CN101054651A - 一种具有优良抗菌特性的奥氏体不锈钢 - Google Patents

一种具有优良抗菌特性的奥氏体不锈钢 Download PDF

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Abstract

一种具有优良抗菌特性的奥氏体不锈钢，其特征在于同时含有0.0005～0.20重量％的Ag和2.5～4.5重量％的Cu，其中Ag以微细的银粒子或氧化物、硫化物形式存在，Cu部分或大部分以富Cu沉淀相的形式存在。本发明解决单一添加抗菌元素在技术、成本和性能方面存在的缺憾，从而进一步提高材料的抗菌性能和优化材料的综合性能。

Description

一种具有优良抗菌特性的奥氏体不锈钢
技术领域：
本发明涉及奥氏体不锈钢，是一种含有Ag和Cu两种抗菌元素的抗菌不锈钢，具有优良的长期抗菌功能，可以应用于日常生活中需要抗菌的各种领域，如厨房设备、餐饮器具、医疗器械、食品加工和制药机械以及公共设施等。
背景技术：
随着社会的发展和人们生活水平的提高，抗菌产业发展迅速。但目前市场上的抗菌制品，多为通过添加抗菌剂制成的抗菌塑料、抗菌陶瓷、抗菌织物等，鲜有高强度和耐高温的金属抗菌材料。抗菌不锈钢兼具抗菌功能、装饰美化功能和结构材料功能，可以用于制作要求高强度、耐腐蚀、耐高温、耐摩擦的制品，是理想的抗菌材料，因而可以在日常生活中广泛应用。现在已有单一含Cu或单一含Ag的抗菌不锈钢的报道。Cu和Ag都是人们熟知的具有抗菌功能的元素，尤其是Ag，其抗菌功能甚至比Cu高2个数量级。但Ag价格昂贵，而且在不锈钢中的溶解度极低，用常规的冶金技术很难获得足够的收得率，采用特殊冶炼工艺会大幅度提高成本；可以通过过饱和固溶体沉淀析出的方法实现Cu抗菌相在不锈钢中的弥散分布，析出相越多，抗菌性能越强。但Cu析出相在表面的存在会显著降低不锈钢的抗蚀性能，析出相愈多，抗蚀性能下降愈明显。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种具有优良抗菌特性的奥氏体不锈钢，解决单一添加抗菌元素在技术、成本和性能方面存在的缺憾，从而进一步提高材料的抗菌性能和优化材料的综合性能。
本发明具体提供了一种具有优良抗菌特性的奥氏体不锈钢，其特征在于同时含有0.0005～0.20重量％的Ag和2.5～4.5重量％的Cu，其中Ag以微细的银粒子或氧化物、硫化物形式存在，Cu部分或大部分以富Cu沉淀相的形式存在。
本发明具有优良抗菌特性的奥氏体不锈钢中，最好C≤0.1重量％，Si≤2重量％，Mn≤3重量％，Cr 10～30重量％，Ni 5～12重量％。
本发明具有优良抗菌特性的奥氏体不锈钢，其特征在于进一步含有0.1～1重量％的Ti和/或Nb。
本发明具有优良抗菌特性的奥氏体不锈钢，可以进一步含有至少一种下述合金元素：不超过2重量％的Mo，不超过1重量％的Zr，不超过0.1重量％的B。
本发明具有优良抗菌特性的奥氏体不锈钢，还可以进一步含有0.001～1.0重量％的V。
本发明具有优良抗菌特性的奥氏体不锈钢中，其P和S的含量最好控制在0.015重量％以下。
本发明具有优良抗菌特性的奥氏体不锈钢，可以是板材、管材、带材或铸件。
本发明还提供了上述具有优良抗菌特性的奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，在950～1100℃进行充分的固溶处理，然后在500～900℃进行充分的时效处理，使基体中形成Cu的沉淀相，其尺度介于纳米和亚微米间。
本发明通过添加较少量的Ag和采用常规的冶炼技术实现不锈钢中有一定的Ag或含Ag相分布，同时添加较少量的Cu并通过抗菌热处理使之在钢中以抗菌相的形式析出，则可以较低的成本获得既具有优良的抗菌性能、又保证耐蚀性要求的奥氏体抗菌不锈钢，奥氏体不锈钢的抗蚀性能明显优于铁素体不锈钢，其制品的适用范围更广。
本发明通过在不锈钢中添加具有抗菌功能的金属元素Ag和Cu并进行由固溶和时效组成的抗菌热处理，在不锈钢中形成微细的含Ag和含Cu的抗菌相(分别为Ag和Ag的氧化物或硫化物和富Cu相ε-Cu)，使材料具有优良的抗菌功能。由于抗菌相是在不锈钢表面和内部均匀弥散分布，材料的抗菌功能不会因为磨损而丧失。因此本发明的抗菌不锈钢可以作为结构材料和装饰美化材料用于制造需要抗菌的日常生活用品如餐饮器皿、卫浴器具和公共设施，和需要抗菌的各类生产机械如制药、食品加工器械等。
附图说明：
图1为菌液与奥氏体抗菌不锈钢作用后的培养结果照片：
图中左：本发明之抗菌不锈钢，未见细菌繁殖；右：对照钢，细菌大量繁殖。
具体实施方式：
样品制备：按照本发明的奥氏体抗菌不锈钢的成分，用25kg真空感应炉进行冶炼，而后经锻造，热轧和退火，反复冷轧-退火-酸洗，制成0.8mm的板材，板材在真空炉中于1050℃保持7分钟后，在700℃的进行6小时的时效。从上述板材上切取40×40mm的样品，然后进行抗菌性能检验。铸造样品系在25kg真空感应炉熔炼后在垂直于铸锭轴方向上切取8mm厚的试片，采用上述的热处理工艺，而后加工成40×40×5mm的抗菌检测样品。
抗菌性能检验：抗菌检验采用日本抗菌协会抗菌检测方法《日本工业标准：抗菌加工制品的抗菌性试验方法和抗菌效果》(日本工业标准JISZ2801-2000)，采用覆膜法，细菌浓度105cfu/ml，细菌培养温度和湿度分别是35℃、90％，对抗菌钢和对照钢作用下的细菌分别作24h培养，而后用平皿法对经上述培养的细菌在相同的温度和湿度下用琼脂培养分别作24h培养，从塑料平皿计算细菌数。实验用菌种是中国生物制品药品检定所提供的标准菌株，分别为大肠杆菌ATCC8099、金黄色葡萄球菌ATCC6538、白念珠菌ATCC10231。每个菌种和样品均重复3次，取平均数。
抗菌效果的评价：
杀菌率的计算公式为：
Figure A20061004631000061
上述对照不锈钢生菌数是对照不锈钢表面作用后的菌液进行细菌培养实验后在平皿中测得的活菌数，而抗菌不锈钢生菌数是指抗菌不锈钢作用后的菌液进行细菌培养实验后测得的活菌数。抗菌效果分为四类：++表示杀菌率≥99％，+表示杀菌率≥90％，0表示杀菌率介于60-90％，×表示＜60即没有明显杀菌作用。
含有两种抗菌元素的抗菌不锈钢和对照钢的成分与抗菌性能评价结果示于表1。其中，编号1-9为抗菌钢，9和10为对照钢。
表1：抗菌不锈钢及对照钢的化学成分和抗菌效果
  编号   合金成分，重量％   抗菌效果
  C   Si   Mn   Cr   Ni   Cu   Ag   Mo   Zr   Ti/Nb   其它
  1   0.08   0.55   1.06   18.5   9.1   3.83   0.0007   -   -   -/0.2   ++
  2   0.03   0.60   0.88   17.8   8.9   3.53   0.0005   -   0.1   0.2/0   +
  3   0.05   0.46   1.58   16.9   9.1   3.74   0.0010   0.2   0.1   -/-   V0.1   ++
  4   0.07   0.51   0.49   17.1   8.13   1.05   0.0009   0.2   -   0.1/0.1   ++
  5   0.08   0.54   0.67   18.7   8.2   3.70   0.0008   0.1   -   0.2   B0.01   ++
  6   0.06   0.63   1.44   16.8   8.6   3.99   0.0015   0.1   0.1   0.2/0.1   ++
  7   0.07   0.61   0.66   17.2   7.9   3.69   0.0011   0.3   -   0.1/0   V0.1   ++
  8   0.08   0.37   1.29   17.0   8.1   3.60   0.0016   -   0.1   -/0.1   B0.01   ++
  9   0.07   0.55   0.58   16.9   8.2   4.00   0.0005   -   -   -   ++
  10   0.06   0.49   1.16   16.0   8.19   3.89   0.0010   -   -   -   ++
  11   0.06   0.63   1.44   16.8   8.6   2.99   0.0006   +
  12   0.05   0.55   1.06   17.8   8.0   2.88   0.0003   △
  13   0.07   0.91   0.55   18.1   7.5   3.29.   0.0004   △
  13   0.06   0.61   1.66   17.1   7.19   -   0.0003   -   0.1   0.2   ×
  14   0.07   0.65   0.50   17.0   8.20   -   0.0004   0.1   -   0.2   B0.01   ×
  15   0.08   0.56   0.49   16.2   7.56   3.19   -   -   -   -   ×

Claims (8)

1、一种具有优良抗菌特性的奥氏体不锈钢，其特征在于同时含有0.0005～0.20重量％的Ag和2.5～4.5重量％的Cu，其中Ag以微细的银粒子或氧化物、硫化物形式存在，Cu部分或大部分以富Cu沉淀相的形式存在。
2、按照权利要求1所述具有优良抗菌特性的奥氏体不锈钢，其特征在于其中的C≤0.1重量％，Si≤2重量％，Mn≤3重量％，Cr 10～30重量％，Ni 5～12重量％。
3、按照权利要求2所述具有优良抗菌特性的奥氏体不锈钢，其特征在于进一步含有0.1～1重量％的Ti和/或Nb。
4、按照权利要求3所述具有优良抗菌特性的奥氏体不锈钢，其特征在于进一步含有至少一种下述合金元素：不超过2重量％的Mo，不超过1重量％的Zr，不超过0.1重量％的B。
5、按照权利要求4所述具有优良抗菌特性的奥氏体不锈钢，其特征在于还含有0.001～1.0重量％的V。
6、按照权利要求5所述具有优良抗菌特性的奥氏体不锈钢，其特征在于其P和S的含量均控制在0.015重量％以下。
7、按照权利要求1～6之一所述具有优良抗菌特性的奥氏体不锈钢，其特征在于所述的奥氏体不锈钢是板材、管材、带材或铸件。
8、一种权利要求1～7之一所述具有优良抗菌特性的奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，在950～1100℃进行充分的固溶处理，然后在500～900℃进行充分的时效处理，使基体中形成Cu的沉淀相，其尺度介于纳米和亚微米间。
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