一种抗菌不锈钢的处理方法与流程

1.本发明涉及不锈钢领域，具体涉及一种抗菌不锈钢的处理方法。


背景技术：

2.目前，抗菌不锈钢作为一种无机抗菌材料在传统不锈钢的基础之上添加了银、铜、锌等抗菌金属元素，在保证基体良好的力学性能和耐蚀性能的同时具有优异的抗菌性，适用于医疗设施、食品加工、家居建材等领域。其中含铜抗菌不锈钢因其制造工艺简单、成形性好、抗菌性能优异、成本低深受欢迎，已成为抗菌不锈钢领域的重点研究方向之一。
3.如cn109457185a公开了一种热轧430铁素体抗菌不锈钢及其制备方法，属于金属材料领域。其成分为：c≤0.01％；si≤0.75％；mn≤1.0％；p≤0.04％；s≤0.03％；cr 16～18％；ni≤0.6％；cu 1.8～2.5％；其余为fe和杂质。制备工艺如下：冶炼
→
连铸
→
热轧
→
抗菌退火。该方案通过在热轧430铁素体不锈钢中添加一定含量的铜，再通过抗菌退火热处理，得到足够多和足够大的铜析出，保证使用过程中能够释放一定量的铜离子，从而赋予热轧板抗菌性能，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的灭杀率高达99％；由于铜析出在热轧板中是均匀分布的，所以抗菌性能不会随着材料的磨损而消失；通过控制碳含量来避免长时间抗菌退火对不锈钢耐蚀性能造成的恶化。
4.cn107937691a公开了一种经济型的含铜抗菌不锈钢热轧板材的热处理方法。按重量百分比计，该含铜抗菌不锈钢的化学成分如下：c：0.01-0.03％；si:0.1-0.3％；mn：0.1-0.5％；s≤0.02％；p≤0.03％；ni:7.5-8.5％；cr:17.0-19.0％；cu：4.5-5.5％；余量为fe。所述含铜抗菌不锈钢热轧板材的抗菌热处理包括如下步骤：步骤一、将终轧后的含铜抗菌不锈钢热轧板材放进保温炉中，随炉冷却到保温温度；步骤二、将含铜抗菌不锈钢热轧板材在保温炉内保温一定时间取出，空冷至室温。经过所述方法处理后得到的含铜抗菌不锈钢可以最大程度的发挥抗菌功能，而且不需后续的额外固溶+时效热处理，从而节省抗菌不锈钢的生产工序，降低生产成本。
5.然而现有的抗菌不锈钢制备技术缺乏对板材织构的设计和控制，使得铜离子抗菌性能未得到充分发挥，同时抗菌金属铜的添加量高、制备成本过高。因此亟需一种基于板材织构设计的含铜抗菌不锈钢制备方法，控制板材表面ε-铜相的最佳分布，在铜添加量固定的情况下发挥最佳的铜离子抗菌作用，开发出低成本高效抗菌不锈钢板材。


技术实现要素：

6.鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种抗菌不锈钢的处理方法，以解决现有技术中板材表面ε-cu相的分布不佳的问题，使得沿板材轧面具有较大的ε-铜相分散面积，达到最佳的铜离子抗菌作用，显著降低含铜抗菌不锈钢的制备成本、优化抗菌性能。
7.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
8.本发明提供了一种抗菌不锈钢的处理方法，所述处理方法包括以含铜不锈钢连铸
坯为原料，依次进行第一异步热轧、第一保温、第二异步热轧、第二保温、冷却和第三保温，得到抗菌不锈钢。
9.本发明以取向随机分布的含铜不锈钢铸坯为原料，利用异步热轧工艺在板材表层和次表层引入强《110》‖nd织构（主要包括goss和黄铜组分）。在进一步的时效处理阶段，实现杆状ε-铜相沿轧面具有最大裸露面积和铜离子的最佳抗菌作用。
10.本发明中，通过利用异步轧制上下辊的辊速差引入的搓轧区，形成板材表层和次表层的大剪切，提高含铜不锈钢表层和次表层的《110》‖nd织构的比例。其中《110》‖nd织构主要包括goss（{110}《001》）和黄铜（{110}《112》）组分。基于bcc结构向fcc结构转变的k-s关系同时结合第三保温，使得ε-铜相沿铁素体{110}面的2个《111》方向择优生长成为杆状。最终不绣钢表层和次表层的goss取向晶粒和黄铜取向晶粒内析出的ε-铜相沿轧面生长成为杆状，ε-铜相沿轧面具有最大的裸露面积，使得铜离子与板材表面细菌接触时发挥最佳的抗菌作用。
11.作为本发明优选的技术方案，所述含铜不锈钢连铸坯包括430类含铜不锈钢连铸坯、434类含铜不锈钢连铸坯或444类含铜不锈钢中的1种。
12.本发明中，所述430类含铜不锈钢连铸坯中以质量百分含量计包括：c≤0.004%，si 0.017-0.019%，mn 0.23-0.26%，p 0.08-0.09%，s≤0.001%，cr 17-18%，ni 0.3-0.4%，cu 1-3%，余量为fe。
13.本发明中，所述434类抗菌不锈钢中以质量百分含量计包括：c≤0.01%，si≤1%，mn≤1%，p≤0.04%，s≤0.03%，cr 16%-18%，mo 0.8-1.2%，cu 1-3%，余量为fe。
14.本发明中，所述444类抗菌不锈钢中以质量百分含量计包括：c≤0.02%，si≤1%，mn≤1%，n≤0.03%，p≤0.04%，s≤0.03%，cr 17-19%，mo 1.5-2.5%，ti+nb≥0.4%，cu 1-3%，余量为fe。
15.本发明中，所述含铜不锈钢连铸坯为按照配方通过真空感应炉冶炼进行冶炼，再将钢水通过连铸工艺浇注获得。
16.作为本发明优选的技术方案，所述第一异步热轧中上辊和下辊的异速比为(1.1-1.5):1，例如可以是1.1:1、1.12:1、1.14:1、1.16:1、1.18:1、1.2:1、1.22:1、1.24:1、1.26:1、1.28:1、1.3:1、1.32:1、1.34:1、1.36:1、1.38:1、1.4:1、1.42:1、1.44:1、1.46:1、1.48:1或1.5:1等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
17.优选地，所述第一异步热轧中开轧的温度为1150-1200℃，例如可以是1150℃、1155℃、1160℃、1165℃、1170℃、1175℃、1180℃、1185℃、1190℃、1195℃或1200℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
18.优选地，所述第一异步热轧中终轧的温度为950-1050℃，例如可以是950℃、955℃、960℃、965℃、970℃、975℃、980℃、985℃、990℃、995℃、1000℃、1005℃、1010℃、1015℃、1020℃、1025℃、1030℃、1035℃、1040℃、1045℃或1050℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
19.作为本发明优选的技术方案，所述第一保温的温度为1100-1150℃，例如可以是1100℃、1105℃、1110℃、1115℃、1120℃、1125℃、1130℃、1135℃、1140℃、1145℃或1150℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
20.优选地，所述第一保温的时间为3-10min，例如可以是3min、3.5min、4min、4.5min、
5min、5.5min、6min、6.5min、7min、7.5min、8min、8.5min、9min、9.5min或10min等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
21.作为本发明优选的技术方案，所述第二异步热轧中上辊和下辊的异速比为(1.1-1.3):1，例如可以是1.1:1、1.12:1、1.14:1、1.16:1、1.18:1、1.2:1、1.22:1、1.24:1、1.26:1、1.28:1或1.3:1等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
22.优选地，所述第二异步热轧中开轧的温度为1100-1150℃，例如可以是1100℃、1105℃、1110℃、1115℃、1120℃、1125℃、1130℃、1135℃、1140℃、1145℃或1150℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
23.优选地，所述第二异步热轧中终轧的温度为950-1000℃，例如可以是950℃、955℃、960℃、965℃、970℃、975℃、980℃、985℃、990℃、995℃或1000℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
24.作为本发明优选的技术方案，所述第二异步热轧所得带材的最终厚度为1.7-2mm，例如可以是1.7mm、1.72mm、1.74mm、1.76mm、1.78mm、1.8mm、1.82mm、1.84mm、1.86mm、1.88mm、1.9mm、1.92mm、1.94mm、1.96mm、1.98mm或2mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
25.作为本发明优选的技术方案，所述第二保温为将所述第二异步热轧所得带材空冷至800-850℃保温0.5-0.8h。
26.本发明中，所述第二保温的保温温度为800-850℃，例如可以是800℃、802℃、804℃、806℃、808℃、810℃、812℃、814℃、816℃、818℃、820℃、822℃、824℃、826℃、828℃、830℃、832℃、834℃、836℃、838℃、840℃、842℃、844℃、846℃、848℃或850℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
27.本发明中，所述第二保温的保温时间为0.5-0.8h，例如可以是0.5h、0.52h、0.54h、0.56h、0.58h、0.6h、0.62h、0.64h、0.66h、0.68h、0.7h、0.72h、0.74h、0.76h、0.78h或0.8h等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
28.作为本发明优选的技术方案，所述冷却和第三保温之间还进行了酸洗打磨。
29.本发明中，所述酸洗打磨包括依次进行的酸洗和抛光打磨，酸洗为采用质量浓度为10-20%的酸液对冷却后的板材进行清洗10-20min，以去除铁锈和铁屑等氧化物，然后采用打磨机进行抛光打磨，至板材表面光滑，此时板材表面的粗糙度为0.9-1.2μm。
30.本发明中，所述酸液可以是盐酸、硫酸或硝酸中的1种或至少2种的组合等。酸液的质量浓度可以是10-20%，例如可以是10%、11%、12%、13%、14%、15%、16%、17%、18%、19%或20%等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。清洗的时间可以是10-20min，例如可以是10min、11min、12min、13min、14min、15min、16min、17min、18min、19min或20min等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
31.当进行酸洗打磨，则此时第三保温的处理对象为酸洗打磨后得到的板材。
32.作为本发明优选的技术方案，所述第三保温为将空冷后的带材在700-900℃下保温30-180min。
33.本发明中，所述第三保温中的温度为700-900℃，例如可以是700℃、710℃、720℃、730℃、740℃、750℃、760℃、770℃、780℃、790℃、800℃、810℃、820℃、830℃、840℃、850℃、860℃、870℃、880℃、890℃或900℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的
数值同样适用。
34.本发明中，所述第三保温的保温时间为30-180min，例如可以是30min、40min、50min、60min、70min、80min、90min、100min、110min、120min、130min、140min、150min、160min、170min或180min等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
35.优选地，所述第三保温在混合气氛下进行。混合气氛中氮气和氢气的体积比可以是(2-4):1。所述混合气氛包括氮气和氢气，其中，氮气可以替换为惰性气体，如氦气、氖气或氩气等。
36.作为本发明优选的技术方案，所述处理方法包括以含铜不锈钢连铸坯为原料，依次进行第一异步热轧、第一保温、第二异步热轧、第二保温、冷却和第三保温，得到抗菌不锈钢；
37.所述含铜不锈钢连铸坯以质量百分含量计包括：c≤0.004%，si 0.017-0.019%，mn 0.23-0.26%，p 0.08-0.09%，s≤0.001%，cr 17-18%，ni 0.3-0.4%，cu 1-3%，余量为fe；
38.所述第一异步热轧中上辊和下辊的异速比为(1.1-1.5):1；所述第一异步热轧中开轧的温度为1150-1200℃；所述第一异步热轧中终轧的温度为950-1050℃；
39.所述第一保温的温度为1100-1150℃；所述第一保温的时间为3-10min；
40.所述第二异步热轧中上辊和下辊的异速比为(1.1-1.3):1；所述第二异步热轧中开轧的温度为1100-1150℃；所述第二异步热轧中终轧的温度为950-1000℃；所述第二异步热轧所得带材的最终厚度为1.7-2mm；
41.所述第二保温为将所述第二异步热轧所得带材空冷至800-850℃保温0.5-0.8h；
42.所述冷却和第三保温之间还进行了酸洗打磨；
43.所述第三保温为将空冷后的带材在混合气氛下以700-900℃进行保温30-180min。
44.与现有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：
45.（1）在cu添加量不变或减少的情况下，实现板材表面的ε-cu相分散面积的增大，提升了铜离子的抗菌作用，其中，在铜添加量越少（如不锈钢中铜为1-1.5%）的情况下，抗菌性能的提升越明显。
46.（2）铁素体不锈钢经普通热轧后主要具有《111》‖nd织构和《001》‖nd织构，板材厚度方向织构的差异性分布不显著。异步热轧工艺为热轧板的表层和次表层均引入强《110》‖织构，心部仍以《111》‖nd织构和《001》‖nd织构为主。与现有技术相比，热轧抗菌不锈钢板材的表层、次表层铜离子抗菌作用显著提高，心部并未受到影响。因此，即便在表面极限磨损条件下，也不会导致铜离子抗菌作用减弱。
47.（3）与现有的冷轧后进行抗菌热处理的制备工艺相比，热轧后直接进行抗菌热处理简化了工艺流程、成本显著降低，很好的解决了含铜抗菌不锈钢抗菌的高效性、稳定性和经济型问题。
附图说明
48.图1是含铜抗菌不锈钢中goss织构的示意图；
49.图2是含铜抗菌不锈钢中黄铜织构的示意图；
50.图3是含铜抗菌不锈钢中旋转立方织构的示意图；
51.图4是含铜抗菌不锈钢中{111}《110》织构的示意图；
52.图5是实施例中所得含铜抗菌不锈钢的织构梯度设计示意图。
53.图中：nd为轧制面的法向，rd为轧制方向，td为轧件的横向。
54.下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
55.为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
56.实施例1
57.本实施例提供一种抗菌不锈钢的处理方法，所述处理方法包括以含铜不锈钢连铸坯为原料，依次进行第一异步热轧、第一保温、第二异步热轧、第二保温、冷却和第三保温，得到抗菌不锈钢；
58.所述含铜不锈钢连铸坯以质量百分含量计为：c 0.004%，si 0.018%，mn 0.25%，p 0.085%，s 0.001%，cr 17.5%，ni 0.35%，cu 2%，余量为fe；
59.所述第一异步热轧中上辊和下辊的异速比为1.3:1；所述第一异步热轧中开轧的温度为1170℃；所述第一异步热轧中终轧的温度为1000℃；
60.所述第一保温的温度为1125℃；所述第一保温的时间为7min；
61.所述第二异步热轧中上辊和下辊的异速比为1.2:1；所述第二异步热轧中开轧的温度为1125℃；所述第二异步热轧中终轧的温度为975℃；所述第二异步热轧所得带材的最终厚度为1.8mm。
62.所述第二保温为将所述第二异步热轧所得带材空冷至825℃保温0.65h；
63.所述冷却和第三保温之间还进行了酸洗打磨，采用质量浓度为10%的盐酸溶液进行清洗20min，然后经抛光打磨至表面粗糙度为1μm；
64.所述第三保温为将空冷后的带材在混合气氛（体积比为3:1的氮气和氢气）下以800℃进行保温90min。
65.所得抗菌不锈钢的抗菌性能详见表1。
66.实施例2
67.本实施例提供一种抗菌不锈钢的处理方法，所述处理方法包括以含铜不锈钢连铸坯为原料，依次进行第一异步热轧、第一保温、第二异步热轧、第二保温、冷却和第三保温，得到抗菌不锈钢；
68.所述含铜不锈钢连铸坯以质量百分含量计包括：c 0.002%，si 0.017%，mn 0.26%，p 0.08%，s 0.0005%，cr 18%，ni 0.4%，cu 1%，余量为fe；
69.所述第一异步热轧中上辊和下辊的异速比为1.5:1；所述第一异步热轧中开轧的温度为1150℃；所述第一异步热轧中终轧的温度为950℃；
70.所述第一保温的温度为1100℃；所述第一保温的时间为3min；
71.所述第二异步热轧中上辊和下辊的异速比为1.1:1；所述第二异步热轧中开轧的温度为1100℃；所述第二异步热轧中终轧的温度为1000℃；所述第二异步热轧所得带材的最终厚度为2mm。
72.所述第二保温为将所述第二异步热轧所得带材空冷至800℃保温0.5h；
73.所述冷却和第三保温之间还进行了酸洗打磨，采用质量浓度为15%的盐酸溶液进行清洗10min，然后经抛光打磨至表面粗糙度为0.9μm；
74.所述第三保温为将空冷后的带材在混合气氛（体积比为2:1的氮气和氢气）下以700℃进行保温30min。
75.所得抗菌不锈钢的抗菌性能详见表1。
76.实施例3
77.本实施例提供一种抗菌不锈钢的处理方法，所述处理方法包括以含铜不锈钢连铸坯为原料，依次进行第一异步热轧、第一保温、第二异步热轧、第二保温、冷却和第三保温，得到抗菌不锈钢；
78.所述含铜不锈钢连铸坯以质量百分含量计包括：c 0.003%，si 0.019%，mn 0.23%，p 0.09%，s 0.0007%，cr 17%，ni 0.3%，cu 3%，余量为fe；
79.所述第一异步热轧中上辊和下辊的异速比为1.1:1；所述第一异步热轧中开轧的温度为1200℃；所述第一异步热轧中终轧的温度为1050℃；
80.所述第一保温的温度为1150℃；所述第一保温的时间为10min；
81.所述第二异步热轧中上辊和下辊的异速比为1.3:1；所述第二异步热轧中开轧的温度为1150℃；所述第二异步热轧中终轧的温度为950℃；所述第二异步热轧所得带材的最终厚度为1.7mm。
82.所述第二保温为将所述第二异步热轧所得带材空冷至850℃保温0.8h；
83.所述冷却和第三保温之间还进行了酸洗打磨，采用质量浓度为15%的盐酸溶液进行清洗10min，然后经抛光打磨至表面粗糙度为1.2μm；
84.所述第三保温为将空冷后的带材在混合气氛（体积比为4:1的氮气和氢气）下以900℃进行保温180min。
85.所得抗菌不锈钢的抗菌性能详见表1。
86.实施例4
87.与实施例2的区别仅在于将第一异步热轧替换为普通的热轧（具体为普通热轧中上辊和下辊的速度比为1:1），然后进行第一保温然后开始第二异步热轧。所得抗菌不锈钢的抗菌性能详见表1。
88.实施例5
89.与实施例2的区别仅在于将第二异步热轧替换为普通的热轧（具体为普通热轧中上辊和下辊的速度比为1:1）。所得抗菌不锈钢的抗菌性能详见表1。
90.实施例6
91.与实施例2的区别仅在于不进行第二保温。所得抗菌不锈钢的抗菌性能详见表1。
92.实施例7
93.与实施例4的区别仅在于将第二异步热轧替换为为普通的热轧（具体为普通热轧中上辊和下辊的速度比为1:1），即此时两次热轧均为本领域中的常规热轧。所得抗菌不锈钢的抗菌性能详见表1。
94.实施例8
95.与实施例7的区别仅在于将含铜不锈钢连铸坯的铜含量提升至3%，即2段普通热轧
的基础上提升铜的含量。所得抗菌不锈钢的抗菌性能详见表1。
96.实施例9
97.与实施例1的区别仅在于所述含铜不锈钢连铸坯替换为434类抗菌不锈钢，组成以质量百分含量计为c 0.01%，si 0.5%，mn 0.01%，p 0.02%，s 0.01%，cr 17%，mo 0.9%，cu 1%，余量为fe。
98.实施例10
99.与实施例1的区别仅在于所述含铜不锈钢连铸坯替换为444类抗菌不锈钢，组成以质量百分含量计为c 0.002%，si 0.01%，mn 0.1%，n 0.03%，p 0.01%，s 0.02%，cr 17%，mo 2%，ti 0.4%，nb 0.6%，cu 1%，余量为fe。
100.本发明中，抗菌率的检测为依据国标yb/t4171-2008进行检测。
101.表1
[0102][0103]
通过上述实施例的结果可知，本发明以取向随机分布的含铜不锈钢铸坯为原料，利用异步热轧工艺实现板材的晶粒细化、综合力学性能优化，更重要的是在板材表层和次表层引入强《110》‖nd织构（主要包括goss和黄铜组分）。在进一步的时效处理阶段，实现杆状ε-铜相沿轧面具有最大裸露面积和铜离子的最佳抗菌作用。图1-图4为含铜抗菌不锈钢中织构的示意图，具体地设计板材表层和次表层具有强《110》‖nd织构，其中主要包括goss和黄铜两种织构组分。当板材表层和次表层具有上述两种典型的强《110》‖nd织构，板材轧面为{110}面，ε-铜相沿图1、图2所示轧面上的2个《111》方向择优生长成为杆状，此时ε-铜相沿轧面具有最大的裸露面积，因此铜离子抗菌作用最优。作为对比，若板材表层和次表层
具有强《001》‖nd织构和强《111》‖nd织构（图3和图4），板材轧面为{001}面和{111}面，ε-铜相垂直于轧面择优生长成为杆状，此时ε-铜相沿轧面具有最小的裸露面积，因此铜离子抗菌作用未充分发挥。图5为含铜抗菌不锈钢的热轧板沿厚度方向的织构分布设计，板材的表层和次表层设计获得包括goss和黄铜在内的强《110》‖nd织构，中心设计获得包括旋转立方在内的{100}ⅱnd织构、包括{111}《110》和{111}《112》在内的《111》‖nd织构。
[0104]
声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
[0105]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
[0106]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0107]
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。