CN107541661A - 一种抗菌铁素体不锈钢合金材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种含铜、银和稀土的抗菌铁素体不锈钢合金材料及制造方法，属于不锈钢合金技术领域。组成及质量百分比为：C≤0.02％，S≤0.02％，P≤0.02％，Si≤0.5％，Mn 0.5～1.0％，Cr 22.0～25.0％，Cu1.0‑3.0％，Ag 0.001‑0.1％，Mo 2.0～3.0％，Nb 0.01～0.3％，N≤0.02％，镧铈混合稀土：0.01～0.1％，Fe余量。采用冶炼、铸造、铸锭或铸坯开坯、热轧、轧后退火并酸洗等工序制造而成。

Description

一种抗菌铁素体不锈钢合金材料及其制备方法

技术领域

本发明属于不锈钢合金材料技术领域，具体涉及一种含铜、银和稀土的抗菌铁素体不锈钢合金材料及制造方法。

背景技术

目前市场上的铬镍型奥氏体抗菌不锈钢因含镍高造成本过高，价格昂贵。近年来，随着镍价的大幅波动和不断上涨，抗菌不锈钢向着低镍、无镍的方向发展，以适应市场的需求。在此基础上，科研人员开发了不含镍的新型抗菌铁素体不锈钢钢种。其设计思路是加入一些铜、银和稀土等元素，提高其抗菌性能并且其耐腐蚀性能和力学性能等都有所改善。这种新型的抗菌不锈钢以其抗菌性能好、耐腐蚀且成本低而越来越受到市场的欢迎。

我国镍资源比较匮乏，因此发展无镍或节镍型的不锈钢种是目前我国不锈钢发展的方向，为节约宝贵的镍资源并降低抗菌不锈钢的生产成本，保证其使用寿命并满足其在抗菌条件下的使用要求。本专利综合考虑了生产成本、抗菌性能和耐腐蚀性能等要求，设计出了一种成本低、抗菌性能好及耐腐蚀性能良好的一种含铜、银和稀土的抗菌铁素体不锈钢合金材料，可广泛应用于制造家庭厨房用品、交通运输、食品工业、医疗器械等领域设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含铜、银和稀土的抗菌铁素体不锈钢合金材料及其制造方法。

本发明所述的抗菌铁素体不锈钢合金材料所含成分的质量百分比为：C≤0.02％，S≤0.02％，P≤0.02％，Si≤0.5％，Mn 0.5～1.0％，Cr 22.0～25.0％，Cu 1.0-3.0％，Ag0.001-0.1％，Mo 2.0～3.0％，Nb 0.01～0.3％，N≤0.02％，混合稀土：0.01～0.1％，Fe余量。

本发明所述的混合稀土为镧铈混合稀土，其中镧占镧铈混合稀土的质量百分比≦41％，铈占镧铈混合稀土的质量百分比≦50％。

所述镧铈混合稀土还含有镨、钕、钷、钐稀土元素的一种或多种，其中所含稀土元素总和占镧铈混合稀土的质量百分比≥99.5％

本发明所述的抗菌铁素体不锈钢合金材料的制备方法，其特征在于所述制备方法包括：冶炼-铸锭或铸锭开坯-热轧-轧后退火并酸洗，本发明所述冶炼工艺优选为真空感应炉、电炉+炉外精炼或转炉+炉外精炼中的任一种工艺，在出钢浇铸前加入混合稀土，浇铸温度控制在1500-1650℃。所述铸锭或铸锭开坯采用锻造开坯或连铸连轧，加热温度为1000-1200℃，开坯始锻温度控制在1000-1200℃，终锻温度控制在800-950℃。所述热轧时坯料加热温度1000-1200℃，开轧温度控制在900-1100℃，终轧温度控制在800-900℃。所述轧后退火并酸洗为钢锻造或热轧后退火，退火温度为800-900℃，保温2-5小时，使富铜相充分析出，取出后酸洗，即得本发明所述的含铜、银和稀土的抗菌铁素体不锈钢合金材料。

本发明所述的抗菌铁素体不锈钢合金材料具有抗大肠杆菌、抗葡萄球菌、抗白念珠菌或抗绿脓菌中的一种或多种的作用。

与现有技术相比，本发明抗菌铁素体不锈钢合金中加入了适量的铜和银合金元素，它们能弥散均匀分布在铁素体基体中，富铜的析出相和少量的银在钢中起到双重抗菌效果，大幅提高了铁素体不锈钢的抗菌性能；再有，本发明在钢中加入适量的钼来提高铁素体不锈钢的耐腐蚀性能；另外，本发明合金中还加入了适量的镧铈混合稀土元素，镧铈混合稀土在钢中能起到微合金化作用，它们固溶在钢中后，能细化铁素体晶粒，提高钢的强度，它们还能富集在晶界处，净化晶界，提高钢的耐蚀性能。其次，固溶在钢中的稀土La离子和Ce离子能很容易地进入细菌核心部位，而且它们与O和S的配位能力远大于Ca离子的，因此将会取代细菌中Ca的结合位点，在细菌核心中形成更为稳定的配合物，使得大量的钙离子流失，致使细菌的抗性降低，抑制细菌活性，引起大量的细菌死亡，从而提高不锈钢的抗菌性能。因此，固溶在钢中La、Ce混合稀土使Cu和Ag在起到杀菌效果的同时又进一步提高了本发明合金的抗菌性能。

经测试本发明不锈钢合金的抗菌性能优良，其大肠杆菌和金黄色葡萄球菌杀菌率达到97.5％以上，且耐腐蚀性能和室温机械性能良好，可用于制造家庭厨房用品、医疗卫生器械、交通运输、净化设备、食品工业等领域设备。

附图说明

图1：为本发明实施例1-7所述的合金在3.5％(wt.％)NaCl溶液中的点蚀电位随稀土含量变化的影响曲线图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步阐述，但这些实施例不对本发明构成任何限制。

实施例1-7耐腐蚀的铁素体不锈钢合金材料的制备：根据本发明所设定的化学成分范围，在真空感应炉中冶炼了7炉钢，其成分见表1。具体制备方法如下：冶炼-铸锭或铸锭开坯-热轧-轧后退火并酸洗，

(1)冶炼选用真空感应炉、电炉+炉外精炼或转炉+炉外精炼中的任一种工艺，在出钢浇铸前加入混合稀土，浇铸温度控制在1500-1650℃。

(2)铸锭或铸锭开坯采用锻造开坯或连铸连轧，加热温度为1000-1200℃，开坯始锻温度控制在1000-1200℃，终锻温度控制在800-950℃。

(3)热轧时坯料加热温度1000-1200℃，开轧温度控制在900-1100℃，终轧温度控制在800-900℃。

(4)轧后退火并酸洗为钢锻造或热轧后退火，退火温度为800-900℃，保温2-5小时，使富铜相充分析出，取出后酸洗。即得本发明所述的含铜、银和稀土的抗菌铁素体不锈钢合金材料。

本发明合金的抗菌性能、耐蚀性能和力学性能试样均直接从热轧退火酸洗后的板材上横向取样。

对比例1-3：为便于对比，还同时冶炼了SUS304、SUS316L和OCr₁₈Ni₁₂Mo₂Ti奥氏体不锈钢，依次标注为对比例1、2、3。对比试验均在相同的冶炼、锻造、热处理、抗菌和抗腐蚀试验等条件下进行。

试验例：

进行实施例1-7所述合金和对比例1-3钢号的化学成分(其中稀土元素用RE表示)、抗菌性能、耐蚀性能和室温力学性能对比试验。

实施例1-7制得的合金在30℃3.5％(wt.％)NaCl溶液中点蚀电位随稀土含量变化的影响曲线。

用实施例1-7制得的合金进行抗菌实验，采用典型的覆膜法并参照日本抗菌试验标准JISZ280进行检测，检测本发明合金材料和对比钢号对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白念珠菌和绿脓菌的抗菌效果。

表1实施例1-7所述合金和对比例1-3钢号的化学成分(wt％)

表2实施例1-7所述合金和对比例1-3钢号的抗菌试验效果对比列表

表3实施例1-7所述合金和对比例1-3钢号在30℃3.5％(wt.％)NaCl溶液中的点蚀试验结果

表4本发明合金和对比钢号的室温机械性能

Claims (10)

1.一种抗菌铁素体不锈钢合金材料，其特征在于，该合金材料所含成分的质量百分比为：C≤0.02％，S≤0.02％，P≤0.02％，Si≤0.5％，Mn 0.5～1.0％，Cr 22.0～25.0％，Cu1.0-3.0％，Ag 0.001-0.1％，Mo 2.0～3.0％，Nb 0.01～0.3％，N≤0.02％，混合稀土：0.01～0.1％，Fe余量。

2.根据权利要求1所述的抗菌铁素体不锈钢合金材料，其特征在于，所述混合稀土为镧铈混合稀土。

3.根据权利要求1所述的抗菌铁素体不锈钢合金材料，其特征在于，所述混合稀土为镧铈混合稀土，其中镧占镧铈混合稀土的质量百分比≦41％，铈占镧铈混合稀土的质量百分比≦50％。

4.根据权利要求3所述的抗菌铁素体不锈钢合金材料，其特征在于，所述镧铈混合稀土还含有镨、钕、钷、钐稀土元素的一种或多种，其中所含稀土元素总和占镧铈混合稀土的质量百分比≥99.5％。

5.根据权利要求1-4任一项所述的抗菌铁素体不锈钢合金材料的制备方法，其特征在于所述制备方法包括：冶炼-铸锭或铸锭开坯-热轧-轧后退火并酸洗。

6.根据权利要求5所述的抗菌铁素体不锈钢合金材料的制备方法，其特征在于所述冶炼选用真空感应炉、电炉+炉外精炼或转炉+炉外精炼中的任一种工艺，在出钢浇铸前加入混合稀土，浇铸温度控制在1500-1650℃。

7.根据权利要求6所述的抗菌铁素体不锈钢合金材料的制备方法，其特征在于所述铸锭或铸锭开坯采用锻造开坯或连铸连轧，加热温度为1000-1200℃，开坯始锻温度控制在1000-1200℃，终锻温度控制在800-950℃。

8.根据权利要求7所述的抗菌铁素体不锈钢合金材料的制备方法，其特征在于所述热轧时坯料加热温度1000-1200℃，开轧温度控制在900-1100℃，终轧温度控制在800-900℃。

9.根据权利要求8所述的抗菌铁素体不锈钢合金材料的制备方法，其特征在于所述轧后退火并酸洗为钢锻造或热轧后退火，退火温度为800-900℃，保温2-5小时，使富铜相充分析出，取出后酸洗。

10.根据权利要求1-4任一项所述的抗菌铁素体不锈钢合金材料，其特征在于所述抗菌为抗大肠杆菌、抗葡萄球菌、抗白念珠菌或抗绿脓菌中的一种或多种。