一种医用抗菌冷轧卷板及其生产方法

技术领域

本发明涉及冷轧卷板技术领域，具体涉及一种医用抗菌冷轧卷板及其生产方法。

背景技术

医疗办公家具作为医务人员在工作中常接触的对象，残留在这些物品上的病毒、细菌和真菌，都有潜在的传播疾病的危险。科研人员在患者使用过的物品表面检测出大量残留病毒，这表明家具载体增加了病毒在公共空间中传播的风险。某一类传染病发生时，医院需要接收大量的患者，医院的医护人员也成了易感染的群体之一，抗菌材料在医用办公家具上的应用可以降低医疗工作者的患病风险。

我国有巨大的医用家具市场需求，但我国办公家具企业进入医疗行业仍在起步阶段，发展模式与产品风格也多借鉴国外品牌和产品，因而亟待创新性的改善。医生的活动空间可以分为公共区间、诊疗区间、医技区间、住院区间，在这些空间中常接触以下几种家具：多功能办公桌、办公椅、遮挡屏风、休息椅、储藏柜、诊疗床、文件柜等。对于应用到家具材料上的抗菌剂而言，最基本需要满足以下几点：无毒或毒性极低，有效抗菌期长；有一定的耐热性。无机抗菌的两类材料中，由于光催化类抗菌剂发挥杀菌作用需要在紫外光的照射下，还必须要有氧气或水的存在，不适用于医院家具中。相较而言，纳米Cu离子、Ag离子、TiO

医用药品柜由于其特殊的用途，对钢材的材质要求较高，除了必须具有较好的抗菌性能、耐大气腐蚀性能，有很高的强塑性，而且钢带开平后的平直度要好，尤其是对于强度级别较高、宽度较宽的钢板，如果平直度不好，严重影响医用药品柜的生产制造。

目前的医用抗菌钢板的制备方法主要有两种：一种是在钢材表面喷涂抗菌层，但是这种抗菌涂层面临着脱落的风险；专利CN 113151748 A公开了一种抗菌铁素体不锈钢冷轧板抗菌热处理工艺，包括以下步骤：罩式炉抗菌热处理、热退火酸洗、冷轧轧制、冷退火酸洗、重卷处理、抗菌热处理、剪切包装，但是这种工艺制备的冷轧卷板延伸性差，脆性大，在实际加工和使用中效果不理想。

发明内容

针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种医用抗菌冷轧卷板及其生产方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明第一方面提供一种医用抗菌冷轧卷板的生产方法，包括以下步骤：将钢卷依次进行冷轧轧制、退火酸洗、在线平整，得到医用抗菌冷轧卷板；

冷轧轧制工艺：钢卷总变形量为60％-85％，轧制道次5-15道次，单道次变形率是5％～25％，第一、第二道次变形量＜22％，最后道次变形量10％～13％，轧制油喷淋量＞7000l/min，轧辊中辊粗糙度0.4μm～0.6μm，精辊粗糙度0.1μm～0.15μm，倒数第二道次换精辊，轧制最大速度450m/min，精辊道次速度小于300m/min；

退火酸洗工艺：退火温度为860～910℃，退火后进行冷却，之后进行酸洗，采用电解硫酸钠+电解硝酸+硝酸与氢氟酸的混合酸酸洗；

在线平整：退火酸洗后的钢材在冷轧酸洗线进行在线平整，在线平整中平整辊粗糙度为0.080μm～0.012μm，平整压力150～900t，延伸率0.2～2.0％，平整后的钢卷直接在线卷取后下线，得到医用抗菌冷轧卷板。

作为优选，退火酸洗工艺中，硫酸钠的浓度170～210g/l，硫酸钠段的电解温度为70～75℃，硝酸的浓度130～160g/l，硝酸段的电解温度为50～55℃，硝酸与氢氟酸的混合溶液的浓度30～60g/l，其中硝酸与氢氟酸的质量比为(10-11)：(1-1.5)，硝酸与氢氟酸段的电解温度为50～60℃；

作为优选，所述钢卷由以下步骤制得：将铁水依次经过铁水脱磷工艺、TSR炉全铁水冶炼、LF精炼、连铸、加热炉加热、热轧轧制、卷取工艺处理得到钢卷。

作为优选，所述TSR炉全铁水冶炼时底吹气体，在前期和中期采用CO

作为优选，所述LF精炼的步骤为：微调成分、造白渣，进LF炉先定氧，氧含量≤10ppm，控制合金和金属冷料加入量≤150kg/炉，根据前样成分提前补加合金，补加合金后10min方可进入软吹阶段，软吹阶段，上钢前20min，喂钙线250m；软吹氩气时间15～20min，钢水成分满足成分配比要求和温度达到预定要求后，即：P≤0.015％，S≤0.004％，O≤0.0010％，N≤0.0015％，出钢水，出钢温度为1585～1560℃。

作为优选，所述连铸的步骤为：钢水镇静5min～15min，连铸全程采用氩气保护性浇注，浸入式水口采用上倾15°夹角，采用1.0m/min恒拉速生产，使用电磁搅拌，结晶器液面波动＜2mm，生产出铸坯；

所述加热炉加热入炉温度不低于550℃，驻炉时间为190～240分钟，加热炉炉膛气氛为弱还原气氛，加热温度1190℃～1250℃。

作为优选，所述热轧轧制的步骤为：板坯除鳞：板坯除鳞箱除一道，粗轧机架除鳞投用1、3、5道次；粗轧轧制7道次，第一道次压下率15％～25％，粗轧终轧温度1150℃～1180℃；精轧采用炉卷轧机+3机架连轧模式，精除鳞箱不投用，卷取炉温度为1150±20℃，精轧开轧温度≥1030℃，终轧温度≥850℃，层流冷却不投用。

作为优选，所述卷取工艺的步骤为：卷取温度为720℃～820℃，钢卷下线打捆三道后直接吊至缓冷坑缓冷48小时，利用钢带余热进行抗菌处理，得到30～200nm级的抗菌Cu相。

本发明第二方面提供上述的医用抗菌冷轧卷板的生产方法得到的医用抗菌冷轧卷板，所述医用抗菌冷轧卷板按重量计包括以下组分：C≤0.020％、Si0.35-0.45％、Mn0.25-0.45％、P≤0.020％、S≤0.005％、Cr16.00-18.00％、Cu2.5-5.0％、Ni≤0.50％、N≤0.015％，其余为Fe和杂质。

本发明第三方面提供上述的医用抗菌冷轧卷板的生产方法得到的医用抗菌冷轧卷板在制备医用药品柜中的应用。

提高医用抗菌冷轧卷板使用性能的难点在于提高抗菌性能的同时如何保证良好的延伸率和屈强比，以及提高钢材在长时低温下的抗氧化、耐腐蚀性能。本发明为保证医用抗菌冷轧卷板具备高的延伸率及耐低温、耐腐蚀性能，在材料成分微调与工艺设计上，考虑提高抗菌性能的同时，保证高的延伸率、屈强比、低温冲击韧性、耐腐蚀性，通过化学成分调控并添加适量铜合金、结合高温卷取及缓冷坑保温工艺实现了钢带中细小弥散的ε-Cu富铜抗菌相的析出，从而使产品具备优良的抗菌能力，生产出一种低成本抗菌性能良好的医用抗菌冷轧卷板，其有害元素含量和带状组织级别较低，具有良好的耐腐蚀性能及成型性能。

采用上述化学成分、轧制工艺、热处理工艺得到的医用药品柜用冷轧卷板，室温组织为均匀的铁素体组织，具有较高的韧塑性和优良的抗菌性能及成型性能，抗拉强度Rm≥480Mpa，屈服强度≥258MPa，延伸率达到28％以上，硬度≤170HV，以其为原料制造医用药品柜，可有效避免冲压或弯曲开裂现象，对保障医用药品存放的安全性起到积极作用。

本发明的有益效果：

本发明的医用抗菌冷轧卷板具有良好的加工性能，钢材厚度可减薄，节约综合成本30％以上。应用该医用药品柜用冷轧卷板后可减轻医用药品柜重量，增加全性，降低成本，具有显著的经济和社会效益。

传统工艺生产的医用抗菌卷板，强度和硬度高，脆性大，成型性能差，耐腐蚀性能差，本方面的工艺可不经罩式退火，热轧后通过高温卷取及缓冷坑保温可直接利用钢带的高温自回火进行抗菌热处理过程，减少了热轧产品下线后的抗菌热处理过程，使产品在保证其耐蚀性能及韧塑性的同时兼具优良的抗菌性能，同时缩短了生产流程、降低了生产成本。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

正如背景技术所述，基于此，本发明提供一种医用抗菌冷轧卷板的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)采用铁水脱磷工艺、TSR炉全铁水冶炼，底吹气体在前期(当熔池碳含量ω[C]≥1.2％时)和中期(0.6％≤ω[C]＜1.2％时)根据脱碳需求采用CO

(2)LF精炼：微调成分、造白渣，进LF先定氧，氧含量≤10ppm，控制合金和金属冷料加入量≤150kg/炉，软吹阶段，上钢前20min，喂钙线250m。软吹氩时间必须15～20min，软吹不得裸露钢水，软吹标准以渣面蠕动为准。钢水成分满足成分配比要求和温度达到预定要求后，出钢水，温度为1585～1560℃。LF钢包精炼工艺，制得的钢水，硫磷含量低，[P]≤0.015％，[S]≤0.004％，氧氮含量低，钢水纯净度高，Σ[O]≤0.0010％,[N]≤0.0015％。

(3)连铸工艺：钢水自出站到开浇，镇静5min～15min，连铸全程采用氩气保护性浇注，浸入式水口采用上倾15°夹角，采用1.0m/min恒拉速生产，使用电磁搅拌，结晶器液面波动＜2mm，生产出铸坯。

(4)加热炉加热：入炉温度不得低于550℃，驻炉时间(190～240)分钟，炉膛气氛为弱还原气氛，加热温度1190℃～1250℃。

(5)热轧轧制工艺：为减少板坯轧制轧线温降,需要减少除鳞道次，并合理分布除鳞道次,可有效去除氧化铁皮。采用了特殊的除鳞方案：板坯除鳞箱除一道，粗轧机架除鳞投用1、3、5道次。粗轧轧制7道次，第一道次压下率15％～25％，粗轧终轧温度1150℃～1180℃，按慢出炉快轧、高温抢轧组织生产。精轧采用炉卷轧机+3机架连轧模式，精除鳞箱不投用，卷取炉温度控制在1150±20℃，精轧开轧温度≥1030℃，终轧温度≥850℃，层流冷却不投用。

(6)卷取工艺：卷取温度控制在720℃～820℃范围内，钢卷下线打捆三道后直接吊至缓冷坑缓冷48小时，利用钢带余热进行抗菌处理，得到30～200nm级的抗菌Cu相；保证钢卷缓慢冷却，防止钢带出现硬度不均。

(7)冷轧轧制工艺：20辊轧机轧制总变形量控制60％～85％，轧制道次是5～15道次，单道次变形率是5％～25％，第一、第二道次变形量＜22％，最后道次变形量10％～13％，轧制油喷淋量＞7000l/min,轧辊中辊粗糙度0.4μm～0.6μm，精辊粗糙度0.1μm～0.15μm，倒数第二道次换精辊，轧制速度控制最大速度450m/min，精辊道次速度小于300m/min。

(8)退火酸洗工艺：退火温度控制在860～910℃,高温保温结束后，采用风冷+雾冷进行快速冷却，冷至80℃以下后将钢带从退火炉输出。退火后钢卷进行酸洗，采用电解硫酸钠+电解硝酸+硝酸与氢氟酸的混合酸进行酸洗，硫酸钠电解(浓度170～210g/l,温度70～75℃)→硝酸段(浓度130～160g/l,温度50～55℃)→硝酸与氢氟酸混酸段(浓度30～60g/l,温度50～60℃，其中硝酸与氢氟酸的质量比为(10-11)：(1-1.5))→水清洗。

(9)在线平整：退火酸洗后的钢卷在冷轧酸洗线进行大压力在线平整，以改善钢带表面粗糙度和板形，采用2辊平整机进行平整，平整辊粗糙度为0.080μm～0.012μm，平整压力150～900t，延伸率0.2～2.0％，平整后的钢卷直接在线卷取后下线。

利用上述的生产方法得到的医用抗菌冷轧卷板，按重量计包括以下组分：C≤0.020％、Si0.35-0.45％、Mn0.25-0.45％、P≤0.020％、S≤0.005％、Cr16.00-18.00％、Cu2.5-5.0％、Ni≤0.50％、N≤0.015％，其余为Fe和杂质。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。

本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。

实施例1

冶炼采用的起始原料为入炉铁水，元素比例为：Si≤0.50％，P≤0.130，温度≥1250。

(1)采用铁水脱磷工艺、TSR炉全铁水冶炼，底吹气体在前期(当熔池碳含量ω[C]≥1.2％时)和中期(0.6％≤ω[C]＜1.2％时)根据脱碳需求采用CO

(2)LF精炼：微调成分、造白渣，进LF炉先定氧，氧含量9ppm，合金和金属冷料加入量142kg/炉。软吹阶段，上钢前20min，喂钙线250m。软吹氩气时间19分钟，软吹不得裸露钢水，软吹标准以渣面蠕动为准。钢水成分满足成分配比要求和温度达到预定要求后，出钢水，温度为1585℃。LF钢包精炼工艺，制得的钢水，硫磷含量低，[P]≤0.015％，[S]≤0.004％，氧氮含量低，钢水纯净度高，Σ[O]≤0.0010％，[N]≤0.0015％。

(3)连铸工艺：钢水自出站到开浇，镇静10min，连铸全程采用氩气保护性浇注，浸入式水口采用上倾15°夹角，采用1.0m/min恒拉速生产，使用电磁搅拌，结晶器液面波动＜2mm，生产出铸坯。

(4)加热炉加热：入炉温度695℃，驻炉时间196分钟，炉膛气氛为弱还原气氛，加热温度1197℃。

(5)热轧轧制工艺：板坯除鳞：板坯除鳞箱除一道，粗轧机架除鳞投用1、3、5道次。粗轧轧制7道次，第一道次压下率15％～25％，粗轧终轧温度1176℃，按慢出炉快轧、高温抢轧组织生产。精轧采用炉卷轧机+3机架连轧模式，精除鳞箱不投用，卷取炉温度控制在1158℃，精轧开轧温度1037℃，终轧温度898℃，层流冷却不投用。

(6)卷取工艺：卷取温度793℃，钢卷下线打捆三道后直接吊至缓冷坑缓冷48小时，利用钢带余热进行抗菌处理，得到30～200nm级的抗菌ε-Cu相；保证钢卷缓慢冷却，防止钢带出现硬度不均。

(7)冷轧轧制工艺：20辊轧机轧制总变形量控制84.0％，轧制道次是5～15道次，第一、第二道次变形量≤22％，最后道次变形量10％～13％，轧制油喷淋量＞7000l/min,轧辊中辊粗糙度0.4μm～0.6μm，精辊粗糙度0.1μm～0.15μm，倒数第二道次换精辊，轧制速度控制最大速度450m/min，精辊道次速度小于300m/min。

(8)退火酸洗工艺：退火温度控制在860℃,高温保温结束后，采用风冷+雾冷进行快速冷却，冷至80℃后将钢带从退火炉输出。退火后钢卷进行酸洗，先进行硫酸钠电解，硫酸钠溶液的浓度172g/l，温度71℃，再进行硝酸电解，硝酸溶液的浓度152g/l，温度53℃，最后进行硝酸与氢氟酸混酸电解，混酸溶液的浓度55g/l，其中硝酸与氢氟酸的质量比10:1-11:1，温度55℃，最后进行水清洗；

(9)在线平整：退火酸洗后的钢卷在冷轧酸洗线进行大压力在线平整，以改善钢带表面粗糙度和板形，采用2辊平整机进行平整，平整辊粗糙度为0.085μm，平整压力800t，延伸率0.3％，平整后的钢卷直接在线卷取后下线。

实施例2-6的生产参数见表1，其余与实施例1相同。实施例1-6所得卷板的化学成分见表2。

对比例

在本对比例中在步骤(6)进行罩式炉抗菌热处理，其余步骤与参数与实施例4相同。抗菌热处理的具体步骤为：罩式退火炉温度850℃，保温6小时。

实验例

对实施例1-6和对比例的所得卷板进行力学性能测试，结果见表3。屈服强度、抗拉强度、延伸率按照GB/T 228.1-2021《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》中的步骤进行测试。硬度按照GB/T 4340.1-2009《金属材料维氏硬度试验第1部分：试验方法》中的步骤进行测试。冷弯实验按照GB/T 232-2010《金属材料弯曲试验方法》中的步骤进行测试。抗菌率按照YBT 4171-2020《含铜抗菌不锈钢》中的步骤进行测试。盐雾实验按照GB/T10125-2021《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》中的步骤进行测试。

表1：各实施例的工艺参数

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表2：各实施例所得卷板的化学成分含量(wt％)

表3 ：各实施例所得卷板的性能

本发明制备的抗菌冷轧卷板的抗菌率均在99％以上，延伸率大，强度高，具有优异的耐低温、耐腐蚀性能，低温冲击韧性强，在提高抗菌性能的同时保证了良好的延伸率和强度，并且提高了钢材在长时低温下的抗氧化、耐腐蚀性能。本发明各实施例中实施例4的技术效果最优，对比例与实施例4相比采用了传统的罩式炉抗菌热处理，其各项指标均低于实施例4，延伸性差，脆性差，强度低。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。