抗菌不锈钢的工艺性能研究

第四章 抗菌不锈钢的冷变形性能研究
4.1引言 4.2板材冷加工性能研究 4.3抗菌不锈钢的管、板中试试验 4.4本章小结
4.1 引言

不锈钢制品大多需要经过冷弯、胀形和深冲等冷加工变 形，因此抗菌不锈钢0Cr18Ni9Cu3.8是否均有优异的冷加 工变形性能将决定其在未来消费品市场的应用问题 在材料的基本成型性能指标中，与材料的综合性能相关性 较好的指标是σs／σb、n、r、IE值。σs／σb之值越 小，材料的综合成形性能越好，成形零件的形状固定性也 越好。n、r值是薄板材料冲压成形性中极重要的参数，是 评定板材成型性能好坏不可忽视的指标，已经得到公认， 在一定范围内n、r值越大，板材的综合成形性能越好
（a）－1150℃；（b）－1050℃；（c）－1000℃；（d）－950℃
在1150℃时，δ铁素体呈颗粒状，均匀地分布在奥氏体基体中，当温度降到 1050℃时,δ铁素体相互聚集，连接成条带状。温度降至950℃时，铁素体已 由条带状相互连接成网状分布。由此可见，铁素体的质量分数及其几何形状 对试验钢的热塑性有较大的影响。当基体中δ铁素体的质量分数较少，且以 颗粒状均匀分布时热塑性最好；条带状分布时热塑性开始下降；网格时最差

硬化指数n值计算值
轧制方向 00 试样号 1＃ 2＃ 1＃ 2＃ 1＃ 2＃ 2.2786 2.2616 2.2898 2.2945 2.2760 2.2877 截距 b 变异系数 υ(n) 0.0159 0.0190 0.0156 0.0199 0.0210 0.0248 离散度 S(n) 0.0051 0.0062 0.0046 0.0060 0.0065 0.0076 相关程度Q 相关程度Q 0.9993 0.9990 0.9993 0.9990 0.9988 0.9984 硬化指数 n 0.32147 0.32712 0.29985 0.30510 0.31260 0.30673 平均硬化 指数 0.3243
• 试验条件：900-1250℃，温度间隔为50℃。 温度升至1250℃，保温10 分钟，以10℃/s冷却速度进行冷却，并以0.1mm/s的速度加载拉伸，测 定断面收缩率ψ和抗拉强度σb的值。高温压缩试验的升温规程和拉伸 试验相同，只是变形率用0.5ｓ-1速度进行单道次压缩，采用迫近法得 到实验数据 • 试验设备：高温拉伸及热压缩实验都在Gleeble1500热模拟试验机上进 行
抗菌不锈钢锻造后表面龟裂
这种龟裂现象，基本上是沿着晶界进行的。因此，对于这种新钢种有必要 进行热变形行为研究。通过本实验的研究，制定出合理的热加工温度，为 该材料今后的锻造工艺、热轧工艺及热穿孔等热加工工艺的合理制定提供 理论依据。
3.2实验材料及实验方法

实验材料：经真空感应炉冶炼并经锻造成型，分别加工成φ10×82mm 试样用于高温拉伸试验，φ8×15mm的圆柱试样用于高温压缩实验
100
3 1
4
90 80
5 2 6
70 60 50 40 30
强度σbMPa
收缩率ψ ％
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 0 1300
1、2、3为 强 度 4、5、6为 面 缩
20 10
温度℃
1.1抗菌方法的分类
微生物抑制相关用语
抗 菌 用 语 灭菌（Sterilization ） 灭菌（Sterilization） 杀菌（Pasteurization ） 杀菌（Pasteurization） 消毒（Disinfection ） 消毒（Disinfection） 静菌（Microbio -statics） 静菌（Microbiostatics） 制菌（Microbial 制菌（Microbial control） control） 除菌（Removal 除菌（Removal of Microorganism） Microorganism） 防腐（Preservation ） 防腐（Preservation） 清洁（Sanitize ） 清洁（Sanitize） 抗菌（Antimicrobial ） 抗菌（Antimicrobial） 定 义 从物体上把全部目标微生物杀灭或除去，在广义上包括： 杀菌和除菌 相对于灭菌把全部微生物杀灭而言，单指杀灭微生物而言 对于人畜而言，杀死消灭带有病原性的特定微生物，并不 意味杀死全部微生物 就组织或妨碍微生物的繁殖而言 就妨碍或抑制微特定的生物的繁殖而言 一般来说，是从物体上把微生物除掉，包括沉降除菌、洗 涤除菌等 以食品行业为主，包括医疗品、化妆品等诸多材料的防止 有害微生物的劣化行为 杀灭存在于在食品厂的病原性细菌的营养细胞，使其它微 生物减少。 是指包括灭菌、杀菌、消毒、静菌、制菌、除菌、防腐和 清洁在内的全部。
奥氏体高温拉伸试验
60
1
50
（ △ h/H0）%
2
40
3
试验钢在1100℃～1200℃之间， 具有较高的塑性，断面收缩率ψ值 在铜含量较低的两个钢种中可达80 ％以上，即使在压缩试验中单道次 压下量达到45％以上也不产生裂纹。 但当温度低于1100℃时，其ψ和极 限压下率急剧下降，在1000℃左 右，断面收缩率ψ值只有20％～30 ％左右，这种塑性下实际上很难将 钢热轧或锻造成型。因此，可将该 抗菌不锈钢的热塑性曲线分为两个 区域，高温塑性区1050～1200℃, 高温脆性区1050℃以下
优点：毒副作用小、无环境污染 缺点：高温易分解、加工性差 优点：杀菌作用快、效果好、杀菌面广 缺点：药效持久性、稳定性差，环境污染严重 优点：广谱抗菌性、药效持久，无环境污染
无机系抗菌材料
缺点：抗菌剂向载体加入难
1.3抗菌不锈钢的开发现状
1.金属离子抗菌性大小排序为：Hg2+＞Ag+＞Cd2+＞Cu2+＞Zn2+＞Fe3+＞ Ni2+ 金属离子的安全性排列为：Ag+＞Co2+＞Ni2+＞Al3+＞Zn2+＞Cu2+=Fe3+＞ Mn2+＞ Sn2+＞Ba2+＞Mg2+＞Ca2+ 一般抗菌不锈钢：添加Ag、Cu、Zn金属 2.加铜抗菌不锈钢现状： 国内无抗菌不锈钢的研究报道 日本日新和川崎公司分别研究出加铜和加银抗菌不锈钢，并在一些领域有应用 3.加铜抗菌不锈钢和加银抗菌不锈钢的区别 相同点：都具有广谱抗菌性、不降低传统不锈钢的性能、抗菌具有持久性、不 锈钢经磨损后仍然具有抗菌性、无毒副作用 不同点：Ag在钢中溶解度极低，不易加入、加银抗菌不锈钢不需要热处理 铜在钢中的溶解度较大，容易加入，但抗菌作用依靠ε－Cu的析出， 因此需要进行热处理
30
20
900
1000
1100
1200
1300
温度℃
奥氏体高温压缩试验
3.4高温组织电镜分析
950℃断口形貌 1000℃断口形貌
105Fra Baidu bibliotek℃断口形貌
1100℃断口形貌
1200℃断口形貌
1250℃断口形貌
高温组织分析：

抗菌不锈钢在常温下由奥氏体、铁素体、碳化物和金属夹杂物组成。 在加热和保温过程中，常温下的铁素体和碳化物全部溶进奥氏体中， 冷却时又从奥氏体基体中析出铁素体，析出量随温度的下降逐渐增加。
i 1
i

N
ii
Yi
2
n0 2n450 n900 4
2 X i i 1
Xi i 1
• 塑性应变比r值的计算方法
εb 塑性应变比的定义如下：r εa
r
r00 r450 r900 4
b0 ln b 1 r b1 L1 ln b L 0 0
抗菌方法物理方法和化学方法: 物理方法:通过改变温度、压力以及使用环境的电磁波、电子射线等物理手段杀菌 化学方法:通过调节PH值进行气体交换、失水、隔离营养源等手段灭菌
1.2抗菌材料的分类
• 天然生物系抗菌材料
抗菌材料的分类
•
有机系抗菌材料 无机系抗菌材料
•
特点： 天然生物系抗菌材料
有机系抗菌材料
• 高温拉伸实验数据
温度 钢种 项目 1 0Cr19Ni9 Cu3.8 2 3 ψ σb ψ σb ψ σb
3.3 实验结果与讨论
900 32 128 23 119 7.9 147 950 35 110 28 98 19.8 100. 1000 37 93 30 88 33.4 76.6 1050 55 75 48 70 34.4 60.3 1100 91 56 80 50 43 49.2 1150 91 54 82 49 45.2 39.9 1200 92 45 80 45 51.2 39.6 1250 90 43 79 41 40.8 34.3
编号 抗菌1# 抗菌1# 抗菌2# 抗菌2# 抗菌3# 抗菌3# C 0.01 0.02 0.02 Si 0.33 0.44 0.56 Mn 1.48 1.78 1.75 P 0.032 0.03 0.005 S 0.006 0.01 0.005 Cu 1.52 2.47 3.80 Ni 9.0 9.0 9.1 Cr 18.78 18.54 18.81 Mo / / 0.05
推测的抗菌机理图
1.4本文研究内容和目的
1.开发出广谱的具有良好加工性的抗菌材料
2.填补国内在抗菌不锈钢领域研究的空白
第三章 抗菌不锈钢热变形行为研究
3.1引言 3.2实验材料及实验方法 3.3实验结果与讨论 3.4高温组织电镜分析 3.5本章小结
3.1 引言

抗菌不锈钢是在0Cr18Ni9不锈钢添加铜元素而制成的。该钢种在研制过程中 的初次锻造过程中由于选择温度不合适，在锻件中出现了表面龟裂的现象， 裂纹深度可达1mm以上，造成了废品率过高的现象
•
在图a中，左上角的白色的圆形颗粒是铜的化合物，能谱曲线分析是Cu2S， 黑色大颗粒是MnS。图b 中，黑色颗粒是MnS，长条形物是富Cu氧化物。 图c中，有白点的深黑色物资 是为含Pb、Sn等五害元素夹杂物。
3.5 本章小结

（1）奥氏体抗菌不锈钢热加工温度可分为,高温塑性区在1050℃～ 1200℃之间，高温脆性区在1050℃以下。 （2）Cu的含量对奥氏体抗菌不锈钢的热塑性有较大的影响，其原因 是由于含铜不锈钢在从高温冷却过程中有富铜化合物析出，富铜化合 物大多是由Cu2S、Cu2O等构成，这些化合物均为脆性化合物，在热 加工中容易产生破裂，使塑性下降。 （3）含铜不锈钢在高温冷却时有δ铁素体析出。δ铁素体的含量及 几何形状对热塑性有直接的影响。析出的δ铁素体随着温度的下降其 几何形状亦发生变化；即由颗粒状向条带状和网格状变化。 （4）由于铜合金中存在少量的Pb、Sn等五害元素，而Pb、Sn为非 气化元素，在冶炼过程中很难去除。因此，不锈钢在从高温冷却过程 中，会有Pb及Sn的夹杂物在晶界析出，该析出物为低熔点共晶体， 金属在热变形时，共晶体发生熔化，破坏了晶界间的结合力，造成脆 性破裂。

数据采集
：
在测量n值时，为了便于统计处理，应在考虑的应变范围内，大体等距离地选 取至少5个应变水平，记录相应的负荷应变数据对。在测量试样的r值时，测量 试样宽度b、厚度a都应该是测量多点的平均值。

应变硬化指数n值的计算方法 N
σ K ε
n
n
N n N

N
i 1
X iY i

N
X
N

4.2 板材冷加工性能研究


根据国家标准测定，金属薄板拉伸应变硬化指数（n）值 GB5028－85的方法、塑性应变比值（r）值GB5207－85方 法及金属薄板杯突值（IE） GB3076－82方法。 试验材料选用δ0.8mm的板材，经抗菌热处理 （1030℃+800℃×6h） n值、r值及拉伸试验的试样的取向分别与板材的轧制方向成0、 45、和90 拉伸试验是在东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验 室进行，使用的设备为美国INSTRON公司生产的高精度电子 万能机械试验机。夹头移动速度为8mm/min，拉伸应变速率 为0.126／min。
题目：新型抗菌不锈钢工艺性能研究
1. 绪论 2. 抗菌不锈钢的冶炼工艺研究 3. 抗菌不锈钢热变形行为研究 4. 抗菌不锈钢冷变形性能研究 5. 抗菌不锈钢其它性能测试 6. 全文总结
第一章 绪论
1.1 抗菌方法的分类 1.2 抗菌材料的分类 1.3 抗菌不锈钢的发展现状 1.4 本项目研究的目的意义
• 高温压缩实验数据
温度 钢种 1 0Cr18Ni9Cu3.8 2 3 900 36 30 28 950 37 33 30 1000 44 40 31 1050 50 46 40 1100 53 48 50 1150 55 49 50 1200 53 47 42 1250 47 43 40
160 150 140 130 120 110 100