一種高耐蝕性抗菌鐵素體不銹鋼及其制造方法
【專利摘要】一種高耐蝕性抗菌鐵素體不銹鋼及其制造方法，其化學成分重量百分比為：C≤0.015％，Si：0.1～0.5％，Mn：0.1～0.5％，P≤0.035％，S≤0.010％，Cr：18～22％，Mo：0.5～1.0％，Cu：1.5～2.5％，N：0.015～0.020％，8(C+N)≤Ti≤0.5％，其余為Fe和不可避免的雜質。該鐵素體不銹鋼采用電弧爐+AOD+VOD三步法進行冶煉，連鑄后得連鑄坯，再經過熱軋高溫直接淬火，熱軋帶鋼退火酸洗，冷軋及退火酸洗等獲得具有良好耐蝕性和抗菌性能的冷軋不銹鋼板帶材，該鋼的點蝕點位為0.25～0.35V。
【專利說明】
一種高耐蝕性抗菌鐵素體不銹鋼及其制造方法
技術領域
[0001] 本發明涉及不銹鋼及其制造方法，具體涉及一種高耐蝕性抗菌鐵素體不銹鋼及其 制造方法，該鐵素體不銹鋼不僅具有抗菌性，而且具有良好的耐蝕性。
【背景技術】
[0002] 抗菌鐵素體不銹鋼具有良好的可加工性和抗菌性能，一般是在鋼的熔煉過程中添 加具有抗菌作用的金屬元素，在鋼中形成抗菌相而使不銹鋼整體具有抗菌性。含銅抗菌不 銹鋼，其基本原理是利用銅在鋼中的固溶度隨溫度的變化，在固溶后進行時效處理，析出的 富銅相賦予材料抗菌功能。
[0003] 現有的商用含銅鐵素體抗菌不銹鋼一般是在430鐵素體不銹鋼基礎上添加2%Cu， 通過采用與430鐵素體不銹鋼相同的生產工藝即可實現在鐵素體基體上析出富銅相的目 地。但是，這種430類抗菌鋼含碳量較高(一般為C0.03~0.05 % )，鐵素體基體上存在大量的 碳化物和富銅相，導致耐蝕性下降，難于滿足廚衛、家電、醫藥等行業對不銹鋼耐蝕性的要 求。
[0004] 超純鐵素體不銹鋼采用超低C，添加一定量的Cr和Mo及穩定化元素Nb和Ti，因此， 具有良好的耐蝕性。但是由于添加了 Nb和Ti合金元素，使鐵素體不銹鋼的再結晶退火溫度 提高至900~1000°C。對添加銅的超純鐵素體不銹鋼而言，通過時效處理而析出的富銅相在 如此高的退火溫度下將發生溶解，導致抗菌性能消失。因此，如何解決穩定化超純鐵素體不 銹鋼再結晶退火溫度和富銅相溶解溫度的匹配，是開發具有高耐蝕性的抗菌不銹鋼的關 鍵。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的在于提供一種高耐蝕性抗菌鐵素體不銹鋼及其制造方法，該鐵素體 不銹鋼具有良好抗菌性能的同時，兼具較高的耐腐蝕性能，其中，點蝕點位可達到〇. 25~ 0.35V。
[0006] 為達到上述目的，本發明主要采用如下技術方案：
[0007] -種高耐蝕性抗菌鐵素體不銹鋼，其化學成分重量百分比為:C < 0.015%，Si :0.1 ~0.5%，Mn:0.1~0.5%，P< 0.035%，S<0.010%，Cr:18~22%，Mo:0.5~1.0%，Cu:1.5 ~2.5%，N:0.015~0.020%，8(C+NHTi <0.5%，其余為Fe和不可避免的雜質。
[0008] 進一步，所述高耐蝕性抗菌鐵素體不銹鋼的顯微組織為鐵素體基體+富銅相。
[0009] 本發明所述高耐蝕性抗菌鐵素體不銹鋼的點蝕點位為0.25~0.35V。
[0010] 在本發明鋼的成分設計中：
[0011] Cu(銅）：銅在鐵素體中的溶解度很低，在時效處理后將以富銅相析出，隨著時效溫 度的提高和時效時間的延長，富銅相顆粒逐漸長大。富銅相與介質作用產生的Cu2+離子與細 菌作用，使細菌失去繁殖和存活能力，從而起到殺菌作用。鐵素體不銹鋼銅含量越高，抗菌 效果越明顯，但過高的銅含量會導致熱加工表面龜裂。因此，本發明控制Cu含量為1.5~ 2.5%〇
[0012] Cr(鉻）：鉻是使不銹鋼具有鐵素體組織并具有良好耐蝕性的元素。在氧化性介質 如空氣中，鉻與氧作用在不銹鋼表面形成致密的氧化鉻(Cr 2〇3)鈍化膜。這層鈍化膜在介質 作用下，仍保持穩定鈍態，阻止有害物質對不銹鋼基體的侵蝕從而使不銹鋼具有良好的腐 蝕性能。鉻含量越高，耐腐蝕性能越好。過高的鉻含量會增大脆性相析出傾向，降低鋼的可 制造性和加工型。為保證所開發抗菌鐵素體不銹鋼具有良好的耐腐蝕性能和加工性能，本 發明控制Cr含量為18~22%。
[0013] Mo(鉬）：鉬為鐵素體形成元素，可顯著提高不銹鋼的耐點腐蝕和耐縫隙腐蝕性能， 還可提高不銹鋼的強度。但過高的鉬含量會促進脆性相析出，導致加工性能惡化，同時還會 提高鐵素體不銹鋼的應力腐蝕敏感性。因此，本發明控制Mo含量為0.5~1.0%。
[0014] Ti(鈦）：鈦是鐵素體不銹鋼最有效的穩定化元素，氮是鋼中的有害元素，通過添加 鈦固定鋼中的游離碳、氮原子，形成穩定的TiN和TiC，防止氮化鉻和碳化鉻的析出，從而改 善耐晶間腐蝕性能。根據TiN在鐵素體不銹鋼中的溶度積公式，通過調整Ti、N含量來控制 TiN的析出溫度，來調整TiN的尺寸和分布，進而控制鐵素體不銹鋼再結晶溫度。較大尺寸的 TiN不阻礙鐵素體不銹鋼的再結晶，因而不提高鐵素體再結晶溫度;細小的TiN阻礙再結晶， 提高鐵素體再結晶溫度，當再結晶溫度足夠高時，會導致富銅相溶解，抗菌效果消失。通過 控制Ti、C、N的含量，使1~2wii的TiN在凝固前沿析出，以保證后期不析出細小TiN，可以使再 結晶退火溫度控制在不發生富銅相溶解的溫度范圍以內。因此，本發明中控制N:0.015~ 0.020%，0.5% 2 Ti 2 8(C+N)。
[0015] C(碳）：碳作為間隙元素，可顯著提高鐵素體不銹鋼的強度，提高韌脆轉變溫度，增 加缺口裂紋敏感性，降低焊縫耐腐蝕性能;碳含量越低，鐵素體不銹鋼性能越好，但在不銹 鋼冶煉過程中碳又難于完全去除。考慮生產實際，本發明要求C含量控制在0.015%以下。
[0016] Si (硅）、Mn(錳）：硅、錳為鋼中的必要元素，為提高鋼質純凈度，需添加硅、錳元素 進行脫氧，以提高不銹鋼的韌性和表面質量。但過高的硅、錳含量會降低不銹鋼的塑性及韌 性，惡化冷加工性能。本發明控制Si < 0.5%，Mn < 0.5%。
[0017] P(磷）、S(硫）：磷、硫在不銹鋼中為雜質元素，降低鋼的耐蝕性和塑性。磷、硫還降 低不銹鋼的高溫塑性，進而導致不銹鋼連鑄和熱乳生產質量問題，如內裂紋和邊裂，應盡量 降低其含量。考慮生產實際能力，本發明控制PS 0.035%，S< 0.010%。
[0018] 本發明所述的一種高耐蝕性抗菌鐵素體不銹鋼的制造方法，其包括如下步驟：
[0019] 1)冶煉
[0020] 按下述化學成分經電弧爐冶煉，其化學成分重量百分比為:C< 0.015%，0.1% < Si <0.5%，0.1% <Mn<0.5%，P< 0.035%，S<0.010%，Cr:18~22%，Mo:0.5~1.0%， &1:1.5~2.5%^ :0.015~0.020%，8(0+~)<11<0.5%，其余為卩6和不可避免的雜質； [0021] 2)連鑄
[0022]經V0D爐處理后的鋼液送至連鑄機連鑄得連鑄坯，對連鑄板坯進行熱修磨處理； [0023] 3)熱乳+卷取+冷卻
[0024] 連鑄坯加熱至1150~1200°C，保溫190~230min后進行熱乳，終乳溫度850~900 °C ;再經水幕冷卻后卷取，卷取溫度為600~650°C，然后水冷；
[0025] 4)熱乳退火+酸洗
[0026] 熱乳退火溫度為850~900 °C，熱乳退火時間為2~4h;
[0027] 5)冷乳+冷乳退火+酸洗+平整
[0028] 冷乳壓下量為60~80%，冷乳退火溫度為850~900°C，單位厚度退火時間為1~ 1.5min/mm，平整后獲得成品鐵素體不銹鋼。
[0029] 進一步，步驟1)冶煉中先將高爐鐵水送至電弧爐，加入高碳Cr-Fe合金并加熱，配 制得不銹鋼母液，送至A0D爐脫碳，添加鉬鐵合金，送至V0D爐，經氧化、還原、真空脫碳后，喂 鈦絲處理。
[0030] 本發明中，富銅相體積分數與空位點缺陷濃度成正比，提高鋼中的空位濃度有利 于富銅相的析出。而空位點缺陷濃度與高溫變形后的淬火溫度有關，淬火溫度越高，保留到 室溫的空位濃度越高。因此，為促進富銅相的析出，本發明采用了熱乳后高溫直接淬火工 藝，終乳溫度控制在850~900°C，經過水幕冷卻后卷取，再將鋼卷水冷，以提高鋼中的空位 濃度，提高富銅相析出形核率。
[0031] 本發明針對高溫終乳淬火的鋼卷在850~900 °C進行時效處理，以促進富銅相的充 分析出。同時為避免富銅相的溶解，本發明控制冷乳退火溫度不超過900°C。
[0032]本發明的有益效果在于：
[0033] 1、本發明在抗菌鐵素體不銹鋼基礎上，控制CS 0.015%，通過這種超低C含量設 計，改善抗菌鐵素體不銹鋼的耐晶間腐蝕性能;并通過添加Ti形成穩定的TiN和TiC，防止由 于形成Cr的碳氮化合物而引起Cr濃度降低從而導致耐蝕性下降。本發明鋼的點蝕點位達到 0.25~0.35V，具有比430類抗菌鋼更好的耐腐蝕性能，同時，殺菌率可達到96.5%以上，具 有良好的抗菌性能。
[0034] 2、對添加Cu的超純鐵素體不鎊鋼而目，由于添加了Nb和Ti，大大提尚了鋼的再結 晶退火溫度，導致析出的富銅相在較高的再結晶退火溫度下溶解，最終抗菌性能消失。本發 明鋼中不添加Nb，并控制Ti 2 8(C+N)，保證了鐵素體不銹鋼的再結晶退火溫度不超過富銅 相的溶解溫度，從而確保鋼仍具有優良的抗菌性能。
[0035] 3、本發明采用熱乳后直接高溫淬火工藝，提高鋼中的空位濃度，有利于富銅相的 彌散析出，利于獲得優良的抗菌性能。
[0036] 4、本發明所述鐵素體不銹鋼具有良好的耐點腐蝕性能、耐晶間腐蝕性能和良好的 抗菌性能，是一種非常有應用前景的鐵素體型抗菌材料。
【附圖說明】
[0037] 圖1為本發明實施例2罩式爐退火后富銅相的析出形貌照片。
[0038] 圖2為對比例1罩式爐退火后富銅相的析出形貌照片。
[0039] 圖3為本發明實施例2電化學腐蝕形貌照片。
[0040] 圖4為對比例1電化學腐蝕形貌照片。
【具體實施方式】
[0041] 下面結合實施例和附圖對本發明做進一步說明。
[0042] 表1為本發明實施例鋼及對比例鋼的成分，表2為本發明實施例鋼及對比例鋼的關 鍵工藝參數，表3為本發明實施例鋼的點蝕電位實驗及殺菌率實驗結果。
[0043] 本發明實施例的制造工藝如下：
[0044] 1)冶煉
[0045] 按表1中所列化學成分經電弧爐冶煉，將高爐鐵水送至電弧爐，加入高碳Cr-Fe合 金并加熱，配制得不銹鋼母液，所述不銹鋼母液溫度2 1670°C，含碳量為2.5~3.5%，送至 A0D爐采用Ar，02脫碳，添加鉬鐵合金，送至V0D爐，經氧化、還原、真空脫碳后，喂鈦絲處理。
[0046] 2)連鑄
[0047] 經V0D爐處理后的鋼液送至連鑄機連鑄得連鑄坯，連鑄過程中進行電磁攪拌，連鑄 坯厚度為200mm，對連鑄板坯進行熱修磨處理。
[0048] 3)熱乳+卷取+冷卻
[0049] 連鑄坯加熱至1150~1200°C，保溫190~230min后進行熱乳，終乳溫度850-900°C ; 再經水幕冷卻后卷取，卷取溫度為600~650°C，卷取后放水槽內水冷。
[0050] 4)熱乳退火+酸洗
[00511 熱乳退火溫度850~900 °C，采用罩式爐進行退火，熱乳退火保溫時間2~4h，使富 銅相充分析出。在連續酸洗機組進行酸洗，TV值100~200_ Xm/min，采用中性鹽電解，采用 硝酸和氫氟酸的混酸進行酸洗。
[0052] 5)冷乳+冷乳退火+酸洗+平整
[0053] 冷乳壓下量60~80%，冷乳退火溫度850~900°C，退火機組TV值20~50mmXm/ min，采用硝酸和氫氟酸的混酸進行酸洗，平整后獲得成品鐵素體不銹鋼，鋼板厚度0.5~ 0.8mm〇
[0054]本發明實施例和對比例的關鍵工藝參數參見表2,對比例1為常規430類抗菌鐵素 體不銹鋼。
[0055]圖1、圖2給出了實施例2和對比例1罩式爐退火后的組織形貌。由圖1可見，本發明 在熱乳后高溫淬火工藝下富銅相在鐵素體晶內和晶界同時析出；由圖2可見，常規乳制工藝 下Cu主要在晶界析出。
[0056]表3給出了實施例和對比例成品的點蝕點位及殺菌率測試結果，由表3可見，本發 明實施例1-6的點蝕點位明顯高于對比例1-6，且本發明的點蝕點位為0.25~0.35V，達到了 304類和443類不銹鋼的水平，同時還具有良好的抗菌性能。
[0057]圖3、圖4為實施例2鋼和對比例1鋼在同等電化學試驗條件下的電化學腐蝕形貌對 比。由圖3-圖4可知，在同等電化學試驗條件下，對比例1存在較大的點蝕坑，而實施例2則未 見明顯的點蝕坑，表現出良好的耐蝕性。同時從圖3、圖4中可見，實施例2中富銅相含量明顯 多于對比例1，顯示了本發明熱乳后高溫淬火工藝的優越性。
[0058]如上所述，采用本發明的抗菌鐵素體不銹鋼具有良好的耐蝕性，克服了 430類抗菌 不銹鋼耐蝕性差的缺點，可大大擴大抗菌鐵素體不銹鋼的應用。


【主權項】
1. 一種高耐蝕性抗菌鐵素體不銹鋼，其化學成分重量百分比為:C< 0.015%，Si :0.1~ 0.5%，Mn:0.1~0.5%，P<0.035%，S<0.010%，Cr:18~22%，Mo :0.5~1.0%，Cu:1.5~ 2.5%，Ν:0·015 ~0.020%，8(C+N)< Ti < 0.5%，其余為 Fe 和不可避免的雜質。2. 根據權利要求1所述的高耐蝕性抗菌鐵素體不銹鋼，其特征在于，所述高耐蝕性抗菌 鐵素體不銹鋼的顯微組織為鐵素體基體+富銅相。3. 根據權利要求1或2所述的高耐蝕性抗菌鐵素體不銹鋼，其特征在于，所述高耐蝕性 抗菌鐵素體不銹鋼的點蝕點位為0.25~0.35V。4. 一種高耐蝕性抗菌鐵素體不銹鋼的制造方法，其包括如下步驟： 1) 冶煉 按下述化學成分經電弧爐冶煉，其化學成分重量百分比為：CS0.015%，Si :0.1~ 0.5%，Mn:0.1~0.5%，P<0.035%，S<0.010%，Cr:18~22%，Mo :0.5~1.0%，Cu:1.5~ 2.5%，Ν:0·015 ~0.020%，8(C+N)< Ti < 0.5%，其余為 Fe和不可避免的雜質； 2) 連鑄 經VOD爐處理后的鋼液送至連鑄機連鑄得連鑄坯，對連鑄板坯進行熱修磨處理； 3) 熱乳+卷取+冷卻 連鑄坯加熱至1150~1200°C，保溫190~230min后進行熱乳，終乳溫度850~900°C ;再 經水幕冷卻后卷取，卷取溫度為600~650°C，然后水冷； 4) 熱乳退火+酸洗 熱乳退火溫度為850~900 °C，熱乳退火時間為2~4h; 5) 冷乳+冷乳退火+酸洗 冷乳壓下量為60~80 %，冷乳退火溫度為850~900 °C，單位厚度退火時間為1~ 1.5min/mm，平整后獲得成品鐵素體不銹鋼。5. 根據權利要求4所述的高耐蝕性抗菌鐵素體不銹鋼的制造方法，其特征在于，步驟1) 冶煉過程中先將高爐鐵水送至電弧爐，加入高碳Cr-Fe合金并加熱，配制得不銹鋼母液，送 至AOD爐脫碳，添加鉬鐵合金，送至VOD爐，經氧化、還原、真空脫碳后，再喂鈦絲處理。6. 根據權利要求4或5所述的高耐蝕性抗菌鐵素體不銹鋼的制造方法，其特征在于，所 述高耐蝕性抗菌鐵素體不銹鋼的顯微組織為鐵素體基體+富銅相。7. 根據權利要求4-6任一項所述的高耐蝕性抗菌鐵素體不銹鋼的制造方法，其特征在 于，所述高耐蝕性抗菌鐵素體不銹鋼的點蝕點位為〇. 25~0.35V。
【文檔編號】C22C38/04GK105821299SQ201610182223
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月28日
【發明人】董文卜, 顧玉明, 馬立
【申請人】寶鋼不銹鋼有限公司