CN109023154A - 一种厨具用高强度抗菌不锈钢 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及不锈钢加工技术领域，具体涉及一种厨具用高强度抗菌不锈钢。按照质量百分比，所述不锈钢的元素组成为：Cr：19.70‑24.30%，Ni：3.50‑5.50%，C：2.31‑2.85%，Cu：3.50‑3.95%，Zn：1.03‑1.24%，Mn：0.42‑0.63%，Mo：0.34‑0.47%，V：0.40‑0.52%，Re：0.35‑0.43%，余量为Fe和不可避免的杂质，杂质元素中，P：≤0.03%，S：≤0.025%，AL：≤0.01%，H：≤0.002%。Re元素中含有La、Dy、Er和Sc，不锈钢的元素组成中还包括不低于0.03wt%的Ag元素；Ag元素利用强流金属离子注入机注入到热处理后的不锈钢材料中，该型不锈钢材料不仅具有突出的抗菌除菌效果，而且具有较高的机械强度和韧性，适合用于厨具的制备。

Description

一种厨具用高强度抗菌不锈钢
技术领域
本发明涉及不锈钢加工技术领域，具体涉及一种厨具用高强度抗菌不锈钢。
背景技术
不锈钢是不锈耐酸钢的简称，耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质或具有不锈性的钢种称为不锈钢；而将耐化学腐蚀介质(酸、碱、盐等化学浸蚀)腐蚀的钢种称为耐酸钢。由于两者在化学成分上的差异而使他们的耐蚀性不同，普通不锈钢一般不耐化学介质腐蚀，而耐酸钢则一般均具有不锈性。不锈钢不是单指一种类型的钢材，而是表示一百多种工业不锈钢，所开发的每种不锈钢都在其特定的应用领域具有良好的性能。不锈钢具有硬度高，耐磨性好，良好的耐腐蚀性，优良的外观和寿命长等特性，因此被广泛应用于建筑、汽车工业、造船业、海洋装置、机械设备和化学设备等行业。
在各类不锈钢产品中，包括一种抗菌不锈钢新产品。这种抗菌不锈钢材料包括加铜和加银的抗菌不锈钢，含有表面涂层的抗菌不锈钢，以及抗菌复合不锈钢板等，在普通不锈钢内添加一定量的抗菌金属元素Cu、Ag、Zn等，控制铸造、锻压、轧制以及热处理过程，使抗菌金属元素在不锈钢基体内以一定的大小、形态，均匀弥散地析出，并保证析出相的体积百分比，在不降低普通不锈钢的力学性能和抗腐蚀性能的情况下，赋予其优异的抗菌性能。
试验显示，抗菌不锈钢对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的杀灭率均在99％以上，对其它细菌如白念珠菌、枯黑菌等也有显著的杀灭作用，显示了优良的广谱抗菌性和抗菌持久性。国家药品和生物制品检验所的检测表明，抗菌不锈钢在毒性和人体安全性方面完全符合国家技术标准。抗菌不锈钢材料在卫生餐具、厨具和医疗器械等领域中具有很大的应用价值。
专利授权公告号CN102168226B中公开了一种纳米析出相马氏体不锈钢，该技术方案中通过在不锈钢基体中均匀弥散Cu相晶粒，使得不锈钢产品具有较好的抗菌性能，但是由于其组分中仅仅依靠Cu相晶粒发挥抑菌效果，导致不锈钢的抑菌性能较弱，而且因为其热处理工艺的局限，存在析出晶相粗大化的问题，这种粗大化的晶粒在不锈钢表面析出，不仅很难发挥抗菌除菌作用，而且还会对马氏体合金的韧性和强度造成较大影响。
专利授权公告号CN102994911B公开了一种奥氏体复合抗菌不锈钢，该型不锈钢中还添了0.016％质量份数的Ag，从而使得不锈钢的抗菌性能更加突出，但是改该技术方案中的Ag是通过混合熔炼的方式加入的，Ag的含量极低，在使用过程很难析出，因此并不能发挥较好的抑菌除菌性能。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种厨具用高强度抗菌不锈钢，该型不锈钢材料不仅具有突出的抗菌除菌效果，而且具有较高的机械强度和韧性，适合用于厨具的制备。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种厨具用高强度抗菌不锈钢，按照质量百分比，不锈钢的元素组成为：Cr：19.70-24.30％，Ni：3.50-5.50％，C：2.31-2.85％，Cu：3.50-3.95％，Zn：1.03-1.24％，Mn：0.42-0.63％，Mo：0.34-0.47％，V：0.40-0.52％，Re：0.35-0.43％，余量为Fe和不可避免的杂质，杂质元素中，P：≤0.03％，S：≤0.025％，AL：≤0.01％，H：≤0.002％。
优选地，按照质量百分比，不锈钢的元素组成为：Cr：21.20-23.00％，Ni：4.30-5.10％，C：2.54-2.68％，Cu：3.65-3.75％，Zn：1.12-1.18％，Mn：0.47-0.51％，Mo：0.38-0.42％，V：0.46-0.49％，Re：0.37-0.41％，余量为Fe和不可避免的杂质，杂质元素中，P：≤0.02％，S：≤0.015％，AL：≤0.01％，H：≤0.002％。
进一步优选地，按照质量百分比，不锈钢的元素组成为：Cr：22.8％，Ni：4.68％，C：2.62％，Cu：3.70％，Zn：1.15％，Mn：0.49％，Mo：0.39％，V：0.47％，Re：0.39％，余量为Fe和不可避免的杂质，杂质元素中，P：≤0.03％，S：≤0.025％，AL：≤0.01％，H：≤0.002％。
其中，Re元素中含有La、Dy、Er和Sc，四者的元素含量比为3:1:1:2。
本发明中，不锈钢的元素组成中还包括不低于0.03wt％的Ag元素；Ag元素利用强流金属离子注入机注入到热处理后的不锈钢材料中，离子注入方式采用剂量不高于1.5x1016ion/cm2的不饱和分步扩散法注入到不锈钢材料表面。
本发明提供的不锈钢的制备方法包括如下步骤：
(1)采用真空炉进行合金熔炼，将合金熔液连续铸造得到铸坯，将铸坯加热至1180-1230℃保温15-25min，然后对铸坯进行两道次热轧处理，初轧温度为1050-1150℃，终轧温度为900-950℃；轧制过程中总压下率不低于93％，得到不锈钢热轧板；
(2)将不锈钢热轧板加热至950-1050℃，保温0.8-1.0h，然后空冷至室温，再加热不锈钢钢板至600-750℃，继续保温时效2-5h，最后空冷至室温，完成热轧板的固溶时效处理；
(3)将固溶时效处理后的不锈钢板以950-1050℃的温度完成淬火，淬火后再以-60至-120℃的温度进行深冷处理0.5-1h，深冷处理后对不锈钢板进行退火处理，退火温度为1000-1050℃，退火过程中，温度降低至420-450℃时，保温5-8min。
优选地，时效保温时间为3.5-4h。
优选地，淬火过程中采用油淬的方式进行。
优选地，退火过程的冷却速率为20-28℃/s。
本发明中不锈钢厨具产品采用冲压成型的工艺进行制备。
本发明具有如下的有益效果：
本发明的不锈钢材料采用的Cu、Zn熔炼注入和Ag相离子表面注入的方式进行合成，离子注入技术使得为数不多的Ag相金属可以均匀分布与合金外层，从而实现对Ag相金属的最有效利用，Ag离子因为采用低剂量的不饱和扩散法分步注入，因此不会对合金基体的晶相结构造成改变，而且可以获得更加均匀、细小的Ag相晶粒；Ag相可以和分布较广的Cu相和Zn相发挥协同作用，从而使得该型不锈钢材料的抗菌除菌性能更加突出。
为了改善该型抗菌不锈钢材料的机械强度和材料韧性等性能，该型不锈钢材料中对Ni、Mn、V和Mo元素的含量进行微量调节，使得Mo元素可以和其他三种元素产生协同作用，推迟共析铁素体的转变，存进针状铁素体和贝氏体的形成，提高Ni、Mn、V元素的固溶度，促进合金中碳氮化合物的析出，使得合金材料的韧性更高。本发明的组分中还特意添加了La、Dy、Er和Sc四种稀土元素，该型稀土元素组分在合金熔液中具有良好的溶液净化效果，并且有利于后期热加工处理过程中控制晶粒的生长成型，起到辅助细化晶粒的作用。为了适应该配方的组分，本发明还对合金的热处理过程中进行改良，在轧制结束后，本发明进行了慢速冷却的固溶时效处理，并且选择1050℃的固溶温度和750℃的时效温度，在该温度的冷却过程中下，Cu相和Zn可以快速在合金组织中均匀分散，然后获得较小的晶粒度，并使得合金材料获得较好的屈服强度、冲击韧性和疲劳强度。本发明的淬火-深冷和退火处理中，淬火可以将不锈钢材料部分奥氏体化，然后通过深冷处理和退火处理，将奥氏体转化为马氏体，提高材料的硬度、耐磨性能和使用寿命，并且避免表面的晶相结构受到破坏，提升材料的抗菌抑菌性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种厨具用高强度抗菌不锈钢，按照质量百分比，不锈钢的元素组成为：Cr：19.70％，Ni：3.50％，C：2.31％，Cu：3.50％，Zn：1.03％，Mn：0.42％，Mo：0.34％，V：0.40％，Re：0.35％，余量为Fe和不可避免的杂质，杂质元素中，P：≤0.03％，S：≤0.025％，AL：≤0.01％，H：≤0.002％。
其中，Re元素中含有La、Dy、Er和Sc，四者的元素含量比为3:1:1:2。
本实施例提供的不锈钢的制备方法包括如下步骤：
(1)采用真空炉进行合金熔炼，将合金熔液连续铸造得到铸坯，将铸坯加热至1180℃保温15min，然后对铸坯进行两道次热轧处理，初轧温度为1050℃，终轧温度为900℃；轧制过程中总压下率不低于93％，得到不锈钢热轧板；
(2)将不锈钢热轧板加热至950℃，保温0.8h，然后空冷至室温，再加热不锈钢钢板至600℃，继续保温时效2h，最后空冷至室温，完成热轧板的固溶时效处理；
(3)将固溶时效处理后的不锈钢板以950℃的温度完成淬火，淬火后再以-60℃的温度进行深冷处理0.5h，深冷处理后对不锈钢板进行退火处理，退火温度为1000℃，退火过程中，温度降低至420℃时，保温5min。
淬火过程中采用油淬的方式进行。
退火过程的冷却速率为20℃/s。
本实施例中，不锈钢的元素组成中还包括不低于0.03wt％的Ag元素；Ag元素利用强流金属离子注入机注入到热处理后的不锈钢材料中，离子注入方式采用剂量不高于1.5x1016ion/cm2的不饱和分步扩散法注入到不锈钢材料表面。
利用冲压成型的工艺将不锈钢材料制备成厨房水槽产品。
实施例2
一种厨具用高强度抗菌不锈钢，按照质量百分比，不锈钢的元素组成为：Cr：24.30％，Ni：5.50％，C：2.85％，Cu：3.95％，Zn：1.24％，Mn：0.63％，Mo：0.47％，V：0.52％，Re：0.43％，余量为Fe和不可避免的杂质，杂质元素中，P：≤0.03％，S：≤0.025％，AL：≤0.01％，H：≤0.002％。
其中，Re元素中含有La、Dy、Er和Sc，四者的元素含量比为3:1:1:2。
本实施例提供的不锈钢的制备方法包括如下步骤：
(1)采用真空炉进行合金熔炼，将合金熔液连续铸造得到铸坯，将铸坯加热至1230℃保温25min，然后对铸坯进行两道次热轧处理，初轧温度为1150℃，终轧温度为950℃；轧制过程中总压下率不低于93％，得到不锈钢热轧板；
(2)将不锈钢热轧板加热至1050℃，保温1.0h，然后空冷至室温，再加热不锈钢钢板至750℃，继续保温时效5h，最后空冷至室温，完成热轧板的固溶时效处理；
(3)将固溶时效处理后的不锈钢板以1050℃的温度完成淬火，淬火后再以-120℃的温度进行深冷处理1h，深冷处理后对不锈钢板进行退火处理，退火温度为1050℃，退火过程中，温度降低至450℃时，保温8min。
淬火过程中采用油淬的方式进行。
退火过程的冷却速率为28℃/s。
本实施例中，不锈钢的元素组成中还包括不低于0.03wt％的Ag元素；Ag元素利用强流金属离子注入机注入到热处理后的不锈钢材料中，离子注入方式采用剂量不高于1.5x1016ion/cm2的不饱和分步扩散法注入到不锈钢材料表面。
利用冲压成型的工艺将不锈钢材料制备成厨房水槽产品。
实施例3
一种厨具用高强度抗菌不锈钢，按照质量百分比，不锈钢的元素组成为：Cr：22.8％，Ni：4.68％，C：2.62％，Cu：3.70％，Zn：1.15％，Mn：0.49％，Mo：0.39％，V：0.47％，Re：0.39％，余量为Fe和不可避免的杂质，杂质元素中，P：≤0.03％，S：≤0.025％，AL：≤0.01％，H：≤0.002％。
其中，Re元素中含有La、Dy、Er和Sc，四者的元素含量比为3:1:1:2。
本实施例提供的不锈钢的制备方法包括如下步骤：
(1)采用真空炉进行合金熔炼，将合金熔液连续铸造得到铸坯，将铸坯加热至1200℃保温20min，然后对铸坯进行两道次热轧处理，初轧温度为1100℃，终轧温度为930℃；轧制过程中总压下率不低于93％，得到不锈钢热轧板；
(2)将不锈钢热轧板加热至1000℃，保温0.9h，然后空冷至室温，再加热不锈钢钢板至680℃，继续保温时效4h，最后空冷至室温，完成热轧板的固溶时效处理；
(3)将固溶时效处理后的不锈钢板以1000℃的温度完成淬火，淬火后再以-85℃的温度进行深冷处理0.7h，深冷处理后对不锈钢板进行退火处理，退火温度为1030℃，退火过程中，温度降低至440℃时，保温7min。
淬火过程中采用油淬的方式进行。
退火过程的冷却速率为24℃/s。
本实施例中，不锈钢的元素组成中还包括不低于0.03wt％的Ag元素；Ag元素利用强流金属离子注入机注入到热处理后的不锈钢材料中，离子注入方式采用剂量不高于1.5x1016ion/cm2的不饱和分步扩散法注入到不锈钢材料表面。
性能测试
测试本实施例中不锈钢材料的性能，并设置相同加工工艺制备但不添加Cu、Zn和Ag元素的样品作为对照组A，同时设置市场上销售的304抗菌不锈钢作为对照组B，进行物理性能测试和抗菌性能测试。
其中，抗菌性能测试仪大肠杆菌、黄色葡萄球菌和白念珠菌作为实验菌种，实验采用琼脂平板法将菌种接种在试样上，统计24h后的灭菌率。灭菌率以“-、+、++、+++”作为标记，“-”表示灭菌率低于10％，“+”表示灭菌率为50-70％，“++”表示灭菌率在70-90％。“+++”表示灭菌率高于90％。
表1：本实施例与对照组中不锈钢的物理性能测试结果
分析上述试验数据发现，本发明与对照组A中的不锈钢材料因为采用了相同的制备方法，且合金配方的差异极小，因此具有相似的物理性能；而且本实施例和对照组A的不锈钢产品与对照组B相比，材料处耐腐蚀性能之外的各项性能均好于对照组，因此可以判断，利用本发明的技术方案可以得到强度更高，韧性更好的不锈钢产品。
表2：本实施例与对照组的抗菌性测试结果
实验组别 实施例1 实施例2 实施例3 对照组A 对照组B
大肠杆菌 +++ +++ +++ - ++
黄色葡萄球菌 +++ +++ +++ - ++
白念珠菌 ++ ++ ++ - +
分析以上实验结果发现，本实施例中不锈钢对于大肠杆菌和黄色葡萄球菌具有非常显著抑菌效果，而对于白念珠菌的抑菌效果也相对较好，因此具有非常光谱高效的抑菌作用。不使用抗菌元素的对照组A则明显不具有抗菌效果，另外，通过与对照组B的数据进行对比发现，利用本发明的技术方案制备的不锈钢，其抗菌性要好于市场上常规的304抗菌不锈钢产品。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种厨具用高强度抗菌不锈钢，其特征在于：按照质量百分比，所述不锈钢的元素组成为：Cr：19.70-24.30%，Ni：3.50-5.50%，C：2.31-2.85%，Cu：3.50-3.95%，Zn：1.03-1.24%，Mn：0.42-0.63%，Mo：0.34-0.47%，V：0.40-0.52%，Re：0.35-0.43%，余量为Fe和不可避免的杂质，杂质元素中，P：≤0.03%，S：≤0.025%，AL：≤0.01%，H：≤0.002%。
2.根据权利要求1所述的一种厨具用高强度抗菌不锈钢，其特征在于：按照质量百分比，所述不锈钢的元素组成为：Cr：21.20-23.00%，Ni：4.30-5.10%，C：2.54-2.68%，Cu：3.65-3.75%，Zn：1.12-1.18%，Mn：0.47-0.51%，Mo：0.38-0.42%，V：0.46-0.49%，Re：0.37-0.41%，余量为Fe和不可避免的杂质，杂质元素中，P：≤0.02%，S：≤0.015%，AL：≤0.01%，H：≤0.002%。
3.根据权利要求2所述的一种厨具用高强度抗菌不锈钢，其特征在于：按照质量百分比，所述不锈钢的元素组成为：Cr：22.8%，Ni：4.68%，C：2.62%，Cu：3.70%，Zn：1.15%，Mn：0.49%，Mo：0.39%，V：0.47%，Re：0.39%，余量为Fe和不可避免的杂质，杂质元素中，P：≤0.03%，S：≤0.025%，AL：≤0.01%，H：≤0.002%。
4.根据权利要求1所述的一种厨具用高强度抗菌不锈钢，其特征在于：所述Re元素中含有La、Dy、Er和Sc，四者的元素含量比为3:1:1:2。
5.根据权利要求1所述的一种厨具用高强度抗菌不锈钢，其特征在于：所述不锈钢的元素组成中还包括不低于0.03wt%的Ag元素；Ag元素利用强流金属离子注入机注入到热处理后的不锈钢材料中，离子注入方式采用剂量不高于1.5x1016ion/cm2的不饱和分步扩散法注入到不锈钢材料表面。
6.根据权利要求1所述的一种厨具用高强度抗菌不锈钢，其特征在于：所述不锈钢的制备方法包括如下步骤：
（1）采用真空炉进行合金熔炼，将合金熔液连续铸造得到铸坯，将铸坯加热至1180-1230℃保温15-25min，然后对铸坯进行两道次热轧处理，初轧温度为1050-1150℃，终轧温度为900-950℃；轧制过程中总压下率不低于93%，得到不锈钢热轧板；
（2）将不锈钢热轧板加热至950-1050℃，保温0.8-1.0h，然后空冷至室温，再加热不锈钢钢板至600-750℃，继续保温时效2-5h，最后空冷至室温，完成热轧板的固溶时效处理；
（3）将固溶时效处理后的不锈钢板以950-1050℃的温度完成淬火，淬火后再以-60至-120℃的温度进行深冷处理0.5-1h，深冷处理后对不锈钢板进行退火处理，退火温度为1000-1050℃，退火过程中，温度降低至420-450℃时，保温5-8min。
7.根据权利要求6所述的一种厨具用高强度抗菌不锈钢，其特征在于：所述时效保温时间为3.5-4h。
8.根据权利要求6所述的一种厨具用高强度抗菌不锈钢，其特征在于：所述淬火过程中采用油淬的方式进行。
9.根据权利要求6所述的一种厨具用高强度抗菌不锈钢，其特征在于：所述退火过程的冷却速率为20-28℃/s。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种厨具用高强度抗菌不锈钢，其特征在于：所述不锈钢厨具产品采用冲压成型的工艺进行制备。
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