[发明专利]高强韧抗菌刀具用不锈钢及其制备方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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领域。

背景技术

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。