不銹鋼餐廚具的發(fā)展現(xiàn)狀及展望

中國科學(xué)院金屬研究所（沈陽） 胡光 史顯波 楊柯

1.引言

餐廚具是人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚娜沼闷分唬藗円蝗杖途x不開餐廚具的使用。餐廚具按照其材質(zhì)和用途的不同，有各種不同的種類，主要包括金屬器具、成套的陶瓷餐具、玻璃材質(zhì)的器皿、杯盤碟及其它容器。

餐廚具行業(yè)是伴隨著餐飲業(yè)的發(fā)展而逐漸發(fā)展起來的。全球餐飲業(yè)的發(fā)展受到歷史文化、氣候環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、宗教信仰和傳統(tǒng)習(xí)慣等諸多因素的影響，存在差異性，各國餐廚具行業(yè)的發(fā)展也因此具有一定的不同。歐美、日本、韓國等發(fā)達(dá)國家的餐廚具行業(yè)發(fā)展速度較快，高檔不銹鋼餐廚具的開發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造技術(shù)及世界知名品牌也主要集中在這些國家，如菲仕樂（Fissler）、福騰寶（WMF）、雙立人（Zwilling）、拉歌蒂尼（Lagostina）等品牌的餐廚具。從餐廚具材質(zhì)的消費(fèi)上看，發(fā)達(dá)國家的不銹鋼餐廚具消費(fèi)量較大。2015年歐洲地區(qū)不銹鋼餐廚具市場規(guī)模為28.86億美元，占同期全球消費(fèi)總量的33.6%，是目前全球最大的不銹鋼餐廚具消費(fèi)市場[1]。隨著西方文化的滲透，不銹鋼餐廚具在中國的消費(fèi)量也在不斷增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年中國不銹鋼餐廚具制造業(yè)的銷售收入達(dá)到164.57億元，同期國內(nèi)產(chǎn)品需求市場規(guī)模為46.54億元，國內(nèi)需求規(guī)模占比從2007年的9.2%增長至2015年的28.3%[1]。但是，國內(nèi)不銹鋼餐廚具的品牌產(chǎn)品所占市場份額較低。國內(nèi)不銹鋼餐廚具行業(yè)多屬于代工生產(chǎn)，雖然部分企業(yè)的生產(chǎn)制造技術(shù)已逐步具備國際先進(jìn)水平，但企業(yè)的品牌意識淡薄，國內(nèi)市場上缺乏具有較大影響力的品牌，單一品牌市場份額不超過5%[1]。中國已經(jīng)成為全球不銹鋼餐廚具產(chǎn)品的主要生產(chǎn)基地。在我國現(xiàn)有的600多家不銹鋼餐廚具生產(chǎn)企業(yè)中，53%集中在廣東，21%在浙江，13%在山東，其中90%以上產(chǎn)品出口到海外市場。從不銹鋼消費(fèi)數(shù)量來看，2017年，國內(nèi)不銹鋼商品的消費(fèi)量為2376.3萬噸，其中日用制品類不銹鋼的消耗量為430萬噸，占市場份額的18%[2]。

如今，伴隨人們生活水平的日益提高，對日常生活用品的品質(zhì)要求正在不斷地提高。人們在使用餐廚具時不但要求可循環(huán)使用、美觀大方、容易清洗以及不易損壞等需求，甚至要求具有抗菌、防霉等功能。可以預(yù)見，多功能化、智能化、節(jié)能環(huán)保、健康安全等不銹鋼餐廚具產(chǎn)品正逐漸替代傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)適用型不銹鋼餐廚具。其結(jié)果是餐廚具用不銹鋼產(chǎn)品需求將進(jìn)一步增加，預(yù)計(jì)2018年我國日用制品行業(yè)的不銹鋼消費(fèi)量將達(dá)到460萬噸。到2020年，日用制品行業(yè)的不銹鋼消費(fèi)量或?qū)⑦_(dá)到650萬噸，屆時不銹鋼餐廚具行業(yè)將迎來蓬勃發(fā)展之勢[3]。

2.不銹鋼餐廚具用材質(zhì)

中國是全球最大的不銹鋼生產(chǎn)和消費(fèi)的國家[4]。2017年，我國34家不銹鋼主要生產(chǎn)企業(yè)的不銹鋼粗鋼產(chǎn)量為2566.12萬噸，包括Cr-Mn鋼（200系）809.75萬噸，所占份額為31.6%；Cr-Ni鋼（300系）1298.04萬噸，所占份額為50.6%；Cr鋼（400系）458.33萬噸，所占份額為17.9%[5]。不銹鋼是一種集性能、外觀和使用特性于一身的鋼鐵材料，其制造的產(chǎn)品具備耐蝕、耐熱、易清潔、美觀耐用等諸多特性，已在日用品行業(yè)廣泛應(yīng)用，如餐廚具、燃?xì)庠罹摺⒐┧堋λ洹还瘛⑹秤闷髅蟮取Ｄ壳埃袌錾现谱鞑讳P鋼餐廚具使用的材料主要為430型和304型不銹鋼。

2.1 430型鐵素體不銹鋼

鐵素體不銹鋼早期被稱為“不銹鐵”，主要指含11～30%Cr，在使用狀態(tài)下組織結(jié)構(gòu)以鐵素體為主的Fe-Cr或Fe-Cr-Mo合金[6]。由于此類鋼中不含鎳（Ni）或個別牌號僅含少量Ni，成本和價格相對較低。它一般具有比奧氏體不銹鋼更好的耐氯化物、苛性堿等應(yīng)力腐蝕性能，還具有較好的耐海水局部腐蝕性能和抗高溫氧化性能。缺點(diǎn)是對晶間腐蝕敏感，塑性和韌性較低，冷成型性能不足。430是中Cr鐵素體不銹鋼的典型代表牌號，國標(biāo)牌號為1Cr17，它是鐵素體不銹鋼中應(yīng)用最廣泛的一種。由于鋼中含有較高的Cr含量，其耐蝕性能更好，甚至達(dá)到304型奧氏體不銹鋼的水平。在室內(nèi)應(yīng)用環(huán)境中，430型不銹鋼可以取代304型不銹鋼，同時430型不銹鋼的生產(chǎn)成本低，廚房用具如炒鍋和餐具等常用430型不銹鋼制作。

鐵素體不銹鋼與奧氏體不銹鋼在性能上的另一差別在于其室溫至居里點(diǎn)（650-750℃）時具有鐵磁性。磁性能與化學(xué)成分密切相關(guān)而與腐蝕性能無關(guān)。之所以得出鐵磁性會導(dǎo)致降低耐腐蝕性能這一錯誤結(jié)論，是因?yàn)閷⒑休^低Cr的鐵素體不銹鋼（13～16%Cr）與304型不銹鋼進(jìn)行對比。事實(shí)上，在某些應(yīng)用方面，鐵磁性是不銹鋼的一項(xiàng)重要優(yōu)勢，從冰箱門上磁力吸附磁貼到電磁爐等產(chǎn)品，必須使用鐵素體不銹鋼等具有鐵磁性的材料，才能將電磁能轉(zhuǎn)化為熱能。在用于熱傳導(dǎo)部件時，鐵素體不銹鋼較低的線膨脹系數(shù)和較高的導(dǎo)熱性是奧氏體不銹鋼所不具備的另一項(xiàng)重要優(yōu)勢。

2.2 304型奧氏體不銹鋼

奧氏體不銹鋼是在高溫和室溫下均以奧氏體組織為主的Fe-Cr-Ni或Fe-Cr-Mn-Ni-（N）型不銹鋼。Fe-Cr-Ni型奧氏體不銹鋼是現(xiàn)有五大類不銹鋼中綜合性能最好、牌號最多、品種規(guī)格最全、使用范圍最廣、發(fā)展最快、產(chǎn)量最大、消費(fèi)領(lǐng)域最寬的一類不銹鋼[7]。該類型奧氏體不銹鋼在多種腐蝕介質(zhì)中具有優(yōu)異的耐蝕性，并且綜合力學(xué)性能良好，同時工藝性能和可焊性能優(yōu)良，因而在多種化工及輕工領(lǐng)域中獲得了最廣泛的應(yīng)用。奧氏體不銹鋼的非鐵磁性和良好的低溫韌性也進(jìn)一步擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。但是Fe-Cr-Ni型奧氏體不銹鋼的強(qiáng)度、硬度偏低，不宜用于承受較重負(fù)荷及對硬度和耐磨性有要求的設(shè)備或部件。304型不銹鋼，國標(biāo)牌號0Cr18Ni9，是產(chǎn)量和消費(fèi)量最大的一種18/8型Fe-Cr-Ni型不銹鋼，約占奧氏體不銹鋼總產(chǎn)量的80%以上。在餐廚具材質(zhì)方面，相比430型鐵素體不銹鋼，304型奧氏體不銹鋼在冷成型性方面具有明顯的優(yōu)勢。因此，對于加工變形量較大的餐廚具多選用304型不銹鋼作為材質(zhì)。另外，304型不銹鋼中含有昂貴的Ni元素，成本和價格高，多用于制作高端餐廚具。

3.不銹鋼餐廚具的發(fā)展趨勢

未來，全球餐飲行業(yè)的發(fā)展將逐漸走向品質(zhì)、健康、安全、環(huán)保和高效，能夠體現(xiàn)品質(zhì)生活和實(shí)現(xiàn)健康安全生活的餐飲食品和餐廚具將越來越受歡迎。在消費(fèi)需求的推動下，全球餐廚具行業(yè)將更加關(guān)注產(chǎn)品的材質(zhì)、設(shè)計(jì)、質(zhì)量、環(huán)保、健康等方面。因此，應(yīng)用新材料開發(fā)出更加健康、環(huán)保、細(xì)致及體現(xiàn)設(shè)計(jì)特色的餐廚具產(chǎn)品是未來不銹鋼餐廚具行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

3.1 抗菌不銹鋼餐廚具

含銅抗菌不銹鋼是近年來發(fā)展的一類具有結(jié)構(gòu)/功能一體化特征的鋼鐵新材料。抗菌不銹鋼是通過銅合金化，使其充分溶解到不銹鋼基體中，再經(jīng)過特殊的熱處理工藝，使基體中過飽和的銅以富銅相的形式均勻彌散析出。當(dāng)抗菌不銹鋼與潮濕的空氣或腐蝕介質(zhì)接觸時，富銅相將會持續(xù)釋放微量銅離子，破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜、細(xì)胞壁、細(xì)胞酶系統(tǒng)，進(jìn)而抑制細(xì)菌滋生，從而達(dá)到抗菌效果。同時，銅還是人體中必須的韌骨元素，而且對心血管系統(tǒng)具有有益作用。含銅抗菌不銹鋼不僅具有普通不銹鋼高強(qiáng)、耐蝕和美觀的特性，還具有普通不銹鋼所不具備的抗菌功能[8]。抗菌不銹鋼可應(yīng)用于各種細(xì)菌傳播和易交叉感染的場所，如炊具、食品加工器械和餐飲器具的制造，以及醫(yī)療單位和公共場合的設(shè)施。日前，沈陽融榮科技有限公司聯(lián)合中國科學(xué)院金屬研究所在國際上首次成功制備出百噸級（120噸）抗菌不銹鋼板材，其組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、耐腐蝕性能均達(dá)到普通304型不銹鋼的相當(dāng)水平，而且具有高于99%的抗菌率。表1為百噸級304Cu抗菌不銹鋼的化學(xué)成分。

表1 抗菌不銹鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）

圖1 304Cu抗菌不銹鋼和304不銹鋼的力學(xué)性能

圖1為百噸級304Cu抗菌不銹鋼和普通304不銹鋼板材的力學(xué)性能。由圖可見，百噸級304Cu抗菌不銹鋼和普通304不銹鋼的屈服強(qiáng)度相近，抗拉強(qiáng)度和延伸率略低，但仍達(dá)到304不銹鋼的力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)，完全可以滿足相關(guān)產(chǎn)品的力學(xué)性能需求。百噸級304Cu抗菌不銹鋼和普通304不銹鋼的耐蝕性能比較如圖2所示。兩種不銹鋼在0.9%生理鹽水環(huán)境中的極化曲線顯示出：304不銹鋼的點(diǎn)蝕電位約為0.42V，抗菌不銹鋼的點(diǎn)蝕電位約為0.38V，二者耐蝕性相當(dāng)。

圖2 304Cu抗菌不銹鋼和304不銹鋼的極化曲線

圖3 304Cu抗菌不銹鋼和304不銹鋼對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌殺滅作用的效果照片

百噸級304Cu抗菌不銹鋼與普通304不銹鋼的抗菌實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明（圖3）：抗菌不銹鋼對大腸桿菌的抗菌率為99.6%，對金黃色葡萄球菌的抗菌率高達(dá)99.9%，顯示出優(yōu)異的抗菌性能。

圖4 普通304和304Cu抗菌不銹鋼勺分別與牛奶在37℃恒溫箱加速變質(zhì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了抗菌不銹鋼產(chǎn)品的抗菌特性，用看得見的實(shí)驗(yàn)結(jié)果傳遞看不見的抗菌效果，對抗菌不銹鋼勺做了牛奶和米飯的保鮮實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4和5所示。通常認(rèn)為，導(dǎo)致牛奶變質(zhì)的主要原因是細(xì)菌和真菌在牛奶中的大量繁殖。其中腸道桿菌的大量繁殖是導(dǎo)致牛奶變質(zhì)的主要細(xì)菌之一，也是評定乳制品污染程度的指標(biāo)之一。圖4為普通304和304Cu抗菌不銹鋼勺分別與牛奶在37℃恒溫箱加速腐敗的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)前2種不銹鋼勺上附著的牛奶光滑，不存在差異；18小時后普通不銹鋼勺的表面上粘附大量結(jié)塊牛奶，抗菌不銹鋼勺表面僅附著少量結(jié)塊牛奶。

米飯變質(zhì)的主要原因是細(xì)菌在米飯里的大量繁殖。其中霉菌（灰綠曲霉、毛霉、黃曲霉）、金黃色葡萄球菌、蠟樣芽孢桿菌等是導(dǎo)致米飯發(fā)霉、變餿的主要細(xì)菌。而黃曲霉寄生曲霉產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物—黃曲霉毒素更是列在一類致癌物清單中。金黃色葡萄球菌和蠟樣芽孢桿菌在繁殖過程中還能產(chǎn)生腸毒素，人吃了含有腸毒素的餿米飯就會引起食物中毒。圖5是普通304和304Cu抗菌不銹鋼勺分別與米飯?jiān)?7℃恒溫箱加速腐敗的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)前2種不銹鋼勺接觸的米飯顏色呈米白色，顆粒清晰；40小時后，放置普通不銹鋼勺的米飯顏色呈黃色，表面長出絮狀菌毛，放置抗菌不銹鋼勺的米飯顏色只是微黃，無菌毛出現(xiàn)。

圖5 普通304和304Cu抗菌不銹鋼勺分別與米飯?jiān)?7℃恒溫箱加速變質(zhì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.2 防劃痕不銹鋼餐廚具

目前，市場上制作的不銹鋼餐廚具多選用430型和304型不銹鋼。所用的不銹鋼材質(zhì)偏軟，硬度不足。用過一段時間后，餐廚具經(jīng)過多次擦洗、相互碰撞等容易出現(xiàn)表面劃痕，影響美觀效果，并且降低其耐蝕性能。因此，不銹鋼餐廚具表面防劃痕性能的好壞受到生產(chǎn)商和消費(fèi)者的關(guān)注。為改善這一問題，生產(chǎn)廠家為消費(fèi)者進(jìn)行定期免費(fèi)返廠拋光處理，但這樣給生產(chǎn)廠家造成成本上的大幅增加，同時給消費(fèi)者帶來不便。

德國福騰寶（WMF）餐具以其抗劃痕、極其耐磨、拋光處理后表面極為閃亮等特點(diǎn)獲得消費(fèi)者的喜愛。由于其獨(dú)特的產(chǎn)品特點(diǎn)，其價格昂貴，是國產(chǎn)餐具的十幾倍甚至幾十倍。如果從不銹鋼材料自身解決餐廚具易出現(xiàn)劃痕這一問題，將會填補(bǔ)國內(nèi)不銹鋼餐廚具行業(yè)的空白，具有重要的現(xiàn)實(shí)與經(jīng)濟(jì)意義。

圖6 Inco400不銹鋼顯微組織形貌

圖6為沈陽融榮科技有限公司聯(lián)合中國科學(xué)院金屬研究所研發(fā)的新型高硬度不銹鋼（Inco400）的顯微組織圖，組織為馬氏體基體中析出大量彌散的析出相，經(jīng)過適當(dāng)熱處理后，硬度值高達(dá)HRC53，為高硬度防劃痕不銹鋼餐具的國產(chǎn)化奠定了材料基礎(chǔ)。而且相比傳統(tǒng)的420型馬氏體不銹鋼，該鋼還具備優(yōu)異的耐腐蝕性能。如圖7所示，新型高硬度不銹鋼Inco400在0.9%生理鹽水中的點(diǎn)蝕電位高于420型馬氏體不銹鋼。

圖7 Inco400不銹鋼和420型不銹鋼的極化曲線

圖8 Inco400不銹鋼和420不銹鋼對大腸桿菌的殺滅效果圖

該新型不銹鋼在具備高硬度、防劃痕的同時，還具備優(yōu)異的抗菌性能，圖8為Inco400不銹鋼與對照420型不銹鋼與大腸桿菌共培養(yǎng)24h后的殺滅效果，顯示出優(yōu)異的殺菌作用。該新型不銹鋼有望應(yīng)用在不銹鋼餐具行業(yè)，將實(shí)現(xiàn)不銹鋼餐具的多重功能。這不僅提升我國不銹鋼餐具行業(yè)的整體競爭力，順應(yīng)國內(nèi)外不銹鋼技術(shù)的發(fā)展方向，還優(yōu)化了不銹鋼品種和消費(fèi)結(jié)構(gòu)，對支撐我國高端餐具制造業(yè)的快速發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義，也將會創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

4.展望

餐廚具的生產(chǎn)經(jīng)歷了由工業(yè)機(jī)械化向人性化定制的發(fā)展，由過去只講求經(jīng)濟(jì)實(shí)用的程式化生產(chǎn)轉(zhuǎn)向個性化的手工定制。伴隨人們生活水平的日益提高，如今不銹鋼餐廚具正朝著多功能化、智能化、節(jié)能環(huán)保方向發(fā)展，人們更注重餐廚具產(chǎn)品的健康、安全、美觀和環(huán)保。性能優(yōu)異的含銅抗菌不銹鋼，高硬度、防劃痕新型不銹鋼將逐步實(shí)現(xiàn)對傳統(tǒng)不銹鋼的替代。新材料應(yīng)用是餐廚具行業(yè)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，是提高我國不銹鋼餐廚具產(chǎn)品性能、增加功能、品種的必由之路。只有加快推進(jìn)新材料的廣泛應(yīng)用，提高我國產(chǎn)品檔次，發(fā)展高級、優(yōu)質(zhì)不銹鋼餐廚具產(chǎn)品，才能使我國自主品牌在國內(nèi)外市場的競爭中進(jìn)入到優(yōu)勢行列。