CN1789471A

CN1789471A - 一种奥氏体抗菌不锈钢及其制造方法

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Publication number: CN1789471A
Application number: CN 200510111742
Authority: CN
Inventors: 徐增华; 沈忠良; 王东辉
Original assignee: Shanghai Institute of Materials
Current assignee: Shanghai Institute of Materials
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2006-06-21
Anticipated expiration: 2025-12-21
Also published as: CN100516273C

Abstract

本发明涉及一种奥氏体抗菌不锈钢及其制造方法，该抗菌不锈钢是在普通300系奥氏体不锈钢中加入Cu－Ag－Zn三元中间合金，其优选成分(重量％)为：C≤0.08，Cr：17.00～20.00，Ni：7.00～12.00，Si≤i.00，Mn≤2.00，S≤0.03，P≤0.035，Cu－Ag－Zn三元中间合金：0.10～10.0，其余为Fe。该钢种可加工成各种铸锻件，如棒材、板材、管材和丝材等，适于制造餐具、家电、生活用品、医疗器械等各种抗菌产品。

Description

一种奥氏体抗菌不锈钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及金属功能材料，具体地说，涉及一种具有抗菌性能的奥氏体不锈钢及其制造方法。

背景技术

所谓抗菌，含义很广，包括灭菌、杀菌、消毒、抑菌、防霉、防腐等。具有这种功能的材料，就叫抗菌材料。早在公元前1000年，人们就意识到某些金属具有抗菌作用，如王宫、贵族用金、银做餐具，一方面显示富有，一方面金银器餐具有抗菌功能，保持食品时间较长而不腐烂。可惜金银太贵，不能普及。上世纪九十年代，日本暴发了MRSA(对青霉素有抗药性的黄色葡萄球菌)引起的感染以及病原性大肠杆菌O-157引起的集体感染，2003年在我国暴发了非典感染以及近几年来世界各地频发禽流感，更加强了人们的防菌意识，对抗菌用品的需求也愈显迫切。抗菌用品范围很广，如厨房用品、餐具、家电、医疗器械和公共设施等，凡是众人经常接触的部件，都需要抗菌部件。而这些部件大部分是用不锈钢制造的，因此研究抗菌不锈钢是必然的发展趋势。所谓抗菌不锈钢，一方面要保持该钢种原有的力学、耐蚀及加工等性能，同时还要具有抗菌性能。医学研究表明：金、银、铜、锌、钛等金属都具有很强的抗菌性能，只要把这些抗菌元素加入到普通不锈钢中，即可形成抗菌不锈钢。但是这些抗菌元素在不锈钢中溶解度很小，加入钢中就形成偏析。结果加入量少了，达不到抗菌效果；加入量多了，破坏不锈钢原有的力学、耐蚀和加工等性能，同时成本也增加。因此研究如何加入适量的抗菌元素并使其在钢中均匀分布是研究抗菌不锈钢的关键技术。采用不同的抗菌元素和不同的制造工艺，就形成不同的专利钢种。

在ZL专利号998009434.2中，公开了具有抗菌性能的不锈钢及其制造方法。该不锈钢中含有：10％(重量)以上的铬，0.001～0.30％(重量)的银，或者还含有0.001～1.0％(重量)的钒。另外，在不锈钢中分散有0.0005％(重量)以上的氧化银，该氧化银的含量为银含量的1.1倍以下。为了将氧化银均匀分散于不锈钢中，当进行熔融钢的连铸时，连铸速率为0.8-1.6米/分钟。这个专利的关键技术是控制连铸速率，使钢液中生成的氧化银均匀地分布于钢中，达到提高抗菌率的目的。这要求一定的设备和熟练的操作技术。

在公开号CN1158363A中发表了具有改进抗菌性能的不锈钢及其制法。该方法是在普通不锈钢中加入0.4～5.0％(重量)的铜，经过500～900℃老化或退火等热处理，使得不仅在钢表面而且在钢内部都沉淀出以0.2％(体积)的富铜相并均匀地分散在基体内。依靠这些富铜相来提高抗菌性能。由于抗菌性来自材料本身，所以不锈钢可以长期保持抗菌性。这个专利的关键技术是抗菌热处理工艺。这个热处理工艺要控制适当。

上述专利均是采用一种金属元素作为主要抗菌元素，并存在着或设备要求高或操作工艺复杂的不足之处。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺点，而提供一种多种抗菌元素联合作用，并且工艺简单的奥氏体抗菌不锈钢及其制造方法。该钢种具有优异的抗菌性能并还保持不锈钢原有的力学、腐蚀和加工等性能，便于加工成板材、管材、丝材和棒材等，可广泛用于制造厨房用品、餐具、家电及各种共公设施。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种奥氏体抗菌不锈钢，其特征在于，该抗菌不锈钢是在普通300系奥氏体不锈钢的基础上加入Cu-Ag-Zn中间合金制成的。

所述的抗菌不锈钢化学成分(重量％)为：C≤0.08，Cr：17.00～20.00，Ni：7.00～12.00，Mn≤2.00，Si≤1.00，S≤0.03，P≤0.035，Cu-Ag-Zn中间合金：0.1～10.00，其余为Fe。

所述的Cu-Ag-Zn中间合金含有(重量％)：Ag：1.00～30.00，Zn：1.00～20.00，其余为Cu。

所述的抗菌不锈钢具有以下力学性能：σ_b≥540MPa，σ_s≥200MPa，ψ≥40％，δ≥55％，α_k≥200J。

一种奥氏体抗菌不锈钢的制造方法，该方法包括采用制造普通奥氏体不锈钢的方法来制造，可在非真空或真空感应炉中进行熔炼，经过铸造或锻造、热处理后可加工成型，并可进行冷轧、冷拉、酸洗、抛光的加工工艺；其特征在于，该方法还包括以下工艺：先把Cu-Ag-Zn三种元素按一定比例经过熔炼制成中间合金，把这中间合金当作一种炉料，在炼钢出钢之前放入钢水中。由于这中间合金在钢中有较大的溶解度，借助中频感应炉的电磁搅拌作用，使抗菌元素在钢中均匀分布，奥氏体不锈钢就具有了持久的抗菌作用，同时钢的力学、腐蚀、加工等性能也未发生变化，且其熔炼工艺简便。

所述的热处理工艺如下：将经过铸造或锻造的不锈钢加热至1050℃～1130℃，经保温后，水冷或空冷至室温。

本发明的成分设计中采用了Cu-Ag-Zn三元合金作为中间合金，这是保证抗菌性能的必要条件，也是本发明的创新点。这中间合金的成分(重量％)为：Ag：1.0～30.0，Zn：1.0～20.0，其余为Cu。银是一个永久性的杀菌剂。实验证明：银离子浓度为：1×10^-6，10分钟内可将水中99.9％的大肠杆菌杀灭，而且可以保持水在90天内不繁殖任何新的细菌。根据合金相图，在α-Fe中Ag的溶解度为0.0002％。银是以离子状态抗菌的，存是铁中的银只有表面一小部分变成离子起到抗菌作用；显然依靠上述在钢中溶解的银是不能起到抗菌作用，必须提高银的溶解度，并且使其在钢中均匀分布，才能达到抗菌的目的。铜、锌也是很强的抗菌剂，铜的抗菌作用仅次于银，若三者联合作用，抗菌作用会更强。为此本发明经过反复研究，试制成功一种中间合金，它是以银、铜、锌按一定比例熔炼而成的，再把这中间合金当成炼钢原材料加入钢中。从所测得的力学性能和腐蚀性能看，都保持了该钢原有性能；再从所测得的抗菌性能看，该钢种具有优异的抗菌性能，说明本发明是成功的。

本发明钢的耐腐蚀性能是按国标GB/T101125-1997盐雾试验方法进行测定的：试样在5％NaCl、温度35±2℃、PH6.5～7.2条件下，进行48小时连续喷雾试验。试验结果表明：试样表面无变化，无锈点。

本发明钢的抗菌性能的评定方法是按JIS Z2801-2000《抗菌加工制品——抗菌性能试验方法和抗菌效果》的标准进行的，并采用304不锈钢作对比试验。主要试验程序如下：

1.发明钢和对比钢制成50×50×4mm的试块，洗净、脱脂；

2.将培养菌溶于1/500NB接种液中，稀释到细菌数为(2.5～10)×10⁵个/ml。1/500NB接种液通常是用无菌的纯净水稀释500倍的营养肉汤(NB)制成的。该营养肉汤(NB)是由3.0克牛肉膏、10.0克蛋白胨、5.0克氯化钠加入到1000ml纯净水制成的，其PH值为7.0±0.2；

3.将准备好的试片(每种三片)，分别放于灭菌的平皿中，用移液管准确取0.4毫升试验菌液滴在平皿中的每一个试验片上，用薄膜覆盖；

4.将装有试验菌液接种的试验片平皿放在温度为(35±1)℃，相对湿度不低于是90％条件下，培养24小时；

5.通过琼脂培养方法(35°±1℃，40～48小时)培养活的细菌数量；

6.用平板活菌计数法测定上项中的活菌数。

利用抗菌率来表示本发明钢的抗菌性能：

本发明钢的抗菌率为：

大肠杆菌(Eschecher coli)抗菌率≥99％，

金黄色葡萄球菌(Staphyococcus aureus)抗菌率≥99％。

对比材料304钢的抗菌率：

大肠杆菌(Eschericher coli)抗菌率：0，

金黄色葡萄球菌(Staphyococcus aureus)抗菌率：0。

本发明钢还进行了毒性试验，其结果与评价为：

1，经口毒性试验：样品浸提液对雌雄小白鼠的急性经口的最大受剂量MTD均大于2000mg/Kg；

2，微核试验：样品浸提液微核试验结果为阴性。

通过毒性试验结果表明：本发明钢是无毒的、安全的，适于制造食品加工机械及餐具等用品。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

一种奥氏体抗菌不锈钢，其主要成分为(重量％)：C：0.06，Cr：17.00，Ni：8.02，Mn：1.25，Si：0.85，S：0.03，P：0.02，中间合金(Cu-Ag-Zn合金)：1.50，其余为Fe。将这些化学成分的炉料在非真空中频感应炉中熔炼、浇铸成锭，锻成方棒，从上取抗菌试片毛坯，经1080℃×0.5小时→水淬的热处理以后，再进行精加工成抗菌试片，按“JIS Z2801-2000抗菌加工制品——抗菌性试验方法和抗菌效果”的工业标准进行试验。其结果为：

大肠杆菌(Eschericher Coli)抗菌率≥99.9％；

金黄色葡萄球菌(Staphyococcus aureus)抗菌率≥99.9％。

实施例2

一种奥氏体抗菌不锈钢，其主要化学成分(重量％)为：

C：0.05，Cr：18.21，Ni：8.50，Mn：1.53，Si：0.76，S：0.03，P：0.024，中间合金(Cu-Ag-Zn合金)：1.00，其余为Fe。

上述奥氏体抗菌不锈钢的制造方法包括将上述化学成分的炉料经冶炼、浇铸、锻造和热处理等工艺过程。所述的热处理工艺为：1100℃×0.5小时→水淬。经热处理后的棒材加工成拉伸和冲击试样，试验后，得到如下力学性能：

σ_b：610Mpa，σ_s：265Mpa，ψ：60.0％，δ：75％，α_k：294J。

实施例3

一种奥氏体抗菌不锈钢，其主要化学成分(重量％)为：C：：0.055，Cr：18.50，Ni：9.00，Mn：1.21，Si：0.65，S：0.02，P：0.021，中间合金(Cu-Ag-Zn合金)：1.30，其余为Fe。

上述奥氏体抗菌不锈钢的制造方法包括将上述化学成分的材料在非真空中频感应炉中冶炼，浇铸成锭，锻成坯料，热轧成3mm厚的板材，用此板材冲压加工成调羹。再用3mm的热轧板材冷轧成0.6～0.8mm厚的薄板，冲压加工成口杯。

Claims

1.一种奥氏体抗菌不锈钢，其特征在于，该抗菌不锈钢是在普通300系奥氏体不锈钢的基础上加入Cu-Ag-Zn中间合金制成的。

2.根据权利要求1所述的奥氏体抗菌不锈钢，其特征在于，所述的抗菌不锈钢化学成分(重量％)为：C≤0.08，Cr：17.00～20.00，Ni：7.00～12.00，Mn≤2.00，Si≤1.00，S≤0.03，P≤0.035，Cu-Ag-Zn中间合金：0.1～10.00，其余为Fe。

3.根据权利要求1或2所述的奥氏体抗菌不锈钢，其特征在于，所述的Cu-Ag-Zn中间合金含有(重量％)：Ag：1.00～30.00，Zn：1.00～20.00，其余为Cu。

4.根据权利要求3所述的奥氏体抗菌不锈钢，其特征在于，所述的抗菌不锈钢具有以下力学性能：σ_b≥540MPa，σ_s≥200MPa，ψ≥40％，δ≥55％，α_k≥200J。

5.一种奥氏体抗菌不锈钢的制造方法，该方法包括采用制造普通奥氏体不锈钢的方法来制造，可在非真空或真空感应炉中进行熔炼，经过铸造或锻造、热处理后可加工成型，并可进行冷轧、冷拉、酸洗、抛光的加工工艺；其特征在于，该方法还包括以下工艺：先把Cu-Ag-Zn三种元素按一定比例经过熔炼制成中间合金，把这中间合金当作一种炉料，在炼钢出钢之前放入钢水中。

6.根据权利要求5所述的奥氏体抗菌不锈钢的制造方法，其特征在于，所述的抗菌不锈钢化学成分(重量％)为：C≤0.08，Cr：17.00～20.00，Ni：7.00～12.00，Mn≤2.00，Si≤1.00，S≤0.03，P≤0.035，Cu-Ag-Zn中间合金：0.1～10.00，其余为Fe。

7.根据权利要求5所述的奥氏体抗菌不锈钢的制造方法，其特征在于，所述的Cu-Ag-Zn中间合金含有(重量％)：Ag：1.00～30.00，Zn：1.00～20.00，其余为Cu。

8.根据权利要求5所述的奥氏体抗菌不锈钢的制造方法，其特征在于，所述的热处理工艺如下：将经过铸造或锻造的不锈钢加热至1050℃～1130℃，经保温后，水冷或空冷至室温。