CN1226440C - 改进抗菌性能的奥氏体不锈钢及其制法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种由含铜不锈钢改进的抗菌不锈钢材料及其制品，除杂质外该部件由如下成份组成：按重量百分比计，0.01-0.08的碳、≤1.00的硅、≤2.00的锰、8.00-11.00的镍，7.00-22.00的铬、1.50-2.90的铜、＜0.80的钛及平衡量的铁，其铜经固溶和时效两段抗菌工艺处理后以ε-Cu相均匀地弥散在基体材料中。该不锈钢具有优异的抗菌性能，可广泛的应用于厨房设备，医疗器械，公共汽车，楼房等公共场所使用的把手，护栏等，还可用于结构件中来防止细菌对金属的腐蚀。

Description

改进抗菌性能的奥氏体不锈钢及其制法

技术领域：本发明涉及改进抗菌性能的奥氏体不锈钢及其制备方法。

背景技术：已知如银或者铜等金属显示出有效的抗菌作用。然而银昂贵，而且不适合在腐蚀的环境下使用之。另外，铜的价格低廉，而且能作为有效的抗菌剂。因此有人向不锈钢中加入铜，使用这种抗菌作用的材料。

由SUS304表示的不锈钢已被广泛地用于厨房设备或者医院使用的器械，建筑物的内部设施，再如公共汽车，电车等公共交通工具中使用的把手，门把。可是，由于医院内金黄色葡萄球菌的感染带来了严重问题的今天，人们一直渴望采用一种具有抗菌性能，而不必要定期进行消毒的材料。

日本特许公开8-53738和8-225895披露用一种有机薄膜或者抗菌涂膜来获得抗菌性能。

然而，这种抗菌膜的缺点是，由于该膜或者涂层的消耗其抗菌作用即消失。反之，这种消失了抗菌作用的薄膜，相反而会起到营养源的作用，促使细菌的繁殖。

具有抗菌性组分的复合平面层对底物的粘着性差，从而涂覆的底物工作性能不佳。由于该平面层溶解，刮伤以及使得其外观和抗菌性变得越来越差。

第96114349.5和00128266.2号中国专利和中国专利申请分别披露了具有抗菌性能的铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢，但是从附图所示的不锈钢试块的透射电子显微镜图可以看出富-铜相的分布并不均匀，因此其抗菌性能显然有待进一步提高，本发明提出的技术方案正是针对上述缺陷而提出的一种铜在其基体中的分散性能有所改进的、抗菌性能大有提高的奥氏体不锈钢。

发明内容：第00128266.2号中国专利申请披露了具有下述组成的奥氏体不锈钢，除了无法估计的杂质外，他由如下组份构成：少于0.1重量％的C，少于2重量％的Si，少于5重量％的Mn，10-30重量％的Cr，5-15重量％的Ni，1.0-5.0重量％的Cu，至少一种或多种0.02-1重量％的Nb和/或Ti，最高达3重量％的Mo，最高达1重量％的Al，最高达1重量％的Zr，最高达1重量％的V，最高达0.05重量％的B以及最高达0.05重量％的稀土金属，以及平衡量基本为铁，并具有主要由以基质内大于0.2容积％的比例析出的Cu组成的二级相的结构。

该中国专利申请所提供的奥氏体不锈钢抗菌部件的制备方法是“热轧所述的奥氏体不锈钢板，并500-900摄氏度至少一次热处理该钢板，以析出具有主要有以基质内大于0.2容积％的比例的Cu组成的二级相。”

本发明人经刻苦钻研，评价铜在改进抗菌性能方面的效果，本发明采用了两段热处理法改善了ε---Cu在不锈钢中分布状态，来加大抗菌作用。

本发明提供的新型抗菌不锈钢的主要成分与304钢相近，另有说明除外，本发明中的量均是以重量百分比计算的。Ni是获得奥氏体组织的关键元素，本发明将Ni控制在8.00---11.00的范围内，Ni与Cr都能提高金属的耐腐蚀性，并使金属具有单一的均匀的奥氏体组织，因此铬的加入量也较大，控制在7.00---22.00的范围内，Si能提高对浓硫酸的耐腐蚀性，在高温时可形成SiO₂薄膜，提高抗氧化性，但过量会恶化热加工性，因此将其控制在≤1.00的范围以下；Mn可生成MnS而起除S作用，提高材料质量，但过量会降低耐腐蚀性，因此将其控制在≤2.00的范围内；C是强度的保证，并能促使富铜相均匀分布，但含量增加时会使铬碳化，使Cr含量相对降低影响耐腐蚀性，它的含量控制在0.01-0.08的范围；Cu是抗菌的关键元素，适量的Cu经相应的热处理，能使Cu均匀地弥散在基体中，但过多的Cu会使钢材的机械性能降低，它的含量控制在1.5-2.9的范围内。Ti能与C生成碳化物，可提高耐蚀性，但过量会降低机械加工性，他的含量＜0.8。

抗菌不锈钢的抗菌作用是通过铜离子渗入细菌内部，破坏了细菌细胞的正常组成和繁衍的平衡，达到抑制细菌生长、杀死细菌的目的。

要使抗菌反应正常进行，首先要使钢中Cu元素转变为ε---Cu相(富铜相)，由分散状态变成弥散分布的颗粒质点。在ε---Cu相的地方不形成氧化铬的钝化膜，铜离子容易向水中析出达到抑制细菌生长、杀死细菌。

本发明在我们已经多年批量生产的不锈钢中选择含铜量合适的炉号除增加抗菌处理工艺外，其他生产过程照常。由本发明的材料：Q/TBS-001表示的奥氏体抗菌不锈钢，不仅具有普通不锈钢的常规性能，而且可有效地杀死与之接触的细菌如大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。

本发明提供的抗菌奥氏体不锈钢经温度在920---1150℃的固溶处理，使所有碳化物全部溶于奥氏体，水淬快冷，不让奥氏体在冷却过程中有析出或发生相变，这样处理后，在室温状态可获得单相奥氏体组织。固溶处理的优选温度范围为1000-1100℃；最优选温度范围为1020-1050℃。为使热处理后的残余奥氏体量及残余应力降至最低，避免在长期使用中由于受力和温度波动可能促使残余奥氏体向马氏体转变或应力松弛，本发明提供的奥氏体不锈钢在490-900℃范围内进行时效处理。时效处理的优选温度范围为550-800℃，最优选温度范围为650-750℃。

大量研究证明了含铜量合适的不锈钢作抗菌处理后所得的ε---Cu相，此相在钢中均匀弥散分布，保证有效的与细菌接触，保持持久的抗菌力。

附图说明：

经抗菌处理后的试块上Cu颗粒分布

CUKα  3000×

具体实施方案：将抗菌不锈钢经过研磨抛光制成金相试样。用电子探针显微分析仪观察铜元素分布。

本发明参照“中国药典”、日本“JIS2081-2000抗菌加工制品——抗菌试验方法，抗菌效果”以及“消毒规范”卫生监法[1999]第448号进行。

试验菌株为标准国家菌株，大肠杆菌为CMCC(B)44102，金黄色葡萄球菌为CMCC(B)26003。

试验方法：将培养好试验菌株斜面用无菌生理食盐水制成菌悬液，使每毫升菌悬液中含菌量为(1～5)×10⁵个/ml，在无菌的烧杯中加入金相样品，并加入菌悬液数毫升，使液面高于金相试样。在35±1℃的条件下放置24小时。然后将此菌悬液适当稀释，取稀释液1ml加入平皿中，加入营养琼脂12-15ml培养24-48小时，温度为35±1℃，计算平板菌落数。

奥氏体不锈钢成分和其抗菌性能见下表

	C	Si	Mn	Ni	Cr	Cn	Ti	抗菌率
									1	0.05	0.80	1.50	9.11	10.23	1.62	0.54	99.95
2	0.09	1.00	1.99	10.90	21.00	2.80	0.80	99.95
									3	0.02	0.76	1.32	8.21	7.99	1.47	0.51	99.95
4	0.01	0.87	1.20	10.20	8.55	1.53	0.48	99.92
									5	0.07	0.59	1.40	8.95	18.07	2.50	0.78	99.91

Claims (1)

1.一种由奥氏体不锈钢制成的抗菌部件，除允许含量的杂质外，由如下元素构成：按重量百分比计，0.01——0.08的碳、≤1.00的硅、≤2.00的锰、8.00——11.00的镍、7.00——22.00的铬、1.50——2.90的铜、＜0.80的钛及平衡量的铁，其奥氏体不锈钢经920——1150℃固溶和490——900℃时效两段抗菌工艺处理后以ε——Cu相均匀地弥散在基体材料中。