專利名稱：高硬度含銀馬氏體抗菌不銹鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及抗菌不銹鋼，尤其是一種高硬度含銀馬氏體抗菌不銹鋼以及應(yīng)用該不銹鋼生產(chǎn)不銹鋼鋼板的工藝。
背景技術(shù)：
近幾年，隨著全球多起細(xì)菌感染事件的發(fā)生，防菌、抗菌的衛(wèi)生管理問題受到社會(huì)的極大關(guān)注，食品業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生業(yè)乃至一般家庭對(duì)日用器具的衛(wèi)生要求越來(lái)越高，對(duì)于抗菌制品的需求正在不斷增長(zhǎng)。為了滿足這種需求，目前市場(chǎng)上涌現(xiàn)出各種抗菌不銹鋼，通過(guò)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(yīng)用較為廣泛，已經(jīng)成功開發(fā)了鐵素體系和奧氏體系抗菌不銹鋼，并已用于衛(wèi)浴、食品容器等行業(yè)，而馬氏體抗菌不銹鋼由于其硬度低，應(yīng)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(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明提出了一種高硬度含銀馬氏體抗菌不銹鋼以及應(yīng)用該不銹鋼生產(chǎn)不銹鋼鋼板的工藝，可以滿足家庭、醫(yī)療等行業(yè)制作刀具對(duì)其硬度的要求。本發(fā)明含銀馬氏體抗菌不銹鋼，其特征在于以重量百分比計(jì)，該不銹鋼的化學(xué)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. 7-1. 2% Al、 0. l-o. 2% Ag、0. 1-1. 0% Re,S 彡 0. 035%,P 彡 0. 03%，其他雜質(zhì)元素彡 2. 0%，余量為 Fe。本發(fā)明中含碳量為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，使得合金鑄錠經(jīng)鍛造以及球化退火處理后，在馬氏體基體上分布有大量粒狀碳化物，提高了合金的硬度和耐磨性。含碳量低于下限，合金的硬度不能保證，含碳量高于上限， 合金鑄錠鍛造性能變差，因此含碳量為0. 8-1. 2%，優(yōu)選0. 9-1. 1%。本發(fā)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(fā)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。本發(fā)明中含有W、Mo、V，這些元素除了在合金中形成硬度較高的碳化物，還在合金回火時(shí)形成二次硬化，使得不銹鋼鋼板回火后硬度不但不降低，反而有所增加，提高合金的硬度和耐磨性。如果W、Mo、V的含量低于下限，對(duì)合金的硬化作用不大，但含量超過(guò)上限，鍛造時(shí)，抗菌元素Ag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，因此三種元素含量為 1. 0-3. 0% WU. 0-3. 0% Μο,Ο. 1-1. 0% V,優(yōu)選 1. 5-2. 5% WU. 5-2. 5% Mo, 0. 3-0. 8% V0本發(fā)明中含有0. 7-1. 2% Al，增強(qiáng)合金回火時(shí)形成二次硬化效果。Al含量低于下限，對(duì)合金回火時(shí)形成二次硬化作用不大；但超過(guò)上限，易出現(xiàn)鐵素體相，合金硬度不能提高，因此將其含量控制在0. 7-1. 2%，優(yōu)選0. 9-1. 2%。
本發(fā)明中含有0. 1-0. 2% Ag和0. 1-1.0% Re，抑制細(xì)菌的增殖并提高抗菌性能。 Ag含量低于0. 時(shí)，合金的抗菌性較低。Ag是貴金屬，盡量不超過(guò)0.2%，否則成本增加。 Re不但自身具有抗菌性，而且使含Ag抗菌相分布更均勻。由于Re的加入，即使含Ag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(lái)源于稀土，稀土含量低于0. 1% 時(shí)，抗菌性能降低較大。稀土價(jià)格高，含量超過(guò)1. 0%時(shí)，不僅成本增加而且對(duì)抗菌相析出有一定的抑制作用，因此，二者最適宜的范圍為0. 1-0. 15% Ag,0. 5-0.8% Re。經(jīng)過(guò)發(fā)明人的長(zhǎng)期試驗(yàn)確定，以重量百分比計(jì)，該含銀馬氏體抗菌不銹鋼的化學(xué)成分的最佳含量為 1. 0% CU7% Cr,2% Μο,Ο. 5% V,2. 0% WU. 0% A1、0. 12% Ag,0. 8% Re, S ^ 0. 03%, P ^ 0. 03%，其他雜質(zhì)元素彡2. 0%，余量為佝。綜上所述，本發(fā)明在適當(dāng)范圍內(nèi)把W、Mo、V、Al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(shí)形成二次硬化，使得不銹鋼鋼板回火后硬度不但不降低，反而有所增加，大大提高了不銹鋼鋼板的硬度，使硬度不低于HRC57。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，同時(shí)加入 ^Vg和稀土元素(Re)到不銹鋼中，不銹鋼產(chǎn)品的抗菌性能可大大提高，抗菌性能大于99%。應(yīng)用本發(fā)明所述配比的不銹鋼生產(chǎn)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 -1200°C鍛造成厚20_100mm的鋼板；(3)球化退火將上步鋼板經(jīng)820°C _900°C進(jìn)行球化退火；(4)熱軋將球化退火后的鋼板在900°C -1100°C加熱并熱軋形成厚度為5mm的鋼板；(5)退火將熱軋后的鋼板在700-1000°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(jìn)行清洗；(7)冷軋將酸洗后的鋼板冷軋；(8)淬火將冷軋后鋼板在保護(hù)性氣氛中與950°C -1200°C加熱，保溫20-60min后在油中進(jìn)行淬火；(9)回火將上述淬火后的鋼板在400-600°C進(jìn)行回火0. 5-濁。步驟(1)中不銹鋼可以采用真空感應(yīng)爐熔煉，或是采用中頻感應(yīng)爐熔煉，然后進(jìn)行電渣重熔后制備金屬錠。將上述鑄錠進(jìn)行鍛造，破碎合金鑄態(tài)組織中的萊氏體組織，并使晶粒細(xì)化。由于溫度過(guò)低，對(duì)鍛造設(shè)備要求較高，溫度較高，容易出現(xiàn)過(guò)燒現(xiàn)象，將鍛造溫度設(shè)為 9500C -1200°C ；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(shù)越多，能源消耗也大，因此本發(fā)明采用的鍛造比不超過(guò)10，以5-7為宜。本發(fā)明鍛造時(shí)先鐓粗，然后再拔長(zhǎng)，使合金不宜鍛造開裂。由于本發(fā)明不銹鋼中含碳量和合金元素含量都高，需要對(duì)鍛造后的不銹鋼鋼板進(jìn)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(dǎo)致所需時(shí)間長(zhǎng)且效果差；球化退火溫度太高，導(dǎo)致合金晶粒粗大且浪費(fèi)能源，因此球化退火溫度為820°C -900°C，時(shí)間為8-Mh，使得經(jīng)過(guò)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(zhǔn)備，將上述經(jīng)球化退火處理的鋼板在900°C -1100°C熱軋成5mm厚的熱軋板，然后經(jīng)退火去除應(yīng)力，3%稀硝酸酸洗去除表面氧化物及雜質(zhì)后進(jìn)入冷軋工序，根據(jù)需要制作的刀具的厚度，將鋼板冷軋成厚度為0. 5-2mm的冷軋板。將上述冷軋板在950°C -1200°C加熱，并在油中進(jìn)行淬火，使得鋼板在加熱后為奧氏體與碳化物組織，淬火后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?dú)?、氬氣、真空或其他氣氛下進(jìn)行，加熱時(shí)間可根據(jù)鋼板厚度而定，一般為20-60min。淬火介質(zhì)采用淬火油是減小淬火應(yīng)力，防止變形和開裂。為了提高不銹鋼鋼板的硬度，可以對(duì)淬火后的不銹鋼鋼板采用液氮進(jìn)行深冷處理，使殘余的奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。深冷處理溫度為-120°C _196°C，時(shí)間為l_5h，深冷介質(zhì)可以為液氮或其他常用介質(zhì)。是否進(jìn)行深冷處理根據(jù)需要的硬度而定，一般來(lái)說(shuō)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(fā)明所述的不銹鋼鋼板，不需經(jīng)過(guò)深冷，其硬度也可以滿足制作刀具對(duì)其硬度的要求。將上述淬火后的鋼板在400°C -600°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(fā)明所述的不銹鋼以及采用本發(fā)明所述的的不銹鋼生產(chǎn)出的不銹鋼鋼板不僅有著優(yōu)良的抗菌性能，而且硬度和耐磨性能大大提高，硬度不低于HRC57，滿足了家庭、醫(yī)療等行業(yè)制作刀具對(duì)其硬度和抗菌性能的要求，具有極大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。


圖1為本發(fā)明所制得的不銹鋼的組織金相圖；圖中1、碳化物；2、馬氏體基體。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1以重量百分比計(jì)，將化學(xué)成分為0. 8% CU7% Cr,3. 0% Mo,0. 1% VU. 5% W,
0.7% Α1、0· 15% Ag、l. 0% Re、0. 035% S、0. 03% P, 2. 0%其他雜質(zhì)元素，余量為 Fe 的不銹鋼在真空感應(yīng)爐熔煉，然后進(jìn)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(jīng)840°C球化退火處理他。每個(gè)鋼板在900°C加熱并熱軋形成厚度為5mm的鋼板。鋼板在700°C加熱保溫60min，經(jīng)3%的稀硝酸酸洗，然后冷軋生產(chǎn)厚度為2mm的鋼板。生產(chǎn)的鋼板在氮?dú)鈿夥罩信c950°C加熱保溫60min后在油中進(jìn)行淬火，接著在 400°C進(jìn)行回火濁，得產(chǎn)品。實(shí)施例2以重量百分比計(jì)，將化學(xué)成分為1. 2% CU8% CrU. 0% Mo,0. 6% VU. 0% W,
1.2% AU0. 1% Ag,0. 1% Re,0. 025% S、0. 02% P，1. 0%其他雜質(zhì)元素，余量為 Fe 的不銹鋼采用中頻感應(yīng)爐熔煉，然后進(jìn)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(jīng)900°C球化處理Mh。每個(gè)鋼板在900°C加熱并熱軋形成厚度為5mm的鋼板。鋼板在900°C加熱保溫40min，經(jīng)3%的稀硝酸酸洗，然后冷軋生產(chǎn)厚度為0. 5mm的鋼板。生產(chǎn)的鋼板在氬氣氣氛中與1200°C加熱保溫30min后在油中進(jìn)行淬火，接著在 600°C進(jìn)行回火0. 5h，得產(chǎn)品。實(shí)施例3
以重量百分比計(jì)，將化學(xué)成分為1.0% CU6% Cr,2. 0% MoU. 0% V,3. 0% W, 0. 9% ΑΙ,Ο. 2% Ag,0. 6% Re、0. 005% S、0. 01%P,0. 5% 其他雜質(zhì)元素，余量為 Fe 的不銹鋼在真空感應(yīng)爐熔煉，然后進(jìn)行電渣重熔后制備金屬錠。鑄錠在1200°C鍛造成厚40mm的鋼板，經(jīng)820°C球化處理18h。每個(gè)鋼板在1100°C加熱并熱軋形成厚度為5mm的鋼板。鋼板在 1000°C加熱保溫30min，經(jīng)3%的稀硝酸酸洗，然后冷軋生產(chǎn)厚度為Imm的鋼板。生產(chǎn)的鋼板在氮?dú)鈿夥罩信c1000°C加熱保溫40min后在油中進(jìn)行淬火，接著在 465°C進(jìn)行回火1.5h，得產(chǎn)品。實(shí)施例4以重量百分比計(jì)，將化學(xué)成分為1. 0% CU7% Cr,2% Μο、0· 5% V、2. 0% WU. 0% A1、0. 12% Ag,0. 8% Re、0. 03% S、0. 03% P，2. 0%其他雜質(zhì)元素，余量為！^的不銹鋼在真空感應(yīng)爐熔煉，然后進(jìn)行電渣重熔后制備金屬錠。鑄錠在1075°C鍛造成厚60mm的鋼板，經(jīng) 860°C球化處理16h。每個(gè)鋼板在1050°C加熱并熱軋形成厚度為5mm的鋼板。鋼板在850°C 加熱保溫45min，經(jīng)3%的稀硝酸酸洗，然后冷軋生產(chǎn)厚度為1. 5mm的鋼板。生產(chǎn)的鋼板在氬氣氣氛中與1075°C加熱保溫45min后在油中進(jìn)行淬火，接著在 500°C進(jìn)行回火Ih，得產(chǎn)品。比較例將上述實(shí)施例1-4中所制得的不銹鋼產(chǎn)品與其他不銹鋼進(jìn)行進(jìn)行抗菌試驗(yàn)和硬度試驗(yàn)。抗菌性試驗(yàn)采用根據(jù)日本標(biāo)準(zhǔn)Jis Z 2801-2000進(jìn)行，硬度試驗(yàn)試驗(yàn)根據(jù)GB/ T1818-94測(cè)定，結(jié)果見表1。表 權(quán)利要求
1.一種高硬度含銀馬氏體抗菌不銹鋼，其特征在于以重量百分比計(jì)，該不銹鋼的化學(xué)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. 7-1. 2% Α1、0· 1-0. 2% Ag、0. 1-1. 0% Re,S ( 0. 035%,P ( 0. 03%，其他雜質(zhì)元素彡 2. 0%，余量為Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高硬度含銀馬氏體抗菌不銹鋼，其特征在于以重量百分比計(jì)，該不銹鋼的化學(xué)成分如下1. 0% CU7% Cr,2% Mo、0. 5% V、2. 0% WU. 0% A1、0. 12% Ag、0. 8% Re, S ^ 0. 03%,P ^ 0. 03%，其他雜質(zhì)元素彡 2. 0%，余量為 Fe。
3.應(yīng)用權(quán)利要求1所述配比的不銹鋼生產(chǎn)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-1200°C鍛造成厚20_100mm的鋼板；(3)球化退火將上步鋼板經(jīng)820°C-900°C進(jìn)行球化退火8-24h ；(4)熱軋將球化退火后的鋼板在900°C-1100°C加熱并熱軋形成厚度為5mm的鋼板；(5)退火將熱軋后的鋼板在700-1000°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(jìn)行清洗；(7)冷軋將酸洗后的鋼板冷軋；(8)淬火將冷軋后鋼板在保護(hù)性氣氛中與950°C-1200°C加熱，保溫20-60min后在油中進(jìn)行淬火；(9)回火將上述淬火后的鋼板在400-600°C進(jìn)行回火0.5-池。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)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(jù)權(quán)利要求3或4所述的生產(chǎn)不銹鋼鋼板的工藝，其特征在于步驟O)中的鍛造比優(yōu)選5-7。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)不銹鋼鋼板的工藝，其特征在于鍛造時(shí)，對(duì)鑄錠先鐓粗，后拔長(zhǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)不銹鋼鋼板的工藝，其特征在于不銹鋼淬火后進(jìn)行深冷處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的生產(chǎn)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(shí)間為 l-5h0
全文摘要
本發(fā)明涉及高硬度含銀馬氏體抗菌不銹鋼，以重量百分比計(jì)，該不銹鋼的化學(xué)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、0.7-1.2％Al、0.1-0.2％Ag、0.1-1.0％Re、S≤0.035％、P≤0.03％，其他雜質(zhì)元素≤2.0％，余量為Fe。該含銀馬氏體抗菌不銹鋼不僅有著優(yōu)良的抗菌性能，抗菌性大于99.0％，而且硬度和耐磨性能大大提高，硬度不低于HRC57，滿足了家庭、醫(yī)療等行業(yè)制作刀具對(duì)其硬度和抗菌性能的要求。
文檔編號(hào)C21D8/02GK102242313SQ20111020103
公開日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月18日
發(fā)明者孫清洲, 張保議, 張普慶, 王獻(xiàn)忠, 趙忠魁 申請(qǐng)人:山東建筑大學(xué)