CN102337483B - 一种抗菌不锈钢及其热处理方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及不锈钢材料领域，具体为一种抗菌不锈钢及其热处理方法和应用。该不锈钢的化学成分如下(wt)％：C：≤0.15；Si：≤1.00；Mn：5.5-11.0；Ni：1.0-6.0；Cr：14.0-19.0；Cu：2.0-4.0；N：0.2-0.25；余量为Fe。热处理方法：(1)1000-1100℃固溶处理0.5-1小时，空冷或水冷至室温；(2)在500-800℃保温0.5-6小时；(3)空冷或水冷至室温。该不锈钢经过特殊热处理后，在不锈钢基体中均匀弥散分布有富铜析出相，从而赋予该不锈钢抗菌功能。本发明的抗菌不锈钢具有独特的广谱抗菌性能，丰富了200系列不锈钢的功能，拓展了抗菌功能材料的应用范围，可广泛应用于建筑装饰、厨房、卫生设备和用具、家用电器、交通运输以及工业部门中需要抗菌的设备和部件。
Description
技术领域
本发明涉及不锈钢材料领域，具体为一种200系列抗菌不锈钢及其热处理方法和应用，其具有广谱抗菌性能，可广泛应用于建筑装饰、厨房、卫生设备和用具、家用电器、交通运输以及工业部门中需要抗菌的设备和部件。
背景技术
近些年，多次发生的传染性疾病，诸如2003年爆发的SARS病毒造成全球数百万人死亡，2008年发生的甲型H1N1流感病毒，曾一度引起全世界的恐慌，敲响了人们在卫生防疫方面的警钟，而国民生活水平的提高也进一步提出了改善周围生活环境的要求。这些都为抗菌材料进入百姓生活及基础卫生、医疗设施建设提供了有利的机遇。作为抗菌材料中的一类，抗菌不锈钢具有优异的力学性能、加工性能和抗菌性能，是未来抗菌材料应用中的一个重要组成部分。国外的发达国家，如日本、美国等，都在大量投入研发新型抗菌材料，包括综合性能优良的抗菌不锈钢。目前，我国正处于经济发展的重要阶段，基础设施建设、家用电器消费等使得我国成为世界最大的产钢国和消费国。随着国家对经济的宏观调控，具有长远应用意义的建设及其材料的选用将会受到越来越多的重视，这为抗菌不锈钢的未来应用提供了广阔的市场空间。
随着世界对镍、铬等贵稀金属的消耗，世界的总存储量越来越少，进而导致这些原材料的价格越来越高。我国是镍资源有限的国家，减少镍等贵重元素在不锈钢中的含量是目前国内外钢铁企业重点研发的方向。200系列不锈钢是一类以锰、氮代镍型的不锈钢，能够大量节约镍元素，降低钢的制造成本，因此在日用消费市场上具有广阔的应用空间。在国内，众多民营企业生产的产品中已有相当的数量是含镍量较少的200系列不锈钢，其在国内已占有较大的市场空间。因此，在现有200系列不锈钢的基础上，开发自身具有抗菌功能的新型不锈钢，对丰富钢铁产品的种类并进一步提高钢铁产品的附加值都有非常重要的现实意义。本发明对提升我国钢铁企业在未来国内外钢铁材料市场中的竞争力具有重要作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有广谱抗菌功能的200系列抗菌不锈钢及其热处理方法和应用，丰富钢铁产品的种类以及提高钢铁产品的综合性能，以提升我国钢铁企业在未来国内外钢铁材料市场的竞争力。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种200系列抗菌不锈钢，该不锈钢的化学成分如下(wt)％：
C：≤0.15；Si：≤1.00；Mn：5.5-11.0(优选为9.0-11.0)；Ni：1.0-6.0(优选为1.0-2.0)；Cr：14.0-19.0；Cu：2.0-4.0；N：0.2-0.25；余量为Fe。
本发明中，钢中杂质元素含量符合200系列不锈钢国家标准(GB/T1220-1992)中的相应要求。
本发明中的Cu元素，是该不锈钢中的重要合金元素，是保证不锈钢具备抗菌功能的必要条件。本发明不锈钢中的铜含量为2.0-4.0(wt)％，以保证在特殊热处理条件下，在钢中均匀弥散析出尺寸在纳米级的富铜相。
本发明中的Cr、Mn、Ni、N等元素，为200系列不锈钢中的常见合金化元素，起到耐蚀、稳定奥氏体结构、增加强度等作用。
与200系列不锈钢的制备方法基本相同，本发明中的抗菌不锈钢按常规方法制备如下：
(1)将合金成分依次加入到真空冶炼炉中进行真空感应冶炼，1400-1500℃精炼10-20分钟后，进行磁力搅拌后浇铸成铸锭；
(2)1000-1150℃、保温1-2小时均匀化退火后，锻造成棒状或者块状试样。
本发明还提供了200系列抗菌不锈钢的特殊热处理方法，包括如下步骤：
(1)1000-1100℃固溶处理0.5-1小时，使钢中的铜能充分固溶于基体中，空冷或水冷至室温后，使钢中的铜处于过饱和状态；
(2)在500-800℃保温0.5-6小时(优选为2-6小时)，使过饱和的铜从钢中析出，形成足够量的富铜相；
(3)空冷或水冷至室温。
本发明中，不锈钢材料可广泛应用于建筑装饰、厨房、卫生设备、卫生用具、家用电器或其它不锈钢产品。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过实验研究，通过在200系列不锈钢中添加2.0-4.0(wt)％的Cu元素，获得了具有广谱抗菌性能的抗菌不锈钢新材料。
2、本发明的不锈钢经过特殊热处理后，在不锈钢基体中均匀弥散分布有纳米级的富铜析出相，从而赋予不锈钢抗菌特性。
3、本发明中的抗菌不锈钢可广泛应用于建筑装饰、厨房、卫生设备和用具、家用电器、交通运输以及工业部门中需要抗菌的设备和部件。
附图说明
图1为200系列抗菌不锈钢杀灭大肠杆菌的效果照片；其中，左：抗菌不锈钢；右：200对照不锈钢。
图2为200系列抗菌不锈钢杀灭金黄色葡萄球菌的效果照片；其中，左：抗菌不锈钢；右：200对照不锈钢。
图3为实施例1热处理的显微组织形貌。
具体实施方式
本发明提供了抗菌不锈钢抗菌性能的检测方法，按照下述公式计算抗菌不锈钢和对照样品(普通不锈钢或其它无杀菌能力的其它固体材料)对常见细菌(大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等)作用后的杀菌率：
杀菌率(％)＝[(对照样品活菌数-抗感染不锈钢活菌数)/对照样品活菌数]×100
式中，对照样品活菌数是对照样品上进行细菌培养后的活菌数，抗菌不锈钢活菌数是指抗菌不锈钢上进行细菌培养后的活菌数。
实施例1：
本实施例中，抗菌不锈钢的主要成分为(wt)％：
C：0.04，Cr：15.30，Ni：1.18，Mn：10.78，Si：0.59，N：0.21，Cu：2.77，其余为Fe。
上述抗菌不锈钢按常规方法制备如下：
(1)将合金成分依次加入到真空冶炼炉中进行真空感应冶炼，1480℃精炼20分钟后，进行磁力搅拌后浇铸成铸锭；
(2)1150℃、保温2小时均匀化退火后，锻造成棒状或者块状试样。
上述抗菌不锈钢的热处理工艺为：
在1040℃保温0.5h，使钢中的铜能充分固溶于基体中，空冷至室温后，使钢中的铜处于过饱和状态。然后在700℃保温6h，使过饱和的铜从钢中析出足够量的富铜相，最后空冷至室温。
按照“JIS Z 2801-2000《抗菌加工制品-抗菌性试验方法和抗菌效果》、GB/T21510-2008《纳米无机材料抗菌性能检测方法》”等标准规定，其检测结果为：
(1)对大肠杆菌(Eschericher Coli)的杀菌率：≥99.9％，抗菌效果如图1所示；
(2)对金黄色葡萄球菌(Staphyococcus aureus)的杀菌率：≥99.9％，抗菌效果如图2所示。
结果表明，本实施例的抗菌不锈钢应用于建筑装饰、厨房、卫生设备和用具、家用电器、交通运输以及工业部门中需要抗菌的设备和部件，抗菌特性良好。
实施例2：
本实施例中，抗菌不锈钢的主要成分为(wt)％：
C：0.05，Cr：15.05，Ni：1.03，Mn：10.16，Si：0.57，N：0.22，Cu：3.18，其余为Fe。
上述抗菌不锈钢按常规方法制备如下：
(1)将合金成分依次加入到真空冶炼炉中进行真空感应冶炼，1450℃精炼15分钟后，进行磁力搅拌后浇铸成铸锭；
(2)1050℃、保温2小时均匀化退火后，锻造成棒状或者块状试样。
上述抗菌不锈钢的热处理工艺为：
在1050℃保温0.5h，使钢中的铜能充分固溶于基体中，水冷至室温后，使钢中的铜处于过饱和状态。然后，在700℃保温6h，使过饱和的铜从钢中析出足够量的富铜相，最后水冷至室温。
如图3所示，本实施例经过上述热处理后的组织如下：在200系列抗菌不锈钢基体中出现短棒状的析出物，平均直径为30-40nm。
由图3可以看出，不锈钢基体中均匀弥散分布着富铜析出相，这是抗菌不锈钢具备抗菌特性的必要条件。
按照“JIS Z 2801-2000《抗菌加工制品-抗菌性试验方法和抗菌效果》、GB/T21510-2008《纳米无机材料抗菌性能检测方法》”等标准，其检测结果为：
(1)对大肠杆菌(Eschericher Coli)的杀菌率：≥99.9％；
(2)对金黄色葡萄球菌(Staphyococcus aureus)的杀菌率：≥99.9％。
结果表明，本实施例的抗菌不锈钢应用于建筑装饰、厨房、卫生设备和用具、家用电器、交通运输以及工业部门中需要抗菌的设备和部件，抗菌特性良好。
实施例3：
本实施例中，抗菌不锈钢的主要成分为(wt)％：
C：0.06，Cr：14.53，Ni：1.06，Mn：10.73，Si：0.50，N：0.23，Cu：3.57，其余为Fe。
上述抗菌不锈钢按常规方法制备如下：
(1)将合金成分依次加入到真空冶炼炉中进行真空感应冶炼，1490℃精炼10分钟后，进行磁力搅拌后浇铸成铸锭；
(2)1150℃、保温2小时均匀化退火后，锻造成棒状或者块状试样。
上述抗菌不锈钢的热处理工艺为：
在1060℃保温0.5h，使钢中的铜能充分固溶于基体中，水冷至室温后，使钢中的铜处于过饱和状态。然后，在700℃保温6h，使过饱和的铜从钢中析出足够量的富铜相，最后空冷至室温。
按照“JIS Z 2801-2000《抗菌加工制品-抗菌性试验方法和抗菌效果》、GB/T21510-2008《纳米无机材料抗菌性能检测方法》”等标准，其检测结果为：
(1)对大肠杆菌(Eschericher Coli)的杀菌率：≥99.9％；
(2)对金黄色葡萄球菌(Staphyococcus aureus)的杀菌率：≥99.9％。
结果表明，本实施例的抗菌不锈钢应用于建筑装饰、厨房、卫生设备和用具、家用电器、交通运输以及工业部门中需要抗菌的设备和部件，抗菌特性良好。
Claims (4)
1.一种抗菌不锈钢，其特征在于，按重量百分比计，该不锈钢的化学成分如下：
C：≤0.15；Si：≤1.00；Mn：10.16-11.0；Ni：1.0-1.18；Cr：14.0-19.0；N：0.2-0.25；Cu：2.0-4.0；余量为Fe。
2.按照权利要求1所述的抗菌不锈钢的热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)1000-1100℃固溶处理0.5-1小时，空冷或水冷至室温；
(2)在500-800℃保温0.5-6小时；
(3)空冷或水冷至室温。
3.按照权利要求1所述的抗菌不锈钢的应用，其特征在于：该不锈钢材料应用于不锈钢产品。
4.按照权利要求3所述的抗菌不锈钢的应用，其特征在于：该不锈钢材料应用于建筑装饰、厨房、卫生用具或家用电器。
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- 2010-07-28 CN CN 201010238697 patent/CN102337483B/zh not_active Expired - Fee Related
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Application publication date: 20120201 Assignee: Pu Jin special material Technology Dev Company Ltd. of BeiJing ZhongKe Assignor: Institute of metal research, Chinese Academy of Sciences Contract record no.: 2014990000968 Denomination of invention: Antibacterial stainless steel, its heat treatment method and application Granted publication date: 20131009 License type: Exclusive License Record date: 20141225 |
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