CN109321845A - 一种符合食品级检测标准的铁素体不锈钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铁素体不锈钢冶金和热处理领域，更具体的涉及一种符合食品级检测标准的铁素体不锈钢及其制备方法。本发明采用Ce和Cu作为Fe的添加剂，与Cr、Al、Si、Mn、C、N、O等元素组合制备出铁素体不锈钢。本发明制备的铁素体不锈钢不仅具有优良的力学性能，而且符合重金属离子溶出的标准，可满足意大利D.M。21‑03‑1973和德国的LFGB(2013)食品接触用不锈钢的标准。

Description

一种符合食品级检测标准的铁素体不锈钢及其制备方法
技术领域
本发明属于铁素体不锈钢冶金和热处理领域，更具体的涉及一种符合食品级检测标准的铁素体不锈钢及其制备方法。
背景技术
中铬铁素体不锈钢铁在铁素体不锈钢家族中占有非常重要的地位。与低铬铁素体不锈钢相比，它有着更好的耐蚀性，与高铬铁素体不锈钢相比，又有着优良的成型性，因此非常适合于家电、厨卫制品等对耐蚀性和成型性都有一定要求的行业。
近年来，随着人们对饮食健康的日益重视，不锈钢制品中的重金属离子析出量渐渐进入人们的视野，据相关研究显示，不锈钢在酸洗环境中，可析出铅，镉，铬，镍，钡，砷，锑，硒等多种重金属元素，而这些重金元素对人的身体都会造成较大的伤害，因此，各个国家都在积极制定限制这些重金属元素在不锈钢中的析出标准，尤其是欧，美，日等发达国家，在使用食品接触用的不锈钢时，制定了非常严格的安全标准，以此保证国民的食品安。
目前国内的不锈钢生产企业对铁素体不锈钢不锈钢的研究大部分集中在中铬铁素体不锈钢的强度和塑性等力学性能的指标级别的提高，对铁素体不锈钢的耐蚀性研究较少。CN 104250708 B公开了一种食品接触用铁素体不锈钢，采用铝和稀土元素钇作为添加剂形成钝化膜防止金属析出。但是稀土元素钇来源少、价格较为昂贵，且需要严格控制组分之间各元素的重量比例，如铝％≥10×氧％、钒％≥4×氮％、铌≥5×碳％，不利于操作。
所以开发一种成本低、制备方法简便并符合食品级检测标准的铁素体不锈钢具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中食品接触用铁素体不锈钢中成本高、元素组成关系复杂的不足，提出了一种符合食品级检测标准的铁素体不锈钢及其制备方法。本发明采用Ce和Cu作为添加剂制备出的铁素体不锈钢不仅具有优良的力学性能，而且符合重金属离子溶出的标准，可满足意大利D.M。21-03-1973和德国的LFGB(2013)食品接触用不锈钢的标准。
根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种符合食品级检测标准的铁素体不锈钢，按照重量百分比计算，由以下成分组成：
Cr：21～26％；Al：0.05～0.08％；Cu：0.15～0.30％；Ce：0.1～0.5％；Si：0.4～0.9％；Mn：0.6～0.8％；C：0.02～0.05％；N：0.008～0.02％；O：0.002～0.2％，余量为Fe和不可避免的杂质；
优选的，所述加入Ce的重量百分比为0.25～0.40％，加入Si的重量百分比为0.6-0.8％；
优选的，按照重量百分比计算，所述符合食品级检测标准的铁素体不锈钢中Cr：23％；Al：0.07％；Cu：0.20％；Ce：0.3；Si：0.6％；Mn：0.6％；C：0.02～0.05％；N：0.008～0.02％；O：0.002～0.2％，余量为Fe和不可避免的杂质；
优选的，所述Ce是通过Fe-Ce中间合金的形式添加的，所述Fe-Ce中间合金中Ce的质量分数在18-20％；
根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种符合食品级检测标准的铁素体不锈钢的制备方法，包括如下步骤：
1)配料：
按照重量百分比配制原料，其中Ce以Fe-Ce中间合金形式添加；
2)熔炼、铸造
将步骤1)配制的原料经熔炼后，经浇筑得铸坯，所述铸坯在1200-1250℃下保温1-2分钟；
3)热轧、热轧退火
保温后的铸坯进行热轧，所述热轧的终轧温度为860-900℃；热轧后经过热轧退火，所述热轧退火温度为880-960℃、退火时间为30-60min；
4)冷轧、冷轧退火
热轧退火后进行冷轧，所述冷轧的压下率为55％-70％；置于真空热处理炉中进行冷轧退火，所述冷轧退火温度为700-800℃，退火时间为2min-4min；
5)重复步骤4)2-3次得符合食品级检测标准的铁素体不锈钢。
优选的，步骤5)所得符合食品级检测标准的铁素体不锈钢的抗拉强度500MPa～650MPa，屈服强度380MPa～400MPa，维氏硬度150～175，延伸率40％～45％。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明铁素体不锈钢无需加入金属元素Y，采用来源广泛的Ce作为添加剂，制备出的不锈钢重金属离子不宜溶出，可满足意大利D.M.21-03-1973和德国的LFGB(2013)食品接触用不锈钢的标准；
(2)本发明铁素体不锈钢成本低，且各元素配比简单，方便生产加工；
(3)本发明制备的铁素体不锈钢不仅满足食品接触用不锈钢的标准，而且具有优异的力学性能。
具体实施方式
实施例1
按如下重量百分比备料：
Cr：21％；Al：0.05％；Cu：0.15％；Ce：0.1％；Si：0.4％；Mn：0.6％；C：0.02～0.05％；N：0.008～0.02％；O：0.002～0.2％，余量为Fe和不可避免的杂质；Ce的加入形式为Fe-Ce中间合金，Fe-Ce中间合金中Ce的质量分数在18％；
将配制的原料经熔炼后，经浇筑得铸坯，所述铸坯在1200-1250℃下保温1-2分钟；保温后的铸坯进行热轧，所述热轧的终轧温度为860-900℃；热轧后经过热轧退火，所述热轧退火温度为880-960℃、退火时间为30-60min；热轧退火后进行冷轧，所述冷轧的压下率为55％-70％；置于真空热处理炉中进行冷轧退火，所述冷轧退火温度为700-800℃，退火时间为2min-4min；重复冷轧和冷轧退火步骤2-3次得铁素体不锈钢。
铁素体不锈钢抗拉强度498MPa，屈服强度380MPa，维氏硬度1655，延伸率40％。
实施例2
按如下重量百分比备料：
Cr：26％；Al：0.08％；Cu：0.30％；Ce：0.5％；Si：0.9％；Mn：0.8％；C：0.02～0.05％；N：0.008～0.02％；O：0.002～0.2％，余量为Fe和不可避免的杂质；铁素体不锈钢的制备方法同实施例1。
铁素体不锈钢抗拉强度560MPa，屈服强度400MPa，维氏硬度155，延伸率42％。
实施例3
按如下重量百分比备料：
Cr：23％；Al：0.07％；Cu：0.20％；Ce：0.3；Si：0.6％；Mn：0.6％；C：0.02～0.05％；N：0.008～0.02％；O：0.002～0.2％，余量为Fe和不可避免的杂质；铁素体不锈钢的制备方法同实施例1。
铁素体不锈钢抗拉强度580MPa，屈服强度400MPa，维氏硬度161，延伸率41％。
实施例4
按如下重量百分比备料：
Cr：24％；Al：0.06％；Cu：0.30％；Ce：0.4％；Si：0.6％；Mn：0.6％；C：0.02～0.05％；N：0.008～0.02％；O：0.002～0.2％，余量为Fe和不可避免的杂质；铁素体不锈钢的制备方法同实施例1。
铁素体不锈钢抗拉强度650MPa，屈服强度387MPa，维氏硬度160，延伸率43％。
实施例5
按如下重量百分比备料：
Cr：25％；Al：0.08％；Cu：0.20％Si：0.6％；Mn：0.7％；C：0.02～0.05％；N：0.008～0.02％；O：0.002～0.2％，余量为Fe和不可避免的杂质；铁素体不锈钢的制备方法同实施例1。
铁素体不锈钢抗拉强度580MPa，屈服强度400MPa，维氏硬度165，延伸率43％。
实施例6
Cr：23％；Al：0.07％；Cu：0.20％；Ce：0.05；Si：0.6％；Mn：0.6％；C：0.02～0.05％；N：0.008～0.02％；O：0.002～0.2％，余量为Fe和不可避免的杂质；铁素体不锈钢的制备方法同实施例1。
铁素体不锈钢抗拉强度570MPa，屈服强度390MPa，维氏硬度165，延伸率44％。
对实施例1-6制备出的铁素体不锈钢进行金属离子溶出检测：将试样放置于重量百分比为3％的醋酸溶液中，在100℃下浸泡30min，然后检测Cr离子的析出浓度，结果如表1所示：
表1重金属离子的析出浓度
实验结果表明，采用Ce作为添加剂可制备出符合意大利D.M.21-03-1973和德国的LFGB(2013)标准的食品接触用不锈钢。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种符合食品级检测标准的铁素体不锈钢，其特征在于：按照重量百分比计算，由以下成分组成：
Cr：21～26％；Al：0.05～0.08％；Cu：0.15～0.30％；Ce：0.1～0.5％；Si：0.4～0.9％；Mn：0.6～0.8％；C：0.02～0.05％；N：0.008～0.02％；O：0.002～0.2％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的符合食品级检测标准的铁素体不锈钢，其特征在于：所述加入Ce的重量百分比为0.25～0.40％，加入Si的重量百分比为0.6-0.8％。
3.根据权利要求2所述的符合食品级检测标准的铁素体不锈钢，其特征在于：按照重量百分比计算，所述符合食品级检测标准的铁素体不锈钢中Cr：23％；Al：0.07％；Cu：0.20％；Ce：0.3；Si：0.6％；Mn：0.6％；C：0.02～0.05％；N：0.008～0.02％；O：0.002～0.2％，余量为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1-3任一项所述的符合食品级检测标准的铁素体不锈钢，其特征在于：所述Ce是通过Fe-Ce中间合金的形式添加的，所述Fe-Ce中间合金中Ce的质量分数在18-20％。
5.一种权利要求1所述的符合食品级检测标准的铁素体不锈钢的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)配料：
按照重量百分比配制原料，其中Ce以Fe-Ce中间合金形式添加；
2)熔炼、铸造
将步骤1)配制的原料经熔炼后，经浇筑得铸坯，所述铸坯在1200-1250℃下保温1-2分钟；
3)热轧、热轧退火
保温后的铸坯进行热轧，所述热轧的终轧温度为860-900℃；热轧后经过热轧退火，所述热轧退火温度为880-960℃、退火时间为30-60min；
4)冷轧、冷轧退火
热轧退火后进行冷轧，所述冷轧的压下率为55％-70％；置于真空热处理炉中进行冷轧退火，所述冷轧退火温度为700-800℃，退火时间为2min-4min；
5)重复步骤4)2-3次得符合食品级检测标准的铁素体不锈钢。
6.根据权利要求5所述的符合食品级检测标准的铁素体不锈钢的制备方法，其特征在于：所得符合食品级检测标准的铁素体不锈钢的抗拉强度500MPa～650MPa，屈服强度380MPa～400MPa，维氏硬度150～175，延伸率40％～45％。
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