CN104480407A - 含铜、铈的抗菌不锈钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含铜、铈的抗菌不锈钢及其制备方法，其按重量百分比计的化学成分为 C：≤0.08％，Si：≤1％，Mn：≤2.00％，P：＜0.045％，S：＜0.030％，Cr：17.5～20.0％，Ni：8～11％，Cu：0.5～2.8％， Ce：0.01-0.45％，余量为Fe和不可避免杂质，冶炼后通过感应炉进行熔炼，经1180℃固溶20min与685℃保温1h的时效高温扩散热处理后，析出抗菌相ε-Cu、Ce，赋予不锈钢抗菌性能，该钢种具有不锈钢性能，并具有广谱抗菌性，同时改善不锈钢的抗腐蚀性、耐磨性、强度、韧性、抗氧化性等综合性能，生产工艺简单，在工业中有较大利用价值，适合工业生产。

Description

含铜、铈的抗菌不锈钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种不锈钢及其制备方法，特别是涉及一种抗菌不锈钢及其制备方法，应用于不锈钢生产制造技术领域。

背景技术

随着经济的发展，人们的消费水平、生活质量在不断地提高，人们对公共卫生与个人安全观念也随之发生深刻的变化。抗菌材料的需求与要求也越来越高，抗菌不锈钢的出现迎合了人们对抗菌材料的新要求。

抗菌不锈钢的制备有很多方法，例如加银铜的奥氏体、铁素体、马氏体抗菌不锈钢，但由于银的低收得率导致高成本、热处理工艺复杂、抗菌表面易钝化等因素严重阻碍了其在生产生活中的应用推广。申请号为CN201110278071.4，一种奥氏体复合抗菌不锈钢及制造方法,通过在不锈钢中加入铜、银、钼、稀土等元素赋予其抗菌性能；CN201210431771.7，一种通过加银赋予其抗菌性能的奥氏体抗菌不锈钢及其制备方法；CN201210044360.2，一种通过加银赋予其抗菌性能奥氏体抗菌不锈钢及其制备方法；CN201010153421.X，一种通过在普通节镍奥氏体不锈钢中加入Ag-Cu二元合金从而得到抗菌性能的不锈钢及其制备方法；CN200710038732.X，一种在不锈钢中国同时加入铜、银和微量元素硼获得抗菌性能的奥氏体不锈钢及其制备方法；CN200710036696.3，一种通过在抗菌不锈钢原料中添加 Ag- Cu合金获得抗菌性能的奥氏体不锈钢及其制备方法；CN201210431771.7，一种在常用的304不锈钢,加入一定量的Ag,实现抗菌效果的奥氏体抗菌不锈钢及其制备方法；CN200510111742.2，一种通过在普通 300系奥氏体不锈钢中加入Cu-Ag-Zn三元中间合金获得抗菌性能的奥氏体抗菌不锈钢及其制造方法。上述不锈钢通过加入银元素实现抗菌抑菌的作用，成本高，不利于产业化。

再如申请号为CN02144683.0，一种奥氏体抗菌不锈钢,其特征在于加入铜锌赋予其抗菌性能；CN200710199269.7，通过添加Cu、RE、Mg、Ti获得抗菌性能的奥氏体不锈钢及其制备方法；CN200710162051.4，通过加铜获得抗菌性能的奥氏体抗菌不锈钢及其制备方法。CN201210479673.0，通过加铜获得抗菌性能的奥氏体抗菌不锈钢及其制备方法，通过抗菌的铜合金相实现抗菌材料功能，但抗菌效果还有待进一步提高，同时还需要提高不锈钢的综合性能，才能很好地满足现实需求。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种含铜、铈的抗菌不锈钢及其制备方法，通过加入Cu和Ce，采用固溶强化和弥散强化工艺，制备具有抗菌相ε-Cu和Ce元素的奥氏体不锈钢，实现不锈钢的广谱抗菌性能，同时改善不锈钢的抗腐蚀性、耐磨性、强度、韧性、抗氧化性等综合物理化学性能，生产工艺简单，在工业中有较大利用价值，适合工业生产。

为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：

一种含铜、铈的抗菌不锈钢，使抗菌相ε-Cu和Ce固溶弥散分布于奥氏体基体材料中，按重量百分比计，该不锈钢的化学成分为C:≤0.08％、Si：≤1％、Mn：≤2.00％、P：＜0.045％、S：＜0.030％、Cr：17.5～20.0％、Ni：8～11％、Cu：0.5～2.8％,Ce：0.01-0.45％，余量为Fe和不可避免杂质。

一种本发明含铜、铈的抗菌不锈钢的制备方法，包括如下步骤：

a.熔炼制备不锈钢初坯：首先将按照配方称重后的合金元素原料充分搅拌混合，进行熔炼，再水冷至室温，制备不锈钢初坯，合金元素原料按下述重量百分比配方：C：≤0.08％、Si：≤1％、Mn：≤2.00％、P：＜0.045％、S：＜0.030％、Cr：17.5～20.0％、Ni：8～11％、Cu：0.5～2.8％,Ce：0.01-0.45％，余量为Fe和不可避免杂质；

b.不锈钢坯固溶强化：冶炼制备不锈钢初坯后，通过在1180℃下固溶处理使Cu、Ce以过饱和固溶态溶入不锈钢坯的基体材料中，然后油冷至室温；不锈钢初坯的固溶处理时间优选为20min；

c. 不锈钢坯弥散强化：再加热至685℃保温1 h，水冷到室温使抗菌相ε-Cu、Ce固溶弥散分布于不锈钢坯的奥氏体基体材料中，从而得到具有抗菌性能的不锈钢材料。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1. 本发明制备含铜、铈元素的抗菌不锈钢，使抗菌相ε-Cu、Ce均匀固溶并弥散分布于奥氏体基体中，从而使该材料具有抗菌性能；

2. 本发明制备的含铜、铈元素的抗菌不锈钢，Cu是奥氏体抗菌不锈钢中的抗菌相ε-Cu的主要成分，改善了抗菌不锈钢的抗腐蚀性与耐磨性，提高钢的强度和屈服比，在本发明中由于铜含量较低且由于固溶作用使大部分铜固溶于奥氏体内不会出现对热变形加工的不利影响，不会在加工变形时导致铜脆现象；

3. 本发明制备的含铜、铈元素的抗菌不锈钢，Ce的加入可以提高抗菌不锈钢的抗氧化性和抗腐蚀性，抗氧化性的效果超过硅、铝、钛等元素，它能改善钢的流动性，减少非金属夹杂，使钢组织致密、纯净，铈的加入提高了抗菌不锈钢的冲击韧性，特别是低温冲击韧性、改善各相异性，并能在高温下保持抗菌不锈钢的细晶粒，提高高温强度；

4. 本发明制备的含铜、铈元素的抗菌不锈钢在实现广谱抗菌性能的同时，还改善不锈钢的抗腐蚀性、耐磨性、强度、韧性、抗氧化性等综合物理化学性能，生产工艺简单，在工业中有较大利用价值，适合工业生产。

附图说明

图1是本发明实施例一不锈钢熔炼及热处理工艺路线示意图。

具体实施方式

本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

在本实施例中，参见图1，一种含铜、铈的抗菌不锈钢的制备方法，包括如下步骤：

a.熔炼制备不锈钢初坯：首先将按照配方称重后的合金元素原料放入感应炉内的坩埚中，充分搅拌混合，在感应炉中把合金元素原料加热至1500℃后保持恒温，直到样品在坩埚内完全熔化，进行熔炼，再水冷至室温，制备不锈钢初坯，合金元素原料按下述重量百分比配方：C：0.08％、Si：1％、Mn：2.00％、P：0.045％、S：0.030％、Cr：17.5％、Ni：11％、Cu：0.5％,Ce：0.01％，余量为Fe和不可避免杂质；

b.不锈钢坯固溶强化：冶炼制备不锈钢初坯后，将不锈钢初坯用感应炉加热到1180℃进行固溶处理，固溶处理时间定为20min，通过固溶处理使Cu、Ce以过饱和固溶态溶入不锈钢坯的基体材料中，然后油冷至室温；不锈钢初坯的固溶处理时间优选为20min；

c. 不锈钢坯弥散强化：再加热至685℃保温1 h，水冷到室温，使抗菌相ε-Cu、Ce固溶弥散分布于不锈钢坯的奥氏体基体材料中，从而得到具有抗菌性能的不锈钢材料。

在本实施例中，参见图1，本发明按配方制备了一种广谱抗菌性的新型含铜、铈抗菌不锈钢。冶炼后通过在1180℃下固溶处理20min使Cu、Ce以过饱和固溶态溶入基体中；油冷至室温，然后在685℃下保温时效1 h,水冷到室温的热处理工艺使抗菌相ε-Cu、Ce均匀固溶并弥散分布于奥氏体基体中，从而使该材料具有抗菌性能。按上述配方称重后的合金元素在感应炉进行熔炼，加热至1500℃后保持恒温，直到样品在坩埚内完全熔化，水冷至室温。再将样品用感应炉加热到1180℃进行固溶处理，固溶处理时间定为20min，使Cu、Ce过饱和固溶态溶入基体中，油冷至室温最后将试样用感应炉加热到685℃进行1h保温处理，水冷至室温的工艺，使该不锈钢能均匀析出ε-Cu、Ce。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

在本实施例中， 一种含铜、铈的抗菌不锈钢的制备方法，包括如下步骤：

a.熔炼制备不锈钢初坯：称量304型奥氏体不锈钢，根据其重量百分比计的化学成分，添加入铜、铈元素，并使Cu：0.5％,Ce：0.01％的加入量，将按照配方称重后的304型奥氏体不锈钢、铜、铈元素材料放入感应炉内的坩埚中，充分搅拌混合，在感应炉中把合金元素原料加热至1500℃后保持恒温，直到样品在坩埚内完全熔化，进行熔炼，再水冷至室温，制备不锈钢初坯；

b. 不锈钢坯固溶强化：本步骤与实施例一相同；

c. 不锈钢坯弥散强化：本步骤与实施例一相同。

在本实施例中，通过重新冶炼304型奥氏体不锈钢，添加入铜、铈元素，重新冶炼304型奥氏体不锈钢后通过感应炉进行熔炼，经1180℃固溶20min与685℃保温1h的时效高温扩散热处理后，析出抗菌相ε-Cu、Ce，赋予不锈钢抗菌性能，该钢种具有不锈钢性能，并具有广谱抗菌性。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明含铜、铈的抗菌不锈钢及其制备方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种含铜、铈的抗菌不锈钢，其特征在于，抗菌相ε-Cu和Ce固溶弥散分布于奥氏体基体材料中，按重量百分比计，该不锈钢的化学成分为C:≤0.08％、Si：≤1％、Mn：≤2.00％、P：＜0.045％、S：＜0.030％、Cr：17.5～20.0％、Ni：8～11％、Cu：0.5～2.8％,Ce：0.01-0.45％，余量为Fe和不可避免杂质。

2.一种权利要求1所述含铜、铈的抗菌不锈钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.熔炼制备不锈钢初坯：首先将按照配方称重后的合金元素原料充分搅拌混合，进行熔炼，再水冷至室温，制备不锈钢初坯，合金元素原料按下述重量百分比配方：C：≤0.08％、Si：≤1％、Mn：≤2.00％、P：＜0.045％、S：＜0.030％、Cr：17.5～20.0％、Ni：8～11％、Cu：0.5～2.8％,Ce：0.01-0.45％，余量为Fe和不可避免杂质；

b.不锈钢坯固溶强化：冶炼制备不锈钢初坯后，通过在1180℃下固溶处理使Cu、Ce以过饱和固溶态溶入不锈钢坯的基体材料中，然后油冷至室温；

c. 不锈钢坯弥散强化：再加热至685℃保温1 h，水冷到室温使抗菌相ε-Cu、Ce固溶弥散分布于不锈钢坯的奥氏体基体材料中，从而得到具有抗菌性能的不锈钢材料。

3.根据权利要求2所述含铜、铈的抗菌不锈钢的制备方法，其特征在于：在所述步骤b中，不锈钢初坯的固溶处理时间为20min。