專(zhuān)利名稱：一種抗菌不銹鋼及其熱處理方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及不銹鋼材料領(lǐng)域，具體為一種200系列抗菌不銹鋼及其熱處理方法和應(yīng)用，其具有廣譜抗菌性能，可廣泛應(yīng)用于建筑裝飾、廚房、衛(wèi)生設(shè)備和用具、家用電器、交通運(yùn)輸以及工業(yè)部門(mén)中需要抗菌的設(shè)備和部件。
背景技術(shù)：
近些年，多次發(fā)生的傳染性疾病，諸如2003年爆發(fā)的SARS病毒造成全球數(shù)百萬(wàn)人死亡，2008年發(fā)生的甲型Hmi流感病毒，曾一度引起全世界的恐慌，敲響了人們?cè)谛l(wèi)生防疫方面的警鐘，而國(guó)民生活水平的提高也進(jìn)一步提出了改善周?chē)瞽h(huán)境的要求。這些都為抗菌材料進(jìn)入百姓生活及基礎(chǔ)衛(wèi)生、醫(yī)療設(shè)施建設(shè)提供了有利的機(jī)遇。作為抗菌材料中的一類(lèi)，抗菌不銹鋼具有優(yōu)異的力學(xué)性能、加工性能和抗菌性能，是未來(lái)抗菌材料應(yīng)用中的一個(gè)重要組成部分。國(guó)外的發(fā)達(dá)國(guó)家，如日本、美國(guó)等，都在大量投入研發(fā)新型抗菌材料，包括綜合性能優(yōu)良的抗菌不銹鋼。目前，我國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要階段，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、家用電器消費(fèi)等使得我國(guó)成為世界最大的產(chǎn)鋼國(guó)和消費(fèi)國(guó)。隨著國(guó)家對(duì)經(jīng)濟(jì)的宏觀調(diào)控，具有長(zhǎng)遠(yuǎn)應(yīng)用意義的建設(shè)及其材料的選用將會(huì)受到越來(lái)越多的重視，這為抗菌不銹鋼的未來(lái)應(yīng)用提供了廣闊的市場(chǎng)空間。隨著世界對(duì)鎳、鉻等貴稀金屬的消耗，世界的總存儲(chǔ)量越來(lái)越少，進(jìn)而導(dǎo)致這些原材料的價(jià)格越來(lái)越高。我國(guó)是鎳資源有限的國(guó)家，減少鎳等貴重元素在不銹鋼中的含量是目前國(guó)內(nèi)外鋼鐵企業(yè)重點(diǎn)研發(fā)的方向。200系列不銹鋼是一類(lèi)以錳、氮代鎳型的不銹鋼，能夠大量節(jié)約鎳元素，降低鋼的制造成本，因此在日用消費(fèi)市場(chǎng)上具有廣闊的應(yīng)用空間。在國(guó)內(nèi)，眾多民營(yíng)企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品中已有相當(dāng)?shù)臄?shù)量是含鎳量較少的200系列不銹鋼，其在國(guó)內(nèi)已占有較大的市場(chǎng)空間。因此，在現(xiàn)有200系列不銹鋼的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)自身具有抗菌功能的新型不銹鋼，對(duì)豐富鋼鐵產(chǎn)品的種類(lèi)并進(jìn)一步提高鋼鐵產(chǎn)品的附加值都有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。本發(fā)明對(duì)提升我國(guó)鋼鐵企業(yè)在未來(lái)國(guó)內(nèi)外鋼鐵材料市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力具有重要作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有廣譜抗菌功能的200系列抗菌不銹鋼及其熱處理方法和應(yīng)用，豐富鋼鐵產(chǎn)品的種類(lèi)以及提高鋼鐵產(chǎn)品的綜合性能，以提升我國(guó)鋼鐵企業(yè)在未來(lái)國(guó)內(nèi)外鋼鐵材料市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種200系列抗菌不銹鋼，該不銹鋼的化學(xué)成分如下(Wt) % C ^ 0. 15 ;Si ^ 1. 00 ；Mn 5. 5-11. 0(優(yōu)選為 9. 0-11. 0) ；Ni 1. 0-6. 0(優(yōu)選為 1. 0-2. 0) ；Cr 14. 0-19. 0 ；Cu :2. 0-4. 0 ；N :0. 2-0. 25 ；余量為 Fe。本發(fā)明中，鋼中雜質(zhì)元素含量符合200系列不銹鋼國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T1220-1992)中的相應(yīng)要求。
本發(fā)明中的Cu元素，是該不銹鋼中的重要合金元素，是保證不銹鋼具備抗菌功能的必要條件。本發(fā)明不銹鋼中的銅含量為2. 0-4. O(Wt) %，以保證在特殊熱處理?xiàng)l件下，在鋼中均勻彌散析出尺寸在納米級(jí)的富銅相。本發(fā)明中的Cr、Mn、Ni、N等元素，為200系列不銹鋼中的常見(jiàn)合金化元素，起到耐
蝕、穩(wěn)定奧氏體結(jié)構(gòu)、增加強(qiáng)度等作用。與200系列不銹鋼的制備方法基本相同，本發(fā)明中的抗菌不銹鋼按常規(guī)方法制備如下(1)將合金成分依次加入到真空冶煉爐中進(jìn)行真空感應(yīng)冶煉，1400-1500°C精煉 10-20分鐘后，進(jìn)行磁力攪拌后澆鑄成鑄錠；(2) 1000-1150°C、保溫1_2小時(shí)均勻化退火后，鍛造成棒狀或者塊狀試樣。本發(fā)明還提供了 200系列抗菌不銹鋼的特殊熱處理方法，包括如下步驟(1) 1000-1100°C固溶處理0. 5-1小時(shí)，使鋼中的銅能充分固溶于基體中，空冷或水冷至室溫后，使鋼中的銅處于過(guò)飽和狀態(tài)；(2)在500_800°C保溫0. 5-6小時(shí)(優(yōu)選為2_6小時(shí))，使過(guò)飽和的銅從鋼中析出，
形成足夠量的富銅相；(3)空冷或水冷至室溫。本發(fā)明中，不銹鋼材料可廣泛應(yīng)用于建筑裝飾、廚房、衛(wèi)生設(shè)備、衛(wèi)生用具、家用電器或其它不銹鋼產(chǎn)品。本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，通過(guò)在200系列不銹鋼中添加2. 0-4. O(Wt) %的Cu元素， 獲得了具有廣譜抗菌性能的抗菌不銹鋼新材料。2、本發(fā)明的不銹鋼經(jīng)過(guò)特殊熱處理后，在不銹鋼基體中均勻彌散分布有納米級(jí)的富銅析出相，從而賦予不銹鋼抗菌特性。3、本發(fā)明中的抗菌不銹鋼可廣泛應(yīng)用于建筑裝飾、廚房、衛(wèi)生設(shè)備和用具、家用電器、交通運(yùn)輸以及工業(yè)部門(mén)中需要抗菌的設(shè)備和部件。


圖1為200系列抗菌不銹鋼殺滅大腸桿菌的效果照片；其中，左抗菌不銹鋼；右 200對(duì)照不銹鋼。圖2為200系列抗菌不銹鋼殺滅金黃色葡萄球菌的效果照片；其中，左抗菌不銹鋼；右200對(duì)照不銹鋼。圖3為實(shí)施例1熱處理的顯微組織形貌。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了抗菌不銹鋼抗菌性能的檢測(cè)方法，按照下述公式計(jì)算抗菌不銹鋼和對(duì)照樣品(普通不銹鋼或其它無(wú)殺菌能力的其它固體材料)對(duì)常見(jiàn)細(xì)菌(大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等)作用后的殺菌率殺菌率(％)=[(對(duì)照樣品活菌數(shù)-抗感染不銹鋼活菌數(shù))/對(duì)照樣品活菌數(shù)]XlOO
式中，對(duì)照樣品活菌數(shù)是對(duì)照樣品上進(jìn)行細(xì)菌培養(yǎng)后的活菌數(shù)，抗菌不銹鋼活菌數(shù)是指抗菌不銹鋼上進(jìn)行細(xì)菌培養(yǎng)后的活菌數(shù)。實(shí)施例1 本實(shí)施例中，抗菌不銹鋼的主要成分為(Wt) % C 0. 04，Cr :15. 30，Ni :1. 18，Mn :10. 78，Si :0. 59，N :0. 21，Cu :2. 77，其余為 Fe。上述抗菌不銹鋼按常規(guī)方法制備如下(1)將合金成分依次加入到真空冶煉爐中進(jìn)行真空感應(yīng)冶煉，1480°C精煉20分鐘后，進(jìn)行磁力攪拌后澆鑄成鑄錠；(2) 1150°C、保溫2小時(shí)均勻化退火后，鍛造成棒狀或者塊狀試樣。上述抗菌不銹鋼的熱處理工藝為在1040°C保溫0. ，使鋼中的銅能充分固溶于基體中，空冷至室溫后，使鋼中的銅處于過(guò)飽和狀態(tài)。然后在700°C保溫他，使過(guò)飽和的銅從鋼中析出足夠量的富銅相，最后
空冷至室溫。按照“JIS Z 2801-2000《抗菌加工制品-抗菌性試驗(yàn)方法和抗菌效果》、GB/ T21510-2008《納米無(wú)機(jī)材料抗菌性能檢測(cè)方法》”等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，其檢測(cè)結(jié)果為(1)對(duì)大腸桿菌(Eschericher Coli)的殺菌率彡99. 9%，抗菌效果如圖1所示；(2)對(duì)金黃色葡萄球菌Gtaphyococcus aureus)的殺菌率·》99. 9%，抗菌效果如圖2所示。結(jié)果表明，本實(shí)施例的抗菌不銹鋼應(yīng)用于建筑裝飾、廚房、衛(wèi)生設(shè)備和用具、家用電器、交通運(yùn)輸以及工業(yè)部門(mén)中需要抗菌的設(shè)備和部件，抗菌特性良好。實(shí)施例2:本實(shí)施例中，抗菌不銹鋼的主要成分為(Wt) % C 0. 05，Cr :15. 05，Ni 1. 03，Mn :10. 16，Si 0. 57，N 0. 22，Cu 3. 18，其余為 Fe。上述抗菌不銹鋼按常規(guī)方法制備如下(1)將合金成分依次加入到真空冶煉爐中進(jìn)行真空感應(yīng)冶煉，1450°C精煉15分鐘后，進(jìn)行磁力攪拌后澆鑄成鑄錠；(2) 1050°C、保溫2小時(shí)均勻化退火后，鍛造成棒狀或者塊狀試樣。上述抗菌不銹鋼的熱處理工藝為在1050°C保溫0. 5h，使鋼中的銅能充分固溶于基體中，水冷至室溫后，使鋼中的銅處于過(guò)飽和狀態(tài)。然后，在700°C保溫他，使過(guò)飽和的銅從鋼中析出足夠量的富銅相，最后水冷至室溫。如圖3所示，本實(shí)施例經(jīng)過(guò)上述熱處理后的組織如下在200系列抗菌不銹鋼基體中出現(xiàn)短棒狀的析出物，平均直徑為30-40nm。由圖3可以看出，不銹鋼基體中均勻彌散分布著富銅析出相，這是抗菌不銹鋼具備抗菌特性的必要條件。按照“JIS Z 2801-2000《抗菌加工制品-抗菌性試驗(yàn)方法和抗菌效果》、GB/ T21510-2008《納米無(wú)機(jī)材料抗菌性能檢測(cè)方法》”等標(biāo)準(zhǔn)，其檢測(cè)結(jié)果為(1)對(duì)大腸桿菌(Eschericher Coli)的殺菌率^ 99. 9% ；(2)對(duì)金黃色葡萄球菌Gtaphyococcus aureus)的殺菌率彡"· 9%。
結(jié)果表明，本實(shí)施例的抗菌不銹鋼應(yīng)用于建筑裝飾、廚房、衛(wèi)生設(shè)備和用具、家用電器、交通運(yùn)輸以及工業(yè)部門(mén)中需要抗菌的設(shè)備和部件，抗菌特性良好。實(shí)施例3 本實(shí)施例中，抗菌不銹鋼的主要成分為(Wt) % C 0. 06，Cr :14. 53，Ni :1. 06，Mn :10. 73，Si :0. 50，N :0. 23，Cu :3. 57，其余為 Fe。上述抗菌不銹鋼按常規(guī)方法制備如下(1)將合金成分依次加入到真空冶煉爐中進(jìn)行真空感應(yīng)冶煉，1490°C精煉10分鐘后，進(jìn)行磁力攪拌后澆鑄成鑄錠；(2) 1150°C、保溫2小時(shí)均勻化退火后，鍛造成棒狀或者塊狀試樣。
上述抗菌不銹鋼的熱處理工藝為在1060°C保溫0. 5h，使鋼中的銅能充分固溶于基體中，水冷至室溫后，使鋼中的銅處于過(guò)飽和狀態(tài)。然后，在700°C保溫他，使過(guò)飽和的銅從鋼中析出足夠量的富銅相，最
后空冷至室溫。按照“JIS Z 2801-2000《抗菌加工制品-抗菌性試驗(yàn)方法和抗菌效果》、GB/ T21510-2008《納米無(wú)機(jī)材料抗菌性能檢測(cè)方法》”等標(biāo)準(zhǔn)，其檢測(cè)結(jié)果為(1)對(duì)大腸桿菌(Eschericher Coli)的殺菌率^ 99. 9% ；(2)對(duì)金黃色葡萄球菌Gtaphyococcus aureus)的殺菌率彡"· 9%。結(jié)果表明，本實(shí)施例的抗菌不銹鋼應(yīng)用于建筑裝飾、廚房、衛(wèi)生設(shè)備和用具、家用電器、交通運(yùn)輸以及工業(yè)部門(mén)中需要抗菌的設(shè)備和部件，抗菌特性良好。
權(quán)利要求
1.一種抗菌不銹鋼，其特征在于，按重量百分比計(jì)，該不銹鋼的化學(xué)成分如下C ^ 0. 15 ;Si ^ 1. 00 ；Mn 5. 5-11. 0 ；Ni 1. 0-6. 0 ；Cr :14. 0-19. 0 ；N 0. 2-0. 25 ；Cu 2. 0-4. 0 ；余量為 Fe。
2.按照權(quán)利要求1所述的抗菌不銹鋼的熱處理方法，其特征在于，包括如下步驟(1)1000-1100°C固溶處理0. 5-1小時(shí)，空冷或水冷至室溫；(2)在500-800°C保溫 0. 5-6 小時(shí)；(3)空冷或水冷至室溫。
3.按照權(quán)利要求1所述的抗菌不銹鋼的應(yīng)用，其特征在于該不銹鋼材料應(yīng)用于不銹鋼產(chǎn)品。
4.按照權(quán)利要求3所述的抗菌不銹鋼的應(yīng)用，其特征在于該不銹鋼材料應(yīng)用于建筑裝飾、廚房、衛(wèi)生設(shè)備、衛(wèi)生用具或家用電器。
全文摘要
本發(fā)明涉及不銹鋼材料領(lǐng)域，具體為一種抗菌不銹鋼及其熱處理方法和應(yīng)用。該不銹鋼的化學(xué)成分如下(wt)％C≤0.15；Si≤1.00；Mn5.5-11.0；Ni1.0-6.0；Cr14.0-19.0；Cu2.0-4.0；N0.2-0.25；余量為Fe。熱處理方法(1)1000-1100℃固溶處理0.5-1小時(shí)，空冷或水冷至室溫；(2)在500-800℃保溫0.5-6小時(shí)；(3)空冷或水冷至室溫。該不銹鋼經(jīng)過(guò)特殊熱處理后，在不銹鋼基體中均勻彌散分布有富銅析出相，從而賦予該不銹鋼抗菌功能。本發(fā)明的抗菌不銹鋼具有獨(dú)特的廣譜抗菌性能，豐富了200系列不銹鋼的功能，拓展了抗菌功能材料的應(yīng)用范圍，可廣泛應(yīng)用于建筑裝飾、廚房、衛(wèi)生設(shè)備和用具、家用電器、交通運(yùn)輸以及工業(yè)部門(mén)中需要抗菌的設(shè)備和部件。
文檔編號(hào)C21D1/00GK102337483SQ20101023869
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2010年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月28日
發(fā)明者任玲, 南黎, 楊柯 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所