CN101333621A

CN101333621A - 一种抗菌二次硬化刀具不锈钢

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Publication number: CN101333621A
Application number: CNA2008101177821A
Authority: CN
Inventors: 马党参; 苏杰; 董瀚; 孙绍华; 迟宏宵
Original assignee: Central Iron and Steel Research Institute
Current assignee: Central Iron and Steel Research Institute
Priority date: 2008-08-06
Filing date: 2008-08-06
Publication date: 2008-12-31
Anticipated expiration: 2028-08-06
Also published as: CN101333621B

Abstract

本发明属于不锈钢领域，特别涉及一种抗菌二次硬化刀具不锈钢。该钢的具体化学成分(重量％)如下：C 0.50～0.70％，Si≤0.40％，S≤0.030％，P≤0.030％，Mn≤0.40％，Mo 0.10～1.00％，Cr 14～16％，N：0.05～0.40％，Ag0.035～0.10％，其余为Fe及不可避免的不纯物。本发明与现有技术相比具有抗菌能力、综合性能良好的优点。与现有菜刀用钢相比，本发明钢在拥有抗菌性的同时采用二次硬化处理，使材料具有更高的硬度，可满足用户需求，提高刀具档次。本发明钢具有较高的硬度(54.6～60.1HRC)，较高的抗拉强度(1935～2116MPa)，较好的冲击吸收功(8.2～9.7J)。

Description

一种抗菌二次硬化刀具不锈钢

技术领域

本发明属于不锈钢领域，特别涉及一种抗菌二次硬化刀具不锈钢。主要适用于厨房用菜刀、剪刀等刀具用钢，也可应用于公共设施、家用电器、医疗器械、文体用品、日用杂品用钢等。

背景技术

随着经济的发展，生活质量的提高，不锈钢在日用生活中的应用越来越广泛，人们希望不锈钢在保持光洁的同时最好能够具有仿霉变、抗菌、杀菌的功能，对不锈钢提出了更高的要求。菜刀用不锈钢既能保持较好的锋利度和韧性，又能具有抗菌功能将具有重要意义。目前，世界广泛使用的抗菌不锈钢主要有三类。第一类是抗菌含铜不锈钢“NSS AM”系列。是通过添加比传统含铜不锈钢多0.5％～1.0％的Cu，并且在制造过程中采取特殊热处理，从而使得不锈钢自表面到内部均匀弥散以微细Cu析出物，其在使用一段时间后，表面的ε-Cu相枯竭时，抗菌性能会降低，此时必须经抛光等加工方法，在表面重新形成含ε-Cu相，恢复原有的抗菌性能。第二类是抗菌性优良的加银不锈钢。此类不锈钢对大肠杆菌和黄色葡萄球菌以及病原性大肠杆菌O-157和MRSA(抗药性黄色葡萄球菌)均具有很高的抗菌性。特别是经过加工研磨时，以及在制品使用过程中表面受到磨损时，其材料始终保持良好的抗菌效果。因此，从材料表面到内部都具有十分稳定的抗菌性，并且经过在一定的高温下(例如300℃)暴露后仍显示出稳定的抗菌性，灭菌率高达99％以上。广泛用于厨具、饮食用具、洗涤槽、医用器材等。第三类是抗菌复合不锈钢。此类复合钢板是把抗菌性优异的铜或铜合金通过轧制复合与不锈钢复合成复合钢板。为了制造刃口锋利的刀具，而在复合钢板的中心部位夹入了一层高碳马氏体不锈钢，其两侧为铜或铜合金板，而在最外的两侧为耐蚀性优良的低碳马氏体不锈钢板，通过轧制而制成5层。缺点是制造工艺复杂生产成本高。因此，钢中加入一定量的银是一种简单而又有效的抗菌方法。目前，我国的菜刀用钢主要使用Cr系的3Cr13、4Cr13不锈钢。作为马氏体型的3Cr13、4Cr13不锈钢材，主要工艺是油淬或空冷后低温回火，而此钢种硬度偏低，将直接影响到刀具的锋利度和耐磨性。且不具备抗菌能力。二次硬化作为一种重要的强化方式主要通过高温回火时合金元素形成特殊碳化物的析出使钢的强度和硬度重新提高。在良好控制的条件下，大多数二次硬化钢回火析出合金碳化物的尺度已可达到纳米级且在基体中均匀弥散分布，从而使钢材的强度和硬度进一步提高，且明显改善钢材的塑韧性、疲劳断裂特性等，使其使用性能明显提高，使用寿命成倍甚至成数量级提高。可取得重大的经济效益和社会效益。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有抗菌能力强、综合性能良好的二次硬化刀具不锈钢。

根据上述目的，本发明整体的技术方案是：

本发明在4Cr13不锈钢的基础上重新设计合金元素Cr的含量，提高C含量，加入强化元素Mo与C形成碳化物在高温回火时产生二次硬化，使刀具获得更高的硬度。并加入N形成氮化物强化基体并细化晶粒。使该不锈钢在具有良好的抗菌性的同时又具有较高的强韧性而成为优良的菜刀等刀具用钢，具有良好的使用性和应用前景。

具体为：(1)加入抗菌元素Ag使钢材具有抗菌能力；(2)重新设计C及Cr、Mo的含量使钢材在高温回火时产生二次硬化效应提高硬度；(3)加入元素N，形成氮化物产生弥散强化，并细化晶粒，以提高菜刀钢的耐磨性和韧性。

根据上述目的和整体技术方案，本发明具体的技术方案为：

本发明的具体化学成分(重量％)如下：C 0.50～0.70％，Si≤0.40％，S≤0.030％，P≤0.030％，Mn≤0.40％，Mo 0.10～1.00％，Cr 14～16％，N 0.05～0.40％，Ag 0.035～0.10％，其余为Fe及不可避免的不纯物。

上述各元素的作用及配比依据如下：

C：碳是工业用钢的主要元素之一，钢的性能与组织在很大程度上决定于碳在钢中的含量及其分布的形式，在不锈钢中碳的影响尤为显著。碳在不锈钢中对组织的影响主要表现在两方面，一方面碳是稳定奥氏体的元素，并且作用的程度很大(约为镍的30倍)，另一方面由于碳和铬的亲和力很大，与铬形成一系列复杂的碳化物。所以，从强度与耐腐烛性能两方面来看，碳在不锈钢中的作用是互相矛盾的。碳含量过高，碳与铬的结合会影响耐腐蚀性。碳含量过低，不锈钢的强度不够。本发明根据铬的含量并综合考虑强度和耐蚀性确定碳含量为0.50～0.70％。

Cr：Cr在不锈钢中起决定作用，Cr是目前使钢钝化并赋予良好耐蚀性和不锈性唯一有工业使用价值的元素。Cr还可以提高合金的淬透性。发明钢中必须含有足够数量的Cr以提高耐蚀。因此控制其含量在14～16％。

Mn：作为脱氧剂而加入，含量一般控制在0.40％以下。此外，控制钢中Mn/S≥20，利于提高不锈钢的锻、轧的热塑性，明显减少坯材裂纹及提高成材率。

Si：作为脱氧元素而加入，含量一般控制在0.40％以下。

P：P在钢液凝固时形成微观偏析，随后在奥氏体化温度加热时偏聚在晶界，使钢的脆性显著增大。控制P的含量在0.030％以下，并且含量越低越好。

S：不可避免的不纯物，形成FeS，给钢带来热脆性。控制S含量在0.030％以下，并且含量越低越好。

Mo：Mo具有细化钢微观晶粒而达到细晶强化的作用，提高钢的强度，并且能提高钢的回火抗力使回火时减少马氏体的分解，保持硬度。同时能与碳形成高硬度的碳化物，是钢中的强化相，同时钼能提高不锈钢在稀硫酸和稀盐酸中的抗腐蚀能力和提高钢材的淬透性。Mo是铁素体形成元素，促进α相形成能力相当于Cr。在马氏体铬不锈钢中，Mo除改善钢的耐蚀性外，主要是提高钢的强度和硬度以及增强二次硬化效应。通常马氏体铬钢中Mo含量小于1％，过高的Mo量将促进δ铁素体的形成引起一些不利影响。在本发明钢中，控制Mo含量在0.10～1.00％。

N：N作为合金元素加入不锈钢中，可提高奥氏体稳定性、平衡双相钢中相的比例，在不影响钢的塑性和韧性的情况下提高钢的强度，可部分替代不锈钢中的镍，降低成本。氮与钢中的合金元素相互作用，形成弥散分布的氮化物，起到弥散强化作用。在马氏体钢中氮与其他元素形成氮化物分布于晶界上，提高硬化能力，防止高温回火时奥氏体、铁素体晶粒的长大。在本发明钢中，N含量控制在0.05～0.40％。

Ag：Ag是钢中重要抗菌元素。大多数金属离子都具有很强的杀菌能力，但对人类和动物而言，只有某些金属离子的抗菌性是比较安全的，其中含银最佳。就安全性依次排列为：Ag＞Co＞Ni＞Al＞Zn＞Cu＝Fe＞Mn＞Sn＞Ba＞Mg＞Ca。从安全性和抗菌性综合考虑，以Ag离子最好。本发明钢中添加Ag含量为0.035～0.10％。

本发明采用与现有技术相似的制备方法：

本发明钢可采用电弧炉、感应炉冶炼，钢水浇铸成钢锭，根据需要可进行电渣重熔，经锻造成材或开坯后轧制成棒、线材等。

本发明与现有技术相比具有抗菌能力、良好综合性能的优点。与现有菜刀用钢相比，本发明钢在拥有良好的硬度和韧性的同时具有抗菌性，可满足用户需求，提高刀具档次。本发明钢具有较高的硬度(54.6～60.1HRC)，较高的抗拉强度(1935～2116MPa)，较好的冲击吸收功(8.2～9.7J)。

具体实施方式

根据本发明所设计的化学成分范围，在25kg真空感应炉上冶炼了3炉本发明钢，其具体化学成分如表1所示。钢水浇铸成锭，并经锻造制成φ17mm棒材。钢材退火后，加工成试样，经淬、回火处理(1000～1100℃淬火，400～600℃回火)，其室温力学性能见表2～6。

本发明钢具有高的强度、硬度和较好的冲击韧性。

1.经相同温度淬火，540℃回火后，本发明钢具有比对比钢更高的硬度。(见表3、7)

2.经相同温度淬火，500～580℃回火后，本发明钢具有比对比钢更高的抗拉强度。(见表5)

3.经相同温度淬火，500～580℃回火后，本发明钢具有较好的冲击韧性，可满足菜刀用钢的使用要求。(见表6)

表1本发明实施例与对比钢的化学成分，重量％

表2本发明实施例与对比钢1050℃淬火不同温度回火的硬度值

说明：(1)淬火试验在空气炉中进行，保温10分钟，油淬。

(2)不同温度回火1次，保温1小时。

表3本发明实施例与对比钢1070℃淬火不同温度回火的硬度值

说明：(1)淬火试验在空气炉中进行，保温10分钟，油淬。

(2)不同温度回火1次，保温1小时。

表4本发明实施例与对比钢1090℃淬火不同温度回火的硬度值

说明：(1)淬火试验在空气炉中进行，保温10分钟，油淬。

(2)不同温度回火1次，保温1小时。

表5本发明实施例与对比钢抗拉强度值

表6本发明实施例与对比钢冲击吸收功值

表7本发明实施例1070℃淬火不同温度回火与对比钢最佳处理方案的硬度值

说明：(1)淬火试验在空气炉中进行，保温10分钟，油淬。

(2)不同温度回火1次，保温1小时。

(3)对比钢为1050℃淬火。

Claims

1、一种抗菌二次硬化刀具不锈钢，其特征在于该钢的具体化学成分(重量％)如下：C 0.50～0.70％，Si≤0.40％，S≤0.030％，P≤0.030％，Mn≤0.40％，Mo 0.10～1.00％，Cr 14～16％，N 0.05～0.40％，Ag 0.035～0.10％，其余为Fe及不可避免的不纯物。