一種無需時效處理的奧氏體抗菌不鏽鋼的製作方法

2023-08-05 03:37:11

本發明涉及不鏽鋼領域，尤其涉及一種具有抗菌功能的奧氏體不鏽鋼，通過精確調控鋼中的Cu/Ni比值使材料在固溶處理狀態下就具備優良的抗菌性能。
背景技術：
：隨著經濟的發展和人民生活水平的提高，人們對周圍的環境和自身的健康越來越重視，對材料的功能性要求也越來越多，抗菌不鏽鋼正是在這種大背景下被研發出來。抗菌不鏽鋼是指自身具有抗菌功能的不鏽鋼新材料，它主要是通過在現有不鏽鋼基體中加入適量的抗菌金屬元素，如銅等，經過特殊的熱處理操作，使得不鏽鋼中析出納米富銅相，在使用過程中釋放出一定的銅離子，使其產生強烈和廣譜的抗菌功能。它能夠像普通不鏽鋼一樣作為耐腐蝕的結構材料使用，具有裝飾和美化功能，在保證具有一定力學性能的前提下，同時對常見的細菌具有廣譜殺菌特性。目前針對奧氏體抗菌不鏽鋼，有多種不同的設計思路。如申請號為02148742.1的專利中，在304不鏽鋼中加入一定量的銅元素使其具有抗菌功能，但其Ni元素加入較多，因此材料成本較高；申請號為200510013238.9，200710038732和200510111742.2的專利中，添加了一定量的具有抗菌作用的Ag和Cu元素，貴金屬Ag的添加相應地增加了材料的成本；申請號為200410047238.6的專利中雖然考慮了節鎳不鏽鋼的設計，但其大幅度的降低了Cr含量，進而影響其腐蝕性能。並且該專利還要求材料在一定溫度區間內進行時效處理，進而促使富銅相的析出，這大大提高了其成本，且在實際工業化生產中難以實現。總結來說，目前對於奧氏體不鏽鋼的抗菌設計主要涉及兩個方面，一是高銅含量的添加以及時效熱處理，通過富銅相的析出來達到抗菌的目的；二是多重抗菌元素的添加，主要添加一定量的銀，銅和鋅元素，通過抗菌離子的協同作用實現殺菌。以上兩方面或多或少都具有一些負面作用，影響著抗菌不鏽鋼的應用前景。因此，本發明研究開發了一種簡單易實現的奧氏體抗菌不鏽鋼，並且首次創新性的提出了Cu/Ni比的概念，在不損失基礎力學性能的前提下，無需時效熱處理就能使材料具有抗菌性能，使其具有了廣闊的應用前景和實用價值。技術實現要素：本發明的目的在於提供一種無需時效處理的奧氏體抗菌不鏽鋼，通過精確調控鋼中Cu與Ni元素的含量，使材料在滿足力學性能及耐蝕性能的基本要求基礎上，無需時效熱處理就能夠使材料具有優異的抗菌性能。本發明的技術方案是：一種無需時效處理的奧氏體抗菌不鏽鋼，該材料的化學成分如下(重量％)，C：≤0.03；Si：0.3-0.5；Mn：0.3-1.0；S：≤0.01；P：≤0.01；Cr：15-18；Ni：6.0-7.5；Cu：3.0-5.0；餘量為Fe。作為優選的技術方案：C：＜0.03；Si：0.3-0.5；Mn：0.3-0.8；S：≤0.01；P：≤0.01；Cr：15.5-18；Ni：6.0-7.0；Cu：3.0-5.0；餘量為Fe。在本發明的具有抗菌功能的奧氏體不鏽鋼的成分設計中，Cu和Ni元素的含量需嚴格控制，當Ni含量小於等於7.5wt％，且Cu/Ni質量比大於0.42時，材料在1000-1040℃固溶保溫20-40分鐘就可賦予材料優異的抗菌性能，這也是本發明的主要創新點。本發明的有益效果是：1、本發明首次創新性地提出了Cu/Ni比的概念，通過調控鋼中Cu與Ni元素的含量，設計出了一種具有優良抗菌及腐蝕性能，且易於工業化大規模生產的奧氏體抗菌不鏽鋼。2、本發明提出的奧氏體抗菌不鏽鋼，無需時效處理就賦予材料優良的抗菌性能，簡化了實際工業化生產，具有廣闊的應用前景。具體實施方式以下用實施例對本發明作更一步的描述。這些實施例僅僅是對本發明最佳實施方式的描述，並不對本發明的範圍有任何限制。實施例：實施例1-8為具有抗菌性能的奧氏體不鏽鋼，其化學成分見表1。根據本發明的化學成分範圍進行控制冶煉，模鑄成錠，經過熱鍛，熱軋製成6mm厚板材。再進行固溶處理，固溶溫度為1030℃，固溶時間為30分鐘。對比例：對比例1-7為普通奧氏體不鏽鋼，其化學成分見表1，具體處理工藝與實施例相同。表1實施例和對比例材料化學成分(wt.％)材料CSiMnCrCuNiCu/Ni實施例10.0250.340.615.54.67.50.613實施例20.0220.450.716.54.16.20.661實施例30.0270.370.717.63.37.00.471實施例40.0180.50.317.83.56.50.538實施例50.0200.310.517.33.27.50.426實施例60.0190.380.417.23.06.10.492實施例70.0210.420.716.25.07.50.667實施例80.0240.470.615.94.96.10.803對比例10.0190.410.517.13.07.40.405對比例20.0210.480.616.13.28.10.395對比例30.0200.50.716.44.28.20.512對比例40.0210.420.815.52.87.20.389對比例50.0230.350.516.52.36.90.333對比例60.0220.410.617.22.75.50.491對比例70.0180.430.716.34.25.10.824(1)抗菌性能檢測根據「JISZ2801-2000《抗菌加工製品－抗菌性試驗方法和抗菌效果》、GB/T2591-2003《抗菌塑料抗菌性能實驗方法和抗菌效果》」等相關標準規定，定量測試了表1所示成分金屬對常見感染菌(如大腸桿菌、金黃色葡萄球菌)作用後的殺菌率。對大腸桿菌抗菌性能檢測結果見表2。(2)耐腐蝕性能根據不鏽鋼點蝕電位測量方法(國家標準：GB/T17899-1999)對本發明實施例及對比例金屬進行陽極極化曲線測試，測試結果見表2。表2實施例和對比例金屬的性能測試結果從表2試驗結果可見，本發明實施例1-8(特別是實施例2、4和8)的奧氏體抗菌不鏽鋼表現出優異的抗菌性能，其耐點蝕性能相對於對比例1-5略有降低。不同銅和鎳元素的添加及Cu/Ni比的大小是本發明保持各項優異性能的關鍵所在，當Ni％≤7.5，Cu/Ni>0.42時(如實施例1-8)，材料具有優異的抗菌性能；當Cu/Ni8.0時，即使Cu/Ni>0.42(如對比例3)，材料依然不具備優異的抗菌性能；當Ni％<6.0時(如對比例6和7)，在加入大量的銅元素後，此時材料雖具有優良的抗菌性能，但其耐蝕性能卻大幅下降，這主要是大幅度減少Ni元素的添加，大大地降低了材料的奧氏體穩定性，進而影響其耐蝕性能。以上分析可知，通過調控材料中銅和鎳元素的含量以及Cu/Ni質量比的大小，在不大幅度損失材料的耐蝕性能前提下，能夠賦予材料優異的抗菌性能。上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍。凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp