CN111549283A - 一种增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢及其制备方法和应用，所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢按重量百分比计，化学成分为：C：≤0.08％；Si：≤1.00％；Mn：≤2.00％；S：≤0.03％；P：≤0.045％；Ni：8.0‑11.0％；Cr：18.0‑20.0％；Cu：3.0‑5.0％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。其制备方法包括热加工、固溶热处理和时效热处理。所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢基体中均匀弥散分布有富铜析出相，从而赋予该不锈钢容器具食品保鲜功能，还具有较好的力学性能和耐腐蚀性能，可广泛应用于食品储存和加工相关的不锈钢设备。

Description

一种增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及不锈钢材料技术领域，尤其是一种增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢及其制备方法和应用。
背景技术
食品接触材料从食品加工到运输储存再到市场销售贯穿整个食品产业化过程，食品接触材料的安全与卫生是减轻食品污染的重要措施，所以对食品接触材料的选择尤为重要。而不锈钢，尤其是奥氏体不锈钢以304和316L不锈钢为代表，以其良好的加工成型性、耐蚀性等诸多优势，成为食品接触材料的首选。统计数据显示，食品机械使用的材料94％为不锈钢，从日常餐厨用具，到餐饮行业的中央厨房，再到肉奶酒饮的加工设备，奥氏体不锈钢已经成为全球范围内普通应用的食品接触材料。而食品加工行业普遍存在一些问题，比如食品原料初始菌较高，作业环境营养物质富集，与食品直接接触的设备内表面、工作零件表面以及管道不易清洗等，这就使得细菌容易在加工环境中积累并形成生物膜，而普通的消毒措施无法彻底杀死生物膜中的细菌，残留的细菌会在食品加工过程中不断利用食品基质进行增殖，导致食品中总菌数超标，影响食品的货架期，并容易带入致病菌，进而带来食品安全隐患。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有的食品接触材料容易形成细菌生物膜，导致食品安全隐患问题，提供一种增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢，该奥氏体不锈钢与现有普通不锈钢相比，能够有效抑制产酸菌的增殖，提高不锈钢器具储存食品的保鲜效果，增加保鲜时间。
本发明还提供所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢的时效热处理方法，通过特定条件下的时效热处理，从而使富铜相在所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢的基体中均匀弥散析出，获得增强保鲜效果。
本发明还保护所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢的制备方法，包括热加工、固溶热处理和时效热处理，其中热加工中分多道次锻造成坯料，终锻造温度不低于950℃，从而保证奥氏体不锈钢组织均匀，性能稳定。
最后，本发明还保护所述时效热处理方法获得的增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢在食品存储或食品加工中的应用，包括用于制备餐具、厨具、刀具、清洁工具或食品加工设备。
在本发明所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢的成分设计中，铜(Cu)是合金中最重要的合金化元素，是保证不锈钢具有保鲜功能的必要条件，也是本发明的主要创新点之一。本发明中的不锈钢中的含铜量为3.0-5.0％，以保证在时效热处理条件下，富铜相在钢中的均匀弥散析出，此时保鲜效果最佳。当铜含量低于3.0％时，即使经过时效热处理，不锈钢基体中不易析出足够体积分数的富铜相，因而不具备稳定的食品保鲜效果。当铜含量高于5.0％时，会导致不锈钢在高温下析出富铜相，严重影响到不锈钢的加工性能。此外，过量的富铜相析出亦会降低不锈钢的耐腐蚀性能，影响使用性能，例如，当铜含量为5.0％时，保鲜效果最佳，但是耐蚀性能较优选的化学成分范围内的奥氏体不锈钢稍差。
本发明所提供的不锈钢中的其它元素如Cr和Ni等，用于保证该材料基本的力学性能和耐腐蚀性能。
本发明所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢的时效热处理方法，是赋予产品保鲜功效的重要步骤，采用650-850℃时效处理6-10小时，空冷或水冷至室温，从而使富铜相在所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢的基体中均匀弥散析出，获得增强保鲜效果。优选地，在700-800℃时效处理6-10小时，空冷或水冷至室温。更优选为720-760℃时效处理6-10小时，空冷或水冷至室温。
本发明所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢的制备方法中，热加工是将钢锭于1080-1120℃均匀化处理1-3小时，开坯锻造，优选为1090-1110℃，更优选为1095℃。优选地，热加工中分多道次锻造成坯料，终锻造温度不低于950℃。其目的是消除铸态组织，使得组织更为均匀。
本发明所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢的制备方法中，固溶热处理是将钢材在1080-1120℃固溶处理1-3小时，空冷或水冷至室温，目的是保证组织和性能均匀性。
具体方案如下：
一种增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢，所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢按重量百分比计，化学成分为：C：≤0.08％；Si：≤1.00％；Mn：≤2.00％；S：≤0.03％；P：≤0.045％；Ni：8.0-11.0％；Cr：18.0-20.0％；Cu：3.0-5.0％，其余为Fe及不可避免的杂质元素；所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢的基体中均匀弥散析出体积分数为1-5％的富铜相，从而增强保鲜效果。
进一步的，所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢按重量百分比计，优选的化学成分为：C：≤0.08％；Si：≤1.00％；Mn：≤1.00％；S：≤0.005％；P：≤0.02％；Ni：8.5-9.5％；Cr：18.5-19.5％；Cu：3.5-4.5％，余量为Fe。
进一步的，所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢按重量百分比计，化学成分为：C：0.06％；Si：0.49％；Mn：0.52％；P：0.003％；S：0.004％；Ni：11.0％；Cr：20.0％；Cu：5.0％；余量为Fe。
本发明还保护所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢的时效热处理方法，是在650-850℃时效处理6-10小时，空冷或水冷至室温，从而使富铜相在所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢的基体中均匀弥散析出，获得增强保鲜效果。
进一步的，在700-800℃时效处理6-10小时，空冷或水冷至室温。
本发明还保护所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢的制备方法，包括以下步骤：
热加工：钢锭于1080-1120℃均匀化处理1-3小时，开坯锻造，得到经过热加工的钢材；
固溶热处理：将上步经过热加工的钢材在1080-1120℃固溶处理1-3小时，空冷或水冷至室温，得到经过固溶热处理的钢材；
时效热处理：将上步经过固溶热处理的钢材在650-850℃时效处理6-10小时，空冷或水冷至室温。
进一步的，所述热加工中分多道次锻造成坯料，终锻造温度不低于950℃。
进一步的，所述制备方法为采用真空感应冶炼，或者电弧冶炼+连铸冶炼或电弧炉冶炼+炉外精炼联合使用。
本发明还保护所述时效热处理方法获得的增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢在食品存储或食品加工中的应用。
进一步的，所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢用于制备餐具、厨具、刀具、清洁工具或食品加工设备。
有益效果：
本发明中，所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢，经过特殊热处理后，在不锈钢基体中均匀弥散分布有富铜析出相，从而赋予该不锈钢容器具食品保鲜功能，可广泛应用于食品储存和加工相关的不锈钢设备。
进一步的，所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢还具有较好的力学性能和耐腐蚀性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。
图1是本发明一个实施例提供的保鲜实验对照图；
图2是本发明一个实施例提供的40小时后的保鲜实验对照图。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。在下面的实施例中，如未明确说明，“％”均指重量百分比。
以下使用的测试方法包括：
总菌含量检测：将米饭与待测样品进行贴片孵育，不同的孵育时间点分别从新型不锈钢和普通不锈钢样片上(10×10mm)取5g米饭捣碎，放入45mL无菌生理盐水中，180转每分钟震荡30分钟，然后取1mL上清液进行10倍梯度稀释，选取三个合适的稀释倍数并使用细菌总数培养基进行微生物的培养和计数，每个稀释倍数做两个重复。
实施例1
不锈钢的化学成分(质量百分比)为：C：0.03％；Si：0.66％；Mn：0.51％；P：0.003％；S：0.004％；Ni：8.0％；Cr：18.0％；Cu：3.0％；余量为Fe。
采用真空感应炉冶炼，制备方法包括以下步骤：
锻造工艺：钢锭于1100℃均匀化处理3小时，开坯锻造，分多道次锻造成坯料，终锻造温度950℃；
固溶热处理：1100℃固溶处理2小时，空冷至室温；
时效处理：700℃时效处理6小时，空冷至室温。
实施例2
不锈钢的化学成分(质量百分比)为：C：0.06％；Si：0.81％；Mn：0.29％；P：0.003％；S：0.004％；Ni：8.5％；Cr：18.5％；Cu：3.5％；余量为Fe。
采用真空感应炉冶炼，制备方法同实施例1。
实施例3
不锈钢的化学成分(质量百分比)为：C：0.03％；Si：0.44％；Mn：0.38％；P：0.003％；S：0.004％；Ni：9.5％；Cr：19.5％；Cu：4.5％；余量为Fe。
采用真空感应炉冶炼，制备方法同实施例1。
实施例4
不锈钢的化学成分(质量百分比)为：C：0.06％；Si：0.49％；Mn：0.52％；P：0.003％；S：0.004％；Ni：11.0％；Cr：20.0％；Cu：5.0％；余量为Fe。
采用真空感应炉冶炼，制备方法同实施例1。
对比例1
普通304不锈钢的化学成分(质量百分比)为：C：0.02％；Si：0.96％；Mn：0.39％；P：0.003％；S：0.004％；Ni：9.0％；Cr：19.0％；余量为Fe。
采用真空感应炉冶炼，制备方法同实施例1。
性能检测
将实施例4中制备得到的不锈钢制成抗菌不锈钢勺，插入新鲜米饭中；采用对比例1中制备得到的普通不锈钢勺作为对照，如图1所示，左侧为抗菌不锈钢勺，右侧为普通不锈钢勺。在室温条件下放置40小时后，如图2所示，左侧插入抗菌不锈钢勺的烧杯中的米饭以白色为主，局部表现出轻微黄色，而右侧插入普通不锈钢勺的烧杯中的米饭已经明显变色，整体呈现出砖红色，表明细菌已经繁殖扩散到整个烧杯中。
表1为5天时间内米饭在新型不锈钢和普通不锈钢样片作用不同时间后细菌菌落变化，从中可以看出：对比例1中普通304不锈钢的细菌菌落数呈现指数级别增长，而实施例1-4中不锈钢对细菌增殖的抑制作用均较为明显，因此具有增强食品保鲜的效果。
表1总菌含量检测结果表(单位：CFU/g)
Figure BDA0002512710760000071
Figure BDA0002512710760000081
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢，其特征在于：所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢按重量百分比计，化学成分为：C：≤0.08％；Si：≤1.00％；Mn：≤2.00％；S：≤0.03％；P：≤0.045％；Ni：8.0-11.0％；Cr：18.0-20.0％；Cu：3.0-5.0％，其余为Fe及不可避免的杂质元素；所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢的基体中均匀弥散析出体积分数为1-5％的富铜相，从而增强保鲜效果。
2.根据权利要求1所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢，其特征在于：所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢按重量百分比计，优选的化学成分为：C：≤0.08％；Si：≤1.00％；Mn：≤1.00％；S：≤0.005％；P：≤0.02％；Ni：8.5-9.5％；Cr：18.5-19.5％；Cu：3.5-4.5％，余量为Fe。
3.根据权利要求1所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢，其特征在于：所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢按重量百分比计，化学成分为：C：0.03％；Si：0.44％；Mn：0.38％；P：0.003％；S：0.004％；Ni：9.5％；Cr：19.5％；Cu：4.5％；余量为Fe。
4.一种权利要求1-3中任一项所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢的时效热处理方法，其特征在于：在650-850℃时效处理6-10小时，空冷或水冷至室温，从而使富铜相在所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢的基体中均匀弥散析出，获得增强保鲜效果。
5.根据权利要求4所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢的时效热处理方法，其特征在于：在700-800℃时效处理6-10小时，空冷或水冷至室温。
6.一种权利要求1-3中任一项所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
热加工：钢锭于1080-1120℃均匀化处理1-3小时，开坯锻造，得到经过热加工的钢材；
固溶热处理：将上步经过热加工的钢材在1080-1120℃固溶处理1-3小时，空冷或水冷至室温，得到经过固溶热处理的钢材；
时效热处理：将上步经过固溶热处理的钢材在650-850℃时效处理6-10小时，空冷或水冷至室温。
7.根据权利要求6所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于：所述热加工中分多道次锻造成坯料，终锻造温度不低于950℃。
8.根据权利要求6所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于：所述制备方法为采用真空感应冶炼，或者电弧冶炼+连铸冶炼或电弧炉冶炼+炉外精炼联合使用。
9.一种权利要求4或5所述时效热处理方法获得的增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢在食品存储或食品加工中的应用。
10.根据权利要求9所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢的应用，其特征在于：所述增强食品保鲜效果的奥氏体不锈钢用于制备餐具、厨具、刀具、清洁工具或食品加工设备。
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