中国科学院金属研究所（沈阳） 胡光 史显波 杨柯

1.引言

餐厨具是人们日常生活中必不可少的日用品之一，人们一日三餐均离不开餐厨具的使用。餐厨具按照其材质和用途的不同，有各种不同的种类，主要包括金属器具、成套的陶瓷餐具、玻璃材质的器皿、杯盘碟及其它容器。

餐厨具行业是伴随着餐饮业的发展而逐渐发展起来的。全球餐饮业的发展受到历史文化、气候环境、经济发展、宗教信仰和传统习惯等诸多因素的影响，存在差异性，各国餐厨具行业的发展也因此具有一定的不同。欧美、日本、韩国等发达国家的餐厨具行业发展速度较快，高档不锈钢餐厨具的开发设计、生产制造技术及世界知名品牌也主要集中在这些国家，如菲仕乐（Fissler）、福腾宝（WMF）、双立人（Zwilling）、拉歌蒂尼（Lagostina）等品牌的餐厨具。从餐厨具材质的消费上看，发达国家的不锈钢餐厨具消费量较大。2015年欧洲地区不锈钢餐厨具市场规模为28.86亿美元，占同期全球消费总量的33.6%，是目前全球最大的不锈钢餐厨具消费市场[1]。随着西方文化的渗透，不锈钢餐厨具在中国的消费量也在不断增加。据统计，2015年中国不锈钢餐厨具制造业的销售收入达到164.57亿元，同期国内产品需求市场规模为46.54亿元，国内需求规模占比从2007年的9.2%增长至2015年的28.3%[1]。但是，国内不锈钢餐厨具的品牌产品所占市场份额较低。国内不锈钢餐厨具行业多属于代工生产，虽然部分企业的生产制造技术已逐步具备国际先进水平，但企业的品牌意识淡薄，国内市场上缺乏具有较大影响力的品牌，单一品牌市场份额不超过5%[1]。中国已经成为全球不锈钢餐厨具产品的主要生产基地。在我国现有的600多家不锈钢餐厨具生产企业中，53%集中在广东，21%在浙江，13%在山东，其中90%以上产品出口到海外市场。从不锈钢消费数量来看，2017年，国内不锈钢商品的消费量为2376.3万吨，其中日用制品类不锈钢的消耗量为430万吨，占市场份额的18%[2]。

如今，伴随人们生活水平的日益提高，对日常生活用品的品质要求正在不断地提高。人们在使用餐厨具时不但要求可循环使用、美观大方、容易清洗以及不易损坏等需求，甚至要求具有抗菌、防霉等功能。可以预见，多功能化、智能化、节能环保、健康安全等不锈钢餐厨具产品正逐渐替代传统的经济适用型不锈钢餐厨具。其结果是餐厨具用不锈钢产品需求将进一步增加，预计2018年我国日用制品行业的不锈钢消费量将达到460万吨。到2020年，日用制品行业的不锈钢消费量或将达到650万吨，届时不锈钢餐厨具行业将迎来蓬勃发展之势[3]。

2.不锈钢餐厨具用材质

中国是全球最大的不锈钢生产和消费的国家[4]。2017年，我国34家不锈钢主要生产企业的不锈钢粗钢产量为2566.12万吨，包括Cr-Mn钢（200系）809.75万吨，所占份额为31.6%；Cr-Ni钢（300系）1298.04万吨，所占份额为50.6%；Cr钢（400系）458.33万吨，所占份额为17.9%[5]。不锈钢是一种集性能、外观和使用特性于一身的钢铁材料，其制造的产品具备耐蚀、耐热、易清洁、美观耐用等诸多特性，已在日用品行业广泛应用，如餐厨具、燃气灶具、供水管、储水箱、橱柜、食用器皿等。目前，市场上制作不锈钢餐厨具使用的材料主要为430型和304型不锈钢。

2.1 430型铁素体不锈钢

铁素体不锈钢早期被称为“不锈铁”，主要指含11～30%Cr，在使用状态下组织结构以铁素体为主的Fe-Cr或Fe-Cr-Mo合金[6]。由于此类钢中不含镍（Ni）或个别牌号仅含少量Ni，成本和价格相对较低。它一般具有比奥氏体不锈钢更好的耐氯化物、苛性碱等应力腐蚀性能，还具有较好的耐海水局部腐蚀性能和抗高温氧化性能。缺点是对晶间腐蚀敏感，塑性和韧性较低，冷成型性能不足。430是中Cr铁素体不锈钢的典型代表牌号，国标牌号为1Cr17，它是铁素体不锈钢中应用最广泛的一种。由于钢中含有较高的Cr含量，其耐蚀性能更好，甚至达到304型奥氏体不锈钢的水平。在室内应用环境中，430型不锈钢可以取代304型不锈钢，同时430型不锈钢的生产成本低，厨房用具如炒锅和餐具等常用430型不锈钢制作。

铁素体不锈钢与奥氏体不锈钢在性能上的另一差别在于其室温至居里点（650-750℃）时具有铁磁性。磁性能与化学成分密切相关而与腐蚀性能无关。之所以得出铁磁性会导致降低耐腐蚀性能这一错误结论，是因为将含有较低Cr的铁素体不锈钢（13～16%Cr）与304型不锈钢进行对比。事实上，在某些应用方面，铁磁性是不锈钢的一项重要优势，从冰箱门上磁力吸附磁贴到电磁炉等产品，必须使用铁素体不锈钢等具有铁磁性的材料，才能将电磁能转化为热能。在用于热传导部件时，铁素体不锈钢较低的线膨胀系数和较高的导热性是奥氏体不锈钢所不具备的另一项重要优势。

2.2 304型奥氏体不锈钢

奥氏体不锈钢是在高温和室温下均以奥氏体组织为主的Fe-Cr-Ni或Fe-Cr-Mn-Ni-（N）型不锈钢。Fe-Cr-Ni型奥氏体不锈钢是现有五大类不锈钢中综合性能最好、牌号最多、品种规格最全、使用范围最广、发展最快、产量最大、消费领域最宽的一类不锈钢[7]。该类型奥氏体不锈钢在多种腐蚀介质中具有优异的耐蚀性，并且综合力学性能良好，同时工艺性能和可焊性能优良，因而在多种化工及轻工领域中获得了最广泛的应用。奥氏体不锈钢的非铁磁性和良好的低温韧性也进一步扩大了其应用范围。但是Fe-Cr-Ni型奥氏体不锈钢的强度、硬度偏低，不宜用于承受较重负荷及对硬度和耐磨性有要求的设备或部件。304型不锈钢，国标牌号0Cr18Ni9，是产量和消费量最大的一种18/8型Fe-Cr-Ni型不锈钢，约占奥氏体不锈钢总产量的80%以上。在餐厨具材质方面，相比430型铁素体不锈钢，304型奥氏体不锈钢在冷成型性方面具有明显的优势。因此，对于加工变形量较大的餐厨具多选用304型不锈钢作为材质。另外，304型不锈钢中含有昂贵的Ni元素，成本和价格高，多用于制作高端餐厨具。

3.不锈钢餐厨具的发展趋势

未来，全球餐饮行业的发展将逐渐走向品质、健康、安全、环保和高效，能够体现品质生活和实现健康安全生活的餐饮食品和餐厨具将越来越受欢迎。在消费需求的推动下，全球餐厨具行业将更加关注产品的材质、设计、质量、环保、健康等方面。因此，应用新材料开发出更加健康、环保、细致及体现设计特色的餐厨具产品是未来不锈钢餐厨具行业发展的必然趋势。

3.1 抗菌不锈钢餐厨具

含铜抗菌不锈钢是近年来发展的一类具有结构/功能一体化特征的钢铁新材料。抗菌不锈钢是通过铜合金化，使其充分溶解到不锈钢基体中，再经过特殊的热处理工艺，使基体中过饱和的铜以富铜相的形式均匀弥散析出。当抗菌不锈钢与潮湿的空气或腐蚀介质接触时，富铜相将会持续释放微量铜离子，破坏细菌的细胞膜、细胞壁、细胞酶系统，进而抑制细菌滋生，从而达到抗菌效果。同时，铜还是人体中必须的韧骨元素，而且对心血管系统具有有益作用。含铜抗菌不锈钢不仅具有普通不锈钢高强、耐蚀和美观的特性，还具有普通不锈钢所不具备的抗菌功能[8]。抗菌不锈钢可应用于各种细菌传播和易交叉感染的场所，如炊具、食品加工器械和餐饮器具的制造，以及医疗单位和公共场合的设施。日前，沈阳融荣科技有限公司联合中国科学院金属研究所在国际上首次成功制备出百吨级（120吨）抗菌不锈钢板材，其组织结构、力学性能、耐腐蚀性能均达到普通304型不锈钢的相当水平，而且具有高于99%的抗菌率。表1为百吨级304Cu抗菌不锈钢的化学成分。

表1 抗菌不锈钢的化学成分（质量百分数）

图1 304Cu抗菌不锈钢和304不锈钢的力学性能

图1为百吨级304Cu抗菌不锈钢和普通304不锈钢板材的力学性能。由图可见，百吨级304Cu抗菌不锈钢和普通304不锈钢的屈服强度相近，抗拉强度和延伸率略低，但仍达到304不锈钢的力学性能标准，完全可以满足相关产品的力学性能需求。百吨级304Cu抗菌不锈钢和普通304不锈钢的耐蚀性能比较如图2所示。两种不锈钢在0.9%生理盐水环境中的极化曲线显示出：304不锈钢的点蚀电位约为0.42V，抗菌不锈钢的点蚀电位约为0.38V，二者耐蚀性相当。

图2 304Cu抗菌不锈钢和304不锈钢的极化曲线

图3 304Cu抗菌不锈钢和304不锈钢对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌杀灭作用的效果照片

百吨级304Cu抗菌不锈钢与普通304不锈钢的抗菌实验结果表明（图3）：抗菌不锈钢对大肠杆菌的抗菌率为99.6%，对金黄色葡萄球菌的抗菌率高达99.9%，显示出优异的抗菌性能。

图4 普通304和304Cu抗菌不锈钢勺分别与牛奶在37℃恒温箱加速变质实验结果

为了抗菌不锈钢产品的抗菌特性，用看得见的实验结果传递看不见的抗菌效果，对抗菌不锈钢勺做了牛奶和米饭的保鲜实验，实验结果如图4和5所示。通常认为，导致牛奶变质的主要原因是细菌和真菌在牛奶中的大量繁殖。其中肠道杆菌的大量繁殖是导致牛奶变质的主要细菌之一，也是评定乳制品污染程度的指标之一。图4为普通304和304Cu抗菌不锈钢勺分别与牛奶在37℃恒温箱加速腐败的实验结果。实验结果发现，实验前2种不锈钢勺上附着的牛奶光滑，不存在差异；18小时后普通不锈钢勺的表面上粘附大量结块牛奶，抗菌不锈钢勺表面仅附着少量结块牛奶。

米饭变质的主要原因是细菌在米饭里的大量繁殖。其中霉菌（灰绿曲霉、毛霉、黄曲霉）、金黄色葡萄球菌、蜡样芽孢杆菌等是导致米饭发霉、变馊的主要细菌。而黄曲霉寄生曲霉产生的次生代谢产物—黄曲霉毒素更是列在一类致癌物清单中。金黄色葡萄球菌和蜡样芽孢杆菌在繁殖过程中还能产生肠毒素，人吃了含有肠毒素的馊米饭就会引起食物中毒。图5是普通304和304Cu抗菌不锈钢勺分别与米饭在37℃恒温箱加速腐败的实验结果。实验结果发现，实验前2种不锈钢勺接触的米饭颜色呈米白色，颗粒清晰；40小时后，放置普通不锈钢勺的米饭颜色呈黄色，表面长出絮状菌毛，放置抗菌不锈钢勺的米饭颜色只是微黄，无菌毛出现。

图5 普通304和304Cu抗菌不锈钢勺分别与米饭在37℃恒温箱加速变质实验结果

3.2 防划痕不锈钢餐厨具

目前，市场上制作的不锈钢餐厨具多选用430型和304型不锈钢。所用的不锈钢材质偏软，硬度不足。用过一段时间后，餐厨具经过多次擦洗、相互碰撞等容易出现表面划痕，影响美观效果，并且降低其耐蚀性能。因此，不锈钢餐厨具表面防划痕性能的好坏受到生产商和消费者的关注。为改善这一问题，生产厂家为消费者进行定期免费返厂抛光处理，但这样给生产厂家造成成本上的大幅增加，同时给消费者带来不便。

德国福腾宝（WMF）餐具以其抗划痕、极其耐磨、抛光处理后表面极为闪亮等特点获得消费者的喜爱。由于其独特的产品特点，其价格昂贵，是国产餐具的十几倍甚至几十倍。如果从不锈钢材料自身解决餐厨具易出现划痕这一问题，将会填补国内不锈钢餐厨具行业的空白，具有重要的现实与经济意义。

图6 Inco400不锈钢显微组织形貌

图6为沈阳融荣科技有限公司联合中国科学院金属研究所研发的新型高硬度不锈钢（Inco400）的显微组织图，组织为马氏体基体中析出大量弥散的析出相，经过适当热处理后，硬度值高达HRC53，为高硬度防划痕不锈钢餐具的国产化奠定了材料基础。而且相比传统的420型马氏体不锈钢，该钢还具备优异的耐腐蚀性能。如图7所示，新型高硬度不锈钢Inco400在0.9%生理盐水中的点蚀电位高于420型马氏体不锈钢。

图7 Inco400不锈钢和420型不锈钢的极化曲线

图8 Inco400不锈钢和420不锈钢对大肠杆菌的杀灭效果图

该新型不锈钢在具备高硬度、防划痕的同时，还具备优异的抗菌性能，图8为Inco400不锈钢与对照420型不锈钢与大肠杆菌共培养24h后的杀灭效果，显示出优异的杀菌作用。该新型不锈钢有望应用在不锈钢餐具行业，将实现不锈钢餐具的多重功能。这不仅提升我国不锈钢餐具行业的整体竞争力，顺应国内外不锈钢技术的发展方向，还优化了不锈钢品种和消费结构，对支撑我国高端餐具制造业的快速发展具有重要战略意义，也将会创造更大的经济和社会效益。

4.展望

餐厨具的生产经历了由工业机械化向人性化定制的发展，由过去只讲求经济实用的程式化生产转向个性化的手工定制。伴随人们生活水平的日益提高，如今不锈钢餐厨具正朝着多功能化、智能化、节能环保方向发展，人们更注重餐厨具产品的健康、安全、美观和环保。性能优异的含铜抗菌不锈钢，高硬度、防划痕新型不锈钢将逐步实现对传统不锈钢的替代。新材料应用是餐厨具行业技术发展的必然趋势，是提高我国不锈钢餐厨具产品性能、增加功能、品种的必由之路。只有加快推进新材料的广泛应用，提高我国产品档次，发展高级、优质不锈钢餐厨具产品，才能使我国自主品牌在国内外市场的竞争中进入到优势行列。