CN102876990A - 一种耐腐蚀抗菌不锈钢及其制作方法 - Google Patents

一种耐腐蚀抗菌不锈钢及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种耐腐蚀抗菌不锈钢及其制作方法，通过降低Cr元素含量，增加Mo元素、Zr元素、Al元素等，并限定各元素的含量和制作工艺，增加了其机械性能，在酸性条件下的耐腐蚀性变强，并使得铜的析出相大小尺寸更加均匀，增加了抗菌能力，能快速杀灭细菌，并对弧菌、厌氧细菌也具有很好的杀菌效果。本发明产品可以广泛应用于医疗器械、厨具、食品加工、日用电器等行业。

Description

一种耐腐蚀抗菌不锈钢及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种耐腐蚀抗菌不锈钢，尤其是一种用于医疗器械、厨具、食品加工、日用电器等行业的耐腐蚀抗菌不锈钢及其制作方法。
背景技术
在医疗器械领域中，要求使用的材料具有硬度高、耐腐蚀、强度高、力学性能好、抗菌性等特点。
现有的专利申请号为200710199267.8的专利公开了一种纳米析出马氏体抗菌不锈钢，不锈钢材料的化学组成为：C0.1-0.4，Cr12-14，Cu1.50-3.50，RE0.04-0.10，Mg0.05-0.15，Ti0.03-0.10，Si≤0.60，Mn≤0.60，P≤0.03，S≤0.03，余量为Fe。本产品具有较好的耐腐蚀性能和持久抗菌性能，但是其机械性能仍待提高，在酸性条件下的耐腐蚀差，快速杀灭细菌的能力差，并且对弧菌、厌氧细菌的杀灭效果很差。
发明内容
本发明提供一种耐腐蚀抗菌不锈钢，通过降低Cr元素含量，增加Mo元素、Zr元素、Al元素等，并限定各元素的含量和制作工艺，增加了其机械性能，在酸性条件下的耐腐蚀性变强，并使得铜的析出相大小尺寸更加均匀，增加了抗菌能力，能快速杀灭细菌，并对弧菌、厌氧细菌也具有很好的杀菌效果。
本发明提供一种耐腐蚀抗菌不锈钢，制得的耐腐蚀抗菌不锈钢中均匀弥散分布着颗粒状纳米级析出相ε-Cu，所述不锈钢化学组成为，以下皆为重量百分比：C：0.2-0.4，Cr：5-7，Cu：0.8-1.2，Zr：0.8-0.9，Al：0.1-0.13，Mo：3.2-4.0，W：0.2-0.3，Hf：0.01-0.02，Si≤0.20，Mn≤0.10，P≤0.01，S≤0.01，余量为Fe，其中Cu∶Al＝9∶1。
优选的方案为杂质总含量≤0.1，并且杂质中B≤0.005。
优选的方案为还包括Ag，Ag为0.2-0.25，并且Ag∶Cu＝1∶4。
优选的方案为还包括Re，Re含量为0.1-0.2。
优选的方案为Re为Nb和Y，Nb∶Y＝3∶1。
本发明还提供了一种制作耐腐蚀抗菌不锈钢的方法，主要由以下步骤组成：
(1)将铸铁在非真空感应炉中初炼，待铸铁开始融化时，加入Zr、Cr、Hf元素，在铸铁完全融化时，加入W、Mo，铸铁完全融化60分钟后加入Al、C，并调节各元素的比例，C：0.2-0.4，Cr：5-17，Zr：0.8-0.9，Al：0.1-0.13，Mo：3.2-4.0，W：0.2-0.3，Hf：0.01-0.02，Si≤0.20，Mn≤0.10，P≤0.01，S≤0.01，余量为Fe及其杂质，其中Cu∶Al＝9∶1，溶液浇注成自耗电极；
(2)将自耗电极于电渣炉中重熔精炼，进一步降低杂质元素的含量，使其符合设计要求，制成电渣锭；
(3)将电渣锭制成不锈钢片，将不锈钢片加热至加热至1050度，保温6小时后，在退火炉中保温850度，保温24小时，冷却至常温，进一步加热至950度，保温2小时后，在退火炉中保温600度，保温5小时，冷却至常温，即为制得的不锈钢基体；
(4)在不锈钢基体中加入0.8-1.2Cu，在真空感应电炉中熔炼，浇铸前，用稀土-镁-钛复合变质剂破碎至粒度小于5mm的小块，烘干后，至于浇包底部，加入量为不锈钢水重量的0.5-0.8，用包内冲入法对不锈钢水进行复合变质处理，浇铸成Φ25×250mm的试棒；
(5)对试棒做抗菌热处理，其工艺为：1100℃保温4h，油冷至室温，使得Cu能过饱和溶解在不锈钢基体中，在720℃保温4h，油冷至室温。
优选的方案为杂质总含量≤0.1，并且杂质中B≤0.005。
优选的方案为步骤(1)中，在铸铁完全融化时加入Ag，Ag为0.2-0.25，并且Ag∶Cu＝1∶4。
优选的方案为步骤(1)中，在铸铁完全融化时，还加入Re，并且Re含量为0.1-0.2。
优选的方案为Re为Nb和Y，Nb∶Y＝3∶1。
本发明样品在室温条件下经过检测：
屈服强度σ0.02≥793N/mm2
抗拉强度σb≥968N/mm2
伸长率δ≥23％
断面收缩率ψ≥61％
冲击功AKv≥64J
本发明样品室温条件下，应力为235N/mm2条件下经过检测：
断裂时间(Hr)≥142小时。
背景技术中的样品室温条件下经过检测：
屈服强度σ0.02≥440N/mm2
抗拉强度σb≥640N/mm2
伸长率δ≥20％
断面收缩率ψ≥50％
冲击功AKv≥63J
背景技术中样品室温条件下，应力为235N/mm2条件下经过检测：
断裂时间(Hr)≥110小时。
加入Al元素，能够使Cu的那你析出相大小尺寸更加均匀，增强抗菌能力。
另外发现B元素对产品的机械性能和酸性条件下的耐腐蚀性影响很大，应当控制其含量小于等于0.005，并且杂质的含量小于等于0.1。
加入Ag元素，并且Ag∶Cu为1∶4时，能显著提高抗菌效果和杀菌速度，并且对弧菌和厌氧细菌都具有很好的杀菌效果。
加入RE，尤其是Y和Nb，能够使的杀菌速度更快，并且机械性能更好。
本发明样品相比背景技术中的样品，机械性能得到了进一步的提高，并且，在酸性条件下的耐腐蚀性变强，并使得铜的析出相大小尺寸更加均匀，增加了抗菌能力，能快速杀灭细菌，并对弧菌、厌氧细菌也具有很好的杀菌效果。本发明产品可以广泛应用于医疗器械、厨具、食品加工、日用电器等行业。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
下表为五个样品，每个样品中化学元素的含量如下：
 配方   C   Cr   Cu   Zr   Al   Mo   W   Hf   Si   Mn   P   S
 样品1   0.2   5   1.2   0.8   0.13   4.0   0.2   0.01   0.2   0.10   0.01   0.01
 样品2   0.25   5.5   1.1   0.82   0.12   3.8   0.24   0.01   0.15   0.08   0.01   0.01
 样品3   0.3   6   1.0   0.84   0.11   3.6   0.26   0.02   0.10   0.06   0.01   0.01
 样品4   0.35   6.5   0.9   0.87   0.10   3.4   0.28   0.02   0.05   0.04   0.01   0.01
 样品5   0.4   7   0.9   0.90   0.10   3.2   0.30   0.02   0.03   0.02   0.01   0.01
对样品1-5，制成抗菌材料，即Φ20×5mm的块状试样，通过扫描电镜、透射电镜进行检测，试样表面弥散着ε-Cu，并且析出相颗粒尺寸约为60-80nm，析出相之间的距离约为60nm。
由此可见，本发明的产品析出相颗粒尺寸更小，并且更加均匀，析出相之间的距离也更小。
实施例2
按照背景技术专利的方法，分别培养大肠杆菌、鼠伤寒杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌、霍乱弧菌、破伤风梭菌和放线菌，取样品2并进行抗菌性能实验，检测结果如下表：
Figure BSA00000796585800051
通过上表可以看出，本发明专利的产品不仅可以杀灭肠杆菌、鼠伤寒杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌，而且对霍乱弧菌、破伤风梭菌和放线菌也具有很好的杀灭效果，而背景技术专利对霍乱弧菌、破伤风梭菌和放线菌杀菌效果很差，基本上为16小时30％左右；并且本专利的产品对细菌的杀灭速度大大增快，尤其是对鼠伤寒杆菌和白色念珠菌。
实施例3
在样品3的基础上加入0.25的Ag，按照实施例2进行抗菌性能检测，检测结果如下表：
通过上表可以看出，本发明专利的产品在加入Ag，并且Ag∶Cu为1∶4时，能显著能抗菌效果和杀菌速度，并且对霍乱弧菌、破伤风梭菌和放线菌也具有很好的杀菌效果。
通过类似实验进行检测，发现加入RE，尤其是Y和Nb，能够使的杀菌速度更快，并且机械性能更好。
实施例4
对样品1的试样进行酸性耐腐蚀实验，用盐雾实验方法进行侧性：试样在10％NaCl、温度为35度，pH2.0-3.0条件下，进行72小时喷雾实验，发现背景技术的产品在6小时后表面就出现锈点，本发明专利的产品在48小时后才开始出现，加入0.2的RE后，54小时后才开始出现，当RE为Y和Nb，并且Nb∶Y＝3∶1时，在72小时仍未出现锈点。
实施例5
通过本发明分批次加入不同元素制得的样品与同时加入的进行机械性能的对比，发现分批次加入使得机械性能大幅提高。对样品1分别通过本发明的方法和同时加入的方法制得的样品进行机械性能分析，分别记为样品11和样品12，在室温条件下，应力为235N/mm2条件下经过检测，结果见下表：
  σ0.02   σb   δ   ψ   AKv   Hr
  样品11   787   1028   24   63   65   143
  样品12   662   801   20   57   55   121
以上内容是结合本发明的结构和工作过程对其所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种耐腐蚀抗菌不锈钢，制得的耐腐蚀抗菌不锈钢中均匀弥散分布着颗粒状纳米级析出相ε-Cu，所述不锈钢化学组成为，以下皆为重量百分比：C：0.2-0.4，Cr：5-7，Cu：0.8-1.2，Zr：0.8-0.9，Al：0.1-0.13，Mo：3.2-4.0，W：0.2-0.3，Hf：0.01-0.02，Si≤0.20，Mn≤0.10，P≤0.01，S≤0.01，余量为Fe，其中Cu∶Al＝9∶1。
2.根据权利要求1所述的耐腐蚀抗菌不锈钢，其特征在于：所述的杂质总含量≤0.1，并且杂质中B≤0.005。
3.根据权利要求2所述的耐腐蚀抗菌不锈钢，其特征在于：还包括Ag，Ag为0.2-0.25，并且Ag∶Cu＝1∶4。
4.根据权利要求1所述的耐腐蚀抗菌不锈钢，其特征在于：还包括Re，Re含量为0.1-0.2。
5.根据权利要求4所述的耐腐蚀抗菌不锈钢，其特征在于：所述的Re为Nb和Y，Nb∶Y＝3∶1。
6.一种制作耐腐蚀抗菌不锈钢的方法，主要由以下步骤组成：
(1)将铸铁在非真空感应炉中初炼，待铸铁开始融化时，加入Zr、Cr、Hf元素，在铸铁完全融化时，加入W、Mo，铸铁完全融化60分钟后加入Al、C，并调节各元素的比例，C：0.2-0.4，Cr：5-7，Zr：0.8-0.9，Al：0.1-0.13，Mo：3.2-4.0，W：0.2-0.3，Hf：0.01-0.02，Si≤0.20，Mn≤0.10，P≤0.01，S≤0.01，余量为Fe及其杂质，其中Cu∶Al＝9∶1，溶液浇注成自耗电极；
(2)将自耗电极于电渣炉中重熔精炼，进一步降低杂质元素的含量，使其符合设计要求，制成电渣锭；
(3)将电渣锭制成不锈钢片，将不锈钢片加热至1050度，保温6小时后，在退火炉中保温850度，保温24小时，冷却至常温，进一步加热至950度，保温2小时后，在退火炉中保温600度，保温5小时，冷却至常温，即为制得的不锈钢基体；
(4)在不锈钢基体中加入0.8-1.2％Cu，在真空感应电炉中熔炼，浇铸前，用稀土-镁-钛复合变质剂破碎至粒度小于5mm的小块，烘干后，至于浇包底部，加入量为不锈钢水重量的0.5-0.8％，用包内冲入法对不锈钢水进行复合变质处理，浇铸成Φ25×250mm的试棒；
(5)对试棒做抗菌热处理，其工艺为：1100℃保温4h，油冷至室温，使得Cu能过饱和溶解在不锈钢基体中，在720℃保温4h，油冷至室温。
7.根据权利要求6所述的制作耐腐蚀抗菌不锈钢的方法，其特征在于：所述的杂质总含量≤0.1，并且杂质中B≤0.005。
8.根据权利要求7所述的制作耐腐蚀抗菌不锈钢的方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，在铸铁完全融化时加入Ag，Ag为0.2-0.25，并且Ag∶Cu＝1∶4。
9.根据权利要求6所述的制作耐腐蚀抗菌不锈钢的方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，在铸铁完全融化时，还加入Re，并且Re含量为0.1-0.2。
10.根据权利要求9所述的制作耐腐蚀抗菌不锈钢的方法，其特征在于：所述的Re为Nb和Y，Nb∶Y＝3∶1。
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