CN102965585A - 一种奥氏体抗菌不锈钢 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种奥氏体抗菌不锈钢，属于不锈钢制备技术领域。其中各组分的重量百分比为：碳：0-0.08wt%、锰：0-1wt%、磷：0-0.007wt%、硫：0-0.0028wt%、铬：17wt%～19wt%、镍：8wt%～9wt%、银：0.25wt%～0.3wt%、余量为Fe。经真空冶炼，使得基体中弥散分布着尺寸为1μm左右以及尺寸为20-50nm两种尺寸的富银颗粒。本发明不仅具有传统奥氏体不锈钢的常规性能，而且杀菌效果理想，可以有效的杀死附着在不锈钢制品上的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。本发明奥氏体抗菌不锈钢是在常用的304不锈钢，加入一定量的Ag，实现抗菌效果，组成元素较少，成分简单，易于在工业生产中使用。

Description

一种奥氏体抗菌不锈钢

技术领域

本发明涉及一种奥氏体抗菌不锈钢，属于不锈钢制备技术领域。

背景技术

在现代生活中，人们时时刻刻受到着细菌的侵扰。细菌不仅会腐蚀材料造成经济损失，某些细菌还会引起各类疾病，严重威胁人们的健康。从14世纪中叶开始，欧洲黑死病肆虐，据有关报道：仅从1348年到1352年，黑死病在欧洲造成2500万人死亡，占当时欧洲总人口的三分之一！虽然随着科技进步，许多大规模传染性疾病已经得到有效预防和控制，但细菌造成的伤亡却依旧惊人：据世界卫生组织的有关数据表明，仅在1995年因为细菌感染造成疾病导致死亡的人数就达到1700万人。而今，随着人们生活水平和健康意思的提高，对身边产品的安全卫生关心程度越来越大，如何减少细菌对人类的危害，也越来越受到人们的关注。

就目前来讲，日本处于抗菌材料研究的领军地位。日本2000年时国内的抗菌材料市场需求就已经达到75000t，抗菌材料的生产总额也有超过6000亿日元。我国从上世纪末，陆续有高校和企业开始进行对抗菌材料的研究，如海尔已经有抗菌洗衣机等产品问世。2003年“非典”事件后，使我国的抗菌材料行业进入一个新的时代，如今我国更是拥有超过600亿人民币的抗菌材料市场。

以往开发的抗菌不锈钢多以添加铜元素为主，含铜的抗菌不锈钢的生产需要一些特殊的热处理工艺，而且较高含量的铜会影响材料在铸造和轧制性能，因此在冶炼过程中铜的添加量受到严格限制，其抗菌性也受到一定影响。与铜相比，银的杀菌性能更加优秀，且含银抗菌不锈钢的生产不需要特殊的热处理手段，热成型性好，生产可行性强，其成本与含铜抗菌不锈钢基本相当。因此，含银抗菌不锈钢具有巨大的发展潜力。

在公开号为CN1401808、CN102127718的专利申请中，公开了加入一定量的Cu，得到具有良好杀菌性能的奥氏体抗菌不锈钢的技术。在公开号为CN101230438、CN1664154、CN101029375专利申请中，公开了将Ag、Cu两种元素按照一定比例经过熔炼形成中间合金，再在不锈钢冶炼过程中加入以制成具有良好杀菌性能的奥氏体抗菌不锈钢的技术。在公开号为CN1789471专利申请中，公开了加入Ag、Cu、Zn三种元素，也得到具有良好性能的奥氏体抗菌不锈钢。这几种方法虽然能够得到杀菌效果理想的奥氏体抗菌不锈钢，但是一方面Cu的加入对不锈钢的热加工性能产生负面影响；其次往不锈钢中加入二元或者三元合金，会增加抗菌不锈钢的组织成分复杂程度，难以实现对奥氏体抗菌不锈钢合金元素成分的定量控制。

发明内容

本发明的目的是提出的一种奥氏体抗菌不锈钢，在钢的冶炼过程中，直接加入Ag，以实现不锈钢的抗菌性能，并对不锈钢的成分进行有效控制。

本发明提出的奥氏体抗菌不锈钢，其中各组分的重量百分比为：

碳：0-0.08wt%

锰：0-1wt%

磷：0-0.007wt%

硫：0-0.0028wt%

铬：17wt%～19wt%

镍：8wt%～9wt%

银：0.25wt%～0.3wt%

余量为Fe

上述奥氏体抗菌不锈钢的制备方法包括以下步骤：

（1）将按上述比例称量的金属铁、镍、铬放入真空炉中；

（2）对真空炉抽真空，当真空炉内压强小于10Pa时，对真空炉中的感应圈送电，感应线圈产生电流，加热炉料，送电功率从10千瓦上升至60千瓦，使真空炉中炉料熔化；

（3）使真空炉中的真空度小于或等于1Pa，在高真空下进行精炼，精炼时间为15分钟，以除去炉料中的氧、氮、氢；

（4）在真空炉中加入按上述比例称量的碳、锰和银等，静置3分钟，用以降温；

（5）在真空炉中加入终脱氧剂，对真空炉中的感应圈送电，功率为30千瓦，保持1.5分钟，在高于熔点150℃的温度下将熔融金属浇注到钢锭模中；

（6）待钢锭凝固后，从锭模中脱出。

上述奥氏体抗菌不锈钢，其制备方法中所用的终脱氧剂为镍镁合金。

本发明提出的奥氏体抗菌不锈钢，其优点是，不仅具有传统奥氏体不锈钢的常规性能，而且杀菌效果理想，可以有效的杀死附着在不锈钢制品上的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。本发明的奥氏体抗菌不锈钢是基于常用的304不锈钢，加入一定量的Ag实现抗菌效果，组成元素较少，成分简单，易于在工业生产中使用。

附图说明

图1为含银奥氏体抗菌不锈钢的SEM金相照片。

图2为含银奥氏体抗菌不锈钢的TEM金相照片，照片中显示的为尺寸为20-50nm的富银颗粒。

具体实施方式

本发明提出的奥氏体抗菌不锈钢，其中各组分的重量百分比为：

碳：0-0.08wt%

锰：0-1wt%

磷：0-0.007wt%

硫：0-0.0028wt%

铬：17wt%～19wt%

镍：8wt%～9wt%

银：0.25wt%～0.3wt%

余量为Fe

上述奥氏体抗菌不锈钢的制备方法包括以下步骤：

（1）将按上述比例称量的金属铁、镍、铬放入真空炉中；

（2）对真空炉抽真空，当真空炉内压强小于10Pa时，对真空炉中的感应圈送电，感应线圈产生电流，加热炉料，送电功率从10千瓦上升至60千瓦，使真空炉中炉料熔化；

（3）使真空炉中的真空度小于或等于1Pa，在高真空下进行精炼，精炼时间为15分钟，以除去炉料中的氧、氮、氢；

（4）在真空炉中加入按上述比例称量的碳、锰和银等，静置3分钟，用以降温；

（5）在真空炉中加入终脱氧剂，对真空炉中的感应圈送电，功率为30千瓦，保持1.5分钟，在高于熔点150℃的温度下将熔融金属浇注到钢锭模中；

（6）待钢锭凝固后，从锭模中脱出。

上述奥氏体抗菌不锈钢，其制备方法中所用的终脱氧剂为镍镁合金。本发明的实施例中，所用的镍镁合金由中国钢研科技集团钢铁研究总院生产，其中含镍80wt.%，含镁20wt.%。

本发明的奥氏体抗菌不锈钢中，含有重量百分比为0.25%-0.3%的Ag，使在成品抗菌不锈钢中弥散分布尺寸为1μm左右以及尺寸为20-50nm两种尺寸的富银颗粒。

在目前已知的可以作为添加合金以提高钢的抗菌性能的金属元素中，银的杀菌性能最高。含银抗菌不锈钢的抗菌性主要是通过钢中的富银颗粒释放银离子，银离子破坏细菌的繁殖来实现的。当抗菌不锈钢中银含量较低的时候，其抗菌效果不理想，随着银含量的增加其抗菌性能逐渐提高。银颗粒的尺寸大小也一定程度上影响其杀菌性能，尺寸越小，比表面积越大，其能释放的银离子浓度越高，杀菌效果越好。研究显示当不锈钢中银的质量百分比在0.25%左右时，其抗菌效果能够达到最大。因此本发明中银的含量范围在0.25%-0.3%。

本发明的奥氏体不锈钢中，各成分的作用如下：

碳：碳是强烈形成、稳定和扩大奥氏体区的元素，碳对室温下形成奥氏体组织起到重要作用。但是碳含量过高会降低不锈钢的塑性，而且会降低耐蚀性，所以最好在0.08%以下。

锰：锰能够起到稳定奥氏体的作用，但是过多的锰会增大金属间化学物形成的倾向，且会降低耐蚀性，所以控制在1%以下。

磷：磷在不锈钢中被视为有害元素，所以应该使其含量越低越好。本发明中磷的含量控制在0.007%以下。

硫：硫与磷一样，也是不锈钢中的有害元素，其含量也应该越低越好。本发明中硫的含量控制在0.002%以下。

铬：铬是改善钢耐蚀性的重要元素，当含量低于17%时，耐蚀性较差，不能达到使用要求。本发明中，铬的含量控制在17%-19%。

镍：镍是一种形成和扩大奥氏体区的元素，但是要根据其他元素的多少以及形成工艺和热处理工艺来适当添加，以达到控制组织的目的。但是由于镍的价格价高，所以本发明中，镍的含量控制位为8%-9%。

银：银在抗菌不锈钢中起杀菌作用。银主要以尺寸为1μm的颗粒弥散分布在不锈钢基体中，研究还发现在TEM下能观察到尺寸为20-50nm左右的细小的纳米富银相。考虑到抗菌不锈钢的杀菌性能以及经济效益，本发明中银的含量控制在0.25%-0.3%。

以下是发明人给出的具体实施案例，需要说明的是，该实施例只是较佳的实验方案，本发明不仅限于这一实施例。实施例中，所用设备为50kg真空感应炉。真空炉参数为：额定容量0.05T，额定功率120千瓦，频率2.5千赫兹，极限真空度6.7×10-3mmHg，约0.893Pa，额定温度1700℃，重量1.5吨，控制电压220V。

实施例的奥氏体不锈钢的化学成分表见表1。

表1 实验用奥氏体不锈钢的化学成分（wt%）

实施例1中的银含量较少，在后续的抗菌性试验中，实施例1的钢没有表现出完美的抗菌效果。实施例1的钢相当于一个对比试验，说明了加银的量的重要性。

表1中的两个实施例钢是在奥氏体钢的基础上，在基材中加入适量的Ag，采用真空感应熔炼，将钢热轧至截面为10mm*150mm的板材，空冷至室温。再将板材进行线切割至10mm*10mm*200mm的细长条，在1150℃进行48h的均匀化处理，淬火处理，得到亚稳态的奥氏体组织。

将样品钢切成10mm*10mm*10mm的方块，进行研磨、抛光、腐蚀，在扫描电镜下，观察到在不锈钢表面，弥散分布着尺寸在1μm左右的银颗粒。如图1所示。

将样品钢研磨成厚度仅为100μm的薄片，通过冲孔、点解双喷等手段制成TEM样品，通过TEM观察，可以看到不锈钢中弥散分布着尺寸为20-50nm的富银颗粒。如图2所示。本实验钢的机械性能测试按照“GB/T 228.1-2010金属材料拉伸试验”的标准来进行，拉伸实验结果如表2所示。从结果可以看出，添加一定量的银之后，对不锈钢的拉伸强度、延伸率和断面收缩率影响不大，同时能够大幅度提高材料的屈服强度，改善了材料的机械加工性能和机械性能。证明本实验钢具有良好的机械性能。

表2  实施例2的钢与对照实验钢的拉伸实验结果

本实施例钢的抗菌性能的评定方法是按照“JIS Z2801-2000抗菌加工制品-抗菌性能试验方法和抗菌效果”的标准进行的，并采用了304不锈钢作为对比试验。通过抗菌性实验结果如表3所示：

表3 实验用不锈钢的杀菌率

通过抗菌实验可以看出，成分相同但是不含银的奥氏体不锈钢不具有杀菌性能；含银奥氏体不锈钢具有优良的杀菌性能，且含银百分比为0.27%的杀菌性能优于含银0.20%的奥氏体不锈钢。证明本发明钢具有优良的杀菌性能。

Claims (2)

1.一种奥氏体抗菌不锈钢，其特征在于：该奥氏体抗菌不锈钢中各组分的重量百分比为：

碳：    0-0.08wt%

锰：    0-1wt%

磷：    0-0.007wt%

硫：    0-0.0028wt%

铬：    17wt%～19wt%

镍：    8wt%～9wt%

银：    0.25wt%～0.3wt%

余量为Fe

上述奥氏体抗菌不锈钢的制备方法包括以下步骤：

（1）将按上述比例称量的金属铁、镍、铬放入真空炉中；

（2）对真空炉抽真空，当真空炉内压强小于10Pa时，对真空炉中的感应圈送电，感应线圈产生电流，加热炉料，送电功率从10千瓦上升至60千瓦，使真空炉中炉料熔化；

（3）使真空炉中的真空度小于或等于1Pa，在高真空下进行精炼，精炼时间为15分钟，以除去炉料中的氧、氮、氢；

（4）在真空炉中加入按上述比例称量的碳、锰和银等，静置3分钟，用以降温；

（5）在真空炉中加入终脱氧剂，对真空炉中的感应圈送电，功率为30千瓦，保持1.5分钟，在高于熔点150℃的温度下将熔融金属浇注到钢锭模中；

（6）待钢锭凝固后，从锭模中脱出。

2.如权利要求1所述的奥氏体抗菌不锈钢，其特征在于制备方法中所用的终脱氧剂为镍镁合金。

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