Какая сталь пригодна для пищевых продуктов

Нержавеющей или коррозионно-стойкой (простонар. – нержавейка) называется сталь, устойчивая против разрушения под действием атмосферных факторов или в агрессивной среде. Такие свойства обеспечиваются легирующими элементами.

Основной добавкой является хром (Cr). Относительно состава, точного определения того, какой сплав является нержавеющим, нет. По ГОСТ 5632-2014, массовое содержание Cr должно быть не менее 10,5% (у некоторых сталей допускается 7,5%), углерода – не более 1,2%. Хотя и эта норма может быть со временем пересмотрена. В настоящее время ведутся исследования, цель которых – получение стали с наличием Cr до 5% и устойчивостью против коррозии на уровне марок, содержащих 15-17% данного элемента.

В общем случае, если содержание Cr находится в пределах от 13% до 17%, то материал будет коррозионно-стойким в обычной или слабоагрессивной среде. Больше 17% — в агрессивной, в том числе, в 50% азотной кислоте.

Если Cr присутствует в сплаве в достаточном количестве и распределен в нем равномерно, то происходит пассивация. Этот элемент вступает в реакцию с кислородом воздуха и образует на поверхности прозрачную защитную пленку толщиной 130 ангстрем, в виде оксида CrO. Именно она препятствует разрушению материала. Это похоже на протекторный слой алюминия, только намного тоньше.

Помимо Cr, в нержавеющую сталь вводятся и другие присадки, чтобы получить материал с заданными параметрами. Например, добавка никеля повышает сопротивляемость кислотам. Для улучшения механических характеристик применяют серу. Тантал, ниобий и титан обеспечивают стабильную структуру при высоких температурах. Медь, молибден и марганец локализуют коррозию и повышают сопротивляемость кислотам. Чтобы на выходе была сталь, не ржавеющая в атмосферных условиях, используют фосфор и медь.

История создания и преимущества нержавеющей стали

Первооткрывателем нержавейки считается англичанин Harry Brearly (Гарри Брирли).

По одной из версий, в 1913 году, экспериментируя с различными материалами в процессе разработки оружейных стволов, он заметил, что забракованный и выброшенный в дальний угол мастерской хромо-никелевый сплав через много дней продолжал блестеть, как новый. Это первенство оспаривается многими, так как нержавеющие металлы были известны и до указанного времени.

Полученная сталь оказалась превосходным материалом со многими преимуществами:

• Прочная, надежная, устойчивая против механических и химических повреждений.

• Долговечная, не поддается коррозии.

• Легко обрабатывается, в том числе, формуется и сваривается.

• Не требует покраски, расходы на содержание практически отсутствуют.

• Имеет красивый современный внешний вид, из нее получаются стильные товары.

• Отвечает санитарно-гигиеническим требованиям, которые предъявляются к оборудованию пищепрома и бытовой посуде.

Последнее обстоятельство стало причиной того, что нержавеющая сталь, наряду со стеклом и некоторыми видами пластмасс, стала самым популярным материалом, используемым в данной отрасли промышленности. Казалось бы, чтобы узнать, какие марки считаются пищевыми, достаточно открыть справочник (а точнее, марочник) на нужной странице.

Нормативные документы

По нержавеющей стали и продукции из данного материала принято довольно большое количество стандартов. Одним из основных является ГОСТ 5632-2014 «Легированные нержавеющие стали и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные». Кроме того, есть ISO 15510:2010 «Сталь нержавеющая. Химический состав». А также ГОСТ Р 51393-99 и другие — по техническим условиям на прокат, трубы и прочие изделия.

Найти в них указанный выше термин не получится. В ГОСТах, ТУ и прочих нормативных документах нет официального понятия «пищевая нержавеющая сталь». Ни по одной из марок не сказано, что она годится для контакта с продуктами в любой ситуации. В лучшем случае, даются рекомендации по применению в конкретных условиях либо для определенных групп изделий.

Чтобы понять, почему так получается, надо более подробно разобраться с коррозией стали, ее типами и характеристиками.

Виды коррозии нержавеющей стали

Не смотря на то, что нержавеющая сталь считается коррозионно-устойчивой, это совсем не значит, что она не может разрушаться в определенных условиях. Ниже перечислены основные виды коррозии и приведены условия ее возникновения.

Электрохимическая (гальваническая). Возникает, когда сталь и другой материал соприкасаются в электропроводящей среде. Они при этом образуют гальваническую пару, в которой элемент с большим электрохимическим потенциалом работает как катод, а с меньшим — как анод. Последний растворяется, то есть, подвергается коррозии.

Точечная (питтинговая). Разновидность электрохимической, наиболее распространенная. Образуется при локальном разрушении оксидного слоя и недостатке кислорода в этом месте. Образуются небольшие в диаметре, но глубокие полости (питтинги).

Щелевая. Разновидность электрохимической, вторая по степени распространения. Появляется, если между элементами из стали и другого материала есть небольшой зазор, в который поступает агрессивная жидкость, например, с ионами хлоридов. Сначала они накапливаются и вытесняют кислород. Затем в щели формируется анод из стали и катод из другого материала. Пассивирующая пленка разрушается и более не восстанавливается.

Межкристаллитная (межзеренная). Возникает при высоких температурах, например, во время сварки. Причина в том, что в определенных условиях твердое тело расслаивается. По границам зерен образуются фазы, в которых одного из компонентов материала много. А на участках, прилегающих к этим границам, его мало. Коррозия способна проникнуть на большую глубину. В агрессивной среде разрушаются либо обогащенные, либо обедненные участки. Этот тип опасен тем, что изделие обычно сохраняет свой товарный вид, но, под нагрузкой, неожиданно разваливается.

Сенсибилизация (коррозия сварного шва, если в зоне соединения, или ножевая, если в виде узкой полосы). Разновидность межкристаллитной. С поверхности материала выпадают кристаллы. Начинается из-за того, что на границах между зернами теряется хром из-за интерметаллических карбидов. 6 атомов углерода удаляют из нержавейки 23 атома Cr, в результате чего процентное содержание последнего может снизиться в полтора раза. В агрессивной среде центр кристалла является катодом, а граница между зернами – анодом. Из-за этого, через некоторое время, связи ослабевают и кристаллы выпадают.

Контактная. Возникает при соприкосновении нержавейки с углеродистой сталью. Частицы последней остаются на поверхности, образуя аноды, и ржавеют.

Общая. Образуется, когда защитный слой разрушается на всей поверхности. Галогены (хлор, фтор, йод, бром) проникают через пленку и становятся причиной коррозии. По этой причине чистить нержавейку хлорсодержащими средствами не рекомендуется.

Эрозионная. Появляется, когда абразивная жидкость падает на поверхность стали с большой скоростью и разрушает защитный слой.

Говоря о коррозии нержавеющей стали, следует отметить два важных момента. Во-первых, чем более гладкой является поверхность материала, тем лучше он сопротивляется разрушению, при прочих равных условиях. Также большое значение имеет отсутствие кристаллических дефектов и внутренних напряжений. Во-вторых, если оксидная пленка в каком-то месте нарушена, но деталь находится в благоприятных условиях (прежде всего – в присутствии достаточного количества кислорода), то защитный слой может восстановиться самостоятельно. Это следует учитывать при использовании изделий из нержавейки в бедной на кислород среде.

Классификация нержавеющих сталей

Группы по сопротивляемости

По степени сопротивления разрушающему воздействию в разных условиях, нержавейка делится на три группы:

• Коррозионно-стойкая. Надежно работает в обычных и слабоагрессивных бытовых и промышленных средах.

• Жаростойкая. Устойчива против коррозии в сильноагрессивной среде при высокой температуре.

• Жаропрочная. Хорошо сопротивляется механическому разрушению при высокой температуре.

По химическому составу нержавейка делится на:

• Хромистые: мартенситные, мартенситно-ферритные, ферритные.

• Хромоникелевые: аустенитные, аустенитно-ферритные, аустенитно-мартенситные, аустенитно-карбидные.

• Хромомарганцевонинкелевые (классификация аналогична предыдущей).

Стали с двойным названием относятся к двухфазным. Наиболее популярными среди перечисленных видов являются:

• Аустенитные. Не магнитные. Самые распространенные в промышленности. Основные составляющие: хром от 15% до 20%, никель от 5% до 15%. Главное достоинство – отличные рабочие и технологические характеристики. Пластичные, прочные, в большинстве сред устойчивы против коррозии, хорошо свариваются и подвергаются тепловой обработке. Склонны к межкристаллитной коррозии, так как «боятся» прокаливания. После добавки ниобия и титана, становятся стабилизированными. Снижение количества углерода до 0,03% также уменьшает подверженность к данному виду разрушения. Обозначение – А.

• Мартенситные. Могут быть магнитными. Хром – от 10% до 17%, углерод – до 1%. По сравнению с предыдущими, более твердые и сильнее подвержены коррозии, из-за низкого содержания Cr. Хорошо работают в слабоагрессивной среде и под открытым воздухом. Сложнее в обработке. Механические свойства высокие. Упрочняются после закалки. Обозначение – С.

• Ферритные. Магнитные. Хром – от 10% до 30%, углерод – менее 0,1%. Содержат мало углерода, поэтому более мягкие, по сравнению с мартенситными. Достаточно пластичные и прочные, легко обрабатываются. Термообработке не поддаются. Сохраняют прочность и коррозионную устойчивость в окислительных и других агрессивных средах. Недорогие. Обозначение – F.

Среди всех используемых сталей, аустенитные и ферритные составляют 95%. Двухфазные сочетают свойства разных типов. В пищевой промышленности применяются, в основном, стабилизированные аустенитные нержавеющие стали. Для изготовления столовой посуды используют хромоникелевые и хромомарганцевоникелевые разновидности.

Марки нержавейки

Ниже приведены свойства наиболее популярных марок нержавеющей стали. В скобках указаны российские аналоги.

AISI 304 (08Х18Н10). Самая популярная из всех марок, очень широко применяется в пищевой, а также других отраслях промышленности. Прочная, упругая, пластичная, с хорошим набором технических характеристик. Легко сваривается, устойчивая против коррозии в агрессивной среде. Нормально себя «чувствует» при низких и высоких температурах. Межкристаллитная коррозия начинается в области очень высоких температур. Относительно недорогая.

AISI 316 (10Х17Н13М2). «Триста шестнадцатая» — это та же «триста четвертая», но с добавкой молибдена. В результате устойчивость против коррозии еще более усиливается, плюс добавляется способность противостоять разрушению при высоких температурах и в агрессивных кислотных средах. Технические характеристики превосходные, цена доступная. Тоже широко применяется в пищепроме.

AISI 316Т (10Х17Н13М2Т). «Триста шестнадцатая» с добавкой титана отличается повышенной прочностью, хорошо работает при высоких температурах и не «боится» воздействия ионов хлора. Сваривается без проблем, популярна в пищевой промышленности.

AISI 321 (12-08Х18Н10Т). Содержание титана еще более увеличено. Материал легко сваривается, успешно противостоит разрушающим воздействиям при температуре до + 800 град С.

AISI 430 (12Х17). У этой стали довольно много хрома и мало углерода. Материал с таким соотношением получается очень прочный и пластичный. Он хорошо не только сваривается, но и штампуется, сгибается или перфорируется. Устойчив против резких перепадов температуры, надежно противостоит коррозии в опасных средах, в том числе, серосодержащих.

AISI 201 (12Х15Г9НД). Эта сталь намного дешевле аналогов из 300-й или 400-й серии за счет того, что никель частично заменен азотом и марганцем. Химический состав настолько хорошо сбалансирован, что по характеристикам она практически не уступает «304-й» или «321-й».

Рассматривая характеристики различных марок, нетрудно заметить, что в базовый сплав целенаправленно вводятся определенные легирующие элементы для того, чтобы получить материал, наилучшим образом подходящий к конкретным условиям. По этой причине фраза «пищевая нержавеющая сталь» на официальном уровне и не употребляется – марка, хорошо работающая в одной ситуации, окажется мало пригодной в другой. AISI 304 и AISI 316, как самые универсальные, используются наиболее широко. Но, например, AISI 304 L при температурах выше + 425 град С заметно теряет прочность. Где-то надо, чтобы сталь выдерживала очень высокие температуры, а где-то – чтобы не боялась хлора, по одной технологии требуется большая пластичность, по другой – хорошая свариваемость. Таких ситуаций множество, чем и объясняется разнообразие марок. Если же какая-то из них в обиходной речи объявляется пищевой, то имеется в виду лишь то, что она более или менее часто используется в пищепроме. Но это не значит, что она может контактировать с продуктами или пищевым сырьем в любых условиях.

Как определить химический состав нержавеющей стали

Нередко, не только на производстве, но и в быту, возникает желание узнать состав нержавейки, из которой сделан товар. Например, изготовитель заявляет, что в качестве исходного материала для посуды брался сплав с оптимальным соотношением хрома и никеля 18 / 10. Насколько это соответствует действительности?

На предприятиях вопрос определения состава сплава особенно актуален при работе с вторсырьем.

В бытовых условиях, без специальных приборов, сделать это невозможно. Чтобы узнать перечень основных и легирующих компонентов и их содержание, надо выполнить спектральный анализ в лаборатории с помощью стационарного или мобильного анализатора металлов (спектрометра). Можно и прямо в цехе, используя портативную модель. Классический химический анализ (так называемая «мокрая химия») применяется редко, ввиду своей длительности, трудоемкости и необходимости наличия подготовленных специалистов-химиков. Тем не менее, он все еще используется, особенно в арбитражных ситуациях.

Чтобы быстро и без приборов разобраться, подходит ли нержавейка для пищевого производства, можно на некоторое время поместить ее в рабочую среду. Или в раствор уксуса (2%). Если металл потемнеет – не годится.

Как определить, является ли сталь нержавеющей

Определение с помощью магнита – это не показатель. В одной только пищевой промышленности применяются магнитные AISI 420, 430, 440, 441, 439, 630 и немагнитные AISI 304, 316, 904. Многое зависит от присутствия никеля.

Если на металл капнуть щелочь (раствор калиевой или натриевой гидроокиси), то на обычной стали появятся буро-ржавые пятна (гидроокись железа). На нержавейке ничего не изменится. С кислотой (например, концентрированной азотной) — то же самое. У черной стали – интенсивная реакция, с выделением водорода. При наличии большого куска металла и сомнении в его «внутренностях», надо, перед проведением опыта, снять напильником или наждачкой верхний слой.

После окончания эксперимента, желательно нейтрализовать химикаты – раствором уксуса полить щелочь, пищевой содой – засыпать кислоту.

Нержавеющая сталь – это лучший материал для пищевой промышленности. Она прочная, красивая, а главное – подходит по всем санитарно-гигиеническим требованиям.

Источник