食品级高耐磨马氏体不锈钢材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种食品级高耐磨马氏体不锈钢材料及其制备方法，属于不锈钢材料领域。该不锈钢的重量百分比成分为：C：0.4～0.5％，Cr：16.0～16.5％，Ni：0.4～0.5％，Mo：0.8～0.9％，Mn：0.3～0.4％，Si：0.3～0.4％，P：＜0.03％，S：＜0.01％，余量为铁和不可避免的杂质，所述不锈钢还可含有Cu：1.5～2.2％。本发明专利技术通过添加较高含量的C和Cr以平衡材料的耐蚀性能；控制Cr当量，获得马氏体组织，保证δ铁素体含量低于2％；通过调整Mo和C的质量比，以Mo固C保证耐蚀性，同时加入适量Cu以及优化材料制备工艺，进而获得含钼的碳化物和富铜相的弥散析出，最终获得高硬度的马氏体基体，同时具有广谱抗菌性能。

【技术实现步骤摘要】
食品级高耐磨马氏体不锈钢材料及其制备方法
本专利技术属于不锈钢材料领域，具体涉及一种食品级高耐磨马氏体不锈钢材料及其制备方法，特别涉及一种金属餐具制品用耐划痕、高硬度、抗菌兼具优良耐蚀性的不锈钢材料及其制备方法，该不锈钢主要应用于制造不锈钢餐具，如筷子、刀、叉、匙等。
技术介绍
随着人们生活水平的日益提高，对日常生活用品的品质要求也在不断地提高。餐具就属于这一类产品，人们不但要求其具有优异的耐腐蚀特性、可循环使用、美观大方、容易清洗以及不易损坏等特点，也要求其具有抗菌功能。近年来，不锈钢餐具以其优异的综合性能越来越受到人们的喜爱，已成为家庭餐桌、中西餐厅、高档酒店等必不可少的首选餐具。食品级不锈钢是指食品机械接触食品的部分，必须符合一定食品安全的要求。国家标准《GB4806.9-2016食品安全国家标准食品接触用金属材料及制品》对食品级不锈钢中的重金属离子迁移量有严格的限制。目前，市场上制作食品级不锈钢餐具所用的材料大体可分为430、304(18-8)、18-10三个等级。所用的不锈钢材质按照原材料成本及耐腐蚀特性的不同，分为高、中、低档餐具。但它们共同的缺点是材质较软，硬度不足。用过一段时间后，餐具经过多次擦洗、相互碰撞等容易出现表面划痕，影响美观效果，而且耐蚀性降低。因此，不锈钢餐具表面耐划痕性能的好坏受到生产商和消费者的关注。为改善这一问题，有些生产厂家为消费者进行定期免费返厂抛光处理，但这样给生产厂家造成成本的大幅增加，同时给消费者带来不便。因此，有必要提供一种高硬度、低成本，而且具有耐划痕的不锈钢新材料，以解决当前不锈钢餐具易出现划痕这一问题。专利
技术实现思路
针对这一问题，本专利技术的目的在于提供一种金属餐具制品用高硬度、耐划痕的食品级马氏体不锈钢材料，同时该材料还具有抗菌性能及优良的耐蚀性能。本专利技术的设计思想为：通过添加较高含量的C和Cr以平衡耐蚀性能；少量添加昂贵的Ni元素，以降低成本；控制Cr当量，获得马氏体组织，避免高温δ铁素体出现，保证其含量低于2％；调整Mo和C的质量比，以Mo固C，防止C与Cr形成碳化物，降低耐蚀性；加入适量Cu，并优化材料制备工艺，进而在钢中获得含钼的碳化物和富铜相的弥散析出，提高钢的硬度，同时使其具有抗菌性能。通过新的成分设计，提出了一种具有耐划痕、高硬度、抗菌兼具优良耐蚀性的不锈钢材料。本专利技术的技术方案是：一种食品级高耐磨马氏体不锈钢材料，其化学成分(重量百分比)为：C：0.4～0.5％，Cr：16.0～16.5％，Ni：0.4～0.5％，Mo：0.8～0.9％，Mn：0.3～0.4％，Si：0.3～0.4％，P：＜0.03％，S：＜0.01％，余量为铁和不可避免的杂质。该钢的化学成分还满足：Cr当量小于8.5，按下式计算：Cr当量＝Cr％+0.8×Si％+2×Mo％-2×Ni％-0.4×Mn％-0.6×Cu％-20×C％。该钢的化学成分还可含有重量百分比为1.5～2.2％的Cu。该钢的化学成分中Mo与C的质量比满足：Mo/C＞1.8。上述不锈钢材料的制备方法，包括如下步骤：(1)按所述的化学成分混合原料，经过真空感应冶炼和浇注获得不锈钢钢锭；(2)将钢锭在奥氏体单相区锻造：初锻温度1080～1150℃，终锻温度950～1000℃，锻造比为6～8，锻造后空冷至室温；(3)锻造后的热处理工艺：首先在1050～1100℃保温30～60min后空冷，然后在550～650℃保温90～120min后空冷；再在950～1000℃保温20-30min后水冷；最后在150～250℃保温120-150min后空冷。按照上述成分及制备方法获得的不锈钢满足：不锈钢的组织为马氏体，组织中δ铁素体含量低于2％。不锈钢组织中含有钼的碳化物和富铜析出相。不锈钢的硬度大于56HRC。不锈钢具有优良的耐蚀性能。不锈钢中重金属迁移量满足：砷(As)<0.004mg/kg；镉(Cd)<0.002mg/kg；铅(Pb)<0.005mg/kg；铬(Cr)<0.2mg/kg；镍(Ni)<0.05mg/kg。该迁移量满足国家标准所规定的限值，满足食品接触用金属材料及制品的要求。本专利技术中主要元素含量范围说明如下：C：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δ铁素体的形成。碳是钢中最经济的强化元素，决定钢硬度的主要元素，促进形成碳化物。C与Mo形成Mo2C型碳化物，在基体中均匀弥散析出，发挥析出硬化作用。但是，碳是损害钢耐蚀性的元素，过高碳含量导致耐蚀性降低。故本专利技术钢中碳添加含量为0.4～0.5％。Cr：铬是决定不锈钢耐蚀性的首要元素，铬含量越高，耐蚀性越好，但本专利技术中，含量过高时易形成高温δ铁素体，损害不锈钢的韧性及加工性能。故本专利技术中铬含量应严格控制在16.0～16.5％范围。Mo：钼是铁素体形成元素，能力相当于铬。钼除了改善耐蚀性外，主要是提高硬度，增强二次硬化效应，在低温淬火是尤为明显。不锈钢中加入钼，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，抑制铬的碳化物析出。钼和铬的复合作用，可提高不锈钢的钝化和再钝化能力，提高钝化膜的稳定性，使不锈钢具有更好的耐蚀能力。但过高的钼含量将促进高温δ铁素体的形成，引起一些不利影响。本专利技术中钼含量控制为0.8～0.9％。Cu：本专利技术中Cu的添加量为1.5-2.2％，这比现有的马氏体抗菌不锈钢中的Cu含量有所降低，但仍能保证一定的抗菌性能。这是因为，本专利技术中Mo含量较高，Mo含量的增加有利于富铜相的析出。经过多次试验表明，仅添加1.5-2.2％的Cu，并经过本专利技术所述的制备方法，其对大肠杆菌的抗菌率仍高于98％，而且抗菌性能稳定。这不仅减少了Cu的添加量，而且对本专利技术所述不锈钢的加工性能起到积极作用。本专利技术中热处理制度说明如下：在1050～1100℃保温30～60min后空冷，使钢完全奥氏体化，组织充分均匀化。在550～650℃保温90～120min后空冷，使过饱和的铜从钢中析出足够体积分数的富铜相，保证抗菌性能。同时析出一定量的含钼碳化物。在950～1000℃进行二次奥氏体化，细化原奥氏体晶粒；保温20-30min后水冷，细化马氏体板条，提高基体硬度，同时避免第一次回火的析出相过多回溶。最后在150～250℃保温120-150min后空冷，低温回火，二次析出含钼的碳化物，同时保证不锈钢一定的强韧性匹配。优选的热处理工艺为：首先在1070℃保温30min后空冷，然后在580℃保温100min后空冷；再在970℃保温25min后水冷；最后在200℃保温120min后空冷。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过各种合金元素的相互制约和调配，经过特殊的制备方法可获得耐划痕、高硬度、抗菌兼具优良耐蚀性的食品级不锈钢材料，可解决不锈钢餐具表面易出现划痕的问题。附图说明图1为本专利技术中实施例1的显微组织。图2为本专利技术中实施例2的极化曲线。具体实施方式以下实施例将对本专利技术予以进一步的说明，但并不因此而限制本专利技术。实施例中的钢与对比例中的钢经过冶炼、热加工和热处理后进行表面硬度、耐蚀、抗菌性能及重金属迁移量测试。采用洛氏压痕法进行硬度测试，载荷150kgf，保持时间15本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种食品级高耐磨马氏体不锈钢，其特征在于：以重量百分比计，其化学成分为：C：0.4～0.5％，Cr：16.0～16.5％，Ni：0.4～0.5％，Mo：0.8～0.9％，Mn：0.3～0.4％，Si：0.3～0.4％，P：＜0.03％，S：＜0.01％，余量为铁和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种食品级高耐磨马氏体不锈钢，其特征在于：以重量百分比计，其化学成分为：C：0.4～0.5％，Cr：16.0～16.5％，Ni：0.4～0.5％，Mo：0.8～0.9％，Mn：0.3～0.4％，Si：0.3～0.4％，P：＜0.03％，S：＜0.01％，余量为铁和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述食品级高耐磨马氏体不锈钢，其特征在于：所述不锈钢的化学成分还满足：Cr当量小于8.5，其按下式计算：Cr当量＝Cr％+0.8×Si％+2×Mo％-2×Ni％-0.4×Mn％-0.6×Cu％-20×C％。3.根据权利要求1所述食品级高耐磨马氏体不锈钢，其特征在于：该钢还含有重量百分比为1.5～2.2％的Cu。4.根据权利要求1-3任一所述食品级高耐磨马氏体不锈钢，其特征在于：Mo与C的质量比满足：Mo/C＞1.8。5.一种权利要求1-3任一所述食品级高耐磨马氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)按化学成分要求混合原料，经过真空感应冶炼和浇注获得不锈钢钢锭；(2)将钢锭在奥氏体单相区锻造：初锻温度1080～1150℃，终锻温度950～1000℃，锻造比为6～8，锻造后空冷至室温；(3)锻造后进行热处理。6.根据权利要求5所述食品级高耐磨马...

【专利技术属性】
技术研发人员：史显波，胡光，杨柯，徐胜利，
申请(专利权)人：沈阳融荣科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21