CN102234737A - 一种含铜铁素体抗菌不锈钢及其冷轧板的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种含铜铁素体抗菌不锈钢，其化学成分重量百分比为：C：≤0.06％，Si≤1.0％，Mn≤1.0％，P：≤0.04％，S≤0.01％，Cr：13.0～15.0％，N≤0.06％，Cu：1.3～1.6％，且0.04％≤C+N≤0.08％，其余为Fe和不可避免的杂质组成。其生产方法的特殊性在于热轧后要进行抗菌退火处理，工艺为700～800℃保温4小时以上。该钢种可加工成各种形状的产品，应用于餐具、厨房用具等方面。

Description

一种含铜铁素体抗菌不锈钢及其冷轧板的制造方法

技术领域

本发明涉及一种含铜铁素体抗菌不锈钢及其制造方法，尤其涉及一种通过控制Cu、C、N等合金元素的含量方法，进而使材料具有良好的塑性和抗菌性能，且成本低廉。该铁素体抗菌不锈钢具有优良的使用性能的同时，且表面光亮，可加工成各种形状的产品，可应用于餐具、厨房用具等方面。

技术背景

所谓抗菌不锈钢，就是在不锈钢中加入适量的具有抗菌效果的元素(如铜、银、锌等合金元素)，使得最终生产出的钢材具有良好的抗菌性能，其抗菌性能的产生主要是利用了铜、银、锌等合金元素的抗菌作用。抗菌不锈钢具有不锈钢优点和良好的抗菌性能，投放市场以来很受欢迎，铁素体型抗菌不锈钢主要用于洗衣机、餐具、厨房用具等；奥氏体型抗菌不锈钢主要应用于厨房、家电、医疗器具等方面。钢丝行业注重医疗器械用马氏体抗菌不锈钢丝，织网用奥氏体抗菌不锈钢丝和清洁球用铁素体抗菌不锈钢细丝的开发。总之，抗菌不锈钢既有优异的广谱抗菌性能，又有良好的加工性和耐蚀性，且是优于其他抗菌产品的新型抗菌材料，具有广阔的应用前景。20世纪90年代日本日新制钢公司首先成功开发了具有良好的加工性和抗菌性的铁素体系抗菌不锈钢，相继又开发了马氏体抗菌不锈钢和奥氏体抗菌不锈钢。日本川崎钢铁公司又扩充了银系抗菌不锈钢的品种，不仅能生产铁素体型加银抗菌不锈钢，同时也能生产奥氏体型加银抗菌不锈钢(304型)。并在提高抗菌性、耐蚀性、耐滑性、切削性、力学性能和可加工性、成形性、耐磨性等方面申请了很多项专利。据报道，韩国、美国及加拿大等国也在积极开发抗菌不锈钢材料。随着我国社会经济的发展、人们生活水平的提高，人们对防菌、抗菌的健康意识的不断增强，抗菌不锈钢的开发和应用将大有前途。总之，抗菌不锈钢既有优异的广谱抗菌性能，又有良好的加工性和耐蚀性，且是优于其他抗菌产品的新型安全抗菌材料，具有广阔的应用前景。

现有技术中有介绍含铜铁素体抗菌不锈钢的，如公开号为CN1498981的中国专利申请公开了含铜铁素体抗菌不锈钢，其铜含量范围较宽，且上限较高。较高含量的铜会使材料在连铸和热加工时产生裂纹，此外较高的铜含量还会降低材料的塑性。

公开号为JP2000-8145的日本专利申请，公开号为JP10-324920的日本专利申请，公开号为JP10-306352的日本专利申请，公开号为JP07-347735的日本专利申请，公开号为CN1807672的中国专利申请，公开号为JP10-140289的日本专利申请公开的含铜铁素体抗菌不锈钢，不仅铜含量范围较宽，且上限较高，而且多数没有限定C+N的具体范围，有些只是限定了C和N的上限。C和N的含量过高时会降低材料的耐腐蚀性能，而过低时则会降低材料的塑性。通过控制较低的C、N含量并添加Nb、Ti、V元素的方法来保证材料的塑性和耐蚀性，这样会大幅增加原材料和制造的成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以生产具有良好抗菌性能和塑性的餐具用低铬铁素体不锈钢。

为了实现上述目的，本发明的含铜铁素体抗菌不锈钢，其化学成分重量百分比范围如下：C≤0.06％，Si≤1.0％，Mn≤1.0％，P≤0.04％，S≤0.01％，Cr：13.0～15.0％，N≤0.06％，Cu：1.3～1.6％，且0.04％≤C+N≤0.08％，其余为Fe和不可避免的杂质组成。

优选地，C：0.01～0.03％。

优选地，Si：0.30～0.40％。

优选地，Mn：0.25～0.40％。

优选地，P≤0.03％，S≤0.002％。

优选地，N：0.02～0.06％。

本发明的铁素体抗菌不锈钢的化学成分控制理由如下：

碳：是增加合金强度的元素，但碳含量不宜过多，否则会损失材料耐腐蚀性能。本发明中碳含量控制在0.06％以下，优选地，C：0.01～0.03％。

硅：是作为脱氧剂加入的，但硅加入过多会降低塑性。本发明中硅含量控制在1.0％以下，优选地，Si：0.30～0.40％。

锰：锰对热塑性起到一定的作用，但锰过多时会降低塑性和耐蚀性。本发明中锰含量控制在1.0％以下，优选地，Mn：0.25～0.40％。

磷、硫：出于热塑性和耐蚀性的考虑，这两个元素要尽量低。本发明中控制P≤0.04％、S≤0.01％，优选地，P≤0.03％，S≤0.002％。

铬：改善耐蚀性的重要元素，铬含量低于13％时，耐蚀性较差，不能达到使用要求，但铬含量超过15％时会增加成本。本发明中铬含量控制在13～15％。

氮：可以增加强度，本发明中要求N≤0.06％是出于保证材料具有优良塑性的考虑。优选地，N：0.02～0.06％。

铜：是赋予材料抗菌性能的重要元素，铜较少时不易满足抗菌性能的要求，但铜较多时则会损害热塑性和冷加工性能。本发明中铜含量控制在1.3～1.6％。

碳+氮：本发明中需要合理控制C、N含量，当C、N含量过低时材料的塑性较低，而当C、N过高时材料的塑性和耐腐蚀性也会明显降低。本发明中控制0.04％≤C+N≤0.08％，其目的是既可以保证材料具有满足使用要求的耐腐蚀性能，又可以具有较好的冷加工性能。

此外，控制一定范围的C、N含量，在材料中形成一定量碳、氮化物，可以促进抗菌富铜相的形核、长大，这样可提高材料的抗菌性能。另富铜相形成可降低碳、氮化物对材料耐腐蚀性能等的不良影响。可见，利用控制0.04≤C+N≤0.08和Cu：1.3～1.6的复合作用，可以进一步提高材料的抗菌、力学及耐蚀等综合使用性能。

本发明的另一个目的是提供上述铁素体抗菌不锈钢的冷轧板的制造方法。

本发明选用电炉-AOD冶炼不锈钢，连铸钢坯；热轧，抗菌退火处理，得到热轧产品；再冷轧，退火+酸洗处理，得到冷轧产品。需要指出本抗菌不锈钢生产方法的特殊性在于热轧后要进行抗菌退火处理，工艺为700～800℃保温4小时以上，以使抗菌元素铜的析出相均匀细小地分布在材料基体中。

优选地，本发明的首选工艺为：电炉-AOD冶炼不锈钢，连铸钢坯；热轧，再进行750℃保温5小时退火处理，得到热轧产品；再冷轧，进行820℃退火+酸洗处理，得到冷轧产品。此工艺可以得到性能优且生产成本低的产品。

本发明的含铜抗菌不锈钢利用增加特殊的热处理工艺，以使具有抗菌性能的富铜相析出，这样就需要保证一定的铜含量。本发明控制适宜的铜含量，在能够满足抗菌性能的同时又可以保证材料具有良好的热加工性和冷加工塑性，且控制较低铜含量可以降低成本。针对低铬铁素体不锈钢的冶金特点，本发明要求0.045≤C+N≤0.08％，其目的是既可以保证本合金材料具有满足使用要求的耐腐蚀性，又具有较好的塑性，且生产工艺简单有效、材料成本低。

本发明通过控制Cu、C、N等合金元素的含量，进而使材料具有良好的抗菌性能和使用性能的方法，且成本低廉。在保证材料具有较好的抗菌性能的前提下，控制较低的铜含量，以保持材料塑性。此外控制一定范围的碳、氮含量也是为了保证材料的塑性和耐腐蚀性能。

本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：不锈钢的制造工艺简单有效，成本低；不锈钢具有良好的抗菌性能；不锈钢具有良好的塑性和耐腐蚀性。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明的铁素体抗菌不锈钢进行说明。

试验用铁素体不锈钢化学成分见表2。

生产工艺为：用电炉-AOD冶炼不锈钢，连铸钢坯，目标过热度为35℃，连铸拉为1.0～1.1m/min；热轧至4mm厚；然后进行抗菌热处理，工艺为在750℃左右保温5小时左右；再冷轧至1mm厚，然后820℃退火+酸洗，抛光。

表2.试验材料化学成分(wt，％)

序号	C	Si	Mn	P	S	Cr	N	Cu
									实施例1	0.023	0.33	0.34	0.026	0.001	13.2	0.021	1.32
实施例2	0.018	0.32	0.26	0.027	0.001	14.3	0.039	1.45
									实施例3	0.026	0.37	0.32	0.024	0.002	14.8	0.051	1.60
对比例1	0.012	0.39	0.31	0.025	0.001	14.5	0.013	1.27
									对比例2	0.042	0.34	0.36	0.028	0.002	14.2	0.043	1.43
对比例3	0.017	0.36	0.42	0.027	0.001	14.3	0.034	1.65
									对比例4SUS410	0.04	0.42	0.25	0.026	0.002	12.3	0.03	-

其中：实施例1抗菌热处理工艺为在750℃保温5小时；实施例2抗菌热处理工艺为在700℃保温7小时；实施例3抗菌热处理工艺为在800℃保温4小时；对比例1、2、3抗菌热处理工艺为在750℃保温5小时。

本发明钢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Cu的同牌号铁素体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50.0×50.0×2.0mm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。

表3.试验材料力学性能、抗菌性能及耐腐蚀性能

序号	抗拉强度MPa	屈服强度MPa	延伸率％	抗菌率％	耐蚀性E′b10，mV
						实施例1	470	225	35	＞99.9	46
实施例2	485	230	34	＞99.9	50
						实施例3	490	240	33	＞99.9	53
对比例1	475	235	29	98	46
						对比例2	495	245	31	99	36
对比例3	485	295	31	＞99.9	44
						对比例4	480	230	32	0	38

对本发明例不锈钢冷轧板进行了抗菌性能检测，检测结果见表3。从表3中可看出本发明例不锈钢的抗菌性能优良，达到了抗菌材料的要求，当Cu含量超过1.3％时抗菌性能已十分理想。对比例1中的Cu：1.27％，超出本发明范围，其抗菌率为98％，抗菌性能已低于标准规定的大于99％。对比例2中的C+N＞0.08％，其抗菌率已开始下降，抗菌性能已处于标准规定的临界值，不是十分理想。可见，要获得理想的抗菌性能要综合考虑C、N、Cu的含量。

按照不锈钢三氯化铁点腐蚀试验方法(国家标准：GB/T 17897-1999)对本发明实例不锈钢冷轧板进行耐腐蚀性能测试，检测结果见表3，显示本发明的抗菌不锈钢与餐具用铁素体不锈钢SUS410(对比例4)相比，耐腐蚀性能较好。对比例3的C+N＞0.08％，超出本发明范围，其耐腐蚀性能已开始明显下降。可见，C、N的含量过高会降低材料的耐腐蚀性能。

我国目前的抗菌制品发展滞后，不仅品种少于国外，总产量也远低于国外。随着国民收入的增加和抗菌意识的增强，抗菌制品发展空间广阔，抗菌不锈钢市场的拓展是勿庸置疑的。本发明的抗菌铁素体不锈钢生产工艺简单，抗菌性能优良，冷加工塑性好，可应用于餐具、厨房用具等方面。

虽然以上通过具体实施例对本发明进行了说明，但不仅仅限于这些实施例，在不脱离本发明构思的前提下，还可以有更多变化或改进的其他实施例，而这些变化和改进都应属于权利要求要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种含铜铁素体抗菌不锈钢，其化学成分重量百分比为：C≤0.06％，Si≤1.0％，Mn≤1.0％，P≤0.04％，S≤0.01％，Cr：13.0～15.0％，N≤0.06％，Cu：1.3～1.6％，且0.04％≤C+N≤0.08％，其余为Fe和不可避免的杂质组成。

2.如权利要求1所述的含铜铁素体抗菌不锈钢，其特征在于，C：0.01～0.03％，Si：0.30～0.40％，Mn：0.25～％，P≤0.03％，S≤0.002％，N：0.02～0.06％。

3.如权利要求1或2所述的含铜铁素体抗菌不锈钢的冷轧板的制备方法，包括：

冶炼不锈钢，并连铸钢坯；

热轧，抗菌退火处理，得到热轧产品；

再冷轧，退火+酸洗处理，得到冷轧产品；

其中，抗菌退火处理为700～800℃保温4小时以上。

4.如权利要求3所述的含铜铁素体抗菌不锈钢的冷轧板的制备方法，其特征在于，抗菌退火处理为750℃保温5小时。

5.如权利要求3或4所述的含铜铁素体抗菌不锈钢的冷轧板的制备方法，其特征在于，冷轧后，进行820℃退火+酸洗处理，得到冷轧产品。

6.如权利要求3～5任一所述的含铜铁素体抗菌不锈钢的冷轧板的制备方法，其特征在于，选用电炉-AOD冶炼不锈钢。

7.如权利要求3～6任一所述的含铜铁素体抗菌不锈钢的冷轧板的制备方法，其特征在于，连铸中，目标过热度30～40℃，拉速0.9～1.2m/min。

8.由权利要求3～7任一所述的方法制造的含铜铁素体抗菌不锈钢的冷轧板。