CN101294262A

CN101294262A - 一种双相不锈钢

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Publication number: CN101294262A
Application number: CNA2008100349110A
Authority: CN
Inventors: 林刚; 宋金华; 沈继程; 杨磊; 张勃; 江来珠; 崔健
Original assignee: China Banknote Printing and Minting Corp
Current assignee: China Banknote Printing and Minting Corp
Priority date: 2008-03-21
Filing date: 2008-03-21
Publication date: 2008-10-29

Abstract

本发明公开了一种双相不锈钢，特别适于造币用钢，其化学组分重量百分比(wt％)为：C+N≤0.12％；Si≤1.0％；Mn≤6.0％；P≤0.04％；S≤0.01％；Ni 3.0～7.0％；Cr 20.0～28.0％；Mo 0～2.0％；W 0～2.0％；Ag－Cu二元中间合金：0.10～1.0％，其余为Fe和不可避免的杂质，其中Cr当量与Ni当量之比(Creq/Nieq)为3.0～3.8。本发明在冷轧退火态铁素体体积百分含量为65～85％，其饱和磁感应强度为0.7～1.0T。本发明热成形性好、硬度低、塑性好，抗腐蚀性能优于现有造币不锈钢，而且具有防伪和抗菌性能。

Description

一种双相不锈钢

技术领域

本发明涉及一种双相不锈钢，特别是一种具有防伪及抗菌性能的造币用双相不锈钢。

背景技术

随着社会的不断发展、进步，金属硬币作为纸币的补充以代替低面值纸币，即辅币硬币化，是一种国际趋势。低面值纸币高频流通，至少存在以下几方面的缺点：①易损易烂，流通寿命短；②易脏，可能携带细菌、病毒；③点钞成本巨大(如公交公司零钞业务)；④阻碍自动收币业务的发展(如无人售票车、自动售货机、投币电话、娱乐设施等)。硬币克服了以上纸币的缺点，理应受到发达文明社会的欢迎与推广。

随着人们的生活水平和审美观念的提高，对造币钢的性能提出了更高的要求，造币用不锈钢应运而生。不锈钢以其较低的成本、防腐耐磨能力、良好的加工性能和表面光泽，越来越被各国人们所认同和喜爱。在许多国家和地区早已采用不锈钢作为制造硬币的材质，经常使用的不锈钢中有430铁素体不锈钢和304奥氏体不锈钢。

不锈钢的种类很多，大都表面光泽、颜色白亮，很难相互区别，但在其它物理特性方面有较大的差异，其中磁性能的特征较为明显，并且容易检测、识别。双相不锈钢由铁素体和奥氏体两相组织组成，随着铁素体含量的改变，材料的磁性能也随之变化，并且十分明显。这样就可与其它种类的不锈钢区分，防伪造性强，在自动收币机上安全性也强。总之，目前的造币用不锈钢，其防伪能力不强。因此开发新型的防伪性强、并具有抗菌性能的造币用双相不锈钢已成为一种趋势，必将得到人们和市场的广泛认同和喜爱。

通过检索双相不锈钢的相关文献，未检索到涉及钱币用双相不锈钢技术。现有双相不锈钢大都是通过合金元素的种类及含量的变化来形成不同的钢种，很少明确指出控制Cr当量与Ni当量之比，即使有也大都是将Cr当量与Ni当量之比控制在小于3.0，如公开号CN1155908，其发明的双相不锈钢指出要控制Cr当量与Ni当量之比在2.2～3.0之间。有些技术中提到控制铁素体的含量，但大都将铁素体含量控制在40～65％之间，如公开号CN1571862。这样，就可以通过铁素体的含量总结出现有技术的双相不锈钢的饱和磁感应强度，其范围在0.4～0.7T之间。而铁素体不锈钢和碳钢的饱和磁感应强度一般都大于1.2T，奥氏体不锈钢磁性较弱，一般在0.4T以下。此外，用于造币材料要求硬度低、塑性好，一般应满足HV硬度≤220；延伸率≥20％，而现有的双相不锈钢合金的成分高，尤其是C、N较高，合金强度也高，一般HV硬度＞220。而且造币用不锈钢均不具有抗菌性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种双相不锈钢，它在满足造币性能的基础上且具有防伪和抗菌性能。

实现本发明目的的具体技术方案是：一种双相不锈钢，其组分重量百分比(wt％)为：C+N≤0.12％；Si≤1.0％；Mn≤6.0％；P≤0.04％；S≤0.01％；Ni 3.0～7.0％；Cr 20.0～28.0％；Mo 0～2.0％；W 0～2.0％；Ag-Cu二元中间合金0.10～1.0％，其余为Fe和不可避免的杂质；其中Cr当量与Ni当量之比(Creq/Nieq)为3.0～3.8，并且Creq和Nieq按下式确定：

Creq＝％Cr+％Mo+1.5×％Si+0.73×％W；

Nieq＝％Ni+30×(％C+％N)+0.5×％Mn+0.3×％Cu。

所述不锈钢的形式是板材。

所述板材在950～1150℃退火后铁素体体积百分含量为65～85％。

所述板材室温饱和磁感应强度为0.7～1.0T。

本发明组分的说明：

碳、氮：是强奥氏体形成元素，但不易过多，较多时会使钢的强度过高，加大硬币冲压模具的磨损量，增加造币成本，C+N≤0.12％。

硅：主要考虑到造币钢需要较低的硬度，硅超过1.0％时会使钢的硬度增加较大。

锰：考虑到锰起到稳定奥氏体和改善钢的热塑性的作用，还可节约高价镍，以降低成本，应多添加，但超过6.0％时会促进σ等有害相形成，还会降低耐蚀性，控制在6.0％以下。

磷、硫：出于双相不锈钢的热塑性较差的原因，这磷、硫元素要低些，控制P≤0.04％、S≤0.01％。

铬：改善钢耐蚀性的重要元素，大于20％，一方面是造币钢耐蚀性的使用要求，另一方面是保证合金元素的总量，以使奥氏体相具有一定的室温形变稳定性。但超过28％时会使金属间化合物析出速度加快，控制在20～28％。

镍：作为强烈地形成和扩大奥氏体区的元素，要根据其它元素的多少及成形工艺和热处理工艺来确定添加量，达到控制造币钢中奥氏体含量的目的。镍小于3.0％时不易保证奥氏体的含量，但镍的价格较高，控制在7.0％以下。

钼、钨：添加适量的钼和钨可改善合金耐蚀性，但不宜多加，当钼和钨超过2.0％时会加大金属间化合物的形成，还会增加强度及成本，控制在0～2.0％。

Ag-Cu合金：银和铜都具有抗菌性，Ag-Cu合金小于0.1％时抗菌性不理想，随着其含量的增加钢的抗菌性逐渐提高。铜还可提高耐蚀性、耐磨性及冷加工成形性，还可节约镍，但由于双相不锈钢热塑性较差，铜超过1.0％时，会降低热塑性，且银较多时也会对热塑性产生不良影响，因此Ag-Cu合金应控制在1.0％以下。Ag-Cu合金中银含量小于5.0％时，考虑到抗菌性需要，就要在不锈钢冶炼时添加较多的Ag-Cu合金，这样就加入了较多的铜，会使钢的热塑性下降。反之，Ag-Cu合金中银含量大于50％时，Ag-Cu合金在双相不锈钢中的溶解度较低，又会影响钢的抗菌性。

本发明在满足铁素体体积百分含量65～85％时，可得到该合金冷轧板退火态室温饱和磁感应强度为0.7～1.0T。这样就可以区别于其它不锈钢材料，具有明显而有效的防伪性。此外，在满足铁素体体积百分含量小于85％时，还可以使其具有较好的冷加工塑性，保证在压花后硬币图案的饱满度。同时在高温下的奥氏体相含量很少，具有良好的热加工性能，保证了热轧成材率。

本发明选用真空感应炉、电炉-AOD双联冶炼或电炉-AOD-VOD冶炼，模铸或连铸钢坯，热轧后于950～1150℃固溶处理，酸洗除氧化皮、冷轧，950～1150℃退火、酸洗、抛光表面。并且还包括以下工艺：先将Ag和Cu两种元素按比例经过熔炼制成中间合金，再把其当作一种配料加入到不锈钢的原料中进行冶炼。由于这种中间合金在不锈钢中的溶解度较大，借助于冶炼时熔液搅动，使抗菌元素均匀分布于钢中，以使钢具有了抗菌性能。

本发明的有益效果：热加工性能优良、力学性能适于造币要求、抗腐蚀性能优于现有造币不锈钢，且具有防伪和抗菌性能。

附图说明

图1为对比例1冷轧板退火后金相照片

图2为对比例1冷轧板退火后磁化曲线

图3为本发明实施例3冷轧板退火后金相照片

图4为本发明实施例3冷轧板退火后磁化曲线

图1中深色为铁素体相，浅色为奥氏体相，铁素体体积百分含量约86％。

图3中深色为铁素体相，浅色为奥氏体相，小白点为Ag-Cu合金，铁素体体积百分含量约为65％。

具体实施方式

实施例

各实施例、对比例组分见表1。

先将Ag和Cu两种元素按比例经过熔炼制成中间合金，再把其当作一种配料加入到抗菌不锈钢的原料中。再用真空感应炉、电炉-AOD冶炼或电炉-AOD-VOD冶炼不锈钢，浇铸钢坯，经热轧至4mm，约1050℃固溶+酸洗，冷轧至1.5mm，约1050℃退火，抛光。各实施例的Creq/Nieq值见表1。

本发明的抗菌性能的评定方法是JIS Z2801-2000《抗菌加工制品-抗菌性能试验方法和抗菌效果》标准进行。并采用不含Ag的不锈钢作为对照样品进行对比试验。主要试验程序如下：

1)试验菌种：

(1)大肠杆菌(Escherichia coli SIM B282)

(2)金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus SIM B283)

2)检测方法：

(1)将试样剪成50.0×50.0×1.5mm大小的尺寸，消毒灭菌(一式三份)。

(2)在试样上滴加若干毫升菌液，使菌落数维持在10⁵。

(3)将塑料薄膜覆盖在试样表面，然后放入无菌平皿内，于36±1℃恒温培养箱内培养24小时后，对活菌进行计数。

(4)对照样品，重复上述操作。

3)抗菌率计算：

抗菌率＝[(A-B)/A]×100％

式中：A-24小时对照样品平均活菌数

B-24小时抗菌样品平均活菌数。

对本发明1.5mm厚冷轧板进行了抗菌性能测试，结果见表2。可以看出，本发明的抗菌性能优良，达到了抗菌材料的要求。

冷轧板退火态铁素体体积百分含量与饱和磁感应强度见表2。对本发明的力学性能是否适于造币的评价结果见表2。前面所述造币用不锈钢的力学性能应满足：HV硬度≤220；延伸率≥20％，从表1和表2对比可以看出，本发明的磁性能和力学性能均符合要求。对比例1的Creq/Nieq大于3.8，使铁素体含量超过85％，不适合造币用钢。对比例2的成分C+N＞0.12％，导致硬度过大。对比例3、4和5为市场上常见的双相不锈钢及相关专利的双相不锈钢，从2表中可以看出本发明的磁性能明显区别于现有的双相不锈钢，且现有双相不锈钢的硬度过高。

按照不锈钢三氯化铁点腐蚀试验方法(国家标准：GB/T 17897-1999)对本发明实施例进行耐腐蚀性能测试，检测结果见表3。检测结果显示本发明均优于430L不锈钢(1角硬币)，达到了造币用不锈钢耐蚀性的使用要求。

本发明推广的可行性及前景：现有造币钢的材料防伪性能不强，影响硬币发行，而高面值硬币更需要较强的材料防伪性能，且还需抗菌性能。随着我国经济的增长，自动收币业务(如无人售票车、自动售货机、投币电话、娱乐设施等)的发展不断加快，对硬币的防伪和抗菌性能要求越来越高。本发明的应用前景广阔，可推广到金属钱币、纪念用币领域。

表1

表2

序号	铁素体含量，％	饱和磁感应强度，T	抗菌率，％	HV	延伸率
序号	铁素体含量，％	饱和磁感应强度，T	抗菌率，％	HV	延伸率	实施例1	约76	0.88	≥99	203	25％
实施例2	约80	0.95	≥99	199	22％	实施例1	约76	0.88	≥99	203	25％
实施例2	约80	0.95	≥99	199	22％	实施例3	约65	0.70	≥99	207	30％
对比例1	约86	1.03	0	215	19％	实施例3	约65	0.70	≥99	207	30％
对比例1	约86	1.03	0	215	19％	对比例2	约66	0.71	0	226	30％
对比例3	约45～65	约0.45～0.70	0	约245	约30％	对比例2	约66	0.71	0	226	30％
对比例3	约45～65	约0.45～0.70	0	约245	约30％	对比例4	约45～60	约0.45～0.65	0	约265	约30％
对比例5	约40～65	约0.40～0.70	0	约285	约30％	对比例4	约45～60	约0.45～0.65	0	约265	约30％

表3

序号	6％FeCl₃，35℃，24h，腐蚀率，g/m²·h
序号	6％FeCl₃，35℃，24h，腐蚀率，g/m²·h	实施例1	0.65
实施例2	0.63	实施例1	0.65
实施例2	0.63	实施例3	0.45
工业430L	5.84	实施例3	0.45

Claims

1、一种双相不锈钢，其特征在于该不锈钢组分重量百分比为：C+N≤0.12％；Si≤1.0％；Mn≤6.0％；P≤0.04％；S≤0.01％；Ni 3.0～7.0％；Cr 20.0～28.0％；Mo 0～2.0％；W 0～2.0％；Ag-Cu二元中间合金0.10～1.0％；其余为Fe和不可避免的杂质；其中Cr当量与Ni当量之比(Creq/Nieq)为3.0～3.8，且Creq和Nieq按下式确定：

Creq＝％Cr+％Mo+1.5×％Si+0.73×％W；

Nieq＝％Ni+30×(％C+％N)+0.5×％Mn+0.3×％Cu。

2、根据权利要求1所述的双相不锈钢，其特征在于所述Ag-Cu中间合金的重量百分比组成为：Ag 5.0～50％，其余为Cu。

3、根据权利要求1所述的双相不锈钢，其特征在于所述不锈钢的形式是板材。

4、根据权利要求3所述的双相不锈钢，其特征在于所述板材在950～1150℃退火后铁素体体积百分含量为65～85％。

5、根据权利要求3所述的双相不锈钢，其特征在于所述板材室温饱和磁感应强度为0.7～1.0T。