Ферромагнитный сплав для осуществления индукционной тепловой обработки пищевых продуктов
Изобретение касается ферромагнитного сплава, используемого для изготовления нагревающих элементов для кухонных сосудов и однослойного днища кухонных сосудов, предназначенных для индукционной термической обработки пищевых продуктов, содержащего, мас.%: никель от 32,5 до 72,5, хром от 5 до 18, марганец от 0,01 до 0,5, углерод ≤1, железо и неизбежные примеси - остальное и, при необходимости, один или несколько элементов, выбранных среди Мо, V, Со, Cu, Si, W, Nb и Al, причем суммарное содержание этих элементов составляет не более 10 мас.%. Сплав дополнительно удовлетворяет следующим соотношениям: Cr-1,1Ni+23,25≤0, 45Cr+11Ni≤1360, Ni+3Cr≥60, если Ni≥37,5, Cr≥7,5, если Ni≤37,5. Сплав пригоден для обработки с применением плакировки, штамповки, прессования, резания и имеет высокие тепловые потери под действием наведенных электрических токов. Изделия из сплава не деформируются с течением времени и в процессе функционирования, а также обладают удовлетворительной коррозионной устойчивостью и пригодны для варки или жаренья пищевых продуктов в диапазоне температур от 30 до 350°С. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 табл.
Область техники, к которой относится изобретение
Предлагаемое изобретение касается ферромагнитного сплава, предназначенного, в частности, для изготовления из него нагревающих элементов для кухонных сосудов, предназначенных для индукционной термической обработки пищевых продуктов.
Уровень техники
Индукционная термическая обработка пищевых продуктов осуществляется посредством индуктора, обычно размещенного под изготовленной из стеклокерамики пластиной, проницаемой для электромагнитных полей, на которую устанавливают кухонный сосуд, содержимое которого необходимо нагреть. Циркуляция электрического тока высокой частоты в индукторе создает магнитное поле, вызывающее возникновение токов Фуко в материале, из которого этот сосуд изготовлен, который при этом нагревается под действием эффекта Джоуля. Таким образом, индукционное нагревание связано с тремя последовательно происходящими физическими явлениями, которые представляют собой передачу энергии от индуктора к сосуду электромагнитным путем, затем преобразование электромагнитной энергии в тепловую энергию в результате эффекта Джоуля, и, наконец, передачу тепловой энергии от материала этого сосуда к обрабатываемым пищевым продуктам в результате теплопроводности.
При возникновении электромагнитной индукции кухонный сосуд становится активным элементом системы нагревания, поскольку в толще материала, из которого он изготовлен, осуществляется преобразование энергии, чем объясняется малая термическая инерционность и высокая энергетическая эффективность системы нагревания.
Существуют также специальные аппараты, предназначенные для термической обработки пищевых продуктов без использования упомянутых стеклокерамических пластин, для которых материалы, являющиеся объектом предлагаемого изобретения, должны обеспечивать возможность изготовления из них соответствующих кухонных сосудов.
Для того чтобы обеспечить удовлетворительную энергетическую производительность в процессе нагревания пищевых продуктов, при изготовлении кухонных сосудов используют металлические донные части, характеризующиеся хорошей электропроводностью и мощным усилением магнитного поля на используемых в данном случае рабочих частотах, которые обычно имеют величину в диапазоне от 20 кГц до 50 кГц. Таким образом, обычно используют сплав, который является ферромагнитным в рабочем диапазоне температур данного кухонного сосуда и который представляет достаточно высокую степень намагничивания для того, чтобы создавать значительные магнитные потери.
Эти кухонные сосуды должны представлять высокую устойчивость к коррозии для поверхностей, находящихся в контакте с обрабатываемыми пищевыми продуктами, но также, хотя и в меньшей степени, для донных частей этих сосудов, которые не должны повреждаться в процессе их мойки.
Используемые для изготовления таких кухонных сосудов сплавы также должны быть механически прочными для того, чтобы сосуд сохранял свои геометрические формы, в частности, плоскостность днища, находящегося в контакте с верхней частью индуктора. Действительно, когда такой кухонный сосуд нагревают, его днище стремится расшириться. При этом боковая стенка этого сосуда, называемая еще юбкой, нагревается до несколько меньшей температуры, чем днище, и, таким образом, расширяется в несколько меньшей степени, что создает радиальное механическое напряжение сжатия в днище. В этих условиях днище сосуда может расширяться только за счет его выгибания наружу, что снижает энергетическую производительность системы нагревания и комфорт для потребителя в результате возникновения специфического акустического шума и неудобств, которые он создает. Этот эффект является обратимым на первых порах использования такого сосуда, но он может вызвать необратимые повреждения данного сосуда после осуществления большого числа таких термических циклов в результате структурной трансформации материала, из которого изготовлено днище. Это явление оказывается особенно заметным в том случае, когда только днище данного сосуда содержит материал с очень высокой электропроводностью (например, алюминий или медь).
В случае использования многослойных материалов, различные слои которых обычно представляют весьма различные значения коэффициентов теплового расширения, это различие упомянутых коэффициентов создает эффект биметаллической пластины, стремящийся как вызвать деформацию днища сосуда, так и изменить необратимым образом сцепление между различными слоями в виде локализованных разъединений между этими слоями и, соответственно, значительной потери коэффициента полезного действия данного сосуда.
При изготовлении таких сосудов обычно используют для их ферромагнитной части нержавеющие ферритные стали, такие как сталь состава Fe - 17% Cr, или же симметричные трехслойные материалы, выполненные в соответствии со следующей структурой: аустенитная нержавеющая сталь/ферритная нержавеющая сталь/аустенитная нержавеющая сталь. Недостаток этих материалов состоит в том, что они демонстрируют температуру точки Кюри, превышающую 600°С, что подразумевает возможность достижения самими днищами таких сосудов этой слишком высокой температуры, причем это обстоятельство может повлечь за собой потерю обрабатываемых пищевых продуктов и повреждение самого сосуда даже до достижения этой температуры, составляющей 600°С.
Для устранения этой проблемы в патентном документе FR 2453627 предлагается изготавливать днище кухонного сосуда из трехслойного материала, содержащего сплав, для которого точка Кюри располагается в диапазоне от 60°С до 200°С. До тех пор пока температура данного сосуда имеет величину ниже точки Кюри, используемый здесь сплав остается ферромагнитным и способен выделять тепловые потери при помощи наведенных в нем токов, что обеспечивает нагревание данного сосуда. Однако после того как температура этого сосуда превысит точку Кюри, этот сплав перестает быть ферромагнитным, и нагревание прекращается с тем, чтобы возникнуть снова после того как температура сосуда снизится ниже точки Кюри. Таким образом, обеспечивают тепловое регулирование данного сосуда. Однако такой материал не адаптирован к варке или жаренью пищевых продуктов, которые требуют возможности достижения температур в диапазоне от 220°С до 320°С. Кроме того, в упомянутом патентном документе ничего не сказано об обеспечении удовлетворительной стабильности геометрической формы данного кухонного сосуда, а также об удовлетворительной устойчивости к коррозии поверхностей обеих сторон такого сосуда.
Тот же принцип используется в патентном документе FR 2689748, в соответствии с которым предлагается изготавливать кухонные сосуды из трехслойного материала, содержащего сплав типа Fe64Ni36, для которого температура точки Кюри имеет величину 250°С. Однако сплав этого типа демонстрирует весьма посредственную устойчивость к коррозии, а также очень малый коэффициент теплового расширения. Кроме того, этот сплав накладывается на металлический слой, имеющий определенно более высокий коэффициент теплового расширения, что влечет за собой деформацию днища кухонного сосуда в результате эффекта биметаллической пластины в том случае, когда этот сосуд нагревают, причем эта деформация иногда может становиться необратимой. В то же время, можно также наблюдать ухудшение сцепления между слоями данного материала, связанное с текучестью металла под действием циклических напряжений и повышенной температуры.
Таким образом, цель предлагаемого изобретения состоит в том, чтобы предоставить в распоряжение пользователей сплав, позволяющий обеспечить реализацию нагревающих частей кухонных сосудов, предназначенных, в частности, для индукционной термической обработки пищевых продуктов, причем изготовленные из такого сплава части сосудов не деформируются ни с течением времени, ни в процессе функционирования, и устойчивость которого к коррозии будет удовлетворительной с обеих сторон данного сосуда, причем такой сосуд дополнительно должен допускать варку или жаренье пищевых продуктов при автоматически регулируемой самим этим сосудом температуре, находящейся в диапазоне от 30°С до 350°С. Кроме того, этот сплав должен быть пригоден для использования с применением таких способов обработки, как плакирование, штамповка, прессование, разрезание, механическая обработка резанием или любого другого подходящего в данном случае способа обработки, и должен создавать достаточно высокие тепловые потери под действием наведенных электрических токов.
Раскрытие изобретения
Для достижения поставленной цели первым объектом предлагаемого изобретения является ферромагнитный сплав, химический состав которого, выраженный в мас. процентах, выглядит следующим образом:
32,5%≤Ni≤72,5%
5%≤Cr≤18%
0,01%≤Mn≤4%
С≤1%
и, при необходимости, содержит один или несколько элементов, выбранных среди Мо, V, Со, Cu, Si, W, Nb и Al, причем суммарное содержание этих элементов составляет не более 10%, а остальную часть этого химического состава образуют железо и примеси, возникающие в процессе изготовления, причем этот химический состав дополнительно удовлетворяет следующим соотношениям:
Cr-1,1Ni+23,25≤0%
45Cr+11Ni≤1360
Ni+3Сr≥60%, если Ni≥37,5
Cr≥7,5, если Ni≤37,5.
В соответствии с предпочтительным способом осуществления предлагаемый ферромагнитный сплав имеет содержание никеля в диапазоне от 34% до 50% Ni и не содержит элементов, выбираемых среди Мо, V, Со, Cu, Si, W, Nb и Al.
В соответствии с другим предпочтительным способом осуществления предлагаемый сплав дополнительно имеет содержание хрома, превышающее 13 мас.%. Этот сплав имеет важное преимущество, которое заключается в том, что он может быть использован в качестве единственного материала для изготовления данного кухонного сосуда, будучи совместимым с пищевыми продуктами на внутренней поверхности этого сосуда, поскольку он является пищевым.
В соответствии с еще одним предпочтительным способом осуществления предлагаемый сплав имеет содержание никеля в диапазоне от 48% до 52% и содержание хрома в диапазоне от 7% до 10%.
В соответствии с еще одним предпочтительным способом осуществления предлагаемый сплав имеет содержание никеля, равное или превышающее 52%, и особенно предпочтительным образом превышающее 55%.
В соответствии с еще одним предпочтительным способом осуществления предлагаемый сплав имеет содержание марганца, равное или превышающее 0,1%, для того чтобы облегчить практическое использование данного сплава.
В соответствии с еще одним предпочтительным способом осуществления предлагаемый сплав имеет содержание марганца, равное или меньшее 0,5%.
В соответствии с еще одним предпочтительным способом осуществления предлагаемый сплав демонстрирует температуру Кюри Тс, заключенную в диапазоне от 30°С до 350°С, коэффициент теплового расширения αТс в диапазоне между температурой окружающей среды и температурой Тс, равной или превышающей 6,5·10-6 К-1, и даже превышающей 9·10-6 K-1, индукцию насыщения Bs, равную или превышающую 0,2 Т, и даже превышающую 0,5 Т, и для которого максимальный ток окисления при тесте на коррозию по току-напряжению в кислой среде Imax составляет менее 1 мА.
Вторым объектом предлагаемого изобретения является использование сплава в соответствии с этим изобретением для изготовления однослойных или многослойных нагревающих элементов, таких как однослойные днища, для кухонных сосудов, предназначенных для индукционной термической обработки пищевых продуктов.
Осуществление изобретения
Пропорции содержания никеля и хрома в сплаве в соответствии с предлагаемым изобретением позволяют обеспечить хорошую способность к штамповке, механической резке, прессованию и механической обработке резанием. Эти пропорции позволяют также обеспечить хорошую устойчивость к окислению на воздухе, равно как и очень хорошую устойчивость к коррозии в горячем состоянии.
Кроме того, сплав в соответствии с предлагаемым изобретением демонстрирует хорошую стойкость по отношению к коррозии во влажной атмосфере, в кислой среде, в щелочной среде, в частности, для эстетичного внешнего вида и для того, чтобы не вызывать повреждений данного сосуда. Для определения устойчивости данного сплава к коррозии выполняют тест типа "ток I - напряжение U" в среде 0,01 М серной кислоты, используя данный сплав в качестве электрода и прилагая различные значения напряжения по отношению к второму электроду, изготовленному из платины. При этом различные значения тока I измеряют в соответствии с различными значениями напряжения U и определяют максимальное значение тока Imax, которое характеризует устойчивость данного сплава по отношению к коррозии. Для того чтобы данный магнитный сплав визуально не казался затронутым на поверхности щелочной или кислотной коррозией или коррозией во влажной атмосфере, необходимо, чтобы соблюдалось соотношение Imax<1 мА, что оказывается справедливым для сплава в соответствии с предлагаемым изобретением.
Кроме того, изобретатели имели возможность констатировать, что сплав в соответствии с предлагаемым изобретением демонстрирует температуру Кюри, имеющую величину в диапазоне от 30°С до 350°С, что позволяет стабилизировать температуру в обычном для варки пищевых продуктов диапазоне и на уровне ниже порога повреждения используемых при необходимости в этом сосуде антипригарных покрытий. Предпочтительно температура Кюри для предлагаемого сплава имеет величину, меньшую или равную 320°С.
Такая функция предлагаемого сплава позволяет также надежно исключить как случайное подгорание пищевых продуктов и ожоги пользователя, так и ускоренное повреждение сосуда под совместным воздействием температуры и усталости в результате циклических механических нагрузок в результате эффекта биметаллической пластины в том случае, когда предлагаемый сплав наложен на другой материал.
В то же время сплав в соответствии с предлагаемым изобретением демонстрирует коэффициент теплового расширения, равный или превышающий значение 6,5·10-6 К-1 и предпочтительно равный или превышающий значение 9·10-6 K-1. В том случае, когда этот сплав присоединен при помощи плакирования или приклеен к другому материалу, обеспечивающему хорошее рассеивание тепла, такому как, например, алюминий, эта характеристика позволяет обеспечить высокую стабильность размеров днища данного кухонного сосуда, в частности, в том случае, когда слой алюминия плакируют с другой стороны слоем ферритной или аустенитной нержавеющей стали.
Эта характеристика сплава в соответствии с предлагаемым изобретением позволяет также в сочетании с ограничением его нагрева на уровне не более 350°С гарантировать, что сцепление этого сплава со слоем алюминия выдержит достаточно много часов функционирования.
Действительно, два фактора, ускоряющих старение этого сцепления между слоями, представляют собой повышенную температуру и эффект биметаллической пластины, связанный с различием коэффициентов теплового расширения алюминия и данного ферромагнитного сплава. При этом в результате саморегулирования температуры нагревания, связанной с точкой Кюри, сильно ограничивается фактор температуры.
Эффект биметаллической пластины, возникающий вследствие различий в значениях коэффициентов теплового расширения используемых в данном случае материалов, способен создавать взаимные механические напряжения между этими материалами и, таким образом, провоцировать в процессе функционирования сосуда явление тепловой текучести, активизируемое под действием циклических напряжений и постепенно приводящее используемые в данном случае материалы к принятию стабильной формы несмотря на жесткость, которую можно придать в исходном состоянии толстому слою этих материалов. Вследствие этого днище сосуда может стать выпуклым или могут появиться повреждения сцепления между слоями в результате того же механизма текучести, влекущие за собой локализованные разъединения слоев, потерю тепловой производительности и появление акустического шума магнитострикционного происхождения от данного кухонного сосуда. Уравновешивая химический состав сплава в соответствии с предлагаемым изобретением, получают материал, коэффициент теплового расширения которого в диапазоне от температуры окружающей среды до температуры Кюри оказывается относительно близким к коэффициенту теплового расширения алюминия и ферритных и аустенитных нержавеющих сталей, минимизируя тем самым и даже полностью устраняя этот эффект биметаллической пластины.
Сочетание двух этих характеристик предлагаемого сплава позволяет обеспечить долговечное сцепление с этими материалами.
Пример 1
Изготавливают магнитный сплав, имеющий в своем составе 39,3% железа, 50% никеля, 10% хрома, 0,5% марганца и 0,2% кремния. Этот сплав характеризуется температурой Кюри Тс1, составляющей примерно 230°С, и коэффициент теплового расширения в диапазоне от температуры окружающей среды до температуры примерно 230°С 
имеющий величину 10·10-6 K-1. Ha ленту этого сплава накладывают ленту алюминия, коэффициент теплового расширения которого при 0°С 
равен или превышает 22·10-6 K-1, затем накладывают на эту ленту алюминия ленту, изготовленную из сплава, содержащего 79,5% железа, 20% хрома и 0,5% титана, для которого температура Кюри Тс2 значительно превышает температуру Тс1 и для которого коэффициент теплового расширения в диапазоне температур от 25°С до 320°С 
составляет примерно 11,6·10-6 К-1.
После проведения различных испытаний установлено, что использование ферромагнитного слоя с высокой точкой Кюри (Тс2) на внутренней поверхности данного кухонного сосуда производит относительно небольшое количество тепловой энергии в том случае, когда Т>Тс1. Такая многослойная система не подвергается старению после 1000 часов функционирования и обладает высокой стабильностью размеров. Температура этой многослойной системы всегда стабилизируется вокруг одного и того же значения, меньшего чем температура Тс1, при проведении различных испытаний индукционного нагревания с использованием одних и тех же пищевых продуктов, что позволяет обеспечить быструю, воспроизводимую во времени и качественную тепловую обработку. И, наконец, в этих испытаниях не наблюдалось появления пятен окисления после интенсивного использования на кухне, при нагревании на газу и при использовании посудомоечной машины.
Таким образом, упомянутое выше сочетание особенно хорошо приспособлено для изготовления кухонных сосудов, используемых при регулируемой температуре, не превышающей 230°С, например, для варки пищевых продуктов типа риса, рыбы или мяса.
Пример 2
Изготавливают магнитный сплав, химический состав которого содержит 41,8% железа, 45% никеля, 13% хрома и 0,2% марганца. Этот сплав имеет температуру Кюри Тс1, составляющую примерно 150°С, и коэффициент теплового расширения при 0°С равный 9,6·10-6 К-1. На ленту этого сплава накладывают ленту алюминия, для которого упомянутый коэффициент равен или превышает 22·10-6 K-1, а затем накладывают на эту алюминиевую ленту другую ленту, изготовленную из сплава, содержащего 79,5% железа, 20% хрома и 0,5% титана, для которого температура Кюри Тс2 значительно превышает температуру Тс1 и для которого коэффициент теплового расширения в диапазоне температур от 25°С до 320°С составляет примерно 11,6·10-6 К-1.
После проведения различных испытаний было установлено, что использование ферромагнитного слоя с высоким значением точки Кюри (Тс2) на внутренней поверхности кухонного сосуда производит достаточно малое количество тепловой энергии в том случае, когда Т>Тс1. Такая многослойная система не подвергается старению после 1000 часов функционирования и обладает высокой стабильностью размеров. Кроме того, температура этой многослойной системы всегда стабилизируется вокруг одной и той же величины, меньшей чем температура Тс1, в том случае, когда различные испытания по индукционному нагреванию были проведены с использованием одних и тех же пищевых продуктов, что позволяет обеспечить быструю, воспроизводимую во времени и качественную тепловую обработку. И, наконец, в этих испытаниях не наблюдались пятна окисления после интенсивного использования на кухне, при нагревании на газу и при использовании посудомоечной машины.
Таким образом, упомянутое выше сочетание элементов особенно хорошо приспособлено для изготовления кухонных сосудов, используемых при регулируемой температуре, не превышающей 140°С-160°С, например, для варки пищевых продуктов типа овощей, фруктов или кипячения воды под небольшим давлением.
Пример 3
Изготавливают магнитный сплав, химический состав которого содержит от 54,8% до 56,8% железа, 33% никеля, от 10% до 12% хрома и 0,2% марганца. Этот сплав демонстрирует температуру Кюри, которая может изменяться в диапазоне от 37°С до 70°С, и коэффициент теплового расширения при 0°С 
составляющий от 8·10-6 K-1 до 9,1·10-6 K-1. При этом на ленту данного сплава, имеющую толщину 0,6 мм, накладывают ленту алюминия, толщина которой составляет, по меньшей мере, 5 мм, для которой коэффициент теплового расширения при температуре 0°С равен или превышает 22·10-6 К-1.
После проведения различных испытаний также было установлено, что эта двухслойная система не подвергается старению после 1000 часов функционирования и сохраняет высокую стабильность размеров. Температура этой многослойной системы всегда стабилизируется вокруг одного и того же значения, весьма близкого к 37°С, при проведении различных испытаний индукционного нагревания с использованием различных сочетаний толщины материала и/или различных геометрических параметров нагревательного аппарата, что позволяет получить продукты, имеющие температуру, сопоставимую с температурой человеческого тела. Кроме того, в этих испытаниях не наблюдались пятна окисления после интенсивного использования в условиях медицинского учреждения или в домашних условиях.
Таким образом, упомянутое выше сочетание особенно хорошо приспособлено для нагревательных устройств, предназначенных для человеческого тела, таких, например, как устройство, предназначенное для нагревания детского питания, а также устройство, предназначенное для регулирования температуры крови или кровяной плазмы, инкубатор для недоношенных детей, нагревающее устройство для медицинского вмешательства и т.п., поскольку сплав такого химического состава позволяет обеспечить очень хорошую однородность температуры, автоматически регулируемой на уровне порядка 37°С на больших поверхностях.
Пример 4
Изготавливают путем вакуумного плавления 31 вариант сплавов по 50 кг для каждого из этих сплавов на основе металлов высокой химической чистоты, отлитых в изложницах. После ковки и горячей прокатки этих металлов вплоть до получения ленты толщиной порядка 4,5 мм эти материалы затем подвергают холодной прокатке непосредственно до конечной толщины, составляющей 0,6 мм, и разрезают на испытательные образцы различных форм для характеризации коэффициента теплового расширения αсТ в диапазоне температур от 20°С до Тс, точки Кюри Тс, магнитной индукции насыщения Bs, а также максимального тока окисления Imax и отжига при температуре 1050°С 1 час в атмосфере водорода. При этом упомянутые выше параметры измеряют следующим образом:
- величину αТс измеряют при помощи дилатометра;
- величину Bs измеряют путем извлечения испытуемого образца из магнитного поля (1600 эрстед) постоянного магнита между двумя катушками детектирования, связанными с гальванометром, при этом измерение осуществляют с точностью не менее 3%;
- величину Тс измеряют при помощи термомагнетометра по магнитной силе, экстраполируя к О касательную к кривой сила-температура в точке перегиба этой кривой;
- величина Imax представляет собой максимальный ток, зарегистрированный на кривой окисления в тесте ток-напряжение, в том случае, когда последовательно прилагают величины электрического напряжения между электродом, изготовленным из сплава, и платиновым электродом в растворе с концентрацией 0,01 М серной кислоты.
Составы этих сплавов (за исключением железа, которое входит в эти сплавы дополнительно) сведены в приведенную ниже таблицу:
| Сплав | С (%) | Ni (%) | Cr (%) | Mn (%) | Со (%) | Мо (%) | Si (%) | Al (%) | Cu (%) |
| 1 (сравн.) | 0,0089 | 33,96 | 2,64 | 0,259 | 1,96 | <0,01 | 0,032 | <0,02 | <0,01 |
| 2 (сравн.) | 0,0094 | 35,77 | 5,6 | 0,306 | 1,01 | <0,01 | 0,035 | <0,02 | <0,01 |
| 3 (изобр.) | 0,0083 | 35,8 | 9,05 | 0,3 | 1,04 | <0,01 | <0,02 | <0,02 | <0,01 |
| 4 (сравн.) | 0,009 | 37,69 | 3,14 | 0,296 | 1,06 | <0,01 | 0,031 | <0,02 | <0,01 |
| 5 (сравн.) | 0,0092 | 37,74 | 5,76 | 0,308 | 0,969 | <0,01 | 0,033 | <0,02 | <0,01 |
| 6 (изобр.) | 0,0091 | 37,75 | 9,54 | 0,3 | 1,02 | <0,01 | <0,02 | <0,02 | <0,01 |
| 7 (изобр.) | 0,0089 | 37,45 | 8,72 | 0,3 | 3,06 | <0,01 | <0,02 | <0,02 | <0,01 |
| 8 (сравн.) | 0,0066 | 33,46 | 4,88 | 0,133 | <0,01 | <0,01 | 0,02 | <0,02 | <0,01 |
| 9 (изобр.) | 0,0041 | 33,66 | 7,95 | 0,188 | <0,01 | <0,01 | <0,02 | <0,02 | <0,01 |
| 10 (сравн.) | 0,074 | 34,24 | 2,01 | 0,172 | 0,026 | 5,79 | <0,02 | <0,02 | <0,01 |
| 11 (изобр.) | 0,0086 | 37,63 | 9,31 | 0,293 | 0,503 | 0,023 | <0,02 | <0,02 | 0,094 |
| 12 (изобр.) | 0,0096 | 39,49 | 9,6 | 0,287 | 1,02 | 0,01 | 0,021 | <0,02 | <0,01 |
| 13 (сравн.) | 0,015 | 33,78 | 2,02 | 0,186 | <0,01 | 2,03 | <0,02 | <0,02 | <0,01 |
| 14 (сравн.) | 0,013 | 33,78 | 0,02 | 0,183 | <0,01 | 2,21 | <0,02 | <0,02 | <0,01 |
| 15 (изобр.) | 0,01 | 49,9 | 9,6 | 0,49 | <0,01 | <0,01 | 0,2 | <0,02 | <0,01 |
| 16 (сравн.) | 0,002 | 36,03 | 0,038 | 0,042 | 0,039 | 0,012 | 0,059 | <0,02 | 0,017 |
| 17 (сравн.) | 0,0057 | 42 | - | - | <0,01 | <0,01 | <0,02 | <0,02 | <0,01 |
| 18 (изобр.) | 0,0025 | 42 | 6 | 0,21 | <0,01 | <0,01 | 0,18 | 0,17 | <0,01 |
| 19 (изобр.) | 0,0021 | 47 | 5 | 0,221 | <0,01 | <0,01 | <0,02 | <0,02 | <0,01 |
| 20 (изобр.) | 0,0026 | 47 | 6 | 0,133 | <0,01 | <0,01 | <0,02 | <0,02 | <0,01 |
| 21 (сравн.) | 0,003 | 47,58 | 0,034 | 0,472 | 0,038 | 0,01 | 0,092 | <0,02 | 0,026 |
| 22 (сравн.) | 0,0057 | 55,3 | 3,8 | 0,277 | 0,024 | 0,011 | <0,02 | <0,02 | <0,01 |
| 23 (сравн.) | 0,0062 | 72,5 | 3,1 | 0,234 | 0,022 | <0,01 | <0,02 | <0,02 | <0,01 |
| 24 (сравн.) | 0,0042 | 65,5 | 15,1 | 0,255 | 0,015 | <0,01 | <0,02 | <0,02 | <0,01 |
| 25 (изобр.) | 0,0036 | 70,2 | 9,8 | 0,243 | <0,01 | <0,01 | <0,02 | <0,02 | <0,01 |
| 26 (изобр.) | 0,0087 | 62 | 7,4 | 0,261 | <0,01 | <0,01 | <0,02 | <0,02 | <0,01 |
| 27 (изобр.) | 0,0052 | 55 | 14,8 | 0,252 | <0,01 | <0,01 | <0,02 | <0,02 | <0,01 |
| 28 (сравн.) | 0,0068 | 50,2 | 19,7 | 0,241 | <0,01 | <0,01 | <0,02 | <0,02 | <0,01 |
| 29 (сравн.) | 0,0035 | 39,9 | 20,1 | 0,233 | <0,01 | <0,01 | <0,02 | <0,02 | <0,01 |
| 30 (изобр.) | 0,0045 | 45,5 | 15,3 | 0,228 | <0,01 | <0,01 | <0,02 | <0,02 | <0,01 |
| 31 (сравн.) | 0,0066 | 32,3 | 17,4 | 0,262 | <0,01 | <0,01 | <0,02 | <0,02 | <0,01 |
Результаты проведенных с этими сплавами испытаний сведены в приведенную ниже таблицу:
| Сплав | αТс (10-6 К-1) | Bs (Т) | Тс (°С) | Imax (mA) |
| 1 (сравн.) | 4,30 | 1,085 | 205 | 1,20 |
| 2 (сравн.) | 5,10 | 0,91 | 181 | 0,25 |
| 3 (изобр.) | 8,25 | 0,65 | 127 | 0,90 |
| 4 (сравн.) | 4,50 | 1,225 | 252 | 1,10 |
| 5 (сравн,) | 6,05 | 0,985 | 214 | 0,25 |
| 6 (изобр.) | 7,70 | 0,725 | 154 | 0,60 |
| 7 (изобр.) | 7,82 | 0,795 | 182 | 0,90 |
| 8 (сравн.) | 5,00 | 0,76 | 149 | 0,50 |
| 9 (изобр.) | 7,90 | 0,53 | 98 | 0,60 |
| 10 (сравн.) | 7,74 | 0,545 | 87 | 1,20 |
| 11 (изобр.) | 7,70 | 0,675 | 137 | 0,80 |
| 12 (изобр.) | 8,08 | 0,74 | 163 | 0,60 |
| 13 (сравн.) | 4,50 | 0,81 | 125 | 1,50 |
| 14 (сравн.) | 3,80 | 0,87 | 143 | 3,00 |
| 15.(изобр.) | 10,50 | 0,745 | 232 | 0,60 |
| 16 (сравн.) | 2,90 | 1,30 | 250 | 6,20 |
| 17 (сравн.) | 5,00 | 1,50 | 330 | 5,70 |
| 18 (изобр.) | 8,10 | 1,11 | 256 | 0,25 |
| 19 (изобр.) | 9,30 | 1,25 | 340 | 0,50 |
| 20 (изобр.) | 9,75 | 1,18 | 350 | 0,25 |
| 21 (сравн.) | 8,10 | 1,60 | 450 | 5,00 |
| 22 (сравн.) | 10,00 | 1,14 | 390 | 1,40 |
| 23 (сравн.) | 11,60 | 0,90 | 330 | 1,10 |
| 24 (сравн.) | 11,80 | 0,13 | 10 | 0,15 |
| 25 (изобр.) | 11,70 | 0,45 | 190 | 0,32 |
| 26 (изобр.) | 11,20 | 0,87 | 340 | 0,22 |
| 27 (изобр.) | 10,80 | 0,30 | 100 | 0,17 |
| 28 (сравн.) | 10,40 | <0,01 | -50 | 0,12 |
| 29 (сравн.) | 9,70 | <0,01 | -80 | 0,16 |
| 30 (изобр.) | 9,50 | 0,20 | 120 | 0,33 |
| 31 (сравн.) | 11,20 | <0,01 | -30 | 0,31 |
В том случае, когда желательно изготовить кухонный сосуд, характеризующийся величиной Tmax от 30°С до 350°С, определяемой способом термической обработки и типом обрабатываемых пищевых продуктов, которые предполагается готовить в этом сосуде, понятно, что достаточно выбрать в области заявленных в данном изобретении химических составов тот сплав, который имеет точку Кюри, соответствующую этой температуре Tmax.
Установлено также, что сплавы, в которых содержание никеля превышает 52%, проявляют одновременно превосходную устойчивость к коррозии и высокий коэффициент теплового расширения.
1. Применение для изготовления нагревающих элементов для кухонных сосудов, предназначенных для индукционной термической обработки пищевых продуктов, ферромагнитного сплава, химический состав которого включает, мас.%:
32,5%≤Ni≤72,5%;
5%≤Cr≤18%;
0,01%≤Mn≤0,5%;
С≤1%,
и, при необходимости, этот сплав содержит один или несколько элементов, выбранных среди Мо, V, Со, Cu, Si, W, Nb и Al, причем суммарное содержание этих элементов составляет не более 10%, а остальную часть составляют железо и примеси, возникающие в процессе изготовления, причем этот химический состав дополнительно удовлетворяет следующим соотношениям:
Cr-1,1Ni+23,25≤0%;
45Cr+11Ni≤1360;
Ni+3Cr≥60%, если Ni≥37,5;
Cr≥7,5, если Ni≤37,5.
2. Применение по п.1, характеризующееся дополнительно тем, что содержание хрома в упомянутом сплаве превышает 13%.
3. Применение по п.1 или 2, характеризующееся дополнительно тем, что содержание никеля в этом сплаве составляет от 34 до 50%, а также тем, что он не содержит элементов, выбранных среди Мо, V, Со, Cu, Si, W, Nb и Al.
4. Применение по п.1 или 2, характеризующееся дополнительно тем, что содержание никеля в этом сплаве превышает 52%.
5. Применение по п.1, характеризующееся дополнительно тем, что содержание никеля в этом сплаве составляет от 48 до 52% и содержание в этом сплаве хрома составляет от 7 до 10%.
6. Применение по п.1, характеризующееся дополнительно тем, что содержание марганца в этом сплаве равно или превышает 0,1%.
7. Применение по п.1, характеризующееся тем, что указанный сплав демонстрирует температуру Кюри Tc, от 30 до 350°С, коэффициент теплового расширения αTc - между температурой окружающей среды и температурой Tc, равный или превышающий 6,5·10-6 K-1, магнитную индукцию насыщения Bs, равную или превышающую 0,2 Т, и для которого максимальный ток окисления при проведении теста на коррозию по току-напряжению в кислой среде Imax составляет менее 1 мА.
8. Применение по п.7, характеризующееся тем, что этот коэффициент теплового расширения αTc в диапазоне между температурой окружающей среды и температурой Тс указанного сплава равен или превышает 9·10-6 K-1 и магнитная индукция насыщения Bs равна или превышает 0,5 Т.
9. Применение для выполнения однослойного днища кухонных сосудов, предназначенных для индукционной тепловой обработки пищевых продуктов, ферромагнитного сплава, химический состав которого включает, мас.%:
32,5%≤Ni≤72,5%;
13%≤Cr≤18%;
0,01%≤Mn≤0,5%;
С≤1%,
и, при необходимости, содержит один или несколько элементов, выбранных среди Мо, V, Со, Cu, Si, W, Nb и Al, причем суммарное содержание этих элементов составляет не более 10%, а остальную часть составляют железо и примеси, возникающие в процессе изготовления, причем этот химический состав дополнительно удовлетворяет следующим соотношениям:
Cr-1,1Ni+23,25≤0%;
45Cr+11Ni≤1360;
Ni+3Cr≥60%, если Ni≥37,5;
Cr≥7,5, если Ni≤37,5.
