專利名稱：一種奧氏體抗菌不銹鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬功能材料，具體地說(shuō)，涉及一種具有抗菌性能的奧氏體不銹鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
所謂抗菌，含義很廣，包括滅菌、殺菌、消毒、抑菌、防霉、防腐等。具有這種功能的材料，就叫抗菌材料。早在公元前1000年，人們就意識(shí)到某些金屬具有抗菌作用，如王宮、貴族用金、銀做餐具，一方面顯示富有，一方面金銀器餐具有抗菌功能，保持食品時(shí)間較長(zhǎng)而不腐爛?？上Ы疸y太貴，不能普及。上世紀(jì)九十年代，日本暴發(fā)了MRSA(對(duì)青霉素有抗藥性的黃色葡萄球菌)引起的感染以及病原性大腸桿菌O-157引起的集體感染，2003年在我國(guó)暴發(fā)了非典感染以及近幾年來(lái)世界各地頻發(fā)禽流感，更加強(qiáng)了人們的防菌意識(shí)，對(duì)抗菌用品的需求也愈顯迫切?？咕闷贩秶軓V，如廚房用品、餐具、家電、醫(yī)療器械和公共設(shè)施等，凡是眾人經(jīng)常接觸的部件，都需要抗菌部件。而這些部件大部分是用不銹鋼制造的，因此研究抗菌不銹鋼是必然的發(fā)展趨勢(shì)。所謂抗菌不銹鋼，一方面要保持該鋼種原有的力學(xué)、耐蝕及加工等性能，同時(shí)還要具有抗菌性能。醫(yī)學(xué)研究表明金、銀、銅、鋅、鈦等金屬都具有很強(qiáng)的抗菌性能，只要把這些抗菌元素加入到普通不銹鋼中，即可形成抗菌不銹鋼。但是這些抗菌元素在不銹鋼中溶解度很小，加入鋼中就形成偏析。結(jié)果加入量少了，達(dá)不到抗菌效果；加入量多了，破壞不銹鋼原有的力學(xué)、耐蝕和加工等性能，同時(shí)成本也增加。因此研究如何加入適量的抗菌元素并使其在鋼中均勻分布是研究抗菌不銹鋼的關(guān)鍵技術(shù)。采用不同的抗菌元素和不同的制造工藝，就形成不同的專利鋼種。
在ZL專利號(hào)998009434.2中，公開(kāi)了具有抗菌性能的不銹鋼及其制造方法。該不銹鋼中含有10％(重量)以上的鉻，0.001～0.30％(重量)的銀，或者還含有0.001～1.0％(重量)的釩。另外，在不銹鋼中分散有0.0005％(重量)以上的氧化銀，該氧化銀的含量為銀含量的1.1倍以下。為了將氧化銀均勻分散于不銹鋼中，當(dāng)進(jìn)行熔融鋼的連鑄時(shí)，連鑄速率為0.8-1.6米/分鐘。這個(gè)專利的關(guān)鍵技術(shù)是控制連鑄速率，使鋼液中生成的氧化銀均勻地分布于鋼中，達(dá)到提高抗菌率的目的。這要求一定的設(shè)備和熟練的操作技術(shù)。
在公開(kāi)號(hào)CN1158363A中發(fā)表了具有改進(jìn)抗菌性能的不銹鋼及其制法。該方法是在普通不銹鋼中加入0.4～5.0％(重量)的銅，經(jīng)過(guò)500～900℃老化或退火等熱處理，使得不僅在鋼表面而且在鋼內(nèi)部都沉淀出以0.2％(體積)的富銅相并均勻地分散在基體內(nèi)。依靠這些富銅相來(lái)提高抗菌性能。由于抗菌性來(lái)自材料本身，所以不銹鋼可以長(zhǎng)期保持抗菌性。這個(gè)專利的關(guān)鍵技術(shù)是抗菌熱處理工藝。這個(gè)熱處理工藝要控制適當(dāng)。
上述專利均是采用一種金屬元素作為主要抗菌元素，并存在著或設(shè)備要求高或操作工藝復(fù)雜的不足之處。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，而提供一種多種抗菌元素聯(lián)合作用，并且工藝簡(jiǎn)單的奧氏體抗菌不銹鋼及其制造方法。該鋼種具有優(yōu)異的抗菌性能并還保持不銹鋼原有的力學(xué)、腐蝕和加工等性能，便于加工成板材、管材、絲材和棒材等，可廣泛用于制造廚房用品、餐具、家電及各種共公設(shè)施。
本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種奧氏體抗菌不銹鋼，其特征在于，該抗菌不銹鋼是在普通300系奧氏體不銹鋼的基礎(chǔ)上加入Cu-Ag-Zn中間合金制成的。
所述的抗菌不銹鋼化學(xué)成分(重量％)為C≤0.08，Cr17.00～20.00，Ni7.00～12.00，Mn≤2.00，Si≤1.00，S≤0.03，P≤0.035，Cu-Ag-Zn中間合金0.1～10.00，其余為Fe。
所述的Cu-Ag-Zn中間合金含有(重量％)Ag1.00～30.00，Zn1.00～20.00，其余為Cu。
所述的抗菌不銹鋼具有以下力學(xué)性能σb≥540MPa，σs≥200MPa，ψ≥40％，δ≥55％，αk≥200J。
一種奧氏體抗菌不銹鋼的制造方法，該方法包括采用制造普通奧氏體不銹鋼的方法來(lái)制造，可在非真空或真空感應(yīng)爐中進(jìn)行熔煉，經(jīng)過(guò)鑄造或鍛造、熱處理后可加工成型，并可進(jìn)行冷軋、冷拉、酸洗、拋光的加工工藝；其特征在于，該方法還包括以下工藝先把Cu-Ag-Zn三種元素按一定比例經(jīng)過(guò)熔煉制成中間合金，把這中間合金當(dāng)作一種爐料，在煉鋼出鋼之前放入鋼水中。由于這中間合金在鋼中有較大的溶解度，借助中頻感應(yīng)爐的電磁攪拌作用，使抗菌元素在鋼中均勻分布，奧氏體不銹鋼就具有了持久的抗菌作用，同時(shí)鋼的力學(xué)、腐蝕、加工等性能也未發(fā)生變化，且其熔煉工藝簡(jiǎn)便。
所述的抗菌不銹鋼化學(xué)成分(重量％)為C≤0.08，Cr17.00～20.00，Ni7.00～12.00，Mn≤2.00，Si≤1.00，S≤0.03，P≤0.035，Cu-Ag-Zn中間合金0.1～10.00，其余為Fe。
所述的Cu-Ag-Zn中間合金含有(重量％)Ag1.00～30.00，Zn1.00～20.00，其余為Cu。
所述的熱處理工藝如下將經(jīng)過(guò)鑄造或鍛造的不銹鋼加熱至1050℃～1130℃，經(jīng)保溫后，水冷或空冷至室溫。
本發(fā)明的成分設(shè)計(jì)中采用了Cu-Ag-Zn三元合金作為中間合金，這是保證抗菌性能的必要條件，也是本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)。這中間合金的成分(重量％)為Ag1.0～30.0，Zn1.0～20.0，其余為Cu。銀是一個(gè)永久性的殺菌劑。實(shí)驗(yàn)證明銀離子濃度為1×10-6，10分鐘內(nèi)可將水中99.9％的大腸桿菌殺滅，而且可以保持水在90天內(nèi)不繁殖任何新的細(xì)菌。根據(jù)合金相圖，在α-Fe中Ag的溶解度為0.0002％。銀是以離子狀態(tài)抗菌的，存是鐵中的銀只有表面一小部分變成離子起到抗菌作用；顯然依靠上述在鋼中溶解的銀是不能起到抗菌作用，必須提高銀的溶解度，并且使其在鋼中均勻分布，才能達(dá)到抗菌的目的。銅、鋅也是很強(qiáng)的抗菌劑，銅的抗菌作用僅次于銀，若三者聯(lián)合作用，抗菌作用會(huì)更強(qiáng)。為此本發(fā)明經(jīng)過(guò)反復(fù)研究，試制成功一種中間合金，它是以銀、銅、鋅按一定比例熔煉而成的，再把這中間合金當(dāng)成煉鋼原材料加入鋼中。從所測(cè)得的力學(xué)性能和腐蝕性能看，都保持了該鋼原有性能；再?gòu)乃鶞y(cè)得的抗菌性能看，該鋼種具有優(yōu)異的抗菌性能，說(shuō)明本發(fā)明是成功的。
本發(fā)明鋼的耐腐蝕性能是按國(guó)標(biāo)GB/T101125-1997鹽霧試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定的試樣在5％NaCl、溫度35±2℃、PH6.5～7.2條件下，進(jìn)行48小時(shí)連續(xù)噴霧試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明試樣表面無(wú)變化，無(wú)銹點(diǎn)。
本發(fā)明鋼的抗菌性能的評(píng)定方法是按JIS Z2801-2000《抗菌加工制品——抗菌性能試驗(yàn)方法和抗菌效果》的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的，并采用304不銹鋼作對(duì)比試驗(yàn)。主要試驗(yàn)程序如下1.發(fā)明鋼和對(duì)比鋼制成50×50×4mm的試塊，洗凈、脫脂；2.將培養(yǎng)菌溶于1/500NB接種液中，稀釋到細(xì)菌數(shù)為(2.5～10)×105個(gè)/ml。1/500NB接種液通常是用無(wú)菌的純凈水稀釋500倍的營(yíng)養(yǎng)肉湯(NB)制成的。該營(yíng)養(yǎng)肉湯(NB)是由3.0克牛肉膏、10.0克蛋白胨、5.0克氯化鈉加入到1000ml純凈水制成的，其PH值為7.0±0.2；3.將準(zhǔn)備好的試片(每種三片)，分別放于滅菌的平皿中，用移液管準(zhǔn)確取0.4毫升試驗(yàn)菌液滴在平皿中的每一個(gè)試驗(yàn)片上，用薄膜覆蓋；4.將裝有試驗(yàn)菌液接種的試驗(yàn)片平皿放在溫度為(35±1)℃，相對(duì)濕度不低于是90％條件下，培養(yǎng)24小時(shí)；5.通過(guò)瓊脂培養(yǎng)方法(35°±1℃，40～48小時(shí))培養(yǎng)活的細(xì)菌數(shù)量；6.用平板活菌計(jì)數(shù)法測(cè)定上項(xiàng)中的活菌數(shù)。
利用抗菌率來(lái)表示本發(fā)明鋼的抗菌性能 本發(fā)明鋼的抗菌率為大腸桿菌(Eschecher coli)抗菌率≥99％，金黃色葡萄球菌(Staphyococcus aureus)抗菌率≥99％。
對(duì)比材料304鋼的抗菌率大腸桿菌(Eschericher coli)抗菌率0，金黃色葡萄球菌(Staphyococcus aureus)抗菌率0。
本發(fā)明鋼還進(jìn)行了毒性試驗(yàn)，其結(jié)果與評(píng)價(jià)為1，經(jīng)口毒性試驗(yàn)樣品浸提液對(duì)雌雄小白鼠的急性經(jīng)口的最大受劑量MTD均大于2000mg/Kg；2，微核試驗(yàn)樣品浸提液微核試驗(yàn)結(jié)果為陰性。
通過(guò)毒性試驗(yàn)結(jié)果表明本發(fā)明鋼是無(wú)毒的、安全的，適于制造食品加工機(jī)械及餐具等用品。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例1一種奧氏體抗菌不銹鋼，其主要成分為(重量％)C0.06，Cr17.00，Ni8.02，Mn1.25，Si0.85，S0.03，P0.02，中間合金(Cu-Ag-Zn合金)1.50，其余為Fe。將這些化學(xué)成分的爐料在非真空中頻感應(yīng)爐中熔煉、澆鑄成錠，鍛成方棒，從上取抗菌試片毛坯，經(jīng)1080℃×0.5小時(shí)→水淬的熱處理以后，再進(jìn)行精加工成抗菌試片，按“JIS Z2801-2000抗菌加工制品——抗菌性試驗(yàn)方法和抗菌效果”的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)。其結(jié)果為大腸桿菌(Eschericher Coli)抗菌率≥99.9％；金黃色葡萄球菌(Staphyococcus aureus)抗菌率≥99.9％。
實(shí)施例2一種奧氏體抗菌不銹鋼，其主要化學(xué)成分(重量％)為C0.05，Cr18.21，Ni8.50，Mn1.53，Si0.76，S0.03，P0.024，中間合金(Cu-Ag-Zn合金)1.00，其余為Fe。
上述奧氏體抗菌不銹鋼的制造方法包括將上述化學(xué)成分的爐料經(jīng)冶煉、澆鑄、鍛造和熱處理等工藝過(guò)程。所述的熱處理工藝為1100℃×0.5小時(shí)→水淬。經(jīng)熱處理后的棒材加工成拉伸和沖擊試樣，試驗(yàn)后，得到如下力學(xué)性能σb610Mpa，σs265Mpa，ψ60.0％，δ75％，αk294J。
實(shí)施例3一種奧氏體抗菌不銹鋼，其主要化學(xué)成分(重量％)為C0.055，Cr18.50，Ni9.00，Mn1.21，Si0.65，S0.02，P0.021，中間合金(Cu-Ag-Zn合金)1.30，其余為Fe。
上述奧氏體抗菌不銹鋼的制造方法包括將上述化學(xué)成分的材料在非真空中頻感應(yīng)爐中冶煉，澆鑄成錠，鍛成坯料，熱軋成3mm厚的板材，用此板材沖壓加工成調(diào)羹。再用3mm的熱軋板材冷軋成0.6～0.8mm厚的薄板，沖壓加工成口杯。
權(quán)利要求
1.一種奧氏體抗菌不銹鋼，其特征在于，該抗菌不銹鋼是在普通300系奧氏體不銹鋼的基礎(chǔ)上加入Cu-Ag-Zn中間合金制成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的奧氏體抗菌不銹鋼，其特征在于，所述的抗菌不銹鋼化學(xué)成分(重量％)為C≤0.08，Cr17.00～20.00，Ni7.00～12.00，Mn≤2.00，Si≤1.00，S≤0.03，P≤0.035，Cu-Ag-Zn中間合金0.1～10.00，其余為Fe。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的奧氏體抗菌不銹鋼，其特征在于，所述的Cu-Ag-Zn中間合金含有(重量％)Ag1.00～30.00，Zn1.00～20.00，其余為Cu。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的奧氏體抗菌不銹鋼，其特征在于，所述的抗菌不銹鋼具有以下力學(xué)性能σb≥540MPa，σs≥200MPa，ψ≥40％，δ≥55％，αk≥200J。
5.一種奧氏體抗菌不銹鋼的制造方法，該方法包括采用制造普通奧氏體不銹鋼的方法來(lái)制造，可在非真空或真空感應(yīng)爐中進(jìn)行熔煉，經(jīng)過(guò)鑄造或鍛造、熱處理后可加工成型，并可進(jìn)行冷軋、冷拉、酸洗、拋光的加工工藝；其特征在于，該方法還包括以下工藝先把Cu-Ag-Zn三種元素按一定比例經(jīng)過(guò)熔煉制成中間合金，把這中間合金當(dāng)作一種爐料，在煉鋼出鋼之前放入鋼水中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的奧氏體抗菌不銹鋼的制造方法，其特征在于，所述的抗菌不銹鋼化學(xué)成分(重量％)為C≤0.08，Cr17.00～20.00，Ni7.00～12.00，Mn≤2.00，Si≤1.00，S≤0.03，P≤0.035，Cu-Ag-Zn中間合金0.1～10.00，其余為Fe。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的奧氏體抗菌不銹鋼的制造方法，其特征在于，所述的Cu-Ag-Zn中間合金含有(重量％)Ag1.00～30.00，Zn1.00～20.00，其余為Cu。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的奧氏體抗菌不銹鋼的制造方法，其特征在于，所述的熱處理工藝如下將經(jīng)過(guò)鑄造或鍛造的不銹鋼加熱至1050℃～1130℃，經(jīng)保溫后，水冷或空冷至室溫。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種奧氏體抗菌不銹鋼及其制造方法，該抗菌不銹鋼是在普通300系奧氏體不銹鋼中加入Cu－Ag－Zn三元中間合金，其優(yōu)選成分(重量％)為C≤0.08，Cr17.00～20.00，Ni7.00～12.00，Si≤i.00，Mn≤2.00，S≤0.03，P≤0.035，Cu－Ag－Zn三元中間合金0.10～10.0，其余為Fe。該鋼種可加工成各種鑄鍛件，如棒材、板材、管材和絲材等，適于制造餐具、家電、生活用品、醫(yī)療器械等各種抗菌產(chǎn)品。
文檔編號(hào)C21D11/00GK1789471SQ20051011174
公開(kāi)日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2005年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月21日
發(fā)明者徐增華, 沈忠良, 王東輝 申請(qǐng)人:上海材料研究所