CN109457185A - 一种热轧430铁素体抗菌不锈钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种热轧430铁素体抗菌不锈钢及其制备方法，属于金属材料领域。其成分为：C≤0.01％；Si≤0.75％；Mn≤1.0％；P≤0.04％；S≤0.03％；Cr 16～18％；Ni≤0.6％；Cu 1.8～2.5％；其余为Fe和杂质。制备工艺如下：冶炼→连铸→热轧→抗菌退火。本发明通过在热轧430铁素体不锈钢中添加一定含量的铜，再通过抗菌退火热处理，得到足够多和足够大的铜析出，保证使用过程中能够释放一定量的铜离子，从而赋予热轧板抗菌性能，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的灭杀率高达99％；由于铜析出在热轧板中是均匀分布的，所以抗菌性能不会随着材料的磨损而消失；通过控制碳含量来避免长时间抗菌退火对不锈钢耐蚀性能造成的恶化。本发明钢种具有持久抗菌性能、抗菌范围广并具有良好的机械性能和抗腐蚀性能。

Description

一种热轧430铁素体抗菌不锈钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种热轧430铁素体抗菌不锈钢及其制备方法，属于金属材料领域。

背景技术

随着社会的进步和人们生活水平的提高，人们越来越重视生活质量和生活环境。但微生物时时刻刻侵扰着人们，有害细菌的传播与蔓延更是严重威胁着人们的健康。尤其是与我们息息相关的食物与饮用水领域，细菌更是无孔不入。近几年来，全球范围内发生多起恶性食物中毒、细菌感染事件，即使是目前，全球性大肠杆菌、禽流感等爆发事件仍时有发生。防菌、抗菌的卫生管理已成为当今社会的极大关注问题。抗菌产品也越来越受到人们的重视。因此，近年来抗菌功能也成为传统企业向高科技产品转型、提升产品附加值的一个追求目标。在这种驱动力的作用下，抗菌产业得到了蓬勃发展，研究各种新型抗菌材料势在必行。

抗菌不锈钢兼具结构材料和抗菌功能材料的双重特点，既可作为结构材料和装饰美化材料使用，同时也具有抑菌灭菌的自清洁功能，极大地拓宽了抗菌材料的应用领域。现在应用最广泛的是在不锈钢中添加Cu元素。Cu的抗菌作用已在医疗等领域得到使用和检验。加Cu抗菌不锈钢是指冶炼时添加较多Cu元素，并在后期进行抗菌热处理获得一定抗菌相而达到抗菌性能的一类不锈钢，其对黄色葡萄球菌、大肠杆菌和绿膜菌的灭菌率高达99％～100％，如表1所示。

表1含铜抗菌不锈钢对几种微生物抗菌试验结果

经国家药品和生物制品检验所检测后表明，抗菌不锈钢完全符合国家对医药材料的毒性与人体安全性标准，部分检验结果列于表2中。抗菌不锈钢的抗菌性和安全性已经得到了确认。

表2抗菌不锈钢材料的安全性检验

以前大家都集中开发冷轧薄板430铁素体抗菌不锈钢，工艺流程长，生产成本高，而且产品大部分都是用于冲压成型件。目前针对日常生活用品中的勺子，叉子，以及医疗行业中的镊子用的热轧430铁素体抗菌不锈钢鲜有报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型热轧430铁素体抗菌不锈钢及其制备方法。通过添加一定含量的铜元素，再配合适当的退火处理，得到足够尺寸，足够数量的铜析出，使材料具有抗菌功能，降低C含量来改善长时间高温保温对耐蚀性能的恶化。

本发明的技术方案如下：

该钢的化学成分及重量百分比为：C≤0.01％；Si≤0.75％；Mn≤1.0％；P≤0.04％；S≤0.03％；Cr 16～18％；Ni≤0.6％；Cu 1.8～2.5％；其余为Fe和杂质。

上述改进热轧430铁素体抗菌不锈钢，其特征在于以下工艺过程和步骤：

(1)冶炼：将铁水、废钢等原料加入真空感应炉或电弧炉内熔炼。

(2)连铸：将炼好的钢水通过连铸浇成板坯。因为铜元素具有向钢材表面扩散的特性，所以冷却速度要求尽量快，避免铜元素向板坯表面偏聚。

(3)热轧：将厚板在1250℃保温一定时间之后热轧，开轧温度为1100℃，终轧温度为900℃。因为在保温过程中铜元素会向板坯表面偏聚，而且保温温度高于铜元素的熔点，因此偏聚在一起的铜呈液态，如果此时进行热加工会使液态铜沿板坯晶界向内渗透，产生热加工裂纹，即为“热脆”，因此需要将开轧温度定为1100℃，既能在一定程度上避免“热脆”，又能使板坯具有较小的热加工变形抗力。

(4)抗菌退火：将热轧板在800℃保温0.5以上后空冷，可得到足够大和足够多的铜析出，保证铜析出的尺寸可以突破不锈钢表层的钝化膜，释放出足够的铜离子，杀死表面的细菌。

本发明热轧430铁素体抗菌不锈钢，其组织均匀分布大量的杆状富铜相，长达300～1000nm，直径50～100nm，保证富铜相可以突破不锈钢的表层的钝化膜，释放出足够的铜离子杀菌。对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的灭杀率高达99％。其耐腐蚀特征在于控制碳含量，降低抗菌退火过程中长时间高温保温过程中耐蚀性能恶化程度。

本发明工艺特征在于热轧后直接进行抗菌退火，缩短工艺流程，降低成本。

本发明涉及的这类钢主要是在国标430铁素体不锈钢的基础上添加1.8～2.5％的铜，降低碳含量，再做适当的抗菌退火处理，即可得到对黄色葡萄球菌和大肠杆菌的灭菌率高达99％的抗菌材料。

本发明的有益效果

本发明是一种含铜低碳热轧430铁素体抗菌不锈钢。虽然沉淀硬化不锈钢中也含有3％～5％的铜，但是在沉淀硬化过程中生成的铜析出尺寸很小，不能起到杀菌作用，这是因为抗菌退火的温度较低，尽管铜析出的形核驱动力很大，有足够的形核数量，但是由于铜的扩散能力受到限制，铜析出不能充分长大，不能释放足够的铜离子杀菌。通过高温长时间的抗菌退火处理，在热轧板内部得到均匀的，足够大的铜析出，使其足够突出不锈钢表面的钝化膜，可以和外界环境接触，在湿润环境下，可以杀死99％的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌；因为铜析出在材料内部均匀存在，所以即使使用过程中表面发生磨损，也可以保证优良的抗菌性能；控制碳含量可以避免长时间抗菌退火对耐蚀性能造成的恶化；缩短工艺流程，简化热处理过程，制备出适用于叉子、勺子和镊子等具有抗菌功能的材料。

具体实施方式

实例1：

表3实施例1含铜抗菌不锈钢的成分：

热轧工艺：

加热至1250℃保温2h，开轧温度1100℃，热轧至4mm，900℃终轧。

抗菌退火工艺：

800℃×0.5h

经过中国科学院理化技术研究所抗菌材料检测中心检测，根据本发明制造出的热轧430铁素体抗菌不锈钢对大肠杆菌的抗菌率达到99.9％，对金黄色葡萄球菌抗菌率达到99.9％。

表4为含铜量不同，抗菌退火时间不同的实施例列表

序号	Cu元素含量/％	抗菌退火时间/h	抗菌率/％
				实施例1	2.07	0.5	99.9
实施例2	2.07	1	99.9
				实施例3	2.2	0.5	99.9

其中实施例2、3抗菌不锈钢的其他成分及热轧工艺与实施例1相同，只是含铜量和抗菌退火时间不同

对比例：

表5为含铜量不同、抗菌退火时间不同的抗菌率对比

序号	Cu元素含量/％	抗菌退火时间/h	抗菌率/％
				对比例1	1.5	6	94
对比例2	2.07	0.25	70

从以上例子可以看出，抗菌不锈钢的抗菌率与抗菌不锈钢中含铜量和退火时间密切相关。

Claims (3)

1.一种热轧430铁素体抗菌不锈钢，其特征在于该钢的化学成分及重量百分比为：C≤0.01％；Si≤0.75％；Mn≤1.0％；P≤0.04％；S≤0.03％；Cr 16～18％；Ni≤0.6％；Cu1.8～2.5％；其余为Fe和杂质。

2.一种如权利要求1成分制备的新型热轧430铁素体抗菌不锈钢，其组织特征在于均匀分布大量的杆状富铜相，长达300～1000nm，直径50～100nm，保证富铜相可以突破不锈钢的表层的钝化膜，释放出足够的铜离子杀菌。

3.一种如权利要求1所述热轧430铁素体抗菌不锈钢的制备方法，其特征在于具体步骤如下：

(1)冶炼：将铁水、废钢等原料加入真空感应炉或电弧炉内熔炼；

(2)连铸：将炼好的钢水通过连铸浇成板坯；

(3)热轧：将板坯在1250℃保温，保温时间根据板坯厚度按照每25mm保温一个小时确定，保温后热轧，开轧温度为1100℃，终轧温度为900℃。

(4)抗菌退火：将热轧板在800℃保温0.5以上后空冷。