一种高强度奥氏体抗菌不锈钢及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有高强度的奥氏体抗菌不锈钢，属于不锈钢材料领域。该不锈钢的重量百分比成分为：C：≤0.03％；Si：≤1.0％；Mn：≤1.0％；Cu：3.5～4.5％；Ni：11.0～13.0％；Al：1.0～1.5％；Cr：17.0～19.0％；N：≤0.005％；S≤0.010％；P：0.05～0.10％；余量为Fe。本发明专利技术利用P的强烈固溶强化作用，富Cu相、NiAl相两种纳米析出相析出强化方式，充分发挥它们在钢中的复合强化作用。通过分级时效热处理调控，达到NiAl相先析出，富Cu相后析出，获得了一种具有高强度的奥氏体抗菌不锈钢。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度奥氏体抗菌不锈钢及其制备方法
本专利技术涉及不锈钢领域，具体涉及一种具有高强度的奥氏体抗菌不锈钢。
技术介绍
奥氏体不锈钢是在高温和室温下均以奥氏体组织为主的Fe-Cr-Ni或Fe-Cr-Mn-Ni-(N)型不锈钢。Fe-Cr-Ni型奥氏体不锈钢是现有五大类不锈钢中综合性能最好、牌号最多、品种规格最全、使用范围最广、发展最快、产量最大、消费领域最宽的一类不锈钢。该类不锈钢在多种腐蚀介质中具有优异的耐蚀性，并且综合力学性能良好，同时工艺性能和可焊性能优良，因而在食品、化工及轻工等多种领域中获得了广泛的应用。奥氏体不锈钢的非铁磁性和良好的低温韧性也进一步扩大了其应用范围。含铜奥氏体抗菌不锈钢是在Fe-Cr-Ni型奥氏体不锈钢基础上发展的一种钢铁新材料，其利用Cu合金化，持续溶出的微量Cu离子，而表现出强烈、广谱和持久的杀菌功能，这种兼具结构和功能一体化的新材料具有广阔的应用前景。然而，含Cu的Fe-Cr-Ni型奥氏体抗菌不锈钢的强度、硬度偏低，不宜用于承受较重负荷及对硬度和耐磨性有要求的设备或部件。因此，如果能赋予含Cu奥氏体抗菌不锈钢更高的强度和硬度，同时不降低原有Fe-Cr-Ni型奥氏体抗菌不锈钢的优异综合性能，那么将会更加拓宽奥氏体抗菌不锈钢的应用领域。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高强度奥氏体抗菌不锈钢及其制备方法，通过P的固溶强化和纳米析出相协同强化技术以及分级热处理工艺，实现富Cu相和NiAl相的析出，充分发挥固溶强化和析出强化的复合强化作用，实现含Cu奥氏体抗菌不锈钢更高的强度。本专利技术的技术方案是：一种高强度奥氏体抗菌不锈钢，按重量百分比计，化学成分如下：C：≤0.03％；Si：≤1.0％；Mn：≤1.0％；Cu：3.5～4.5％；Ni：11.0～13.0％；Al：1.0～1.5％；Cr：17.0～19.0％；N：≤0.005％；S≤0.010％；P：0.05～0.10％；余量为Fe。作为优选的技术方案，本专利技术所述高强度奥氏体抗菌不锈钢中，限制了Ni和Al的含量关系，按重量百分比计，Ni和Al含量满足：(Ni-8％)/Al≥3。本专利技术所述高强度奥氏体抗菌不锈钢的制备方法为：(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钢锭；(2)钢锭在1250～1300℃下保温4小时以上后锻造：初锻温度1150～1200℃，终锻温度1000～1100℃，锻造过程进行多向(纵-横-纵三向)大压下量锻打，首次压下量不超过10％，其它单次压下量高于20％，总锻造比>12，锻造后空冷至室温；(3)锻造后进行固溶处理和分级时效热处理。所述分级固溶处理和时效热处理方法为：1)首先，在1050～1100℃固溶，固溶时间为0.5～2小时，空冷；2)其次，在760～860℃进行第一次时效热处理，时效时间为2～4小时，空冷；3)然后，在650～700℃进行第二次时效热处理，时效时间为4～6小时，空冷；4)最后，在450～550℃进行第三次时效热处理，时效时间为8～12小时，空冷。按照所述钢的成分制备并实施热处理方法，制得不锈钢的微观组织为奥氏体。按照所述钢的成分制备并实施热处理方法，所述不锈钢屈服强度≥400MPa，抗拉强度≥1000MPa，延伸率≥40.0％。按照所述钢的成分制备并实施热处理方法，所述不锈钢具有优异的抗菌性能，对大肠杆菌的抗菌率>99％，对金黄色葡萄球菌的抗菌率>99％。本专利技术的设计思想是：本专利技术通过合理的成分设计，利用P的强烈固溶强化，富Cu相、NiAl相两种纳米析出相析出强化方式，充分发挥它们在钢中的复合强化作用。借助分级时效热处理工艺，调控两种析出相的析出顺序，达到NiAl相先析出，富Cu相后析出，实现同时提高奥氏体抗菌不锈钢的强度和优异的抗菌性能。本专利技术的有益效果是：利用本专利技术方法获得的奥氏体抗菌不锈钢材料可实现同时提高强度和抗菌性能，可拓宽含铜奥氏体抗菌不锈钢的应用领域。附图说明图1为实施例1的显微组织图。图2为对比例5的显微组织图。具体实施方式在具体实施过程中，本专利技术高强度奥氏体抗菌不锈钢的制备及其热处理方法如下：(1)按本专利技术所述化学成分混合原料，经过真空感应冶炼和浇注获得钢锭。(2)将钢锭在1250℃下保温5小时后锻造：初锻温度1180℃，终锻温度1070℃，锻造过程进行纵-横-纵三向循环大压下量锻打，首次压下量约为8％，其它单次压下量约为22％、27％、26％，总锻造比20，锻造后空冷至室温；(3)锻造后的钢锭切取热处理试样，试样尺寸为11mm×11mm×70mm方块若干，然后进行固溶处理和分级时效热处理。热处理后的钢样加工力学性能试样，测试力学性能。试样规格为直径5mm，标距25mm，测试温度为室温。按照“JISZ2801-2000《抗菌加工制品－抗菌性试验方法和抗菌效果》、GB/T2591-2003《抗菌塑料抗菌性能实验方法和抗菌效果》”等标准规定，进行抗菌性能检测，菌种选用大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。下面，将通过不同实施例和对比例比较来描述本专利技术，这些实施例仅用于解释目的，本专利技术并不局限于这些实施例中。实施例1按重量百分比计，钢的化学成分为：C：0.023％；Si：0.32％；Mn：0.25％；Cu：3.75％；Ni：12.3％；Al：1.35％；Cr：18.2％；N：0.004％；S：0.008％；P：0.07％；余量为Fe。Ni和Al含量关系为：(Ni-8％)/Al＝3.2。锻造后热处理方式为：(1)首先，在1070℃固溶，固溶时间为1.0小时，空冷；(2)其次，在800℃进行第一次时效热处理，时效时间为3小时，空冷；(3)然后，在680℃进行第二次时效热处理，时效时间为5小时，空冷；(4)最后，在500℃进行第三次时效热处理，时效时间为10小时，空冷。Ni和Al含量关系为：(Ni-8％)/Al＝3.2>3，显微组织如图1所示，为奥氏体组织。杀菌率及力学性能测试如表1所示。实施例1钢具有优异的抗菌性能和高强度值。实施例2按重量百分比计，钢的化学成分为：C：0.018％；Si：0.53％；Mn：0.64％；Cu：3.55％；Ni：11.9％；Al：1.27％；Cr：18.5％；N：0.004％；S：0.008％；P：0.10％；余量为Fe。Ni和Al含量关系为：(Ni-8％)/Al＝3.1。锻造后热处理方式为：(1)首先，在1050℃固溶，固溶时间为1.0小时，空冷；(2)其次，在840℃进行第一次时效热处理，时效时间为2.5小时，空冷；(3)然后，在660℃进行第二次时效热处理，时效时间为6小时，空冷；(4)最后，在480℃进行第三次时效热处理，时效时间为12小时，空冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度奥氏体抗菌不锈钢，其特征在于，按重量百分比计，所述不锈钢的化学成分如下：/nC：≤0.03％；Si：≤1.0％；Mn：≤1.0％；Cu：3.5～4.5％；Ni：11.0～13.0％；Al：1.0～1.5％；Cr：17.0～19.0％；N：≤0.005％；S≤0.010％；P：0.05～0.10％；余量为Fe。/n

【技术特征摘要】
1.一种高强度奥氏体抗菌不锈钢，其特征在于，按重量百分比计，所述不锈钢的化学成分如下：
C：≤0.03％；Si：≤1.0％；Mn：≤1.0％；Cu：3.5～4.5％；Ni：11.0～13.0％；Al：1.0～1.5％；Cr：17.0～19.0％；N：≤0.005％；S≤0.010％；P：0.05～0.10％；余量为Fe。


2.按照权利要求1所述高强度奥氏体抗菌不锈钢，其特征在于，按重量百分比计，所述不锈钢中Ni和Al含量满足：(Ni-8％)/Al≥3。


3.一种权利要求1所述高强度奥氏体抗菌不锈钢的制备方法，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钢锭；
(2)钢锭在1250～1300℃下保温4小时以上后锻造：初锻温度1150～1200℃，终锻温度1000～1100℃，锻造过程进行纵-横-纵三向大压下量锻打，首次压下量不超过10％，其它单次压下量高于20％，总锻造比>12，锻造后空冷至室温；
(3)锻造后进行固溶处理和分...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡光，王威，徐嘉荫，马天龙，郭亮，
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