CN105568176A

CN105568176A - 一种高强韧高锋利持久度抗菌不锈钢

Info

Publication number: CN105568176A
Application number: CN201511008752.3A
Authority: CN
Inventors: 马党参; 迟宏宵; 周健; 苏杰
Original assignee: Central Iron and Steel Research Institute
Current assignee: Central Iron and Steel Research Institute
Priority date: 2015-12-28
Filing date: 2015-12-28
Publication date: 2016-05-11

Abstract

一种高强韧高锋利持久度抗菌不锈钢，属于不锈钢技术领域。该钢的化学成分重量％为：C：0.5～0.8％，Si：≤0.40％，S：≤0.030％，P：≤0.030％，Mn：≤0.40％，Cr：13.5～15.0％，Mo：0.1～1.0％，W：0.1～1.0％，V：0.1～0.3％，Ni：0.1～1.0％，Nb：0.05～0.15％，Co：1.0～5.0％，Ag：0.035～0.10％，余量为Fe及不可避免的杂质。优点在于，在保持优异强韧性的同时，具有更高的耐磨性和锋利持久度，综合性能良好。与现有常用的Cr13型和Cr17型马氏体不锈钢相比，本发明钢优化C、Cr、Mo、V合金元素的匹配，采用W-Mo和Co复合强化的思路，在不恶化冲击韧性的前提下，增加钢的耐磨性，具有更高的锋利持久度。添加元素Ag，使材料具有抗菌性能；并优异综合性能。

Description

一种高强韧高锋利持久度抗菌不锈钢

技术领域

本发明属于不锈钢技术领域，特别涉及一种高强韧高锋利持久度抗菌不锈钢。适用于厨具用菜刀、剪刀等刀具用钢，也可以应用于医疗器械、公共设施、家用电器、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，我国的菜刀用钢主要使用Cr系和Cr-Mo系不锈钢。典型的钢材有3Cr13、3Cr13Mo、4Cr13MoV、7Cr17Mo、8Cr13MoV。作为马氏体型的3Cr13、4Cr13不锈钢材，主要特性是：含碳量高、淬透性好，一般油淬或空冷后即可得到马氏体组织，而此钢种硬度偏低，将直接影响到刀具的锋利度和耐磨性。具有更高碳含量的7Cr17Mo、8Cr13MoV不锈钢具有更高的硬度和锋利度，然而会损失韧性。这些材料都不具备抗菌功能。本发明重新匹配C及合金元素Cr、Mo、V的含量，采用W-Mo和Co复合强化的思路和方法，使钢在不恶化冲击韧性的前提下，增加钢的耐磨性，使材料具有更高的锋利持久度，加入抗蚀元素Ni与Cr良好匹配，增加耐蚀性能，加入强抗菌元素Ag，并加入微量Nb细化晶粒，设计出了一种新型刀具不锈钢，该不锈钢在拥有良好的综合性能的同时，具有更持久的锋利保持性，具有抗菌性能，可以用于高档菜刀等刀具用钢，具有良好的使用性和应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强韧高锋利持久度抗菌不锈钢，具有抗菌性能、更持久的锋利保持度，强度和韧性优异的高档刀具不锈钢。

根据上述目的，本发明整体的技术方案是：(1)设计最佳C、Cr、Mo、V匹配，使钢能获得最佳硬度、韧性和耐蚀性匹配；(2)添加元素W，以W-Mo复合强化的方式，形成W-Mo复合的碳化物增加钢的耐磨性；(3)添加元素Co，与W-Mo形成复合的增加耐磨性效果，使钢具有更持久的锋利保持性，而且不损失韧性；(4)加入抗菌元素Ag使钢材具有抗菌能力；(5)加入耐蚀元素Ni与Cr配合增加耐蚀性，改善工艺性能；(6)加入少量强碳化物形成元素Nb，微合金化产生第二相强化，并细化晶粒，以提高菜刀钢的耐磨性和韧性。

本发明钢的化学成分(重量％)如下：C：0.5～0.8％，Si：≤0.40％，S：≤0.030％，P：≤0.030％，Mn：≤0.40％，Cr：13.5～15.0％，Mo：0.1～1.0％，W：0.1～1.0％，V：0.1～0.3％，Ni：0.1～1.0％，Nb：0.05～0.15％，Co：1.0～5.0％，Ag：0.035～0.10％，余量为Fe及不可避免的杂质。

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，从强度与耐腐蚀性能两方面来看，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，同时降低冲击韧性。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、韧性和耐蚀性确定碳含量为0.50～0.80％。

Cr：铬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。目前广泛应用的Cr13型不锈钢，其Cr含量偏低，在相对较高C含量的情况下，耐蚀性不足。Cr17型不锈钢虽然具有优异的耐蚀性能，但是在较高C含量的情况下会形成共晶碳化物，进而降低钢的韧性。因此综合考虑到硬度、韧性和耐蚀性能，控制其含量在13.5～15.0％。

Ni：镍是优良的耐腐蚀材料，也是合金钢的重要合金化元素。Ni在钢中是形成奥氏体的元素，但低碳Ni钢要获得纯奥氏体组织，含Ni量要达到24％；而只有含Ni27％时才使钢在某些介质中的耐腐蚀性能显著改变。所以Ni不能单独构成不锈钢。但是Ni与Cr同时存在于不锈钢中时，含Ni的不锈钢却具有许多可贵的性能。在马氏体不锈钢中Ni含量不能过高，否则由于Ni扩大γ相区和降低Ms温度的双重作用，将使钢成为单相奥氏体不锈钢而丧失淬火能力。Ni的另一重要作用是降低钢中的δ铁素体含量，在所有合金元素中其效果最好。在本发明钢中，控制Ni含量在0.1～1.0％。

Mn：作为脱氧剂而加入，含量一般控制在0.20～0.40％。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0.20～0.40％。

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：钼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Mo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。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0.1～1.0％。

W：钨是碳化物形成元素，具有与Mo及其相近的性质。本发明添加少量W，通过以W-Mo复合的方法，形成碳化物颗粒增强耐磨性能。在本发明钢中，控制W含量在0.1～1.0％。

V：钒具有细晶强化和提高回火抗力和提高材料的淬透性的作用，也能和碳形成碳化物，少量V就能够与碳形成强碳化物，硬度可达HRC84，是钢的强化相，提高钢的力学性能。在本发明钢中，添加少量V起到强化作用，含量控制在0.1～0.3％。

Nb：强碳化物形成元素，形成MC型碳化物，可用来部分替代V，将V含量降至仅保持二次硬化的水平。利用Nb增加钢中MC型碳化物，从而增强钢的耐磨性。但Nb含量过高时，则显示了对初生晶粒的粗化，碳化物颗粒较粗大。因此，Nb含量控制在0.05～0.15％。

Ag：银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Ag最佳。就安全性依次排列为：Ag>Co>Ni>A1>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％。

Co：钴主要固溶在基体中，在钢中几乎不形成碳化物，只有极少量的Co原子能进入到析出相中，因此，Co主要起固溶强化作用。Co对增加钢的耐磨性也具有一定的效果，因此本发明利用Co的固溶强化增加钢的硬度和耐磨性。Co在回火或使用过程中阻止、延缓其它元素特殊碳化物的聚集，本发明钢中，Co的加入对延缓Cr碳化物聚集粗化有一定作用。本发明钢中，Co含量控制在1.0～5.0％。

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、扁钢等。

本发明与现有技术相比具有高强韧性、高耐磨性、高锋利持久性和具有抗菌性的优点。与现有刀具不锈钢钢相比，本发明钢具有更佳的综合性能，可更好的满足用户需求。

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φ20mm棒材。钢材退火后，加工成试样，经淬、回火处理(1000～1100℃淬火，120～180℃回火)，其室温力学性能见表2～6。

本发明钢具有在保持高硬度的前提下，具有高的冲击韧性。

本发明钢具有高的强度、硬度、及冲击韧性。

1.经1080℃淬火，低温(120～165℃)回火后，2#、3#发明钢具有较高的硬度(59.0～61.8HRC)。(见表2、3、4)

2.经1080℃淬火，低温(120～165℃)回火后，1#、2#发明钢具有较高的冲击吸收功(16.7～20.3J)。(见表5)

3.经1080℃淬火，低温(120～165℃)回火后，2#、3#发明钢具有较高的抗拉强度(1930～1980MPa)。(见表6)

表1实施例的化学成分，重量％

表2实施例1060℃淬火不同温度回火的硬度值

说明：⑴淬火试验在空气炉中进行，保温30分钟，油淬。

⑵不同温度回火1次，保温2小时。

表3实施例1080℃淬火不同温度回火的硬度值

说明：⑴淬火试验在空气炉中进行，保温30分钟，油淬。

⑵不同温度回火1次，保温2小时。

表4实施例1100℃淬火不同温度回火的硬度值

说明：⑴淬火试验在空气炉中进行，保温30分钟，油淬。

⑵不同温度回火1次，保温2小时。

表5实施例冲击吸收功值

表6实施例抗拉强度值

Claims

1.一种高强韧高锋利持久度抗菌不锈钢，其特征在于，化学成分重量％为C：0.5～0.8％，Si：≤0.40％，S：≤0.030％，P：≤0.030％，Mn：≤0.40％，Cr：13.5～15.0％，Mo：0.10～1.0％，W：0.1～1.0％，V：0.1～0.3％，Ni：0.1～1.0％，Nb：0.05～0.15％，Co：1.0～5.0％，Ag：0.035～0.10％，余量为Fe及不可避免的杂质。