專利名稱：一種節(jié)鎳奧氏體抗菌不銹鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種節(jié)鎳奧氏體抗菌不銹鋼及其制造方法，尤其涉及一種通過(guò)冶煉工藝的調(diào)整控制Ag在合金中的含量及分布狀況的方法，進(jìn)而使此材料具有良好的抗菌性能。 該奧氏體抗菌不銹鋼保持原有優(yōu)良的力學(xué)性能、耐蝕性能，且表面光亮，可加工成各種形狀的板材、管材等產(chǎn)品，可應(yīng)用于家電用品、廚房設(shè)備、公共設(shè)施等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
抗菌不銹鋼，就是在不銹鋼中加入適量的具有抗菌效果的金屬元素(如銅、銀)， 生產(chǎn)出的鋼材經(jīng)抗菌熱處理后，富抗菌元素的抗菌相從基體中析出，均勻彌散分布，裸露于不銹鋼表面的抗菌金屬元素溶于水后形成水合離子，然后與細(xì)菌接觸，通過(guò)與細(xì)胞作用，損傷細(xì)胞膜，使蛋白質(zhì)凝固或損壞其DNA，阻止細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖或消滅細(xì)菌。抗菌不銹鋼具有不銹鋼優(yōu)點(diǎn)和良好的抗菌性能，可廣泛應(yīng)用于家電用品、廚房設(shè)備、食品工業(yè)、醫(yī)療器材、公共設(shè)施等領(lǐng)域。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和抗菌意識(shí)的增強(qiáng)，人們生活水平的提高，抗菌不銹鋼的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用將不斷擴(kuò)大。日本日新制鋼公司最早在1995年投入含銅抗菌不銹鋼的研發(fā)，初期開(kāi)發(fā)重點(diǎn)在合金設(shè)計(jì)及表面處理等技術(shù)。1999年底成功開(kāi)發(fā)出具有良好的制造加工性和抗菌性的鐵素體系抗菌不銹鋼(低C、N-17Cr-l. 5Cu)。隨著抗菌不銹鋼需求的不斷增長(zhǎng)和應(yīng)用范圍的日益擴(kuò)大，又相繼開(kāi)發(fā)了馬氏體系(0. 3C-13Cr-3Cu)和奧氏體系抗菌不銹鋼 (18Cr-9Ni-3. 8Cu) 0 2000年初川崎制鐵公司研制出含銀抗菌不銹鋼并已投放市場(chǎng)。目前， 國(guó)內(nèi)外許多專家已開(kāi)始抗菌金屬材料及制品的研究和開(kāi)發(fā)。2003年，中科院金屬研究所研制開(kāi)發(fā)的兼具耐蝕和抗菌性能的抗菌不銹鋼填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，達(dá)到了同類材料國(guó)際先進(jìn)水平。據(jù)報(bào)道，韓國(guó)、美國(guó)、加拿大及我國(guó)臺(tái)灣也在積極開(kāi)發(fā)抗菌不銹鋼材料。以往開(kāi)發(fā)的抗菌不銹鋼多以添加銅元素為主，含銅抗菌不銹鋼的生產(chǎn)需要增加特殊的熱處理工藝，且較高含量的銅會(huì)使材料在連鑄和軋制時(shí)形成微裂紋傾向，因此在冶煉時(shí)銅的添加量受到嚴(yán)格限制，其抗菌性也受到影響。含銀抗菌不銹鋼的生產(chǎn)不需要增加特殊的熱處理工藝，且熱成形性好、生產(chǎn)可行性強(qiáng)、長(zhǎng)效抗菌性好、其成本與含銅抗菌不銹鋼基本相當(dāng)。因此，含銀抗菌不銹鋼的發(fā)展?jié)摿薮?，是未?lái)抗菌不銹鋼研發(fā)和生產(chǎn)的重點(diǎn)。 但是，Ag在不銹鋼中溶解度很小，容易形成偏析，從而降低了抗菌性。如果加入量過(guò)多，會(huì)破壞不銹鋼的原有的加工性能、力學(xué)及耐腐蝕等性能，并增加成本。因此研究如何使Ag元素均勻分布于不銹鋼中是含Ag抗菌不銹鋼的關(guān)鍵技術(shù)。公開(kāi)號(hào)為CN1272889的中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)的含Ag抗菌不銹鋼中含有10% (重量)以上的鉻，0.001 0.30% (重量)的Ag，或者還含有0.001 1.0% (重量)的釩。 另外，在不銹鋼中分散有0.0005%以上的氧化銀，該氧化銀為銀含量的1. 1倍以下。為了將氧化銀均勻分散于不銹鋼中，當(dāng)進(jìn)行熔融鋼的連鑄時(shí)，連鑄速率優(yōu)先在0. 8 1. 6米/分鐘。在公開(kāi)號(hào)為CN1256716的中國(guó)專利申請(qǐng)中也有類似的方法，其成分為10% (重量)以上的鉻，0.001 (重量)的Ag，或者進(jìn)一步含有選自Sn :0.0002 0.02% (重量)、Zn 0. 002 0. 02% (重量)、Pt 0. 0002 0. 02% (重量)中的1種或1種以上， 另外，使平均為500 μ m以下的銀粒子、銀氧化物和銀硫化物中的1種以上分散于該不銹鋼中，合計(jì)面積率為0. 001%以上。為了使銀粒子、銀氧化物和銀硫化物均勻分散，連鑄速率在 0. 8 1. 6米/分鐘。可見(jiàn)，這兩個(gè)專利的關(guān)鍵技術(shù)是控制連鑄速率，使銀粒子及銀化物均勻地分布于合金中，以獲得高的抗菌率的目的。這樣就要求一定的冶煉和連鑄設(shè)備及熟練的操作技術(shù)。公開(kāi)號(hào)為CN1789471的中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種先把Cu-Ag-Si三種元素按一定比例經(jīng)過(guò)熔煉制成中間合金，再把其當(dāng)作一種爐料，在普通奧氏體不銹鋼冶煉中加入以制成抗菌不銹鋼，這種方法效果較理想。但Cu-Ag-ai合金由三個(gè)元素組成，元素較多致使最佳添加量及配比成分不易掌握，另外ai在不銹鋼中的溶解度低，其又是低熔點(diǎn)金屬，會(huì)對(duì)不銹鋼的熱加工性能產(chǎn)生不良影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種節(jié)鎳奧氏體抗菌不銹鋼，在普通節(jié)鎳奧氏體不銹鋼的基礎(chǔ)上，通過(guò)加入Ag-Cu合金提高該鋼種的抗菌性。在不損失節(jié)鎳奧氏體不銹鋼原有加工及使用性能的基礎(chǔ)上增添抗菌性能。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為一種節(jié)鎳奧氏體抗菌不銹鋼，其化學(xué)成分重量百分比(wt%)范圍如下=C :^0. 08，Si 彡 1. 0，Mn :2. 0 4. 0，P 彡 0. 04，S 彡 0.01， Ni 5. 0 7. 0,Cr :16. 0 18. OK 0. 08, Ag-Cu 二元中間合金1. 5 3. 5，其余為 Fe 禾口不可避免的雜質(zhì)組成。優(yōu)選地，所述的Ag-Cu合金的重量百分比組成為Ag :5.0 15%，其余為Cu。優(yōu)選地，C:0· 04 0. 07%。優(yōu)選地，Si:0· 4 0. 5%。優(yōu)選地，N:0· 03 0. 05%。優(yōu)選地，P彡 0. 025%，S 彡 0. 002%。本發(fā)明的奧氏體不銹鋼的化學(xué)成分控制理由如下碳是強(qiáng)奧氏體形成元素，但不宜過(guò)多。當(dāng)碳含量超過(guò)0.08%時(shí)會(huì)降低奧氏體不銹鋼的耐蝕性。因此，本發(fā)明中最好控制碳含量為0. 08%以下，優(yōu)選為0. 04 0. 07%。硅是作為脫氧劑加入的，但硅加入過(guò)多，則會(huì)促進(jìn)金屬間化合物的形成，從而影響使用性能。因此，本發(fā)明中硅的加入控制在1. 0%以下為好，優(yōu)選為0. 4 0. 5%。錳錳起到穩(wěn)定奧氏體的作用，還可節(jié)約鎳，降低成本。但錳含量超過(guò)4. 0%時(shí)會(huì)增大金屬間化合物形成的傾向，還會(huì)降低耐蝕性。因此，本發(fā)明中，應(yīng)控制在2. 0 4. 0%。磷、硫出于熱塑性和耐蝕性的考慮，這兩個(gè)元素要盡量低些，本發(fā)明中控制 P 彡 0. 04%, S ^ 0. 01%。優(yōu)選地，P 彡 0. 025%, S 彡 0. 002%。鉻改善耐蝕性的重要元素，鉻含量低于16%時(shí)，耐蝕性較差，不能達(dá)到使用要求；但鉻含量超過(guò)18%時(shí)，會(huì)增大鐵素體及金屬間化合物析出傾向。因此，本發(fā)明中鉻含量最好控制在16 18%。氮可以提高耐蝕性，還可節(jié)約鎳，本發(fā)明中要求N < 0. 085是為了使合金具有較低的強(qiáng)度，并易于冶煉。優(yōu)選地，N為0. 03 0. 05%。鎳作為強(qiáng)烈地形成和擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素，要根據(jù)其他元素的多少和生產(chǎn)工藝來(lái)選擇適當(dāng)?shù)奶砑恿?，達(dá)到控制組織目的。鎳含量小于5. 0%時(shí)不易保證奧氏體單相組織， 但鎳的價(jià)格較高，因此，本發(fā)明中鎳含量控制在7. 0%以下。優(yōu)選地，鎳含量為5. 0 6. 5%。Ag-Cu合金銀和銅都具有抗菌性，銅是奧氏體的形成元素，還可提高材料的冷加工塑性，加入Ag-Cu合金小于1.5%時(shí)抗菌性和塑性不理想，隨著其含量的增加其抗菌性和塑性逐漸提高。本發(fā)明添加較多的銅，主要目的是利用其來(lái)提高材料的塑性。銅還可提高耐蝕性、耐磨性，也起到節(jié)約鎳的作用，但銅含量超過(guò)3. 5%時(shí)，會(huì)降低材料的熱加工性，因此 Ag-Cu合金應(yīng)控制在3. 5%以下。Ag-Cu合金中銀含量小于5.0%時(shí)，考慮到抗菌性需要，就要在不銹鋼冶煉時(shí)添加較多的Ag-Cu合金，這樣就加入了較多的銅，會(huì)使鋼的熱塑性下降。 反之，Ag-Cu合金中銀含量大于15%時(shí)，Ag-Cu合金在鋼熔液中的溶解度較低，會(huì)影響鋼的抗菌性。因此，在綜合考慮Ag-Cu合金在節(jié)鎳奧氏體不銹鋼熔液中溶解性的特點(diǎn)和不銹鋼材料的可加工性，確定銀含量為5. 0 15%較為合適。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種節(jié)鎳奧氏體抗菌不銹鋼冷軋板的制造方法。本發(fā)明的制造工藝中，先將Ag和Cu兩種元素按一定比例經(jīng)過(guò)熔煉制成中間合金， 再把其當(dāng)作一種配料加入到抗菌不銹鋼的原料中進(jìn)行冶煉。本發(fā)明中，選用電爐-AOD (氬氧脫碳爐)雙聯(lián)冶煉，連鑄鋼坯，熱軋后固溶處理+ 酸洗，拋光，得到熱軋產(chǎn)品。還可制成冷軋產(chǎn)品，其工藝為將熱軋料固溶處理，酸洗除去氧化皮，冷軋，經(jīng)退火+酸洗。由于這種中間合金在奧氏體不銹鋼中的溶解度較大，借助于冶煉時(shí)熔液攪動(dòng)，使抗菌元素Ag均勻分布于鋼中，以使鋼具有了抗菌性能，同時(shí)鋼的力學(xué)、耐蝕、加工等性能保持原有水平。本發(fā)明的優(yōu)選工藝為將Ag和Cu兩種元素按一定比例經(jīng)過(guò)熔煉制成中間合金， 再把其當(dāng)作一種配料加入到不銹鋼的原料中；再用電爐-AOD冶煉，連鑄鋼坯；熱軋，1000 1100°C退火+酸洗；冷軋，經(jīng)1000 1100°C退火+酸洗。此工藝可以得到綜合性能優(yōu)良的
女口
廣 PFt ο優(yōu)選地，熱軋后1050°C退火+酸洗，熱冷軋后1050°C退火+酸洗。優(yōu)選地，連鑄中，過(guò)熱度為30 40°C，拉速為0. 9 1. 2m/min。優(yōu)選地，熱軋中，加熱溫度為1200 1250°C，保溫時(shí)間為2 4小時(shí)。優(yōu)選地，冷軋中，減薄率為50 80%。本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種通過(guò)上述方法早的節(jié)鎳奧氏體不銹鋼熱軋板或冷軋板。本發(fā)明開(kāi)發(fā)的一種含Ag節(jié)鎳奧氏體不銹鋼，通過(guò)加入Ag-Cu中間合金提高了該鋼種的抗菌性，在不損失節(jié)鎳奧氏體不銹鋼原有加工及使用性能的基礎(chǔ)上增添抗菌性能。本發(fā)明選用的Ag-Cu 二元中間合金，其添加量及配比成分容易掌握、且操作工藝簡(jiǎn)單。本發(fā)明選擇加入Ag-Cu中間合金還有出于Cu的價(jià)格較便宜及Cu對(duì)提高節(jié)鎳奧氏體不銹鋼的力學(xué)性能有利的原因。本發(fā)明的含Ag節(jié)鎳奧氏體不銹鋼的制造方法，先將Ag和Cu兩種元素按一定比例經(jīng)過(guò)熔煉制成Ag-Cu 二元中間合金，再把其當(dāng)作一種配料加入到抗菌不銹鋼的原料中進(jìn)行冶煉，可以獲得成形性和抗菌性優(yōu)良的奧氏體抗菌不銹鋼熱軋板或冷軋板。本發(fā)明的節(jié)鎳奧氏體不銹鋼，冶煉工藝簡(jiǎn)單有效；力學(xué)性能和抗腐蝕性能優(yōu)良；且具有良好的抗菌性能。


圖1為含銀奧氏體抗菌不銹鋼的TEM金相照片，其中，小白色亮點(diǎn)為Ag-Cu合金粒子。圖2為不含銀304J1奧氏體不銹鋼的TEM金相照片。
具體實(shí)施例方式以下通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的節(jié)鎳奧氏體抗菌不銹鋼進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例試驗(yàn)用奧氏體不銹鋼化學(xué)成分見(jiàn)表1。先將Ag和Cu兩種元素按一定比例經(jīng)過(guò)熔煉制成中間合金，再把其當(dāng)作一種配料加入到抗菌不銹鋼的原料中。再用電爐-AOD冶煉不銹鋼，連鑄鋼坯，目標(biāo)過(guò)熱度35°C，拉速 1. 0 1. lm/min ；熱軋至4mm厚，熱軋加熱溫度1230°C，保溫時(shí)間3小時(shí)；然后在1050°CM 火+酸洗；冷軋至Imm厚，經(jīng)1050°C退火+酸洗，拋光。表1.試驗(yàn)材料的化學(xué)成分(wt，% )
權(quán)利要求
1.一種奧氏體抗菌不銹鋼，其按重量百分比計(jì)的化學(xué)成分為，08%,Si^l.0%, Mn :2. 0 4. 0 %, P ^ 0. 04 %, S ^ 0. 01 %，Ni :5. 0 7. 0 %, Cr :16. 0 18. 0 %， N^O. 08%, Ag-Cu 二元合金1. 5 3. 5 %，其余為！^和不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的奧氏體抗菌不銹鋼，其特征在于，所述的Ag-Cu合金中Ag的重量百分比為5.0 15%。
3.如權(quán)利要求1或2所述的奧氏體抗菌不銹鋼，其特征在于，C:0. 050 0.070%，Si 0. 4 0. 5%, N 0. 030 0. 050%, P 彡 0. 025%, S 彡 0. 002%。
4.如權(quán)利要求1 3任一所述的節(jié)鎳奧氏體抗菌不銹鋼冷軋板的制造方法，包括電爐-氬氧脫碳爐雙聯(lián)冶煉不銹鋼，連鑄鋼坯，熱軋后經(jīng)固溶處理，拋光，得到熱軋成品，可選擇地進(jìn)行酸洗除去氧化皮、冷軋，退火、酸洗、拋光表面，得到冷軋產(chǎn)品。
5.如權(quán)利要求4所述的抗菌不銹鋼冷軋板的制造方法，其特征在于，先將Ag和Cu兩種元素經(jīng)過(guò)熔煉制成合金，再把其當(dāng)作一種配料加入到抗菌不銹鋼的原料中進(jìn)行冶煉。
6.如權(quán)利要求4或5所述的抗菌不銹鋼冷軋板的制造方法，其特征在于，熱軋后在 1000 1100°C溫度進(jìn)行固溶處理。
7.如權(quán)利要求4 6任一所述的抗菌不銹鋼冷軋板的制造方法，其特征在于，冷軋后在 1000 1100°C溫度進(jìn)行退火。
8.如權(quán)利要求4 7任一所述的抗菌不銹鋼冷軋板的制造方法，其特征在于，連鑄中， 過(guò)熱度30 40°C，拉速0. 9 1. 2m/min。
9.如權(quán)利要求4 8任一所述的抗菌不銹鋼冷軋板的制造方法，其特征在于，熱軋中， 加熱溫度1200 1250°C，保溫時(shí)間2 4小時(shí)。
10.如權(quán)利要求4 9任一所述的抗菌不銹鋼冷軋板的制造方法，其特征在于，冷軋中， 減薄率50 80%。
11.如權(quán)利要求4 10任一所述的方法制造的抗菌不銹鋼冷軋板。
全文摘要
一種節(jié)鎳奧氏體抗菌不銹鋼，其化學(xué)成分重量百分比(wt％)范圍如下C≤0.08％，Si≤1.0％，Mn2.0～4.0％，P≤0.04％，S≤0.01％，Ni5.0～7.0％，Cr16.0～18.0％，N≤0.08％，Ag-Cu二元合金1.5～3.5％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)組成。該節(jié)鎳奧氏體抗菌不銹鋼的制造方法，通過(guò)在普通節(jié)鎳奧氏體不銹鋼中加入Ag-Cu二元合金從而得到抗菌性能優(yōu)良的不銹鋼，所述的Ag-Cu合金中銀的重量百分比為5～15％。該鋼種可加工成各種形狀的產(chǎn)品，應(yīng)用于廚房設(shè)備、器皿、表面裝飾等方面。
文檔編號(hào)C22C38/58GK102234741SQ20101015342
公開(kāi)日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日
發(fā)明者林剛, 沈繼程, 王如萌 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司