一种马氏体时效抗菌不锈钢及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种马氏体时效抗菌不锈钢及其制备方法，属于材料技术领域。以重量百分比计，该马氏体时效抗菌不锈钢的化学成分为：C:0.35～0.50％，Cr:13.5～16.5％，Cu:1.5～4.5％，Mo:0.5～1.0％，V:0.1～0.2％，Mn≤1.0％，Si≤1.0％，P＜0.01％，S＜0.01％，O＜0.005％，N≤0.05％，余量为铁。该马氏体时效抗菌不锈钢的制备方法为：配料→熔炼→浇注成型→锻造和热加工→冷加工和热处理。本发明专利技术通过添加一定含量的Cu元素，优化热处理工艺后实现马氏体和奥氏体比例的调控，获得材料强度和韧性的最佳搭配，并且表现出良好的耐腐蚀性能和广谱的抗菌性能。

A Maraging antibacterial stainless steel and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种马氏体时效抗菌不锈钢及其制备方法
本专利技术涉及一种马氏体时效抗菌不锈钢及其制备方法，属于材料

技术介绍
目前我国低档刀具材料通常选择具有价格优势的马氏体不锈钢或双相不锈钢，而这些材料易腐蚀，使用性能(如切削性能、锋利程度和耐用度)差，因此使用过程中极易损坏，使用寿命短；而高端刀具所采用高碳高铬马氏体不锈钢材料强度硬度高，但是韧性不足，容易造成刀口崩刃，且价格昂贵，不能为众多家庭所能接受。同时，随着国民生活水平的日益提高，人们对家用刀具提出了新的要求：如刀具的抗菌抑菌功能，因此，同时集耐磨、耐腐蚀、切削性能优异和良好抗菌性于一体的新型高档刀具将具有更广阔的商业化前景。新型超高强度马氏体时效抗菌不锈钢是一类具有技术创新性的新型材料，与普通刀具用钢的强化方式不同，它采用了马氏体相变强化和时效后沉淀强化的独特方式，热处理工艺简单，可使钢获得更高强度和塑性的同时，又具有良好的加工成形性能、抗腐蚀和抗菌性能等，弥补了昂贵奥氏体不锈钢强度不足和马氏体不锈钢抗腐蚀能力低的缺点。更重要的是，与普通刀具用钢相比，还具有优异的抗菌功能，为环境卫生条件提供了保障。因而，新型超高强度马氏体时效抗菌不锈钢刀具是一类具有广泛应用前景的高附加值产品，市场潜力巨大。刀具不锈钢材料目前常用的低碳低铬马氏体不锈钢，这些材料与欧美等知名品牌刀剪用材相比，材料品质较差，且不具有抗菌性能，高档刀剪制品所用原材料的要求较高，国内大型钢厂生产的原材料质量不稳定，尚未掌握马氏体时效抗菌不锈钢的制备技术，材料全部依靠进口，目前欧美刀具产品垄断高档刀具市场，严重制约我国刀具产业在国际市场上的发展。因此，本专利技术所涉及的马氏体时效抗菌不锈钢成分设计、研发与工业化生产的具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种强韧性优良的马氏体时效抗菌不锈钢及其制备方法，在冶炼过程中添加一定含量的铜元素，优化热处理工艺后，实现马氏体和奥氏体的比例的调控，与此同时，通过时效热处理，促进材料中铜元素的析出，提高材料强度的同时具有优异光谱抗菌性能。本专利技术的技术方案是：一种马氏体时效抗菌不锈钢，以重量百分比计，其化学成分为：C:0.35～0.50％，Cr:13.5～16.5％，Cu:1.5～4.5％，Mo:0.5～1.0％，V:0.1～0.2％，Mn≤1.0％，Si≤1.0％，P＜0.01％，S＜0.01％，O＜0.005％，N≤0.05％，余量为铁。所述的马氏体时效抗菌不锈钢，优选的，马氏体时效抗菌不锈钢中，Cu:2.0～3.5％。所述的马氏体时效抗菌不锈钢的制备方法，包括如下步骤：(1)按比例将各化学成分混合，经过冶炼和浇注获得钢锭；(2)将获得的钢锭在奥氏体单相区锻造；(3)锻造后的钢锭进行控制轧制：首先在再结晶区初轧，轧制温度为1050℃～1150℃，轧制每道次压下量控制为15～20％，总压下量控制为70～90％，热轧后空冷至室温；(4)热轧后的板材进行冷轧；(5)冷轧后进行热处理。所述的马氏体时效抗菌不锈钢的制备方法，步骤(2)中，锻造工艺为：初锻造温度1050℃～1150℃，锻造比大于8，锻后空冷至室温。所述的马氏体时效抗菌不锈钢的制备方法，步骤(4)中，热轧后的板材进行冷轧，每道次压下量小于10％，进行中间道次的退火，退火温度850℃～950℃，保温120～240min后炉冷至室温。所述的马氏体时效抗菌不锈钢的制备方法，步骤(5)中，热处理工艺为：首先在1020℃～1080℃保温30～60min后进行淬火，然后在150℃～250℃保温120min～240min后空冷至室温，最后在500℃～550℃时效20min～60min后空冷至室温。所述的马氏体时效抗菌不锈钢的制备方法，步骤(5)热处理后马氏体抗菌不锈钢中，奥氏体的体积含量在25～30％之间，屈服强度达到1200MPa以上，抗拉强度达到2100MPa以上，屈强比在0.55～0.65之间，洛氏硬度HRC达到56以上，延伸率的范围为10％～12％，腐蚀电流值的范围为0.5nA～1.5nA。本专利技术的设计思想为：本专利技术在高碳高铬马氏体结构材料的基础之上，通过降低材料中的碳，在热处理后基体中保留较多固溶量的Cr原子，与此同时，通过添加一定含量的奥氏体形成元素铜，在时效热处理过程中，通过铜元素的沉淀析出，在保证材料良好的韧性和耐腐蚀性能的基础上，还具有光谱的抗菌性能。本专利技术中主要元素含量范围说明如下：碳：碳为奥氏体形成元素，扩大奥氏体相区，缩小铁素体相区，可以抑制钢中高温铁素体的形成。碳与合金元素Cr、V等形成M23C6型与MX型碳化物，在原奥氏体晶界、板条界等界面析出，钉扎位错、阻碍界面移动，提供析出强化作用。但是，碳是容易扩散的元素，含量过高时碳化物容易粗化而导致耐热钢组织稳定性降低，而且焊接性能会随着碳含量的升高而降低，故本专利技术钢中碳的含量控制为：0.35％～0.50％。铬：铬是决定不锈钢耐腐蚀性的首要元素，钢中有足够量的铬时，在氧化性介质中就可以形成Cr2O3为基体的稳定的表面防护膜。此外，铬能有效的提高钢的点蚀电位值，降低钢对点蚀的敏感性。铬含量低于13％时，钢的耐蚀性急剧降低。但是，钢中铬含量过高，将降低钢的导热系数，增加淬火和回火条件下钢内的稳定铁素体含量，降低钢的硬度和抗拉强度，显著降低马氏体转变温度。另外，铬含量高于18％时，钢在高温得不到稳定的纯奥氏体相区，故本专利技术中铬的含量控制为：13.5～16.5％。铜：铜是扩大奥氏体相区的元素，铜在铁中的固溶度不大，铜与碳不形成碳化物，将适量的铜元素加入钢中并且通过适当的热处理后，钢的强度、硬度、延伸率和屈强比会得到改善。此外，铜在钢中能提高其基体的整体点位，使得钢的耐腐蚀性能性能得到提高。马氏体钢中添加超高5％的铜，在热加工过程中会产生网状裂纹的铜脆现象，降低材料的可加工性能；马氏体钢中如果加入1％的铜，由于在时效过程中析出的铜元素相对较少而达到良好光谱抗菌性能。故本专利技术钢中铜的含量控制为：1.5～4.5％。钼：钼是铁素体形成化元素，能力相当于铬。在马氏体不锈钢中，钼可提高不锈钢在还原性介质中的耐腐蚀能力，增强抗电蚀，耐氯离子腐蚀等性能，并提高钢在有机酸中的耐蚀性。不锈钢中加入Mo后，可细化晶粒、均匀组织、提高韧性，提高马氏体不锈钢的强度和回火稳定性，抑制Cr碳化物的析出，通常马氏体不锈钢中钼含量<1％，过高的Mo含量将促进高温铁素体形成，引起不利影响，故本专利技术钢中钼的含量控制为：0.5～1.0％。钒：钒为强烈的碳化物形成元素，与钢中碳和氮形成纳米级析出相，钉扎位错。固碳并且组织Cr等合金元素自基体向碳化物中扩散而导致熟化，提高热强性。V含量偏低时不易充分形成细小碳化物，起不到钉扎位错的作用，而含量偏高时使钢脆化，故本专利技术钢中钒的含量控制为：0.1～0.2％。锰：锰是奥氏体形成元素和稳定元素，可显著降低钢的奥氏体形成温度AC1点和马氏体形成温度MS点，提高合金钢的淬透性，抑制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种马氏体时效抗菌不锈钢，其特征在于，以重量百分比计，其化学成分为：C:0.35～0.50％，Cr:13.5～16.5％，Cu:1.5～4.5％，Mo:0.5～1.0％，V:0.1～0.2％，Mn≤1.0％，Si≤1.0％，P＜0.01％，S＜0.01％，O＜0.005％，N≤0.05％，余量为铁。/n

【技术特征摘要】
1.一种马氏体时效抗菌不锈钢，其特征在于，以重量百分比计，其化学成分为：C:0.35～0.50％，Cr:13.5～16.5％，Cu:1.5～4.5％，Mo:0.5～1.0％，V:0.1～0.2％，Mn≤1.0％，Si≤1.0％，P＜0.01％，S＜0.01％，O＜0.005％，N≤0.05％，余量为铁。


2.根据权利要求1所述的马氏体时效抗菌不锈钢，其特征在于，优选的，马氏体时效抗菌不锈钢中，Cu:2.0～3.5％。


3.一种权利要求1～2任一所述的马氏体时效抗菌不锈钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按比例将各化学成分混合，经过冶炼和浇注获得钢锭；
(2)将获得的钢锭在奥氏体单相区锻造；
(3)锻造后的钢锭进行控制轧制：首先在再结晶区初轧，轧制温度为1050℃～1150℃，轧制每道次压下量控制为15～20％，总压下量控制为70～90％，热轧后空冷至室温；
(4)热轧后的板材进行冷轧；
(5)冷轧后进行热处理。


4.按照权利要求3所述的马氏体时效抗菌不锈钢的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：单以银，石全强，严伟，李艳芬，王威，杨柯，
申请(专利权)人：南京金科特钢有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32