CN106498285B - 一种无需时效处理的奥氏体抗菌不锈钢 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种无需时效处理的奥氏体抗菌不锈钢，其化学成分质量百分数为：C：≤0.03；Si：0.3‑0.5；Mn：0.3‑1.0；S：≤0.01；P：≤0.01；Cr：15‑18；Ni：6.0‑7.5；Cu：3.0‑5.0；余量为Fe。所述材料通过调控材料中铜和镍元素的含量及Cu/Ni比的大小，在不大幅度降低耐蚀性能的前提下，无需时效热处理就能够使材料具有优异的抗菌性能。
Description
技术领域
本发明涉及不锈钢领域，尤其涉及一种具有抗菌功能的奥氏体不锈钢，通过精确调控钢中的Cu/Ni比值使材料在固溶处理状态下就具备优良的抗菌性能。
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，对材料的功能性要求也越来越多，抗菌不锈钢正是在这种大背景下被研发出来。抗菌不锈钢是指自身具有抗菌功能的不锈钢新材料，它主要是通过在现有不锈钢基体中加入适量的抗菌金属元素，如铜等，经过特殊的热处理操作，使得不锈钢中析出纳米富铜相，在使用过程中释放出一定的铜离子，使其产生强烈和广谱的抗菌功能。它能够像普通不锈钢一样作为耐腐蚀的结构材料使用，具有装饰和美化功能，在保证具有一定力学性能的前提下，同时对常见的细菌具有广谱杀菌特性。
目前针对奥氏体抗菌不锈钢，有多种不同的设计思路。
如申请号为02148742.1的专利中，在304不锈钢中加入一定量的铜元素使其具有抗菌功能，但其Ni元素加入较多，因此材料成本较高；申请号为200510013238.9，200710038732和200510111742.2的专利中，添加了一定量的具有抗菌作用的Ag和Cu元素，贵金属Ag的添加相应地增加了材料的成本；申请号为200410047238.6的专利中虽然考虑了节镍不锈钢的设计，但其大幅度的降低了Cr含量，进而影响其腐蚀性能。并且该专利还要求材料在一定温度区间内进行时效处理，进而促使富铜相的析出，这大大提高了其成本，且在实际工业化生产中难以实现。
总结来说，目前对于奥氏体不锈钢的抗菌设计主要涉及两个方面，一是高铜含量的添加以及时效热处理，通过富铜相的析出来达到抗菌的目的；二是多重抗菌元素的添加，主要添加一定量的银，铜和锌元素，通过抗菌离子的协同作用实现杀菌。以上两方面或多或少都具有一些负面作用，影响着抗菌不锈钢的应用前景。
因此，本发明研究开发了一种简单易实现的奥氏体抗菌不锈钢，并且首次创新性的提出了Cu/Ni比的概念，在不损失基础力学性能的前提下，无需时效热处理就能使材料具有抗菌性能，使其具有了广阔的应用前景和实用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无需时效处理的奥氏体抗菌不锈钢，通过精确调控钢中Cu与Ni元素的含量，使材料在满足力学性能及耐蚀性能的基本要求基础上，无需时效热处理就能够使材料具有优异的抗菌性能。
本发明的技术方案是：
一种无需时效处理的奥氏体抗菌不锈钢，该材料的化学成分如下(重量％)，C：≤0.03；Si：0.3-0.5；Mn：0.3-1.0；S：≤0.01；P：≤0.01；Cr：15-18；Ni：6.0-7.5；Cu：3.0-5.0；余量为Fe。
作为优选的技术方案：C：＜0.03；Si：0.3-0.5；Mn：0.3-0.8；S：≤0.01；P：≤0.01；Cr：15.5-18；Ni：6.0-7.0；Cu：3.0-5.0；余量为Fe。
在本发明的具有抗菌功能的奥氏体不锈钢的成分设计中，Cu和Ni元素的含量需严格控制，当Ni含量小于等于7.5wt％，且Cu/Ni质量比大于0.42时，材料在1000-1040℃固溶保温20-40分钟就可赋予材料优异的抗菌性能，这也是本发明的主要创新点。
本发明的有益效果是：
1、本发明首次创新性地提出了Cu/Ni比的概念，通过调控钢中Cu与Ni元素的含量，设计出了一种具有优良抗菌及腐蚀性能，且易于工业化大规模生产的奥氏体抗菌不锈钢。
2、本发明提出的奥氏体抗菌不锈钢，无需时效处理就赋予材料优良的抗菌性能，简化了实际工业化生产，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
以下用实施例对本发明作更一步的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。
实施例：
实施例1-8为具有抗菌性能的奥氏体不锈钢，其化学成分见表1。根据本发明的化学成分范围进行控制冶炼，模铸成锭，经过热锻，热轧制成6mm厚板材。再进行固溶处理，固溶温度为1030℃，固溶时间为30分钟。
对比例：
对比例1-7为普通奥氏体不锈钢，其化学成分见表1，具体处理工艺与实施例相同。
表1实施例和对比例材料化学成分(wt.％)
| 材料 | C | Si | Mn | Cr | Cu | Ni | Cu/Ni |
| 实施例1 | 0.025 | 0.34 | 0.6 | 15.5 | 4.6 | 7.5 | 0.613 |
| 实施例2 | 0.022 | 0.45 | 0.7 | 16.5 | 4.1 | 6.2 | 0.661 |
| 实施例3 | 0.027 | 0.37 | 0.7 | 17.6 | 3.3 | 7.0 | 0.471 |
| 实施例4 | 0.018 | 0.5 | 0.3 | 17.8 | 3.5 | 6.5 | 0.538 |
| 实施例5 | 0.020 | 0.31 | 0.5 | 17.3 | 3.2 | 7.5 | 0.426 |
| 实施例6 | 0.019 | 0.38 | 0.4 | 17.2 | 3.0 | 6.1 | 0.492 |
| 实施例7 | 0.021 | 0.42 | 0.7 | 16.2 | 5.0 | 7.5 | 0.667 |
| 实施例8 | 0.024 | 0.47 | 0.6 | 15.9 | 4.9 | 6.1 | 0.803 |
| 对比例1 | 0.019 | 0.41 | 0.5 | 17.1 | 3.0 | 7.4 | 0.405 |
| 对比例2 | 0.021 | 0.48 | 0.6 | 16.1 | 3.2 | 8.1 | 0.395 |
| 对比例3 | 0.020 | 0.5 | 0.7 | 16.4 | 4.2 | 8.2 | 0.512 |
| 对比例4 | 0.021 | 0.42 | 0.8 | 15.5 | 2.8 | 7.2 | 0.389 |
| 对比例5 | 0.023 | 0.35 | 0.5 | 16.5 | 2.3 | 6.9 | 0.333 |
| 对比例6 | 0.022 | 0.41 | 0.6 | 17.2 | 2.7 | 5.5 | 0.491 |
| 对比例7 | 0.018 | 0.43 | 0.7 | 16.3 | 4.2 | 5.1 | 0.824 |
(1)抗菌性能检测
根据“JIS Z 2801-2000《抗菌加工制品－抗菌性试验方法和抗菌效果》、GB/T2591-2003《抗菌塑料抗菌性能实验方法和抗菌效果》”等相关标准规定，定量测试了表1所示成分金属对常见感染菌(如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌)作用后的杀菌率。对大肠杆菌抗菌性能检测结果见表2。
(2)耐腐蚀性能
根据不锈钢点蚀电位测量方法(国家标准：GB/T 17899-1999)对本发明实施例及对比例金属进行阳极极化曲线测试，测试结果见表2。
表2实施例和对比例金属的性能测试结果
从表2试验结果可见，本发明实施例1-8(特别是实施例2、4和8)的奥氏体抗菌不锈钢表现出优异的抗菌性能，其耐点蚀性能相对于对比例1-5略有降低。
不同铜和镍元素的添加及Cu/Ni比的大小是本发明保持各项优异性能的关键所在，当Ni％≤7.5，Cu/Ni>0.42时(如实施例1-8)，材料具有优异的抗菌性能；当Cu/Ni<0.42时(如对比例1，2，4和5)，材料不具备强烈的抗菌性能；而当Ni％>8.0时，即使Cu/Ni>0.42(如对比例3)，材料依然不具备优异的抗菌性能；当Ni％<6.0时(如对比例6和7)，在加入大量的铜元素后，此时材料虽具有优良的抗菌性能，但其耐蚀性能却大幅下降，这主要是大幅度减少Ni元素的添加，大大地降低了材料的奥氏体稳定性，进而影响其耐蚀性能。
以上分析可知，通过调控材料中铜和镍元素的含量以及Cu/Ni质量比的大小，在不大幅度损失材料的耐蚀性能前提下，能够赋予材料优异的抗菌性能。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种奥氏体抗菌不锈钢，其特征在于，其化学成分及质量百分数为：C：≤0.03；Si：0.3-0.5；Mn：0.3-1.0；S：≤0.01；P：≤0.01；Cr：15-18；Ni：6.0-7.5；Cu：3.0-5.0；余量为Fe，其中Cu与Ni的质量比满足Cu/Ni>0.42；所述奥氏体抗菌不锈钢仅进行固溶处理，无需进行时效热处理。
2.按照权利要求1所述的奥氏体抗菌不锈钢，其特征在于：其化学成分及质量百分数为：C：＜0.03；Si：0.3-0.5；Mn：0.3-0.8；S：≤0.01；P：≤0.01；Cr：15.5-18；Ni：6.0-7.0；Cu：3.0-5.0；余量为Fe。
3.一种权利要求1或2所述奥氏体抗菌不锈钢的热处理方法，其特征在于：固溶处理工艺为1000-1040℃保温20-40分钟，无需进行时效热处理。
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