CN108677109A - 一种抗菌奥氏体不锈钢合金材料及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于不锈钢合金技术领域,具体涉及一种抗菌奥氏体不锈钢合金材料及其制造方法,所述抗菌奥氏体不锈钢合金材料包括以下重量百分比组分:C≤0.05%、S≤0.03%、P≤0.03%、Si≤0.5%、Mn 12‑14%、Cr 18.0‑20.0%、Ni 1.0‑3.0%、Cu 2.0‑3.5%、Ag 0.15‑0.3%、Mo 0.5‑2.0%、Nb 0.01‑0.2%、W 0.01‑0.1%、Ba 0.001‑0.01%、N 0.3‑0.5%、稀土0.001‑0.1%,余量为Fe。该不锈钢合金材料制造成本低、抗菌性能好、力学性能优良。
Description
技术领域
本发明属于不锈钢合金技术领域,具体涉及一种抗菌奥氏体不锈钢合金材料及其制造方法。
背景技术
抗菌不锈钢是在不锈钢基体中添加铜、银和稀土等抗菌合金元素,经时效热处理后在基体上得到弥散分布的抗菌相,从而得到良好的抗菌性能。抗菌不锈钢自20世纪90年代兴起以来,经过多年发展,开发了诸如马氏体型、铁素体型、奥氏体型及双相不锈钢型等多种抗菌不锈钢,其中奥氏体抗菌不锈钢,因其无强磁性,且具有良好的加工性能、耐腐蚀性能以及优良的抗菌性能而受到人们的青睐,这类不锈钢可广泛应用于无磁环境下的医疗器械、厨卫制品和公共设施等抗菌领域。
奥氏体抗菌不锈钢的出现,增加了奥氏体不锈钢的附加功能,进一步拓宽了奥氏体不锈钢的应用领域。然而近年来由于市场上镍价的大幅波动和不断上涨,给高镍含量奥氏体不锈钢的生产带来了巨大风险,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,科研人员开发了节镍或低镍的新型抗菌不锈钢,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,且力学性能和热加工性能等都有所提高。这种新型的抗菌不锈钢以其抗菌性能好、易加工且成本低而受到市场的欢迎。因此,设计节镍型奥氏体抗菌不锈钢具有重要的实际意义。
发明内容
本发明主要提供了一种抗菌奥氏体不锈钢合金材料及其制造方法,该不锈钢合金材料制造成本低、抗菌性能好、力学性能优良。其技术方案如下:
一种抗菌奥氏体不锈钢合金材料,其包括以下重量百分比组分:C≤0.05%、S≤0.03%、P≤0.03%、Si≤0.5%、Mn 12-14%、Cr 18.0-20.0%、Ni 1.0-3.0%、Cu 2.0-3.5%、Ag 0.15-0.3%、Mo 0.5-2.0%、Nb 0.01-0.2%、W 0.01-0.1%、Ba 0.001-0.01%、N0.3-0.5%、稀土0.001-0.1%,余量为Fe。
优选的,所述稀土元素为镧和铈中的一种或两种。
优选的,所述稀土元素为镧和铈中的一种或两种与钇、镨、钕、钷、钐中的一种或几种组合而成。
优选的,镧和铈元素中任意一种元素的质量占稀土元素总量小于等于51%,且镧和铈元素的质量总和占稀土元素总量大于等于99.7%。
上述抗菌奥氏体不锈钢合金材料的制造方法,所述方法包括冶炼、铸锭或铸锭开坯、热轧、轧后热处理步骤。
优选的,所述冶炼具体的为,采用真空感应炉、电炉与炉外精炼、转炉与炉外精炼中的任一种冶炼除稀土元素以外的其他组分,出钢浇铸前加入稀土元素,浇铸温度控制在1500-1650℃。
优选的,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1100-1250℃,开坯始锻温度为1050-1200℃,终锻温度为950-1000℃。
优选的,进行热轧时,坯料加热温度为1100-1250℃,开轧温度为1050-1200℃,终轧温度为950-1050℃。
优选的,轧后热处理包括固溶退火和时效热处理两个过程,固溶退火温度为1000-1100℃,保温0.5-2小时;时效热处理温度为550-700℃,保温2-10小时,使富铜相充分弥散析出,取出后并酸洗。
优选的,所述抗菌为抗葡萄球菌、大肠杆菌、绿脓菌或白念珠菌中的一种或多种。
按照本发明的抗菌奥氏体不锈钢,本发明提供的抗菌奥氏体不锈钢,与现有技术相比,本发明针对现有奥氏体不锈钢在原料成本方面的不足,以Mn和N代替昂贵的部分Ni元素,稳定奥氏体组织,从而节约宝贵的镍资源,降低生产成本。
再有,该奥氏体不锈钢合金中加入了适量的Ag和Cu元素,均匀弥散分布在钢的基体中,起到双重抗菌效果,大幅提高了本发明合金材料的抗菌性能。
另外,在本发明合金中加入La和Ce稀土元素及Ba元素,稀土及钡能起到复合微合金化作用,它们的金属离子具有活性,能抑制细菌活性,很容易进入细菌核心,且与氧和硫的配位能力远远大于钙离子,将会取代细菌中钙的结合位点,在细菌核心中形成更为稳定的配合物,从而使大量的钙离子流失而使细菌的抵抗性和活性降低,引起细菌死亡,从而提高本发明合金的抗菌性能;其次稀土和钡元素还能富集在晶界并净化晶界,提高合金的耐腐蚀性能和力学性能,起到固溶强化作用。
所以,本发明合金中银和铜元素在起到杀菌效果的同时,稀土和钡元素又进一步提高了本合金的抗菌性能。
此外,本发明合金中还加入了适量铌元素,铌能起到细晶强化及固溶强化作用,提高奥氏体不锈钢的强度和改善韧性,提高本合金的综合力学性能。
采用上述方案,本发明具有以下优点:
经测试本发明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99.9%,可广泛用于制药、医疗卫生器械、食品加工业和餐饮用具、冷冻设备、污水处理及净化设备等领域。
具体实施方式
以下实施例中的实验方法如无特殊规定,均为常规方法,所涉及的实验试剂及材料如无特殊规定均为常规生化试剂和材料。
实施例1-14
实施例1-14中抗菌奥氏体不锈钢合金材料的成分见表1所示。不锈钢合金材料的具体加工工艺如下:
(1)冶炼:真空感应炉、电炉与炉外精炼、转炉与炉外精炼中的任一种冶炼除稀土元素以外的其他组分,出钢浇铸前加入稀土元素,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1100-1250℃,开坯始锻温度控制在1050-1200℃,终锻温度控制在950-1000℃;
(3)热轧:坯料加热温度1100-1250℃,开轧温度控制在1050-1200℃,终轧温度控制在950-1050℃;
(4)轧后热处理:包括固溶退火和时效热处理两个过程,固溶退火温度为1000-1100℃,保温0.5-2小时;时效热处理温度为550-700℃,保温2-10小时,使富铜相充分弥散析出,取出后并酸洗。
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轧后热处理的板材上横向取样。
对比例1-3
冶炼了SUS316L、OCr18Ni12Mo2Ti和SUS304奥氏体不锈钢,依次标注为对比例1、2、3。对比试验均在与实施例相同的冶炼、轧制、热处理、抗菌和抗腐蚀试验等条件下进行。对比例1-3成分见表1所示。
表1实施例1-14和对比例1-3合金的化学成分(wt%)
性能测定
分别对实施例1-14所述的不锈钢合金和对比例1-3钢号的抗菌性能、耐腐蚀性能和室温力学性能进行对比试验,具体结果见下表2-5。
用实施例1-14制得的不锈钢合金进行抗菌实验,采用典型的覆膜法并参照日本抗菌试验标准JISZ280进行检测,检测本发明不锈钢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,结果如表2-3所示。
表2实施例1-14所述不锈钢合金和对比例1-3钢号的48h抗菌试验对比
表3实施例1-14所述不锈钢合金和对比例1-3钢号在高温下的抗菌试验对比
表4实施例1-14所述不锈钢合金和对比例1-3钢号在30℃3.5%(wt.%)NaCl溶液中的点蚀数据列表
表5实施例1-14所述不锈钢合金和对比例1-3钢号的室温机械性能
对本领域的技术人员来说,可根据以上描述的技术方案以及构思,做出其它各种相应的改变以及形变,而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种抗菌奥氏体不锈钢合金材料,其包括以下重量百分比组分:C≤0.05%、S≤0.03%、P≤0.03%、Si≤0.5%、Mn 12-14%、Cr 18.0-20.0%、Ni 1.0-3.0%、Cu 2.0-3.5%、Ag 0.15-0.3%、Mo 0.5-2.0%、Nb 0.01-0.2%、W 0.01-0.1%、Ba 0.001-0.01%、N0.3-0.5%、稀土0.001-0.1%,余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的抗菌奥氏体不锈钢合金材料,其特征在于:所述稀土元素为镧和铈中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的抗菌奥氏体不锈钢合金材料,其特征在于:所述稀土元素为镧和铈中的一种或两种与钇、镨、钕、钷、钐中的一种或几种组合而成。
4.根据权利要求3所述的抗菌奥氏体不锈钢合金材料,其特征在于:镧和铈元素中任意一种元素的质量占稀土元素总量小于等于51%,且镧和铈元素的质量总和占稀土元素总量大于等于99.7%。
5.一种权利要求1所述的抗菌奥氏体不锈钢合金材料的制造方法,其特征在于:所述方法包括冶炼、铸锭或铸锭开坯、热轧、轧后热处理步骤。
6.根据权利要求5所述的抗菌奥氏体不锈钢合金材料的制造方法,其特征在于:所述冶炼具体的为,采用真空感应炉、电炉与炉外精炼、转炉与炉外精炼中的任一种冶炼除稀土元素以外的其他组分,出钢浇铸前加入稀土元素,浇铸温度控制在1500-1650℃。
7.根据权利要求5所述的抗菌奥氏体不锈钢合金材料的制造方法,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1100-1250℃,开坯始锻温度为1050-1200℃,终锻温度为950-1000℃。
8.根据权利要求5所述的抗菌奥氏体不锈钢合金材料的制造方法,其特征在于:进行热轧时,坯料加热温度为1100-1250℃,开轧温度为1050-1200℃,终轧温度为950-1050℃。
9.根据权利要求5所述的抗菌奥氏体不锈钢合金材料的制造方法,其特征在于:轧后热处理包括固溶退火和时效热处理两个过程,固溶退火温度为1000-1100℃,保温0.5-2小时;时效热处理温度为550-700℃,保温2-10小时,使富铜相充分弥散析出,取出后并酸洗。
10.根据权利要求5所述的抗菌奥氏体不锈钢合金材料的制造方法,其特征在于:所述抗菌为抗葡萄球菌、大肠杆菌、绿脓菌或白念珠菌中的一种或多种。
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