CN108998744A - 一种高效广谱抗菌不锈钢的制备方法 - Google Patents

一种高效广谱抗菌不锈钢的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高效广谱抗菌不锈钢的制备方法，涉及不锈钢制品技术领域，按照以下步骤进行：步骤1、熔炼；步骤2、精炼；步骤3、铸造；步骤4、锻造；步骤5、退火；步骤6、固溶及时效热处理。本发明的抗菌不锈钢制备成本低廉，具有高效、广谱的抗菌抑菌性能，且械物理性能优良，耐酸盐腐蚀，使用寿命长，应用领域广泛。

Description

一种高效广谱抗菌不锈钢的制备方法
技术领域
本发明涉及不锈钢制品技术领域，具体涉及一种高效广谱抗菌不锈钢的制备方法。
背景技术
随着经济的发展和人们生活水平的提高，人们的卫生健康意识逐渐加强，更加关注生活环境和生活质量。对于直接关系到人类食品卫生安全的餐、厨具有了较为严格的要求，抑菌抗菌制品的市场需求迅速升温，由于不锈钢具有的较好的力学强度、刚性、耐腐蚀性及美观等特点，不锈钢在食品工业、餐饮服务业和家庭生活中得到了广泛的应用，同时具有抗菌杀菌和防霉变功用的不锈钢也必将具有广阔的市场前景。
目前市场上厨具用抗菌不锈钢产品种类繁多，有些重金属含量超标的不锈钢制品会对人体产生副作用，会危害孩子们的健康，影响孩子们的大脑和心脏发育，对人类和生态环境造成威胁；还有就是现有的抗菌不锈钢制品抗菌功能时效短，长时间使用后，抗菌性能降低，抗菌效果难于保持持久性和稳定性。
因此，抗菌不锈钢的应用必将提高食品的卫生品质，降低有害细菌所造成的感染，减少食物中毒事件发生，但现有的抗菌不锈钢制品中多含有Ag元素，制造成本高，如何生产出既能保证餐具用材料优良的抗菌性、耐蚀性、成型性、力学性能和表面质量外，而且成本又低的不锈钢，一直是不锈钢厨具生产企业所关注的热点问题。
公开号为CN107058902A的专利申请，公开了一种抗菌不锈钢，包括如下重量份的原料：铜0.08-0.15％、钴0.02-0.07％、铬5-12％、镍0.8-6％、锌0.5-0.9％、碳0.01-0.02％，余量为铁，其制备方法包括混匀、熔融、连铸、热压、退火、冷却等步骤，该种不锈钢可应用于抗菌不锈钢丝清洁球、抗菌不锈钢餐具等。该种不锈钢抗菌效果良好，但是其耐腐蚀性能较差，应用性受到限制。
公开号为CN102330022A的专利申请，公开了一种新型马氏体抗菌不锈钢及其热处理方法，按重量百分比计，其不锈钢化学成分如下：C：0.16-0.25；Si：0-1.00％；Mn：0-1.00％；P：0-0.035％；S：0-0.030％；Cr：12.0-14.0％；Cu：2.0-4.0％；Mo：0.5-1.0％；余量为Fe。其热处理方法如下：1000-1100℃固溶处理0.5-1h，油冷至室温；在500-800℃保温2-6h，空冷至室温；980-1020℃固溶处理3-10min，油冷至室温；150-250℃保温1-2h，空冷至室温。该种不锈钢具有较好地抗菌性能以及耐蚀性能，但是其力学性能较差，应用性受到限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效广谱抗菌不锈钢的制备方法，该种不锈钢综合性能优良，应用性能好。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种高效广谱抗菌不锈钢的制备方法，按照以下步骤进行：
步骤1：按以下质量百分比配料；C：0.08-0.12％、Sc：0.02-0.04％、Zn：1.24-1.86％、B：0.001-0.005％、Li：0.03-0.05％、Ta：0.15-0.21％、Cr：8.72-10.50％、Sr：0.03-0.05％、Si：0.19-0.23％、Te：0.01-0.03％、Al：3.32-4.20％、余量为Fe；
步骤2：将含有C、B、Cr、Si、Fe成分的配料熔融充分，得熔体Ⅰ；
将含有Zn、Al、Li、Sr、Te成分的配料熔融充分，得熔体Ⅱ；
将含有Sc、Ta成分的配料加入到熔体Ⅰ中加热熔融充分，得熔体Ⅲ；
将熔体Ⅱ加入到熔体Ⅲ中，搅拌混匀得钢水；
步骤3：将钢水再转入LF炉，加入精炼剂，在温度为1620-1640℃条件下精炼100-120min，随后在VD真空脱气炉中真空脱气30-34min；
所述精炼剂为氧化钙、二氧化硅、锌粉、三氧化二铝、硼砂按照质量比为(6-8):(3-5):(1-2):(1-2):(1-2)合并得到的；
步骤4：将精炼后的钢水连铸成钢坯，随后进行锻造；
步骤5：将锻造后不锈钢进行退火处理，退火温度为805-815℃，退火时间为4-4.5h；
步骤6：将不锈钢在温度为980-1020℃条件下固溶处理2.5-3.5h，最后再在温度为380-420℃的时效炉中处理4.5-5.5h。
进一步地，上述精炼剂的加入量为钢水质量的1.60-1.80％。
进一步地，上述锻造的初锻温度为1145-1165℃，终端温度为860-880℃。
进一步地，上述退火处理的升温速率为80-100℃/h。
进一步地，上述抗菌不锈钢含有如下按重量百分比计的成分：
C：0.10％；
Sc：0.03％；
Zn：1.52％；
B：0.003％；
Li：0.04％；
Ta：0.18％；
Cr：9.64％；
Sr：0.04％；
Si：0.21％；
Te：0.02％；
Al：3.85％；
余量为Fe。
进一步地，上述抗菌不锈钢的制备方法按照以下步骤进行：
步骤1：按照所述不锈钢成分的质量百分比配料；
步骤2：将含有C、B、Cr、Si、Fe成分的配料熔融充分，得熔体Ⅰ；
将含有Zn、Al、Li、Sr、Te成分的配料熔融充分，得熔体Ⅱ；
将含有Sc、Ta成分的配料加入到熔体Ⅰ中加热熔融充分，得熔体Ⅲ；
将熔体Ⅱ加入到熔体Ⅲ中，搅拌混匀得钢水；
步骤3：将钢水再转入LF炉，加入相当于钢水质量1.70％的精炼剂精炼110min，随后在VD真空脱气炉中真空脱气32min；
步骤4：将精炼后的钢水连铸成钢坯，随后进行锻造，锻造的初锻温度为1155℃，终端温度为870℃；
步骤5：将锻造后不锈钢进行退火处理，升温速率为90℃/h，退火温度为810℃；
步骤6：将不锈钢先进行固溶处理，之后再在温度为400℃的时效炉中处理5h。
进一步地，上述精炼的温度设定为1630℃。
优选地，上述精炼剂为氧化钙、二氧化硅、锌粉、三氧化二铝、硼砂按照质量比为7:4:1.5:1.5:1.5合并得到的。
进一步地，上述退火处理时间为4.2h。
进一步地，上述固溶处理的温度为1000℃，固溶处理时间为3h。
本发明具有如下的有益效果：本发明通过对抗菌不锈钢元素成分及制备工艺的探索及改进，选用Sc、Zn、B、Li、Ta、Sr、Te等元素成分协同制得的不锈钢制品具有如下的优点特性：
(1)本发明的不锈钢减少了现有技术中价格昂贵Ag、Mo、Ni、Co等元素成分的使用，降低了生产成本；
(2)本发明的不锈钢制品具有高效、广谱的抗菌抑菌性能，对于常见的枯黑菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白念珠菌等有害菌均具有良好抑制作用，该种不锈钢具有从表面至基体持久的抗菌性能；
(3)本发明的不锈钢机械物理性能优良，抗拉强度≥836MPa,屈服强度≥688MPa；冲击韧性≥210J；硬度值≥54HRC；且耐酸盐腐蚀，使用寿命长，应用领域广泛。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
下表1为各实施例中高效广谱抗菌不锈钢元素成分的占比(％)：
表1
实施例1
本实施例涉及一种高效广谱抗菌不锈钢的制备方法，大体按照以下步骤进行：
步骤1：按照上表1中不锈钢成分的质量百分比配料；
步骤2：将含有C、B、Cr、Si、Fe成分的配料熔融充分，得熔体Ⅰ；
将含有Zn、Al、Li、Sr、Te成分的配料熔融充分，得熔体Ⅱ；
将含有Sc、Ta成分的配料加入到熔体Ⅰ中加热熔融充分，得熔体Ⅲ；
将熔体Ⅱ加入到熔体Ⅲ中，搅拌混匀得钢水；
步骤3：将钢水再转入LF炉，加入相当于钢水质量1.60％的精炼剂，在温度为1620℃条件下精炼120min，随后在VD真空脱气炉中真空脱气30min；
上述精炼剂为氧化钙、二氧化硅、锌粉、三氧化二铝、硼砂按照质量比为6:3:1:1:1合并得到的；
步骤4：将精炼后的钢水连铸成钢坯，随后进行锻造，锻造的初锻温度为1145℃，终端温度为860℃；
步骤5：将锻造后不锈钢进行退火处理，升温速率为80℃/h，退火温度为805℃，退火时间为4.5h；
步骤6：将不锈钢在温度为980℃条件下固溶处理3.5h，最后再在温度为380℃的时效炉中处理5.5h。
实施例2
本实施例涉及一种高效广谱抗菌不锈钢的制备方法，大体按照以下步骤进行：
步骤1：按照上表1中不锈钢成分的质量百分比配料；
步骤2：将含有C、B、Cr、Si、Fe成分的配料熔融充分，得熔体Ⅰ；
将含有Zn、Al、Li、Sr、Te成分的配料熔融充分，得熔体Ⅱ；
将含有Sc、Ta成分的配料加入到熔体Ⅰ中加热熔融充分，得熔体Ⅲ；
将熔体Ⅱ加入到熔体Ⅲ中，搅拌混匀得钢水；
步骤3：将钢水再转入LF炉，加入相当于钢水质量1.70％的精炼剂，在温度为1630℃条件下精炼110min，随后在VD真空脱气炉中真空脱气32min；
上述精炼剂为氧化钙、二氧化硅、锌粉、三氧化二铝、硼砂按照质量比为7:4:1.5:1.5:1.5合并得到的；
步骤4：将精炼后的钢水连铸成钢坯，随后进行锻造，锻造的初锻温度为1155℃，终端温度为870℃；
步骤5：将锻造后不锈钢进行退火处理，升温速率为90℃/h，退火温度为810℃，退火时间为4.2h；
步骤6：将不锈钢在温度为1000℃条件下固溶处理3h，最后再在温度为400℃的时效炉中处理5h。
实施例3
本实施例涉及一种高效广谱抗菌不锈钢的制备方法，大体按照以下步骤进行：
步骤1：按照上表1中不锈钢成分的质量百分比配料；
步骤2：将含有C、B、Cr、Si、Fe成分的配料熔融充分，得熔体Ⅰ；
将含有Zn、Al、Li、Sr、Te成分的配料熔融充分，得熔体Ⅱ；
将含有Sc、Ta成分的配料加入到熔体Ⅰ中加热熔融充分，得熔体Ⅲ；
将熔体Ⅱ加入到熔体Ⅲ中，搅拌混匀得钢水；
步骤3：将钢水再转入LF炉，加入相当于钢水质量1.80％的精炼剂，在温度为1640℃条件下精炼100min，随后在VD真空脱气炉中真空脱气34min；
上述精炼剂为氧化钙、二氧化硅、锌粉、三氧化二铝、硼砂按照质量比为8:5:2:2:2合并得到的；
步骤4：将精炼后的钢水连铸成钢坯，随后进行锻造，锻造的初锻温度为1165℃，终端温度为880℃；
步骤5：将锻造后不锈钢进行退火处理，升温速率为100℃/h，退火温度为815℃，退火时间为4h；
步骤6：将不锈钢在温度为1020℃条件下固溶处理2.5h，最后再在温度为420℃的时效炉中处理4.5h。
对比例组
下表2中“-”表示某种成分的减少添加；
表2
成分/百分比％ 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5
碳(C) 0.08 0.10 0.12 0.08 0.10
钪(Sc) - 0.03 0.04 0.02 0.03
锌(Zn) 1.24 1.52 1.86 1.24 1.52
硼(B) 0.001 0.003 0.005 - 0.003
锂(Li) 0.03 0.04 0.05 0.03 0.04
钽(Ta) 0.15 - 0.21 0.15 0.18
铬(Cr) 8.72 9.64 10.50 8.72 9.64
锶(Sr) 0.03 0.04 - 0.03 0.04
硅(Si) 0.19 0.21 0.23 0.19 0.21
碲(Te) 0.01 0.02 0.03 0.01 0.03
铝(Al) 3.32 3.85 4.20 3.32 -
铁(Fe) 余量 余量 余量 余量 余量
对比例6
本对比例涉及一种抗菌不锈钢的制备方法，其相对于实施例3仅存在步骤2的不同；
本对比例步骤2：将所有配料共同熔融充分，得钢水。
对比例7
本对比例涉及一种抗菌不锈钢的制备方法，其相对于实施例3仅存在步骤5的不同；
本对比例步骤5：将锻造后不锈钢进行退火处理，升温速率为120℃/h，退火温度为760℃，退火时间为4h。
对比例8
0Cr18Ni9型不锈钢。
性能检测
一：机械物理性能检测见下表3所示
下表中盐蚀速率的检测是：将不锈钢试件置于质量浓度为4.5％NaCl溶液环境下；
酸蚀速率的检测是：将不锈钢试件置于质量浓度为5％H2S04溶液环境下；
腐蚀速率单位均为mm/年。
表3：
二：表面抗菌性能检测
参照标准：《抗菌加工制品-抗菌性能试验方法和抗菌效果》；
试验菌种：枯黑菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白念珠菌；
大体检测方法如下：
(1)先取不锈钢试件(每组三份)，尺寸在50.0×50.0×2.0mm；
(2)在试件上滴加若干毫升菌液，使菌落数维持在105CFU/ml；
(3)将塑料薄膜覆盖在试件表面，然后放入无菌平皿内，在36±1℃恒温培养箱内培养24小时后，最后对活菌进行计数；
分别对三份样品进行测试，然后再计算平均的抗菌率，抗菌率的计算公式：抗菌率＝[(A-B)/A]×100％，式中A表示24小时后对照样品平均活菌数，B表示24小时后抗菌样品平均活菌数。抗菌性能的检测结果见表4所示。
表4：
由上表3和表4可以得出，本发明的抗菌不锈钢在所含元素成分及制备工艺上是有讲究的，与现有常用的304号不锈钢相比，其在机械物理性能和抗菌性能上均有显著的提升，应用性能更加优良，且生产成本较低，具有广阔的市场前景。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高效广谱抗菌不锈钢的制备方法，其特征在于，按照以下步骤进行：
步骤1：按以下质量百分比配料；C：0.08-0.12％、Sc：0.02-0.04％、Zn：1.24-1.86％、B：0.001-0.005％、Li：0.03-0.05％、Ta：0.15-0.21％、Cr：8.72-10.50％、Sr：0.03-0.05％、Si：0.19-0.23％、Te：0.01-0.03％、Al：3.32-4.20％、余量为Fe；
步骤2：将含有C、B、Cr、Si、Fe成分的配料熔融充分，得熔体Ⅰ；
将含有Zn、Al、Li、Sr、Te成分的配料熔融充分，得熔体Ⅱ；
将含有Sc、Ta成分的配料加入到熔体Ⅰ中加热熔融充分，得熔体Ⅲ；
将熔体Ⅱ加入到熔体Ⅲ中，搅拌混匀得钢水；
步骤3：将钢水再转入LF炉，加入精炼剂，在温度为1620-1640℃条件下精炼100-120min，随后在VD真空脱气炉中真空脱气30-34min；
所述精炼剂为氧化钙、二氧化硅、锌粉、三氧化二铝、硼砂按照质量比为(6-8):(3-5):(1-2):(1-2):(1-2)合并得到的；
步骤4：将精炼后的钢水连铸成钢坯，随后进行锻造；
步骤5：将锻造后不锈钢进行退火处理，退火温度为805-815℃，退火时间为4-4.5h；
步骤6：将不锈钢在温度为980-1020℃条件下固溶处理2.5-3.5h，最后再在温度为380-420℃的时效炉中处理4.5-5.5h。
2.根据权利要求1所述的一种高效广谱抗菌不锈钢的制备方法，其特征在于，所述精炼剂的加入量为钢水质量的1.60-1.80％。
3.根据权利要求2所述的一种高效广谱抗菌不锈钢的制备方法，其特征在于，所述锻造的初锻温度为1145-1165℃，终端温度为860-880℃。
4.根据权利要求3所述的一种高效广谱抗菌不锈钢的制备方法，其特征在于，所述退火处理的升温速率为80-100℃/h。
5.根据权利要求1所述的一种高效广谱抗菌不锈钢的制备方法，其特征在于，所述抗菌不锈钢含有如下按重量百分比计的成分：
C：0.10％；
Sc：0.03％；
Zn：1.52％；
B：0.003％；
Li：0.04％；
Ta：0.18％；
Cr：9.64％；
Sr：0.04％；
Si：0.21％；
Te：0.02％；
Al：3.85％；
余量为Fe。
6.根据权利要求5所述的一种高效广谱抗菌不锈钢的制备方法，其特征在于，按照以下步骤进行：
步骤1：按照所述不锈钢成分的质量百分比配料；
步骤2：将含有C、B、Cr、Si、Fe成分的配料熔融充分，得熔体Ⅰ；
将含有Zn、Al、Li、Sr、Te成分的配料熔融充分，得熔体Ⅱ；
将含有Sc、Ta成分的配料加入到熔体Ⅰ中加热熔融充分，得熔体Ⅲ；
将熔体Ⅱ加入到熔体Ⅲ中，搅拌混匀得钢水；
步骤3：将钢水再转入LF炉，加入相当于钢水质量1.70％的精炼剂精炼110min，随后在VD真空脱气炉中真空脱气32min；
步骤4：将精炼后的钢水连铸成钢坯，随后进行锻造，锻造的初锻温度为1155℃，终端温度为870℃；
步骤5：将锻造后不锈钢进行退火处理，升温速率为90℃/h，退火温度为810℃；
步骤6：将不锈钢先进行固溶处理，之后再在温度为400℃的时效炉中处理5h。
7.根据权利要求6所述的一种高效广谱抗菌不锈钢的制备方法，其特征在于，所述精炼的温度设定为1630℃。
8.根据权利要求7所述的一种高效广谱抗菌不锈钢的制备方法，其特征在于，所述精炼剂为氧化钙、二氧化硅、锌粉、三氧化二铝、硼砂按照质量比为7:4:1.5:1.5:1.5合并得到的。
9.根据权利要求8所述的一种高效广谱抗菌不锈钢的制备方法，其特征在于，所述退火处理时间为4.2h。
10.根据权利要求9所述的一种高效广谱抗菌不锈钢的制备方法，其特征在于，所述固溶处理的温度为1000℃，固溶处理时间为3h。
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