專利名稱：高硬度含銅馬氏體抗菌不銹鋼的制作方法
技術領域：
本發明涉及抗菌不銹鋼，尤其是一種高硬度含銅馬氏體抗菌不銹鋼以及應用該不銹鋼生產不銹鋼鋼板的工藝。
背景技術：
近幾年，隨著全球多起細菌感染事件的發生，防菌、抗菌的衛生管理問題受到社會的極大關注，食品業、醫療衛生業乃至一般家庭對日用器具的衛生要求越來越高，對于抗菌制品的需求正在不斷增長。為了滿足這種需求，目前市場上涌現出各種抗菌不銹鋼，通過向其中添加銀、銅、Ti、稀土等具有殺菌功能的合金元素提高其抗菌性能，主要分為鐵素體抗菌不銹鋼、奧氏體抗菌不銹鋼、馬氏體抗菌不銹鋼，其中鐵素體和奧氏體抗菌不銹鋼應用較為廣泛，已經成功開發了鐵素體系和奧氏體系抗菌不銹鋼，并已用于衛浴、食品容器等行業，而馬氏體抗菌不銹鋼由于其硬度低，應用有限，雖然專利JP8104952以及CN101205592 介紹了馬氏體不銹鋼，但是由于不銹鋼硬度較低，并未實現產業化。

發明內容
針對上述問題，本發明提出了一種高硬度含銅馬氏體抗菌不銹鋼以及應用該不銹鋼生產不銹鋼鋼板的工藝，可以滿足家庭、醫療等行業制作刀具對其硬度的要求。本發明一種高硬度含銅馬氏體抗菌不銹鋼，其特征在于以重量百分比計，該不銹鋼的化學成分如下0. 8-1. 2 % CU6-18 % CrU. 0-3. 0 % Mo、0. 1-1. 0 % VU. 0-3. 0 % W、0. 5-3. 0 % Ni,2. 5-3. 5 % Cu、0. 1-1. 0% Re、S 彡 0· 035%, P 彡 0· 03%，其他雜質元素 (2.0%，其余為狗。本發明中含C量為0. 8-1. 2%，不僅提高了馬氏體的硬度，還與合金元素形成合金碳化物，合金鑄錠經鍛造后進行球化退火，在馬氏體基體上分布大量粒狀碳化物，提高了合金的硬度和耐磨性。本發明中含有1. 0-3. 0%WU. 0-3. 0% Μο、0· 1-1. 0% V,除了在合金中形成硬度較高的碳化物，還在合金回火時形成二次硬化，使得不銹鋼產品回火后硬度不但不降低，反而有所增加，提高合金硬度和耐磨性。如果W、Mo、V的含量低于下限，對合金的硬化作用不大， 但含量超過上限，鍛造時，抗菌元素Cu易偏析于晶界，合金的鍛造性能變差，也造成合金抗菌性不均勻。本發明中有0.5-3.0% Ni，降低Cu元素在晶界的偏析。Cu含量低于下限，對Cu元素的偏析抑制作用不大，抗菌相析出不均勻；但超過上限，易出現鐵素體相，合金硬度不能提尚。本發明中含有2. 5-3. 5% Cu和0. 1-1.0% Re，抑制細菌的增殖并提高抗菌性能。 Cu低于2. 5%時，抗菌性降低，但含Cu量高于3. 5 %，合金鍛造性能變差。Cu含量最好為 2.8-3.2%。Re不但自身具有抗菌性，而且使含Cu抗菌相分布更均勻。由于Re的加入，即使含Cu抗菌相脫落，也使合金在脫落處仍保持良好的抗菌性。Re主要來源于稀土，當Re含量低于0. 時，抗菌性能降低較大；含量超過1.0%時，成本增加而且對含Cu的抗菌相析出有一定的抑制作用，因此，Re含量最好為0. 5-0. 8%。本發明中含有16-18% Cr，Cr是不銹鋼保持不銹的主要合金元素。為了與高的含碳量配合，本發明不銹鋼中Cr的加入量高于Crl3系列不銹鋼，但由于加入高的其他合金元素，含Cr量基本比9Crl8系列不銹鋼稍低。經過發明人的長期試驗確定，以重量百分比計，該含銅馬氏體抗菌不銹鋼的化學成分的最佳含量為 1. 0% CU7% Cr,2. 5% Mo、0. 6% V,2. 0% W、l. 0% Ni,3. 0% Cu、0. 5% Re, S ^ 0. 03%,P ^ 0. 03%，其他雜質元素彡2. 0%，其余為佝。綜上所述，本發明在適當范圍內把W、Mo、V、Ni元素加入不銹鋼中，不僅提高了合金的耐磨性，而且在合金回火時形成二次硬化，使得不銹鋼產品回火后硬度不但不降低，反而有所增加，大大提高了不銹鋼產品的硬度，使硬度不低于HRC55。進一步發現，同時加入 Cu和稀土元素(Re)到不銹鋼中不銹鋼產品的抗菌性能可大大提高，抗菌性能大于99%。應用本發明所述配比的不銹鋼生產不銹鋼鋼板的工藝，具體步驟如下(1)冶煉澆鑄將不銹鋼熔化后澆鑄成鑄錠；(2)鍛造將上述鑄錠在950°C -1100°C鍛造成厚20_100mm的鋼板；(3)球化退火將上述鍛造后鋼板經820°C _900°C球化退火；(4)熱軋將上述球化退火后的鋼板在900°C _1050°C加熱并熱軋形成厚度為3_5mm 的鋼板；(5)退火將上述熱軋后的鋼板在700-900°C加熱，保溫30-60min后爐冷；(6)酸洗將上述退火后的鋼板采用稀硝酸進行清洗；(7)冷軋將酸洗后的鋼板冷軋；(8)淬火將上述冷軋后的鋼板在保護性氣氛中于1000°C _1050°C加熱，保溫 20-60min后在油中進行淬火；(9)回火將上述淬火后的鋼板在450°C _500°C進行回火0. 5_濁。步驟(1)中不銹鋼可以采用真空感應爐熔煉，或是采用中頻感應爐熔煉，然后進行電渣重熔后制備金屬錠。將上述鑄錠進行鍛造，破碎合金鑄態組織中的萊氏體組織，并使晶粒細化。由于溫度過低，對鍛造設備要求較高；溫度較高，由于加入銅，容易出現過燒現象，因此將鍛造溫度設為950°C -IlOO0C ；為了避免碳化物分布不均引起不銹鋼性能不均以及有利于后面的軋制，鍛造比不小于5，鍛造比越大越好，越大，組織越均勻。但越大，需要鍛造次數越多，能源消耗也大，因此本發明采用的鍛造比不超過10，以5-7為宜。本發明鍛造時對鑄錠先鐓粗， 然后再拔長，使合金不宜鍛造開裂。由于本發明不銹鋼中含碳量和合金元素含量都高，需要對鍛造后的不銹鋼鋼板進行球化退火，使破碎的碳化物球粒化，易于合金的下一步軋制。球化退火溫度太低，導致所需時間長且效果差；球化退火溫度太高，導致合金晶粒粗大且浪費能源，因此球化退火溫度為820°C -900°C，時間為8-Mh，使得經過球化退火處理的不銹鋼鋼板既有較高的硬度，又有一定的韌性。為后期軋制薄板做準備，將上述經球化退火處理的鋼板在900°C -1050°C熱軋成 3-5mm厚的鋼板，然后經退火去除應力，3%稀硝酸酸洗去除表面氧化物及雜質后進入冷軋
4工序，根據需要制作的刀具的厚度，將鋼板冷軋成厚度為0. 5-2mm的鋼板。將上述冷軋后的鋼板在1000°C -1050°C加熱保溫后在油中進行淬火，使得鋼板在加熱后為奧氏體與碳化物組織，淬火后轉變為馬氏體與碳化物組織，提高不銹鋼鋼板硬度。 為了避免氧化和脫碳，加熱需要在氮氣、氬氣、真空或其他氣氛下進行，保溫時間可根據鋼板厚度而定，一般為20-60min。淬火介質采用淬火油是減小淬火應力，防止變形和開裂。為了進一步提高不銹鋼鋼板的硬度，可以對淬火后的不銹鋼鋼板采用液氮進行深冷處理，使殘余的奧氏體全部轉變為馬氏體，深冷處理溫度為-120°C _196°C，時間為l_5h，深冷介質可以為液氮或其他常用介質。是否進行深冷處理根據需要的硬度而定，一般來說深冷處理可使硬度提高HRC3-5。刀具硬度越高，越鋒利。一般情況下，采用本發明所述的不銹鋼鋼板，不需經過深冷，其硬度也可以滿足制作刀具對其硬度的要求。將上述淬火后的鋼板在450°C -500°C回火0. 5_2h，不但可保證鋼中析出抗菌相， 也使合金硬度不降低，甚至有所提高。綜上所述，本發明所述的不銹鋼以及采用本發明所述的的不銹鋼生產出的不銹鋼鋼板具有優越的抗菌性、高硬度和耐磨性，這足以滿足刀具等工具的需要。本發明對具有優越的抗菌性和高硬度性的不銹鋼產品有利，這可用于磨損的組件，例如，用于廚房中刀具， 醫用手術刀具等。


圖1為本發明制得的抗菌不銹鋼鑄態組織金相圖；圖2為本發明制得的抗菌不銹鋼熱處理后的組織金相圖；圖中1、萊氏體；2、碳化物；3、馬氏體基體。
具體實施例方式實施例1以重量百分比計，將化學成分為0.8% CU7% Cr,3. 0% Mo,0. 1% V,2.0% W, 0. 5% Ni,3. 5% CuU. 0% Re、0. 035% S、0. 01%P,2. 0% 其他雜質元素，其余為 Fe 的不銹鋼真空感應爐熔煉，然后進行電渣重熔后制備金屬錠。鑄錠在950°C鍛造成厚20mm的鋼板， 經850°C球化退火處理他。每個鋼板在950°C加熱并熱軋形成厚度為3mm的鋼板。鋼板在 700°C加熱保溫60min，經3%的稀硝酸酸洗，然后冷軋生產厚度為0. 5mm的鋼板。生產的鋼板在氮氣氣氛中于1050°C加熱保溫20min后在油中進行淬火，接著在 450°C進行回火濁，得產品。實施例2以重量百分比計，將化學成分為1. 2% CU8% CrU. 0% Mo,0. 6% VU. 0% W, 3. 0% Ni,2. 5% Cu、0. 1% Re,0. 025% S、0. 02% P, 1. 0%其他雜質元素，其余為 Fe 的不銹鋼采用中頻感應爐熔煉，然后進行電渣重熔后制備金屬錠。鑄錠在1000°c鍛造成厚IOOmm的鋼板，經900°C球化退火處理18h。每個鋼板在900°C加熱并熱軋形成厚度為4mm的鋼板。 鋼板在850°C加熱保溫40min，經3%的稀硝酸酸洗，然后冷軋生產厚度為1. 5mm的鋼板。生產的鋼板在氬氣氣氛中于1020°C加熱保溫60min后在油中進行淬火，淬火后采用液氮于-1960C深冷處理證，然后在5000C進行回火0.證，得產品。
實施例3以重量百分比計，將化學成分為1.0% CU6% Cr,2. 0% MoU. 0% V,3. 0% W, 1. 7% Ni,3. 0% Cu、0. 6% Re、0. 005% S、0. 03% P，0· 1 %其他雜質元素，其余為 Fe 的不銹鋼真空感應爐熔煉，然后進行電渣重熔后制備金屬錠。鑄錠在1100°C鍛造成厚80mm的鋼板， 經820°C球化退火處理Mh。每個鋼板在1050°C加熱并熱軋形成厚度為5mm的鋼板。鋼板在900°C加熱保溫30min，經3%的稀硝酸酸洗，然后冷軋生產厚度為2mm的鋼板。生產的鋼板在氮氣氣氛中與1000°C加熱保溫30min后在油中進行淬火，接著在 465 °C進行回火Ih，得產品。實施例4以重量百分比計，將化學成分為1. 0% CU7% Cr,2. 5% Μο,Ο. 6% V,2. 0% W, 1. 0% Ni,3. 0% Cu、0. 5% Re、0. 03% S、0. 03% P，0. 2%其他雜質元素，其余為！^ 的不銹鋼采用中頻感應爐熔煉，然后進行電渣重熔后制備金屬錠。鑄錠在1025°C鍛造成厚60mm的鋼板，經860°C球化處理16h。每個鋼板在975°C加熱并熱軋形成厚度為4mm的鋼板。鋼板在 800°C加熱保溫45min，經3%的稀硝酸酸洗，然后冷軋生產厚度為Imm的鋼板。生產的鋼板在氬氣氣氛中與1025°C加熱保溫40min后在油中進行淬火，淬火后采用液氮于_120°C深冷處理lh，然后在475°C進行回火1.證，得產品。比較例將上述實施例1-4中所制得的不銹鋼產品與其他不銹鋼進行進行抗菌試驗和硬度試驗。抗菌性試驗采用根據日本標準Jis Z 2801-2000進行，硬度試驗試驗根據GB/ T1818-94測定，結果見表1。表 權利要求
1.一種高硬度含銅馬氏體抗菌不銹鋼，其特征在于以重量百分比計，該不銹鋼的化學成分如下0. 8-1. 2% CU6-18% CrU. 0-3. 0% Μο、0· 1-1. 0% VU. 0-3. 0% W、0. 5-3. 0% Ni,2. 5-3. 5% Cu、0. 1-1. 0% Re,S ( 0. 035%,P ( 0. 03%，其他雜質元素彡 2. 0%，余量為Fe。
2.根據權利要求1所述的高硬度含銅馬氏體抗菌不銹鋼，其特征在于以重量百分比計，該不銹鋼的化學成分如下1. 0% CU7% Cr, 2. 5% Mo、0. 6% V、2. 0%WU. 0% Ni,3. 0% Cu、0. 5% Re, S ^ 0. 03%,P ^ 0. 03%，其他雜質元素彡 2. 0%，余量為 Fe。
3.應用權利要求1所述配比的不銹鋼生產不銹鋼鋼板的工藝，其特征在于具體步驟如下(1)冶煉澆鑄將不銹鋼熔化后澆鑄成鑄錠；(2)鍛造將上述鑄錠在950°C-1100°C鍛造成厚20-100mm的鋼板；(3)球化退火將上述鍛造后鋼板經820°C-900°C球化退火8-24h ；(4)熱軋將上述球化退火后的鋼板在900°C_1050°C加熱并熱軋形成厚度為3-5mm的鋼板；(5)退火將上述熱軋后的鋼板在700-900°C加熱，保溫30-60min后爐冷；(6)酸洗將上述退火后的鋼板采用稀硝酸進行清洗；(7)冷軋將酸洗后的鋼板冷軋；(8)淬火將上述冷軋后的鋼板在保護性氣氛中于1000°C-1050°C加熱，保溫20-60min 后在油中進行淬火；(9)回火將上述淬火后鋼板在450°C_500°C進行回火0. 5_池。
4.根據權利要求3所述的生產不銹鋼鋼板的工藝，其特征在于步驟O)中的鍛造比為 5-10。
5.根據權利要求3或4所述的生產不銹鋼鋼板的工藝，其特征在于步驟O)中的鍛造比優選5-7。
6.根據權利要求3所述的生產不銹鋼鋼板的工藝，其特征在于鍛造時，對鑄錠先鐓粗，后拔長。
7.根據權利要求3所述的生產不銹鋼鋼板的工藝，其特征在于不銹鋼淬火后進行深冷處理。
8.根據權利要求7所述的生產不銹鋼鋼板的工藝，其特征在于深冷處理溫度為-120°C _196°C，時間為 l-5h0
全文摘要
本發明涉及高硬度含銅馬氏體抗菌不銹鋼，以重量百分比計，該不銹鋼的化學成分如下0.8-1.2％C、16-18％Cr、1.0-3.0％Mo、0.1-1.0％V、1.0-3.0％W、0.5-3.0％Ni、2.5-3.5％Cu、0.1-1.0％Re、S≤0.035％、P≤0.03％，其他雜質元素≤2.0％，其余為Fe。該含銅馬氏體抗菌不銹鋼不僅有著優良的抗菌性能，而且硬度和耐磨性能大大提高，滿足了家庭、醫療等行業制作刀具對其硬度和抗菌性能的要求。
文檔編號C21D1/32GK102242320SQ201110200800
公開日2011年11月16日 申請日期2011年7月18日 優先權日2011年7月18日
發明者孫清洲, 張保議, 張普慶, 王獻忠, 趙忠魁 申請人:山東建筑大學