合金元素，主要作用是稳定奥氏体组织。304不锈钢含镍量较高，耐蚀性比201和202不锈钢明显提高。
碳一方面是稳定奥氏体的元素，作用相当于镍的30倍；另一方面，碳与铬的亲和力较大，能与铬形成一系列的碳化物，而使固溶于基体中的铬减少，使钢的耐腐蚀性下降，增加重金属迁移量。因此，同种类型的不锈钢中碳越高，耐腐蚀性就越低，重金属迁移增大。因而一般不锈钢中的碳含量最多不超过0.4%。
锰一般用来代替镍使不锈钢获得稳定的奥氏体组织，但锰不能促进表面钝化膜的形成，反而降低了不锈钢的耐点蚀性能[5，6]。高锰低镍不锈钢在含Cl-的醋酸溶液中，不锈钢表面容易发生点蚀，重金属离子通过点蚀孔不断迁移释出[7]。由于锰不能提高不锈钢的抗腐蚀性能，所以202不锈钢的重金属迁移量比304不锈钢高，在含Cl-醋酸中的重金属迁移量远大于其在不含Cl-的醋酸介质中的迁移量[4]。
涂建[8]等运用数理统计方法研究材质元素对不锈钢杯重金属析出量的影响。结果表明，Ni含量对Pb的析出量有显著影响，C、Si、Mn、P含量对重金属元素Cr的析出量有显著影响，材质元素C、S、Mn、Cr、Ni含量对Ni的析出量有显著影响，Si、Mn、P、Cr、Ni含量对重金属元素As的析出量有显著影响。
3 显微组织的影响
奥氏体呈面心立方结构，塑性好，强度较低，具有一定韧性，不具有铁磁性。300系列和200系列属于奥氏体不锈钢。304不锈钢中最为重要的元素是铬、镍，直接决定着它的抗腐蚀能力。一般镍含量大于8%，铬含量大于18%，其最佳的铬镍含量比例使其具有较好的耐蚀性，重金属迁移量较小。200系列不锈钢是用锰代替镍元素，形成奥氏体组织，与304型不锈钢相比，耐腐蚀性较差，重金属迁移量较大。
铁素体的晶体点阵为体心立方，铬含量12%~30%，具有良好的抗氧化性、耐蚀性和耐氯化物腐蚀破裂性。随着铬含量的提高，铁素体不锈钢的耐酸性能也明显提高。430型不锈钢的铬含量为16%~18%，对氧化性酸有很强的耐腐蚀性。443型不锈钢是一种高纯铁素体不锈钢，通过增加铬含量、降低碳含量提高不锈钢耐蚀性能；同时加入钛元素，钛在不锈钢中优先与碳形成稳定的化合物，抑制不锈钢中碳与铬的化合，提高耐腐蚀性能。试验表明[2]，443型不锈钢的重金属迁移明显低于其它类型。
马氏体组织中存在着错位、空位等大量缺陷[9]，且马氏体的腐蚀电位要比奥氏体低[10]，因此在醋酸溶液中马氏体不锈钢比奥氏体更容易产生腐蚀而使铬迁移量增加[11]。
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4 加工工艺的影响
不锈钢在冷冲压过程中产生的变形，会造成其显微组织的变化，从而影响到不锈钢的耐腐蚀性。经过拉伸，部分奥氏体组织转变为马氏体组织，且马氏体含量随拉伸变形量增大而增加[3]。同时，冷加工工艺还增大显微组织的位错密度，对位错缺陷的产生起到促进作用[10]。研究表明[2]，304、430不锈钢经过拉伸后，微观组织的变化影响基体的耐腐蚀性，造成重金属迁移量增加。
庞晋山[13]研究焊接工艺对304不锈钢的重金属迁移量的影响。结果表明，氩弧焊焊接温度高，使等轴奥氏体转变为粗大树枝状奥氏体，造成焊接区存在大量的残余应力；同时使热影响区出现“贫铬”现象，降低晶界的钝化作用。这两个因素是氩弧焊使304不锈钢在醋酸溶液中浸泡时Cr和Ni的迁移量明显提高的原因。
表面粗糙度大，比表面积和比表面能大，产生较强的表面效应，会加快化学腐蚀的时间和程度[14]。若金属表面凸出部位超高，则峰谷部分的曲面所对应的曲率圆半径越小，比表面积越大，化学腐蚀反应速率就越大，发生反应就越容易，腐蚀腐蚀程度更严重。因此，随着表面粗糙度的增加，不锈钢的重金属迁移量也随着增加，430不锈钢的铬迁移量增长较304不锈钢更为明显[2，11]。
结语
化学成分和组织结构是影响不锈钢耐腐蚀性能主要因素，直接决定不锈钢餐厨具的卫生安全性能；加工工艺也是影响不锈钢餐厨具的重金属迁移量的重要因素。生产不锈钢餐厨具的企业应根据不锈钢的性能特点，选择合适的不锈钢原料，制定科学的加工工艺，生产合格的产品，以确保产品的卫生安全性能符合相关标准的要求。
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作者简介：
刘楷周（1981-），男，硕士，研究方向质量检测和研究。
论文作者:刘楷周,方哲坚,李锐,余静端,蔡忠厚
论文发表刊物:《基层建设》2018年第15期
论文发表时间:2018/7/11
标签：不锈钢论文; 重金属论文; 奥氏体论文; 元素论文; 含量论文; 性能论文; 组织论文; 《基层建设》2018年第15期论文;