Стандарты сертыфікацыі нержавеючай сталі харчовага класа і рэкамендацыі па выбару матэрыялаў: даследаванне

Асноўныя паняцці і значэнне харчовай нержавеючай сталі
Харчовая нержавеючая сталь азначае спецыяльныя матэрыялы з нержавеючай сталі, якія з'яўляюцца бяспечнымі для кантакту з харчовымі прадуктамі і не забруджваюць іх падчас вытворчасці, апрацоўкі, захоўвання і транспарціроўкі. Гэтыя матэрыялы павінны адпавядаць жорсткім санітарным стандартам, каб пераканацца, што яны не вылучаюць шкодных рэчываў, а таксама валодаюць высокай стойкасцю да карозіі і лёгкасцю чысткі.

У харчовай прамысловасці выбар правільнага матэрыялу з нержавеючай сталі мае вялікае значэнне, бо гэта напрамую ўплывае на бяспеку харчоў і здароўе спажыўцаў. Недастатковыя матэрыялы могуць прывесці да праблем, такіх як міграцыя цяжкіх металаў, рост бактэрыяў ці хімічнае забруджванне. Харчовая нержавеючая сталь шырока выкарыстоўваецца ў абсталяванні для апрацоўкі харчоў, кухонным посудзе, ёмістасцях для захоўвання харчоў, сістэмах трубаправодаў для напояў і абсталяванні для харчовых паслуг.

Поруч з звычайнай нержавеючай стальню, харчовая нержавеючая сталь мае больш высокія патрабаванні да кантролю складу, апрацоўкі паверхні і стойкасці да карозіі. Яна павінна быць стойкай да карозіі з розных кампанентаў, якія ўтрымліваюцца ў харчовых прадуктах, такіх як кіслоты, лугі і солі, а таксама павінна быць лёгкай у чыстцы і дэзінфекцыі, каб прадухіліць рост мікраарганізмаў. Веданне стандартаў сэртыфікацыі і прынцыпаў выбару матэрыялаў для харчовай нержавеючай сталі мае вялікае значэнне для харчовых кампаній у іх закупкавых рашэннях і кантролі якасці прадукцыі.

Міжнародна прызнаныя стандарты сертыфікацыі нержавеючай сталі харчовага класу
Амерыканскія стандарты: сертыфікацыя ASTM і NSF
Стандарты, распрацаваныя Амерыканскім таварыствам выпрабаванняў і матэрыялаў (ASTM), шырока ўплываюць на сектар нержавеючай сталі харчовага класу. ASTM A270 асабліва стосуецца бязшовных і зварных сталёвых труб для выкарыстання ў харчовай, малочнай і напоевай прамысловасці, вызначаючы хімічны склад, механічныя характарыстыкі і гігіенічныя патрабаванні. Сталёвыя трубы, якія адпавядаюць ASTM A270, павінны прайсці строгае выпрабаванне на чысціню і ацэнку стойкасці супраць карозіі.

NSF/ANSI 51 — гэта глабальна прызнаны стандарт для матэрыялаў абсталявання харчовай прамысловасці, распрацаваны Нацыянальнай санітарнай фондам. Гэты стандарт ацэньвае не толькі бяспеку кампанентаў з нержавеючай сталі, але і іх характарыстыку ў асяроддзях кантакту з харчовымі прадуктамі. Прадукты з нержавеючай сталі, якія маюць сертыфікат NSF, адзначаны лагатыпам NSF, што з'яўляецца асноўным патрабаваннем для доступу на многія краіны і рэгіёны свету.

Стандарты ЕС: серыя EN Сертыфікаты
У ЕС існуе камплексная рэгіятарная сістэма для матэрыялаў, якія кантактуюць з ежай, заснаваная на дэкларыстыцы EC No 1935/2004. Для нержавеючай сталі ЕС у асноўным выкарыстоўвае стандарты EN 10088, прычым найбольш распаўсюджанымі харчовымі маркамі з'яўляюцца EN 1.4301 (эквівалент 304) і EN 1.4401 (эквівалент 316).

Акрамя таго, ЕС асабліва ўдзяляе ўвагу кантролю высвабоджання нікелю, патрабуючы, каб нержавеючая сталь харчовага класа падлягала выпрабаванням на высвабоджанне нікелю ў адпаведнасці са стандартам EN 1811. Для вырабаў, якія падвяргаюцца доўгатэрміноваму ўздзеянню кіслых харчовых прадуктаў, высвабоджанне нікелю не павінна перавышаць 0,02 мг/см²/тыдзень. Акрамя таго, для ацэнкі харчовых матэрыялаў на еўрапейскім рынку вялікае значэнне маюць германскі сертыфікат LFGB і французскі сертыфікат DGCCRF.

Кітайскія нацыянальныя стандарты: серыя GB Сертыфікаты

Асноўным стандарам для нержавеючай сталі харчовага класа ў Кітаі з'яўляецца GB 4806.9-2016, «Нацыянальны стандарам у асфальце бяспекі харчавання — Металічныя матэрыялы і вырабы, прызначаныя для кантакту з харчомі». Гэты стандарам вызначае межы міграцыі цяжкіх металаў, такіх як свінец, кадмій і мыш'як, а таксама агульныя патрабаванні да міграцыі для нержавеючай сталі, якая контактуе з харчомі.

Што стасуецца канкрэтных марак нержавеючай сталі, то ў GB/T 3280-2015, «Нержавеючая сталь гарачакатаная лістовая і штрыпавая», чыста вызначаны аўстытныя маркі нержавеючай сталі, якія падыходзяць для кантакту з харчомі, такія як 06Cr19Ni10 (304) і 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Кітай таксама распрацаваў GB/T 20878-2007, «Маркі нержавеючай сталі і сталі, стойкай да высокай тэмпературы, і іх хімічны склад», на аснове міжнародных стандартаў, каб забяспечыць аснову для выбару нержавеючай сталі харчовага класа.

Асноўныя тыпы і характарыстыкі матэрыялаў нержавеючай сталі харчовага класа
нержавеючая сталь 304: Самы распаўсюджаны матэрыял харчовага класа
304 нержавеючая сталь (амерыканскі стандарт, адпавядае 06Cr19Ni10 у Кітаі) — гэта найбольш распаўсюджаны від харчовай нержавеючай сталі, якая змяшчае 18% хрому і 8% нікелю. Гэтая аўстытная нержавеючая сталь мае высокую стойкасць да карозіі, добра паддаецца апрацоўцы і зварцы, а таксама стойкая да ўздзеяння большасці харчовых кіслат, лугаў і соляў.

304 нержавеючая сталь асабліва падыходзіць для выкарыстання ў асяроддзях з нейтральнай або слаба кіслай ежай, такімі як агульная харчовая прамысловасць, малочныя прадукты і піва. Яна шырока выкарыстоўваецца ў абсталяванні для апрацоўкі харчоў, ёмістасцях для захоўвання, кухоннай тэхніцы і паверхнях столаў. Але варта памятаць, што 304 нержавеючая сталь не падыходзіць для трывалага кантакту з высокасалёнымі або высока кіслымі прадуктамі (такімі як лімонны сок і вінэгрэт), бо ў гэтых умовах можа ўзнікнуць піттінг-карозія.

316 Нержавеючая сталь: высокая карозійная стойкасць
нержавеючая сталь 316 (амерыканскі стандарт, эквівалент 022Cr17Ni12Mo2 у Кітаі) з'яўляецца палепшанай версіяй 304 з дадатковымі 2-3% молібдэнам. Такое легіраванне значна павялічвае стойкасць матэрыялу да хларыдаў і іншых высока карозійных асяроддзяў, што робіць яе ідэальным выбарам для апрацоўкі харчоў з высокім утрыманнем солі, такіх як морапрадукты і салёныя стравы.

У харчовай прамысловасці нержавеючая сталь 316 шырока выкарыстоўваецца ў цяжкіх умовах, напрыклад, у абсталяванні для апрацоўкі морскай вады, ферментацыйных цістах для соевага соусу і вытворчасці прыправаў з утрыманнем солі. 316L (версія з нізкім утрыманнем вугляроду) таксама шырока выкарыстоўваецца ў медыцынскай і фармацэўтычнай прамысловасці. Хоць яна прыкладна на 20-30% даражэйшая, чым 304, яе працягласць жыцця ў 2-3 разы большая ў цяжкіх умовах, што часта робіць яе больш эканамічным варыянтам.

430 Нержавеючая сталь: Эканамічны выбар і абмежаванні ў выкарыстанні
430 нержавеючая сталь (амерыканскі стандарт, эквівалент 10Cr17 у Кітаі) — гэта ферытная нержавеючая сталь з прыкладна 17% хрому, але без нікелю. Яе галоўная перавага — нізкая каштоўнасць, звычайна толькі 60-70% ад каштоўнасці нержавеючай сталі 304. Яна выкарыстоўваецца ў пэўных канструкцыях, якія не здзейсняюць прамы кантакт з ежай, або ў прыкладаннях з нізкім попытам да кантакту з ежай.

Але каразійная стойкасць 430 нержавеючай сталі значна ніжэйшая, чым у 304 і 316 нержавеючых сталёў, і яна асабліва падатлівая да кіслых харчовых прадуктаў. Можа ўтворыцца іржа пры трывалым выкарыстанні, а паверхня больш падатлівая харчовым ападкам і бактэрыям. Таму 430 нержавеючая сталь не падыходзіць для прыкладанняў, якія прадугледжваюць прамы, трывалы кантакт з ежай, асабліва пры апрацоўцы кіслых харчовых прадуктаў. Асаблівае ацаненне фактычнага асяроддзя выкарыстання і рызыкі для бяспекі харчовых прадуктаў з'яўляецца ключавым пры выбары 430 нержавеючай сталі.

Ключавыя пытанні выбару харчовай нержавеючай сталі
Уласцівасці кантакту з ежай і ўплыў pH
Пры выбары матэрыялу перш за ўсё неабходна зважыць тып ежы, з якой нержавеючая сталь будзе знаходзіцца ў кантакце, і яе хімічныя ўласцівасці. Значэнне pH розных харчовых прадуктаў істотна ўплывае на каразійную стойкасць матэрыялу. Нейтральныя прадукты (pH 6-8), такія як малако і пітная вада, менш каразійна ўплываюць на нержавеючую сталь, таму агульнае выкарыстанне сталі маркі 304 з'яўляецца дастатковым. Кіслыя прадукты (pH < 6), такія як сокі, вінаградна-вінны паветраны бальзам і прадукты з таматаў, могуць паскараць міграцыю іонаў метала, таму рэкамендуецца выкарыстоўваць сталі маркі 316 або высшай.

Харчы, якія змяшчаюць іоны хлорыду (напрыклад, марскія прадукты і салёныя стравы), схільныя да піттынгавай і шчылевай карозіі няржавеючай сталі. У гэтым выпадку маркі з утрыманнем молібдэну 316 прапануюць лепшыя характарыстыкі. Абстаўны высокатэмпературнай перапрацоўкі харчоў (напрыклад, стэрылізацыя і рэтартоўка) пагаршаюць карозію, таму варта выбіраць нізкауглеродныя няржавеючыя сталі (напрыклад, 316L), а таксама патрэбна ўлічваць цеплавыя ветлівасці. Патокі харчоў, якія змяшчаюць цвёрдыя часціцы, могуць выклікаць карозію ад зносу, што патрабуе балансу паміж твёрдасцю матэрыялу і яго стойкасцю да карозіі.

Патрабаванні да перапрацоўкі і апрацоўкі паверхні
Стан паверхні харчовай нержавеючай сталі непасрэдна ўплывае на яе гігіенічныя ўласцівасці і стойкасць да карозіі. Агульна прынята патрабаванне Ra ≤ 0,8 мкм, пры гэтым ідэальны варыянт — мірнае пакрыццё з Ra ≤ 0,4 мкм. Электраполіроўка (EP) можа значна паляпшыць якасць плёнкі пасівацыі паверхні і змяншыць прыліпанне бактэрый. Пасля механічнага паліравання неабходна правесці якасную пасівацыю, каб выдаліць забрудненне жалезнам.

Працэсы зварвання маюць вялікае значэнне для харчоўага абсталявання. Зварныя швы павінны быць бесперапыннымі, роўнымі і свабоднымі ад дэфектаў, такіх як трэшчыны і пары. Для атрымання высокаякасных шваў рэкамендуецца выкарыстоўваць арганавае зварванне (TIG). У канструкцыі патрэбна пазбягаць зон, якія цяжка чысціць, напрыклад, вуглы і шчыліны, усе вуглы павінны мець дастаткова вялікі радыус (R ≥ 6 мм). Пераважным варыянтам з'яўляюцца бязшовныя кантактныя паверхні, што змяншае рызыкі росту мікраарганізмаў.

Баланс паміж коштам і тэрмінам эксплуатацыі
Пры выбары нержавеючай сталі харчовага класа неабходна знайсці баланс паміж пачатковай каштоўнасцю і доўгатэрміновымі выгадамі. Хоць сталь 316 на 20-30% даражэйшая, чым 304, яна можа служыць у 2-3 разы даўжэй у цяжкіх умовах, скарачаючы прастоі на тэхнічнае абслугоўванне і замену. Для ключавога абсталявання, якое патрабуе доўгатэрміновага выкарыстання і цяжка падлягае замене, інвестыцыі ў матэрыалы высокага класу звычайна больш эфектыўныя.

Пры ацэнцы поўнай каштоўнасці эксплуатацыі (LCC) неабходна ўлічваць такія фактары, як каштоўнасць матэрыялаў, выдаткі на ўстаноўку, тэхнічнае абслугоўванне, страты ад прастояў і выдаткі на замену. Напрыклад, у молачнай прамысловасці выбар 316L замест 304 можа павялічыць пачатковыя інвестыцыі, але дазволіць скараціць частату кіслотнай ачысткі і пасівацыі ў 2-3 разы на год, з дадатковымі выдаткамі, якія акупяцца за тры гады. Для кароткачасовага выкарыстання ці не ключавых кампанентаў можна разгледзець больш даступныя варыянты.

Рэкамендацыі па тэхнічным абслугоўванні і выкарыстанні нержавеючай сталі харчовага класа
Правільныя метады чысткі і дэзінфекцыі
Абсталяванне з харчовай нержавеючай сталі павінна рэгулярна чысціцца спецыялістамі, рэкамендуецца выкарыстоўваць спецыяльны чысцільны сродак для нержавеючай сталі. Пазбягайце выкарыстання хлорнай вады ці прамылаў з высокім зместам хларыдаў, бо яны могуць пашкодзіць пасіўную плёнку на паверхні нержавеючай сталі. Пры чыстцы выкарыстоўвайце мяккую тканіну ці губку, пазбягайце жорсткіх чысцільных сродкаў, напрыклад, шліфавальнай паперы ці сталёвай ваты, каб не пашкодзіць паверхню.

Для дэзінфекцыі рэкамендуецца выкарыстоўваць гарачую ваду (≥82°C) ці дэзінфектант харчовага класу, напрыклад, перакіс вадароду ці пэраксавую кіслату. Асабліва ўважліва паласкайце паверхні чыстай вадой пасля дэзінфекцыі, каб пазбягчы застаўлення хімічных рэчываў. Для галін прамысловасці, схільных да ўтворэння біяплёнак, напрыклад, піўной і малочнай, патрабуюцца рэгулярныя шчолачыя і кіслыя прамыванні для аднаўлення актыўнасці паверхні.

Папулярныя памылкі і як іх пазбягаць
Шмат хто з карыстальнікаў памылкова лічыць, што «нержавеючы» азначае «ніколі не пакрываецца ржавічынай». На самой справе, нержавеючая сталь харчовага класа можа падвяргацца карозіі, калі яна няправільна выкарыстоўваецца або не апрацоўваецца. Папулярныя памылкі ўключаюць: бяскосцінны кантакт солі з паверхняй нержавеючай сталі, доўгае пераебыццё застоенай вады і змешванне з інструментамі з вуглаводароднай сталі, што прыводзіць да забруджвання жалезнам.

Каб пазбегнуць гэтых праблем, падчас выкарыстання варта ўжываць папярэджання: хутка высушыць плямы вады на паверхні абсталявання; уникайце бяскосціннага кантакту з рознымі металямі; не налівайце соль, моцныя кіслоты ці моцныя лугі непасрэдна на паверхню нержавеючай сталі; а таксама рэгулярна правяраць абсталяванне, асабліва ў месцах зваркі і злучэнняў, якія схільныя да карозіі. Усталяванне агульнай праграмы прафілактычнага тэхнічнага абслугоўвання, у тым ліку рэгулярныя пасівацыі (адзін або два разы на год), можа значна падоўжыць тэрмін яе эксплуатацыі.

Рэгулярнае абстежванне і станарты замены
Абсталяванне з нержавеючай сталі павінна мець сістэму рэгулярных праверак, звяртаючы ўвагу на наступныя прыкметы адмовы: паяўленне бураватай іжы на паверхні (як правіла, выкліканае забруджваннем жалезнам і можа быць пасля прамых работ выдаленае); піттынг або шчыліннае карозіяванне (глыбокія адтуліны дыяметрам менш 1 мм); карозійнае трэшчынаванне пад уздзеяннем напружання (у асноўным побач з зварнымі швамі); і роўнамернае таншэнне (асабліва ў тых месцах, якія часта падвяргаюцца агрэсіўным сродкам).

Замена абсталявання павінна разглядацца пры назіранні наступных умоў: глыбіня піттынгу перавышае 20% таўшчыні матэрыялу; пашыраная іжа, якую нельга выдаліць шляхам пасівацыі; трэшчыны наскрозь у зварных зонах; і размерныя дэфармацыі, выкліканыя карозіяй, якія паражаюць якасць ушчэльнення. Вядзенне профілю карозіі вашага абсталявання і фіксаванне вынікаў кожнай праверкі дапаможа прадказаць астачальны тэрмін службы і спланаваць замену.

Перспектывы распрацоўкі і іннавацыйныя матэрыялы
Патэнцыяльнае прымяненне новых высоканітратных няржавеючых сталёў
Высоканітратныя няржавеючыя сталі (такія як Nitronic 50 і SAF 2707 HD) з'яўляюцца перспектыўнымі матэрыяламі на рынку няржавеючай сталі харчовага класа. Замена часткі нікеля нітрагенам дазваляе дасягнуць павышэння міцнасці на 30-50%, захаваўшы пры гэтым высокую стойкасць да карозіі і больш высокую цанавую стабільнасць. Высоканітратныя няржавеючыя сталі асабліва падыходзяць для абсталявання харчовай прамысловасці, якое патрабуе высокай міцнасці і высокай стойкасці да карозіі, напрыклад, для высокахуткасныхных цэнтрыфуг і высокага ціску гомагенізатараў.

Лабараторныя даследаванні паказалі, што некаторыя высоканітратныя няржавеючыя сталі могуць дасягнуць эквівалента стойкасці да піттынгавай карозіі (PRE) больш за 50 у хларыдных асяроддзях, што значна пераўзыходзіць 26-28 у няржавеючай сталі 316. Удакладненне тэхналогій выплаўкі паступова зніжае кошт гэтага віду матэрыялаў, і яны могуць стаць асноўным выбарам для высокая якасці абсталявання харчовай прамысловасці праз 5-10 гадоў.

Інавацыйныя дасягненні ў тэхналогіі апрацоўкі паверхні
Нанапакрыццё ў апошні час рэвалюцыянізавала нержавеючую сталь харчовага класа. Напрыклад, нанапакрыцці з TiO₂ паказваюць самаачысткі і антыбактэрыяльныя ўласцівасці пад дзеяннем святла; пакрыцці тыпу «дыяментападобны вуглярод» (DLC) значна паляпшаюць твардасць паверхні і зносастойкасць, захоўваючы біялагічную інертнасць. Гэтыя апрацоўкі не толькі павялічваюць функцыянальнасць, але і ствараюць абаронны бар'ер на паверхні падкладкі, што далей змяншае міграцыю іонаў металаў.

Лазерная апрацоўка паверхні — яшчэ адзін інавацыйны падыход. З дапамогай такіх метадаў, як лазернае напыленне і лазернае легаванне, можна ствараць спецыяльныя мікраскапічныя структуры на паверхні нержавеючай сталі, дасягаючы надзвычай гідрафобнага эфекту (вугал змочвання >150°), пры гэтым захоўваючы натуральныя гігіенічныя ўласцівасці матэрыялу. Такая «біянічная паверхня» можа змяншыць бактэрыяльнае прыліпленне больш чым на 75%, што робіць яе асабліва прыдатнай для абсталявання для апрацоўкі харчоў, якія ўжываюцца без паваркі.

Стойкасць і распрацоўка сістэмы перапрацоўкі адходаў
Мэтанія ў сонцы выкарыстоўваецца ў якасці альтэрнатывы прыроднаму газу ў сталеліцейных печах, што дазваляе скараціць выбрасы CO₂ на 20% у параўнанні з традыцыйнымі метадамі. Некаторыя кампаніі пачалі выпрабаванні з воднём як з таплівам для аўтамабільнай і чыгуначнай лагістыкі, што можа прывесці да стварэння бяспечнага і нізкаэфектыўнага транспартнага сектара.

У сферы пераработкі мэтан можа быць выкарыстаны для атрымання высокакачанставых хімічных рэчываў праз працэсы газафікацыі. Навуковыя даследаванні сфакусаваны на павышэнні эфектыўнасці каталізатараў для пераўтварэння мэтану ў сінтэтычнае паліва, што змяншае залежнасць ад нафты. У будучыні магчыма стварэнне інтэлектуальнай сеткі для маніторынгу выкарыстання мэтану ў прамы або непрамы транспартныя сектары.