高强韧抗菌刀具用不锈钢及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强韧抗菌刀具用不锈钢及其制备方法，本发明专利技术不锈钢具有高性能，特别是高抗菌、高安全性、超高强度及较好韧性。本发明专利技术不锈钢在成分上添加了银元素，并优化了碳和铬元素的含量，严格控制[P]，[S]含量，使材料在拥有抗菌性的同时具有更高的强韧性，从而提高刀具用钢的性能以满足市场需求。本发明专利技术不锈钢具有2000～2200MPa的高强度，56.0～60.0HRC的高硬度，较好的冲击韧性，其KU2半标样冲击功为9.2～14.7J，具有高抗菌性，其大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率达99％。本发明专利技术高强韧抗菌刀具用不锈钢主要适用于厨刀用钢，也可用于家庭用品，公共设施，医疗器械。

Stainless steel for high strength and toughness anti-bacterial cutting tools and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
高强韧抗菌刀具用不锈钢及其制备方法
本专利技术涉及一种不锈钢及制备方法，特别是涉及一种高强韧不锈钢及制备方法，应用于不锈钢新材料技术和耐腐蚀抗菌金属功能材料

技术介绍
不锈钢产品在日常生活中必不可少，其中不锈钢刀具逐渐成为厨房的新宠。随着经济的发展，中产阶级比例和工资水平不断增加，人们生活水平日益提高，越来越注重健康绿色的生活理念，对厨刀的品质提出了更高的要求，希望其在锋利实用的同时，最好具有抗菌杀菌的能力。特别是由于近年来频发的细菌引起的中毒事件，人们对细菌的感染问题十分恐慌，对抗菌不锈钢材料的研制也越来越关注。在不锈钢中整体添加抗菌金属元素是目前最常用的方法，该种不锈钢的内部和表面都均匀弥散分布着抗菌金属元素的析出相，从而起到抗菌作用，一般添加的是Cu和Ag元素。含Cu不锈钢要经特殊热处理热处理，使得ε-Cu的析出相在不锈钢的表面和内部均匀分布，且在使用一段时间之后，表面的ε-Cu相会发生枯竭，抗菌性能减弱。Ag元素的抗菌性优于Cu元素，且不需要经过特殊热处理就能确保其抗菌性，其材料始终保持优良的抗菌性。除了抗菌性能之外，锋利度是衡量厨刀品质的必要条件，而我国刀具用钢用量最多的为2Cr13、3Cr13、4Cr13等普通低碳、中碳钢以及420系列Cr13型不锈钢，这类不锈钢经淬火和低温回火后虽可得到马氏体组织，但硬度较低，因此锋利度、耐磨性及使用寿命有限。此外，9Cr18(440C)也会用于刀具的生产，虽然硬度很高，但由于碳含量过高，微观组织中往往出现大量粗大的一次碳化物，严重损害材料的韧性。中国专利申请号为200810117781.7的文献，公开了一种抗菌刀具不锈钢的成分及相关性能。其主要成分及其质量百分比(％)为：C：0.5～0.7、Si：≤0.40、Mn：≤0.40、P：≤0.030、S：≤0.030、Mo：0.10～1.0、Cr：14～16、Ni：0.80～1.20、V：0.05～0.50、Nb：0.05～0.15以及Ag：0.035～0.10，其余为Fe及不可避免的杂质，具有较高的硬度(53.5～60HRC)，较高的抗拉强度，抗拉强度为1780～1985MPa，较好的冲击吸收功，冲击吸收功为10.3～13J。此专利中，所生产的刀具用钢在具有良好综合力学性能的同时具有抗菌性。需要指出的是：(1)该专利的P、S含量的上限较高，P、S作为钢种的有害元素，其含量过高将影响材料的性能。过高的S含量使材料的冲击韧性明显下降，FeS等低熔点化合物使钢在热加工过程中容易发生过热、过烧。过高的P含量降低塑性和韧性，碳量越高，引起的脆性也越大。因此，高性能钢种应尽量降低P、S元素的上限。(2)通过添加Mo、Nb等微合金化元素提高材料的强度，但抗拉强度上限依然不足2000MPa(1985MPa)，此抗拉强度完全可以通过优化C/Cr比以及适当的热处理实现，避免Mo、Nb等贵重元素的加入，节约资源，降低生产成本。中国专利申请号为201310544089的文献，公开了一种抗菌硬质不锈钢刀具及其制备方法。但专利未明确给出刀具钢的具体化学成分，主要采取高能离子束入射到刀刃表面，进行银离子和氮离子的注入，使刀具刃部达到超高硬度并具有抗菌性。离子注入后，刀具硬度达1200HV，会造成刀刃处韧性差，在使用过程中极易崩刃，一旦发生，由于硬度太高难以进行重新开刃继续使用。即使重新开刃成功，刀具也将不在具有抗菌性和超高硬度，只能重新进行离子注入。所以，该专利文献公开的技术方案在使用性方面略显不足。中国专利申请号为201110201035.8的文献，公开了一种高硬度含银马氏体抗菌不锈钢。其主要成分及其质量百分比为：C：0.8～1.2、Cr：16～18、Mo：1.0～3.0、V：0.1～1.0、W：1.0～3.0、Al：0.7～1.2、Ag：0.1～0.2、Re：0.1～1.0、S≤0.035、P≤0.030，其他杂质元素≤2.0，其余为Fe。该专利所涉及的抗菌不锈钢，银含量较高，达到0.1％～0.2％，抗菌率大于99％，硬度不低于57HRC。但成分中添加含量较高的W元素，W本身具有很高的熔点，为3387℃，增加冶炼难度，在铸态组织中可能存在易溶相的偏析。使冶炼和加工的难度增加。含W的钢，塑性降低，变形抗力高，热加工性能差。W为强碳化物形成元素，极易形成碳化钨，且此类碳化物难以调控，将对材料的力学性能造成不利的影响，尤其是韧性。中国专利申请号为201510712473.9的文献，公开了一种耐蚀抗感染马氏体不锈钢，其主要成分及质量百分比(％)为：C：0.15～0.38、N：0.10-0.25、Si：≤1.0、Mn≤1.0、P≤0.03、S≤0.03、Cr：15.0～18.0、Cu：2.5～3.5、Mo：0.50～1.5、Nb：0.05～0.25，余量为Fe和不可避免的杂质元素。该专利技术中P、S有害元素的上限较高，可能与钢中其他合金元素形成夹杂物，影响材料的力学性能和耐蚀性，夹杂物周围容易发生点蚀。此外，该专利技术采用Cu作为抗菌元素，虽然价格低廉，但抗菌性能远远不如Ag元素，Ag的抗菌性是Cu的100倍左右，且必须经过复杂热处理，使得ε-Cu的析出相在不锈钢的表面和内部均匀分布，才具有抗菌性，增加了工艺成本。当使用一段时间后ε-Cu在表面枯竭，抗菌性因此减弱。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种高强韧抗菌刀具用不锈钢及其制备方法，在成分设计上添加了银元素，并优化了碳和铬元素的含量，严格控制P、S含量，使材料在拥有抗菌性的同时具有更高的强韧性，从而提高刀具用钢的性能以满足市场需求，本专利技术刀具用不锈钢抗菌性好，强韧性高，耐磨性优异，硬度高，成本较低，易于生产。为达到上述目的，本专利技术创造采用如下专利技术构思：本专利技术在传统钢种的基础上适当调整C及合金元素Cr的含量，提高强硬度。降低Si含量，减少夹杂；增加Mn含量，提高淬透性，形成MnS，消除热脆性，改善加工性能。加入强抗菌元素Ag，产生抗菌性。使该不锈钢在拥有高强韧性，优异耐磨性的同时，具有抗菌性，可以用作高档菜刀等刀具用钢，具有良好的使用性和市场前景。具体为：(1)加入Ag元素使不锈钢具有抗菌性；(2)重新调整C和Cr的含量，保证耐蚀性不降低的前提下提高强硬度和耐磨性；(3)降低Si含量，改善B类夹杂的大小和含量；增加Mn含量，提高淬透性，形成MnS，消除热脆性，改善加工性能。根据上述专利技术构思，本专利技术采用如下技术方案：一种高强韧抗菌刀具用不锈钢，其组分质量百分比为：C:0.55～0.75％，Si≤0.40％，S≤0.010％，P≤0.020％，Mn≤0.8％，Mo:0.1～1.0％，Cr:15.0～17.0％，V:0.1～0.5％，Ag:0.01～0.1％，其余部分为铁和不可避免的杂质。作为本专利技术优选的技术方案，上述高强韧抗菌刀具用不锈钢组分质量百分比为：C:0.59～0.75％，Si≤0.35％，S≤0.001％，P≤0.015％，Mn：0.31～0.8％，Mo:0.49～1.0％，Cr:15.56～17.0％，V:0.21～0.5％，Ag:0.025～0.1％，其余部分为铁和不可避免的杂质。一种本专利技术高强韧抗菌刀具用不锈钢的制备方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强韧抗菌刀具用不锈钢，其特征在于，其组分质量百分比为：C:0.55～0.75％，Si≤0.40％，S≤0.010％，P≤0.020％，Mn≤0.8％，Mo:0.1～1.0％，Cr:15.0～17.0％，V:0.1～0.5％，Ag:0.01～0.1％，其余部分为铁和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种高强韧抗菌刀具用不锈钢，其特征在于，其组分质量百分比为：C:0.55～0.75％，Si≤0.40％，S≤0.010％，P≤0.020％，Mn≤0.8％，Mo:0.1～1.0％，Cr:15.0～17.0％，V:0.1～0.5％，Ag:0.01～0.1％，其余部分为铁和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述高强韧抗菌刀具用不锈钢，其特征在于，其组分质量百分比为：C:0.59～0.75％，Si≤0.35％，S≤0.001％，P≤0.015％，Mn:0.31～0.8％，Mo:0.49～1.0％，Cr:15.56～17.0％，V:0.21～0.5％，Ag:0.025～0.1％，其余部分为铁和不可避免的杂质。3.一种权利要求1所述高强韧抗菌刀具用不锈钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a.按照如下质量百分比称量原料：C:0.55～0.75％，Si≤0.40％，S≤0.010％，P≤0.020％，Mn≤0.8％，Mo:0.1～1.0％，Cr:15.0～17.0％，V:0.1～0.5％，Ag:0.01～0.1％，其余原料部分为铁和不可避免的杂质；b.将在所述步骤a中取用的原料经电炉熔炼、炉外精炼、电渣重熔、锻造、热轧、冷轧一系列工艺，得到所需厚度的不锈钢板材；至少在冷轧之后设置退火工序，并在退火工艺后继续进行淬火处理和回火处理，最终得到高强韧抗菌刀具用不锈钢板材成品。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉丹，刘峥，王子萌，刘振智，董瀚，赵洪山，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31