专利名称：一种奥氏体抗菌不锈钢的制作方法
技术领域：
本发明涉及不锈钢的制造，特别是一种节镍型奥氏体抗菌不锈钢及其制造方法。
背景技术：
随着人们生活水平的日益提高，对材料的功能性要求也越来越受到重视，材料具 有抗菌性能就是其中之一。抗菌不锈钢是在不锈钢基体中添加Cu、Ag等抗菌元素，经过时 效热处理，得到弥散析出的抗菌相，从而赋予材料抗菌性能。奥氏体抗菌不锈钢因其良好的 加工性能、耐腐蚀性能以及抗菌性能受到更多的关注，这类不锈钢可广泛应用于厨卫制品、 公共设施、医疗器械等领域。另外，近年来镍价格的剧烈波动，给高镍含量奥氏体不锈钢的 生产带来了巨大风险，节镍型奥氏体不锈钢的开发已受到人们的高度关注。因此，设计节镍 型奥氏体抗菌不锈钢具有重要的实际应用意义。目前针对奥氏体抗菌不锈钢，有多种不同的设计思路。如公开号为CN1483849、 CN101029375.CN1789471的中国专利申请描述的都是基于304不锈钢开发的抗菌奥氏体不 锈钢，含有较高(7 12% )的贵金属Ni，因此材料成本高。公开号为CN1504588的中国专利申请公开的技术，虽然考虑到了节镍型奥氏体不 锈钢的设计，但除了 Cu之外，还加了 Zn，增加了时效热处理的难度。公开号为CN1664154的中国专利申请中，设计了一种节镍型奥氏体抗菌不锈钢， 但是需要加入一定量的Ag，还有贵金属Nb，成本高。公开号为CN1704497的中国专利申请公开的技术，通过加入Mn、N代Ni，并加入 Cu元素获得节镍的奥氏体抗菌不锈钢，但是相比于300系不锈钢，较大幅度地降低了 Cr含 量，对腐蚀性能造成较大的影响，使材料的使用范围受到限制。另外，该专利还要求材料在 850 950°C温度范围进行时效热处理，使富铜相析出，这在实际工业化生产中难以实现。 原因是奥氏体不锈钢中碳化铬、氮化铬的析出温度范围在650 850°C，在实际工业生产 中，高于850°C的罩式炉时效处理后，材料的缓慢冷却会导致碳化铬、氮化铬的析出，严重影 响材料的性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种节镍型奥氏体抗菌不锈钢。为了节约原料成本，并得到一种具有优良力学性能和抗菌性能的节镍型奥氏体抗 菌不锈钢，本发明者基于分析不锈钢的基本元素如铬、锰、碳、氮对不锈钢室温组织的影响， Cu元素含量和不同时效热处理制度对抗菌性能的影响，进行这些元素的合理组配，设计出 一种具有优良抗菌性能和力学性能，而且容易实现工业化大规模生产的节镍型奥氏体抗菌 不锈钢。为了实现上述目的，本发明的节镍型奥氏体抗菌不锈钢，其按重量百分比计的化 学成分为:C :0. 03 0. l%,Si < 1%,Μη :4. 5 7· 4%,Cr :16. 1 17. 5%,Ni 3 5%, N 0. 06 0. 18%,P < 0. 08%,S < 0. 01%,Cu :1. 5 3. 5%，余量为！^e 和不可避免杂质。
下面，对本发明的节镍型奥氏体抗菌不锈钢中各元素的作用作详细叙述。C:碳是强烈形成、稳定和扩大奥氏体区的元素，碳对室温下形成奥氏体组织起到 重要作用。但是碳含量超过太高会降低不锈钢的塑性，而且对不锈钢的耐蚀性不利，所以 碳要有适当的百分含量。对于本发明的节镍型奥氏体抗菌不锈钢控制碳含量为0.03 0.1%。Mn:锰是比较弱的奥氏体形成元素，但在不锈钢中是强烈的奥氏体组织稳定元素， 并能提高氮在钢中的溶解度。在节镍型奥氏体不锈钢中，锰与钢中碳、氮等元素复合作用， 部分取代镍确保不锈钢在室温下为奥氏体组织。但锰对奥氏体不锈钢的耐蚀性有着负面影 响，因此锰含量也不能太高。本发明中锰含量控制在4. 5 7. 5%，优选为6 7%，可以使 材料具有稳定奥氏体组织的同时，不大幅度降低耐腐蚀性能。Cr 铬是不锈钢中最重要的合金元素，是获得不锈钢不锈性和耐蚀性的保证。研究 表明，要使奥氏体不锈钢具有良好的耐蚀性能，铬含量必须高于16%，但为了获得室温下单 一的奥氏体组织，铬也不能太高，本发明的节镍型奥氏体抗菌不锈钢铬含量控制在16. 1 17. 5%。本发明中更优选铬含量为16. 1 16. 5%，使材料具有良好的耐腐蚀性能，同时也 进一步确保材料在室温下为单一的奥氏体组织。Ni 对于本发明的奥氏体抗菌不锈钢，镍是形成和稳定奥氏体相最重要的元素，并 且还可以增强不锈钢抗还原酸的能力和提高加工性能，综合考虑有效稳定奥氏体相以及降 低成本，本发明控制镍的含量在3 5%。N 氮在不锈钢中是非常强烈地形成、稳定和扩大奥氏体区的元素。氮在不锈钢中 除了可以替代贵重资源如镍之外，还可以在不明显降低材料塑性和韧性的前提下明显提高 材料的强度，还能提高不锈钢的不锈性、耐蚀性以及延缓碳化物的析出等。但由于氮在不 锈钢中的溶解度有限，为了避免钢在凝固过程中出现皮下气泡，氮含量的确定必须与其它 合金元素协调作用以确保氮以固溶状态存在，并且与其它合金元素复合作用来确保本发明 的不锈钢在室温下为单相奥氏体组织。为此，本发明中氮含量控制为0. 06 0. 18%，优选 0. 08 0. 12%，可以使材料具有稳定的奥氏体组织，同时也有效避免连铸板坯皮下气孔的 产生。Cu:不锈钢中添加铜元素含量超过一定比例后，施以合理的时效热处理，可以使基 体中弥散析出富铜相，从而赋予材料具有抗菌性能。铜含量越高，越容易得到具有抗菌性的 富铜相，但是随着铜含量的提高，不锈钢的热加工性能变差，因此本发明添加1. 5 3. 5% 重量的铜，以达到理想的抗菌性能并兼顾热加工性。优选为2. 0 3. 5%，通过时效热处理 容易获得抗菌相，同时也确保材料具有良好的热加工性能。Si 硅在不锈钢中是形成铁素体的合金元素，因此为了确保本发明的不锈钢在室 温下为单相奥氏体组织，钢中硅含量必须加以一定的限制。因为冶炼过程往往采用Si元素 进行脱氧处理，因此，钢种有一定的Si含量是不可避免的，Si含量的下限在奥氏体不锈钢 中没有要求。P 磷在不锈钢中被视为有害元素，应尽量控制得越低越好。本发明中控制P含量 在0. 08%以下。S 硫在不锈钢中也被视为有害元素，尤其在本发明的不锈钢中，锰含量较高，因此 须严格控制硫的含量，越低越好。本发明中控制S含量在0. 01%以下。
本发明中Cr、Mn和N三个元素的含量必须协同设计添加，为了使N在钢中有足够 的固溶度，就必须添加一定量的Cr和Mn元素，但为了保证单一的奥氏体组织，Cr含量也不 能太高。另外，N含量也要控制在一定的范围，起到细化晶粒作用，有利于富铜相Cu的析出。 为此，本发明中控制 Mn 4. 5 7. 4%, Cr :16. 1 17. 5%禾口 N :0. 06 0. 18% 0本发明的节镍型奥氏体抗菌不锈钢的化学成分配比可以保证得到的不锈钢在室 温下为奥氏体组织。本发明的另一个目的是提供节镍型奥氏体抗菌不锈钢的制造方法。设计出的节镍型奥氏体抗菌不锈钢按如下工艺流程进行制备和加工冶炼一铸造 —锻打一热轧一固溶退火一时效处理。对具有以上构成的钢，按照常规方法经过冶炼、铸造及锻打后，按照本发明进行热 轧，固溶退火及时效处理。为了获得上述热轧前的钢，按照常规制造方法进行，优选地，冶炼在氮气保护下的 真空炉中进行，可以有效提高钢水的纯净度；铸造过热度维持在30 50°C，有利于浇铸过 程中N元素的固定，从而避免钢锭皮下气孔的产生；为保证锻坯的质量，避免锻造过程的开 裂，终锻温度应确保高于950°C。根据本发明，热轧中加热温度为1050 1250°C，以保证热轧后材料具有单一的奥 氏体组织。更优选为1200°C。为保证热轧板边部质量，避免边裂缺陷发生，应确保热轧终轧 温度大于950°C。另外，为确保热轧板具有良好的机械性能，热轧总压下量应大于90%。根据本发明，固溶退火中，处理温度为1000 1100°C，以达到热轧板中碳化物的 完全固溶和晶粒的充分再结晶。根据本发明，在500 650°C进行2 8小时的时效热处理，以使富铜相在基体中 均勻弥散析出。最后，对时效处理后的带钢进行力学性能、富铜析出相以及抗菌性能的检测。按照本发明的合金成分得到的节镍型奥氏体抗菌不锈钢成本较低，是经济型奥氏 体抗菌不锈钢。由于本发明的节镍型奥氏体抗菌不锈钢，其时效热处理温度范围为500 650°C， 避开了奥氏体不锈钢碳化铬、氮化铬的析出温度范围，可以容易实现工业化大规模生产。
图1为本发明的节镍型奥氏体抗菌不锈钢热轧退火态金相组织。图2为本发明的节镍型奥氏体抗菌不锈钢中析出的富铜相(图中白色点状的颗 粒)扫描照片。
具体实施例方式以下用实施例对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方 式的描述，并不构成对本发明的范围的任何限制。本发明钢抗菌性能的评定方法是按“ JIS Z2801-2000抗菌加工制品-抗菌性能试 验方法和抗菌效果”的标准进行的，并采用304不锈钢作对比试验。主要试验流程如下1、发明钢和对比钢制成50X50X3mm的试样，洗净、脱脂；
2、将培养菌溶于1/500NB接种液中，稀释到细菌数为(2. 5 10) X 105个/ml。 1/500NB接种液通常是用无菌的纯净水稀释500倍的营养肉汤(NB)制成的，其PH值为 7. 0 士 0. 2 ；3、将准备好的试片(每种三片)，分别放于灭菌的平皿中，用移液管准确取0. 4毫 升试验菌液滴在平皿中的每一个试验片上，用薄膜覆盖；4、将装有试验菌液接种的试验片平皿放在温度为(35士 1) °C，相对湿度不低于 90%的条件下，培养M小时；5、通过琼脂培养方法(35士 1°C，40 48h)培养活的细菌数量；6、用平板活菌技术法测定上项中的活菌数。采用抗菌率表示本发明钢的抗菌性能抗菌率(％) = (304不锈钢的细菌数-发明钢的细菌数)/304不锈钢的细菌 数 X100%o实施例1 按照表1中实施例1的成分，采取非真空感应炉单炼法冶炼不锈钢，模铸成锭，经 过锻造、热轧制成3. OOmm厚的热轧板，其中热轧加热温度为1220°C。再进行固溶退火，处理 温度为1035°C。热轧退火态金相组织如图1所示，可以看出，本实施例钢室温下为单一的奥 氏体组织。再进行600°C，8小时的时效热处理。该实施例的室温力学性能如表3所示，屈 服强度为335MPa，抗拉强度为635MPa，延伸率为55%。可以看出本发明钢具有高的塑性，易 于加工成形，适合于制造制品、家电、公共设施等领域对材料加工性具有高要求的产品。禾Ij用扫描电镜观测钢中富铜相的析出情况，如图2所示，可以看出，钢中均勻分布 着ε-Cu相。按“ JIS Ζ2801-2000抗菌加工制品-抗菌性能试验方法和抗菌效果”的标准进行
试验。其结果为大肠杆菌(EschericherColi)抗菌率彡 99% ；金黄色葡萄球菌(Staphyococcus aureus)抗菌率彡99%。实施例2 按照表1中实施例2的成分，采取非真空感应炉冶炼不锈钢，模铸成锭，经过锻造、 热轧制成3. OOmm厚的热轧板，其中热轧加热温度为1200°C。再进行固溶退火，处理温度为 1050°C。热轧退火态金相组织(室温下)为单一的奥氏体组织，如图1所示。再进行650°C， 6小时的时效热处理。该实施例的室温力学性能如表3所示，屈服强度(Rpa2)为310MPa，抗 拉强度(Rm)为625MPa，延伸率(A5tlmm)为60%。可以看出本发明钢具有高的塑性，易于加工 成形，适合于制造制品、家电、公共设施等领域对材料加工性具有高要求的产品。禾Ij用扫描电镜观测钢中富铜相的析出情况，如图2所示，可以看出，钢中均勻分布 着ε-Cu相。
权利要求
1.一种奥氏体抗菌不锈钢，其按重量百分比计的化学成分为c :0. 03 0. 1%、Si < 1%,Μη 4. 5 7. 4%,Cr :16. 1 17. 5%,Ni 3 5%、N :0. 06 0. 18%,P < 0. 08%, S < 0. 01%、Cu :1. 5 3. 5%，余量为!^e和不可避免杂质。
2.如权利要求1所述的奥氏体抗菌不锈钢，其特征在于，Mn6 7%、Cr :16. 1 16. 5%,Ni 3. 5 4· 5%,N 0. 08 0. 12%,Cu 2. 0 3. 5%。
3.如权利要求1或2所述的奥氏体抗菌不锈钢的制造方法，其特征在于，经过冶炼、铸 造、热轧以及固溶退火处理后的奥氏体不锈钢在500 650°C温度范围进行2 8小时的时 效热处理。
4.如权利要求3中所述的奥氏体抗菌不锈钢的制造方法，其特征在于，热轧中加热温 度为 1050 1250°C。
5.如权利要求4中所述的奥氏体抗菌不锈钢的制造方法，其特征在于，热轧中加热温 度为 1200°C。
6.如权利要求3 5中任一所述的奥氏体抗菌不锈钢的制造方法，其特征在于，固溶退 火处理中，处理温度为1000 1100°C。
7.如权利要求3 6中任一所述的奥氏体抗菌不锈钢的制造方法，其特征在于，冶炼在 氮气保护下的真空炉中进行。
8.如权利要求3 7中任一所述的奥氏体抗菌不锈钢的制造方法，其特征在于，铸造过 热度维持在30 50°C。
9.如权利要求3 8中任一所述的奥氏体抗菌不锈钢的制造方法，其特征在于，终锻温 度高于950°C。
全文摘要
一种奥氏体抗菌不锈钢，其按重量百分比计的化学成分为C0.03～0.1％、Si＜1％、Mn4.5～7.4％、Cr16.1～17.5％、Ni3～5％、N0.06～0.18％、P＜0.08％、S＜0.01％、Cu1.5～3.5％，余量为Fe和不可避免杂质。该奥氏体抗菌不锈钢的制造中，经过冶炼、铸造、热轧以及固溶退火处理后的奥氏体不锈钢在500～650℃温度范围进行2～8小时的时效热处理，使基体中弥散均匀分布着纳米级的析出相ε-Cu。由于是节镍型设计，而且时效处理温度低，因此，得到的奥氏体抗菌不锈钢不仅节约成本，而且容易实现工业化大规模生产。
文档编号C22C38/58GK102127718SQ20101002295
公开日2011年7月20日 申请日期2010年1月19日 优先权日2010年1月19日
发明者吴狄峰, 季灯平, 张志霞, 江来珠, 陈炳铨 申请人:宝山钢铁股份有限公司