CN103911541A

CN103911541A - 一种含铜合金型抗菌不锈钢的铸造成型法

Info

Publication number: CN103911541A
Application number: CN201410125340.7A
Authority: CN
Inventors: 苏广才; 宁广承; 汤宏群; 梁兆年; 张修海; 杜华就; 冼满峰
Original assignee: NANNING MOLI SPECIAL ALLOY CASTING FACTORY; Guangxi University
Current assignee: NANNING MOLI SPECIAL ALLOY CASTING FACTORY; Guangxi University
Priority date: 2014-03-29
Filing date: 2014-03-29
Publication date: 2014-07-09

Abstract

一种含铜合金型抗菌不锈钢的铸造成型法，生产工艺是使用酸性炉衬的中频感应电炉熔炼金属，先加入低碳钢，熔化后加入钛铁、镍片、铬铁、硅铁、锰铁，最后加覆盖剂，升温至1650℃±5℃，炉料全部熔化后，降温至1550-1600℃，加入电解铜，脱氧除渣，出钢水时在浇包中再次脱氧、扒渣后，将钢水浇入覆膜砂铸型中得到零件毛坯；零件毛坯再经热处理得产品。使用本发明的方法，可以在大气环境下采用一次整体成形的方法制备结构复杂的各种含铜合金型抗菌不锈钢机械零部件，极大地拓宽了抗菌不锈钢的应用领域。

Description

一种含铜合金型抗菌不锈钢的铸造成型法

技术领域

本发明属一种含铜合金型抗菌不锈钢的铸造成型法领域。

背景技术

随着经济的发展和人民生活水平的提高，人们对周围的环境和自身的健康越来越重视，因此对食品加工、食糖生产、药品生产、餐具炊具、卫浴设备、医疗器械以及公共场所设施的材料提出了更高的要求，绿色加工、绿色生产的呼声日趋强烈。抗菌不锈钢正是在这样一种形势下应运而生的新型材料。抗菌不锈钢是材料科学与环境科学交叉而发展出的一种新型材料，其特点在于材料自身具有抗菌、灭菌性能，可应用于食品加工、食糖生产、药品生产、餐具炊具、卫浴设备、医疗器械以及易交叉感染的地方和公共场所的各种设施。因此，开发和应用抗菌不锈钢既可带来巨大的经济效益，又可产生广泛的社会效益。

抗菌不锈钢是指自身具有抗菌功能的不锈钢新材料，它能够像普通不锈钢一样作为耐腐蚀的结构材料使用，同时对常见的细菌具有广谱杀菌特性，如对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念球菌等常见细菌的杀灭率都在99％以上，而且对人体无害，因而是一种结构/功能一体化的新材料。抗菌不锈钢主要有三种类型：第一种是在材料表面涂上一层具有抗菌作用的化学涂层，但化学涂层在杀菌的同时，也成为健康的潜在威胁。第二种是在表面镀上带有抗菌功能的金属材料，但该材料不适用于高腐蚀、高磨损的产品，一旦表层被腐蚀或者脱落，便会丧失抗菌功能。第三种是合金型抗菌不锈钢，这是一种自带抗菌功能的抗菌不锈钢，主要通过在冶金过程中添加抗菌元素并用特殊工艺加以处理，材料的抗菌性能由此达到了永恒，即使表面被磨损掉，材料内部同样具有抗菌效力。

资料表明，在钢铁材料中，不锈钢具有长寿、免维修及最低的寿命周期成本的特性。不锈钢材质的机械零部件可比普通碳素钢或铸铁的机械零部件使用寿命提高2.5-4.5倍。因此，抗菌不锈钢是一种理想的食品加工、食糖生产、药品生产机械材料。因为抗菌不锈钢与同类不锈钢相比，耐蚀性能有增无减，物理性能基本相当，力学性能也基本相同。所以，抗菌不锈钢既能够像普通不锈钢一样作为耐腐蚀的结构材料使用，同时又具有抗菌、灭菌的功能，因而是一种新型节能环保、绿色生产的食品加工、食糖生产、药品生产机械材料。但是目前出现的抗菌不锈钢成品大多为棒材、管材、板材，需二次加工（焊接、冲压等）才能形成最终产品。这对于结构复杂的食品加工机械、食糖生产机械及药品生产机械是极不适应的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种一次整体成形、可工业化批量生产、有极大拓宽应用领域的一种含铜合金型抗菌不锈钢的铸造成型法。

本发明以如下技术方案解决上述技术问题：

含铜合金型抗菌不锈钢的铸造成型方法是：

1.含铜合金型抗菌不锈钢的熔炼和铸造：

使用酸性炉衬的中频感应电炉熔炼金属，冷炉起炉，先加入低碳钢，待钢水熔化至75-85%时，先加入配方量的钛铁，再加入配方量的镍片、铬铁、硅铁、锰铁，最后加入由稻草灰与干木炭组成的覆盖剂覆盖，升温至1650℃±5℃，待炉料全部熔化后，降温至1550-1600℃，加入电解铜，脱氧除渣，出钢水时在浇包中再次脱氧，脱氧完毕后扒渣干净，将钢水浇入覆膜砂铸型中，即可得到含铜合金型抗菌不锈钢的零件毛坯。

2.零件毛坯的热处理：

在1140-1160℃下固溶处理1.5小时，水冷至室温；然后850℃回火处理6.5小时，空冷至室温。

覆盖剂中稻草灰与干木炭的质量比为70%︰30%。

电解铜的加入量为熔炼金属总质量的1.5%。

使用本发明的方法，可以在大气环境下采用一次整体成形的铸造方法制备结构复杂的各种含铜合金型抗菌不锈钢机械零部件，极大地拓宽了抗菌不锈钢的应用领域。

附图说明

图1是用本发明的铸造成型法制备的含铜合金型抗菌不锈钢的金相组织图。图中呈白色者为铁素体，黑色者为析出的ε-Cu相；水溶液腐蚀剂为FeＣl₃—HCl；300×。

图2是实施例1用本发明的方法制备的含铜合金型抗菌不锈钢搅拌叶片附铸试样的金相组织图。

图3是实施例2用本发明的方法制备的含铜合金型抗菌不锈钢梳板附铸试样的金相组织图。

图4是实施例3用本发明的方法制备的含铜合金型抗菌不锈钢吸滤机摩擦板附铸试样的金相组织图。

图5是实施例4用本发明的方法制备的含铜合金型抗菌不锈钢吸滤机分配板附铸试样的金相组织图。

具体实施方式

含铜合金型抗菌不锈钢化学成分见表1；试验原材料的化学成分见表2；当试验合金总质量为5Kg时含铜合金型抗菌不锈钢生产配料单见表3；覆盖剂的组成：70%稻草灰+30%干木炭；造型用砂：覆膜砂。

表1含铜合金型抗菌不锈钢化学成分wt%

C

Si

Mn

P

S

Cr

Ni

Ti

Cu

0.12-0.25

0.6-1.0

0.5-1.0

≤0.03

17.0-19.0

8.0-10.0

4.0-6.0

1.2-1.8

表2原材料的化学成分（单位：wt%）

原材料	Si	Mn	P	S	C	Cr	Ti	Cu	Ni	Al
											低碳钢	0.19	0.41	0.017	0.014	0.20-0.3
生铁	1.27	0.17	0.098	≤0.05	4.13
											75硅铁	75.5	0.5	≤0.04	≤0.02
65锰铁	3.65	65.5	≤0.4	0.03	6.6
											铬铁	≤1.5		≤0.04	≤0.03	≤0.06	≥63-75
钛铁	3.51		0.03	0.021	0.072		27.23			6.21
											电解镍	≤0.001	≤0.001	≤0.001	≤0.001	≤0.005		99.90
电解铜		0.003	0.001	0.005				99.99

注：生铁和75硅铁均在熔炼合金成分需要微调时使用。

表3当试验合金总量为5Kg时的熔炼合金的配料单（Wt%）

低碳钢	铬铁	钛铁	镍	锰铁	电解铜
						1882.8g	1373g	1147.6g	450g	71.6g	75g

使用上海实验电炉厂产12㎏中频感应电炉（酸性炉衬）熔炼金属，冷炉起炉，加入低碳钢，待钢水熔化75-85%时，先加入钛铁，后加入电解镍片、铬铁、硅铁、锰铁（电解镍片、铬铁、硅铁、锰铁压在钛铁之上），最后加入覆盖剂覆盖（覆盖剂为70%稻草灰+30%干木炭），升温至1650℃，待炉料全部熔化后，降温至1550-1600℃，加入占熔炼金属总质量1.5%的电解铜，2-3分钟后用占熔炼金属总质量0.5%的电解铝片脱氧，除渣干净，出钢水时在浇包中再次用占熔炼金属总质量0.3%的电解铝片脱氧，脱氧完毕后扒渣干净，将钢水浇入覆膜砂铸型中，待铸件冷却至500℃以下时取出铸件毛坯。铸件毛坯清理干净后在1140-1160℃高温下固溶处理1.5小时，水冷至室温；然后850℃回火处理6.5小时，空冷至室温即可得到合金型抗菌不锈钢材质的机械零件。

用本发明的方法制备的含铜合金型抗菌不锈钢的抗菌性能，经广东省微生物分析检测中心的分析检验，测试结果为表4：

表4含铜合金型抗菌不锈钢的抗菌性能

图1是用本发明的铸造成型法制备的含铜合金型抗菌不锈钢的金相组织图，由图1可以看到，组织中析出的ε-Cu相数量多、分布均匀；从分析测试结果可以看到，本铸造成型法制备的含铜合金型抗菌不锈钢的抗菌性能相当优良，其大肠杆菌抗菌率达到99.99%,金黄色葡萄球菌抗菌率大于99.95%。表5是用本发明的铸造成型法制备的含铜合金型抗菌不锈钢力学性能检测结果，检测结果表明，本铸造成型法制备的含铜合金型抗菌不锈钢力学性能与普通304系列不锈钢相当，且具有抗菌、灭菌的功能，因而其应用前景广阔。

表5铸造成型法制备的含铜合金型抗菌不锈钢力学性能检测结果

实施例1制备制糖机械零件搅拌叶片

1、试验材料

（1）含铜合金型抗菌不锈钢搅拌叶片的化学成分如表6所示：

表6含铜合金型抗菌不锈钢搅拌叶片化学成分（Wt%）

C

Si

Mn

P

S

Cr

Ni

Ti

Cu

0.12-0.25

0.6-1.0

0.5-1.0

≤0.03

17.0-19.0

8.0-10.0

4.0-6.0

1.2-1.8

（2）搅拌叶片试验原材料化学成分如表7所示。

表7搅拌叶片试验原材料的化学成分（单位：wt%）

（3）合金总量20kg，配料单如表8所示。

表8搅拌叶片试验配料单（Wt%）

低碳钢	铬铁	钛铁	镍	锰铁	电解铜
						7531.2g	5492g	4590.4g	1800g	286.4g	300g

2、试验仪器设备

QTC-5000炉前铁水碳硅锰磷分析仪，日立S-3400N扫描电镜，PV8200能谱仪，Instron8801材料试验机，WDW3100微机控制万能电子试验机，MCT－110精密数字测温仪、上海实验电炉厂产50㎏中频感应电炉。

3、制备工艺：

用50㎏中频感应电炉（酸性炉衬）熔炼金属，冷炉起炉，先加入低碳钢，待钢水熔化80%左右时，加入钛铁，再加入电解镍片、铬铁、硅铁、锰铁（电解镍片、铬铁、硅铁、锰铁压在钛铁之上），加入覆盖剂覆盖（覆盖剂为70%稻草灰+30%干木炭），升温至1650℃，待炉料全部熔化后，降温至1550-1600℃，加入占熔炼金属总质量1.5%的电解铜，2-3分钟后用占熔炼金属总质量0.5%的电解铝片脱氧，除渣干净，出钢水时在浇包中再次用占熔炼金属总质量0.3%的电解铝片脱氧，脱氧完毕后扒渣干净，将钢水浇入覆膜砂铸型中，待铸件冷却至500℃以下时取出铸件毛坯。铸件毛坯清理干净后在1140-1160℃高温下固溶处理1.5小时，水冷至室温；然后850℃回火处理6.5小时，空冷至室温即可得到含铜合金型抗菌不锈钢搅拌叶片。

4、试验结果

图2是本发明的方法制备的含铜合金型抗菌不锈钢搅拌叶片附铸试样的金相组织，由图可以看到，组织中析出的ε-Cu相数量相当多，且分布均匀，抗菌性能相当优良。表9是本发明方法制备的搅拌叶片附铸试样的抗菌率，表10是力学性能检测结果。试验结果表明，制备的含铜合金型抗菌不锈钢搅拌叶片的抗菌性能优良，力学性能略优于普通304不锈钢。

表9铸造成型法制备的含铜合金型抗菌不锈钢搅拌叶片附铸试样的抗菌率检测结果

表10铸造成型法制备的含铜合金型抗菌不锈钢搅拌叶片附铸试样的力学性能检测结果

实施例2制备制糖机械零件梳板

产品和原材料的化学成分、试验仪器设备、制备工艺均与实施例1相同。

合金总量30kg，配料单如表11所示。

表11梳板试验配料单（Wt%）

低碳钢	铬铁	钛铁	镍	锰铁	电解铜
						11296.8g	8238g	6885.6g	2700g	429.6g	450g

试验结果：

图3、表12、表13均表示了制备的含铜合金型抗菌不锈钢梳板抗菌性能优良，力学性能略优于普通304不锈钢。

表12铸造成型法制备的含铜合金型抗菌不锈钢梳板附铸试样的抗菌率检测结果

表13铸造成型法制备的含铜合金型抗菌不锈钢梳板附铸试样的力学性能检测结果

实施例3制备制糖机械零件吸滤机摩擦板

合金总量30kg,配料单如表14所示。

表14吸滤机摩擦板试验配料单（Wt%）

图4是吸滤机摩擦板附铸试样的金相组织图，表15和表16分别是吸滤机摩擦板的抗菌率和力学性能检测结果，均表明其抗菌性能优良，力学性能略优于普通304不锈钢。

表15铸造成型法制备的含铜合金型抗菌不锈钢吸滤机摩擦板附铸试样的抗菌率检测结果

表16铸造成型法制备的含铜合金型抗菌不锈钢吸滤机摩擦板附铸试样的力学性能检测结果

实施例4制备制糖机械零件吸滤机分配板

合金总量20kg,配料单如表17所示。

表17吸滤机分配板试验配料单（Wt%）

图5为吸滤机分配板附铸试样的金相组织图，表18、表19分别为其抗菌率、力学性能检测结果，表明产品的抗菌性能优良，力学性能略优于普通304不锈钢。

表18铸造成型法制备的含铜合金型抗菌不锈钢吸滤机分配板附铸试样的抗菌率检测结果

表19铸造成型法制备的含铜合金型抗菌不锈钢吸滤机分配板附铸试样的力学性能检测结果

Claims

1.一种含铜合金型抗菌不锈钢的铸造成型法，其特征是：

生产工艺流程是：

⑴含铜合金型抗菌不锈钢的熔炼：

使用酸性炉衬的中频感应电炉熔炼金属，冷炉起炉，加入低碳钢，待钢水熔化至75-85%时，先加入配方量的钛铁，再加入配方量的镍片、铬铁、硅铁、锰铁，最后加入由稻草灰与干木炭组成的覆盖剂覆盖，升温至1650±5℃，待炉料全部熔化后，降温至1550-1600℃，加入电解铜，脱氧除渣，出钢水时在浇包中再次脱氧，脱氧完毕后扒渣干净，将钢水浇入覆膜砂铸型中，即可得到合金型抗菌不锈钢的零件毛坯；

⑵零件毛坯的热处理：

2.如权利要求1所述的含铜合金型抗菌不锈钢的铸造成型法，其特征是覆盖剂中稻草灰与干木炭的质量比为70%︰30%。

3.如权利要求1所述的含铜合金型抗菌不锈钢的铸造成型法，其特征是电解铜的加入量为熔炼金属总质量的1.5%。