專利名稱：一種新型馬氏體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)明屬于馬氏體不銹鋼材料領(lǐng)域，具體涉及一種新型馬氏體抗菌不銹鋼及其熱處理方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
不銹鋼的發(fā)明是世界冶金史上的一項重大成就，不銹鋼的生產(chǎn)為工業(yè)和科技進(jìn)步奠定了重要的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。不銹鋼已經(jīng)在食品、餐飲、衛(wèi)生、公共設(shè)施、工業(yè)以及人們?nèi)粘Ｉ钪械玫搅藦V泛應(yīng)用。隨著非典、禽流感等公共衛(wèi)生事件的不斷發(fā)生，人們對生活環(huán)境和日用器具的清潔和衛(wèi)生要求越來越高。人們希望不銹鋼器皿除了具有不銹和美觀的特點(diǎn)夕卜，還要具有防霉變、抗菌等其它功能。于是，作為材料科學(xué)與環(huán)境科學(xué)交叉而發(fā)展出的一種新型材料，抗菌不銹鋼應(yīng)運(yùn)而生?？咕讳P鋼兼有結(jié)構(gòu)和抗菌功能的雙重特點(diǎn)，不但具有無毒、廣譜抗菌、抗菌時效長、不產(chǎn)生耐藥性等特點(diǎn)，而且在制品耐磨、美觀等方面也是其它類型抗菌材料無法比擬的，抗菌材料的研究和開發(fā)將使人體免疫系統(tǒng)擴(kuò)大到人類生活空間的每個角落，對提高人民生活質(zhì)量和社會發(fā)展都具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價值。在不銹鋼中適量添加銅(Cu)是發(fā)展抗菌不銹鋼新材料的重要技術(shù)途徑，在已公開的含銅抗菌不銹鋼中，主要有奧氏體、鐵素體、馬氏體三大類型的含銅抗菌不銹鋼。這些抗菌不銹鋼基本上都是在原有對應(yīng)的普通不銹鋼的成分基礎(chǔ)上，通過添加適量銅元素和特殊熱處理，而賦予不銹鋼強(qiáng)烈和廣譜殺菌功能，對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等常見細(xì)菌的殺滅率都在99%以上，例如304型(奧氏體)、430型(鐵素體)、420型(馬氏體)等含銅抗菌不銹鋼。馬氏體不銹鋼以其高硬度特征而在衛(wèi)生器具、食品器具、餐具、刃具以及醫(yī)療器械等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，420型馬氏體不銹鋼是其典型代表，而具有抗菌功能的含銅馬氏體不銹鋼的開發(fā)與應(yīng)用勢必會帶來新的賣點(diǎn)。然而馬氏體不銹鋼的主要不足就是其耐蝕性較其它類型不銹鋼相對要差，制約了其產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用。鉬(Mo)是鋼中常用的合金化元素，其除具有提高鋼的淬透性和在中溫下可形成彌散分布的Mo的碳化物(如Mo2C)而強(qiáng)化鋼的基體作用外，在奧氏體不銹鋼中還被用來進(jìn)一步提高耐蝕性能，尤其是耐點(diǎn)蝕性能。如316型奧氏體不銹鋼中由于加入2-3%的Mo元素，而使其耐點(diǎn)蝕(特別是氯離子腐蝕)性能顯著提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明創(chuàng)造性地在馬氏體不銹鋼中同時加入Cu和Mo元素，提供一種具有廣譜抗菌功能和優(yōu)異耐腐蝕性能的新型馬氏體抗菌不銹鋼，并提供其熱處理方法及在制造業(yè)中的應(yīng)用，以推動馬氏體抗菌不銹鋼的更加廣泛的應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種新型馬氏體抗菌不銹鋼，其特征在于按重量百分比計，該不銹鋼的化學(xué)成分如下:C :0. 16-0. 25 ；Si :0-l. 00 % ；Mn :0_1· 00 % ；P :0_0· 035 % ；S :0_0· 030 % ；Cr 12. 0-14. 0% ；Cu 2. 0-4. 0% ；Mo 0. 5-1. 0% ；余量為 Fe。進(jìn)一步地，Cu3. 0-3. 5% ；Mo 0. 5-0. 6%。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Cu含量為2. 0-4. 0(wt) %,以保證在特殊熱處理條件下，在鋼中析出富銅相，從而具有良好的抗菌性能。 Cr元素是馬氏體不銹鋼中固定的合金元素，其作用是在不銹鋼表面形成致密氧化膜而賦予不銹鋼一定的耐腐蝕作用。C元素為馬氏體不銹鋼中的強(qiáng)化合金元素，其是不銹鋼中馬氏體組織的強(qiáng)化元素， 使馬氏體不銹鋼保持較高的硬度。Mo元素的作用是在固溶狀態(tài)下進(jìn)一步提高馬氏體不銹鋼的耐蝕性能。本發(fā)明的新型馬氏體抗菌不銹鋼與現(xiàn)有的馬氏體不銹鋼的冶煉和加工方法基本相同，但是有其特殊熱處理方法，包括如下步驟(l) 1000-1100°c固溶處理0. 5-1小時，使鋼中的銅能充分固溶于基體中，油冷至室溫后，使鋼中的銅處于過飽和狀態(tài)；(2)在500-800°C保溫2_6小時，使過飽和的銅從鋼中析出，形成足夠量的富銅相，
空冷至室溫；(3)980-1020°C固溶處理3_10分鐘，油冷至室溫，使馬氏體抗菌不銹鋼保持淬火態(tài)的較高硬度時，控制富銅析出相的溶解，并使Mo充分固溶于基體中；(4) 150_250°C保溫1_2小時，以消除淬火時形成的內(nèi)應(yīng)力，空冷至室溫。本發(fā)明中的新型馬氏體抗菌不銹鋼的應(yīng)用，可廣泛應(yīng)用于衛(wèi)生器具、食品器具、餐具、刃具以及醫(yī)療器械等領(lǐng)域。本發(fā)明的有益效果是(1)本發(fā)明的馬氏體不銹鋼中添加了銅元素，經(jīng)過特殊熱處理后，在不銹鋼基體中分布有富銅析出相，從而賦予馬氏體不銹鋼優(yōu)異的抗菌特性。(2)本發(fā)明通過在馬氏體不銹鋼中添加一定量的Mo元素，使馬氏體不銹鋼的耐蝕性能更加優(yōu)異。(3)本發(fā)明的添加有銅元素和鉬元素的新型馬氏體抗菌不銹鋼改善了不銹鋼性質(zhì)，豐富了馬氏體抗菌不銹鋼的材料產(chǎn)品種類，并推動馬氏體抗菌不銹鋼的更加廣泛的應(yīng)用。


圖1為實(shí)施例1的極化曲線，其中曲線1為對照馬氏體不銹鋼，曲線2為馬氏體抗菌不銹鋼圖2為實(shí)施例2的X射線衍射曲線圖3為實(shí)施例2得到的金相組織形貌4為實(shí)施例4殺滅大腸桿菌的效果照片，其中，左馬氏體抗菌不銹鋼，右對照 420型馬氏體不銹鋼圖5為實(shí)施例4殺滅金黃色葡萄球菌的效果照片，其中，左馬氏體抗菌不銹鋼；右對照420型馬氏體不銹鋼
具體實(shí)施例方式
以下實(shí)施例中提供了馬氏體抗菌不銹鋼抗菌性能的檢測方法參照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，選用的試驗(yàn)菌株為大腸桿菌(Escherichia coli 25922)和金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus 25923)，按照下述公式計算抗菌不銹鋼和對照樣品(普通不銹鋼或無殺菌能力的其它固體材料)對常見細(xì)菌(大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等)作用后的殺菌率殺菌率(％ )=[(對照樣品活菌數(shù)-抗菌不銹鋼活菌數(shù))/對照樣品活菌數(shù)]XlOO式中，對照樣品活菌數(shù)是對照樣品上進(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)。以下實(shí)施例還提供了馬氏體抗菌不銹鋼耐腐蝕性能的電化學(xué)測試方法采用常規(guī)的電化學(xué)三電極系統(tǒng)方法在CHI660A工作站上對樣品進(jìn)行極化曲線測試，參考電極為KCl 飽和甘汞電極，對電極為鉬電極，掃描速度為0. 5mV/s。測試前在金相預(yù)磨機(jī)上將樣品逐級研磨至2000#砂紙，測試介質(zhì)是濃度為8. 5%。的NaCl生理鹽水溶液，實(shí)驗(yàn)溫度為25°C。通過測試不同樣品的腐蝕電位，考察其耐腐蝕性能。具體的以下實(shí)施例選用的對照品為420型馬氏體不銹鋼。實(shí)施例1本實(shí)施例中，新型馬氏體抗菌不銹鋼的化學(xué)成分如下(Wt) % C 0. 22，Cr 12. 90，Mn 0. 41，Si 0. 53，P 0. 006，S 0. 003，Cu 3. 22，Mo 0. 55，其
余為Fe。上述馬氏體抗菌不銹鋼經(jīng)真空感應(yīng)冶煉后，在1120°C鍛造成棒。馬氏體抗菌不銹鋼的熱處理工藝為(1)在1040°C保溫0. 5h，使鋼中的銅能充分固溶于基體中，油冷至室溫后，使鋼中的銅處于過飽和狀態(tài)；(2)在700°C保溫6h，使過飽和的銅從鋼中析出足夠量的富銅相，之后空冷至室溫；(3)在1000°C保溫3min，油冷至室溫；(4)150°C保溫 Ih 回火。對上述馬氏體抗菌不銹鋼，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/T 21510-2008《納米無機(jī)材料抗菌性能檢測方法》”等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行抗菌性能檢測，檢測結(jié)果為對大腸桿菌(Eschericher Coli)的殺菌率彡99. 9%；對金黃色葡萄球菌(Staphyococcus aureus)的殺菌率彡99. 9%。表明實(shí)施例1中的馬氏體抗菌不銹鋼具有優(yōu)異的抗菌功能。對本實(shí)施例的馬氏體抗菌不銹鋼采用電化學(xué)測試方法進(jìn)行極化曲線測試，結(jié)果如圖1顯示，本實(shí)施例的含銅鉬型馬氏體抗菌不銹鋼的點(diǎn)蝕電位明顯高于對照420型馬氏體不銹鋼，顯示出更優(yōu)良的耐腐蝕性能。實(shí)施例2本實(shí)施例中，新型馬氏體抗菌不銹鋼的化學(xué)成分如下(Wt) %
C :0. 22，Cr :12· 90，Mn :0· 41，Si :0· 53，P :0· 006，S :0· 003，Cu :3· 22，Mo :0· 55，其
余為Fe。上述馬氏 體抗菌不銹鋼經(jīng)真空感應(yīng)冶煉后，在1120°C鍛造成棒。馬氏體抗菌不銹鋼的熱處理工藝為(1)在1040°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，使鋼中的銅處于過飽和狀態(tài)；(2)在700°C保溫6h，使過飽和的銅從鋼中析出足夠量的富銅相，之后空冷至室
ilm (3)經(jīng)過1000°C保溫5min，油冷至室溫；(4)150°C保溫 lh，回火。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/ T 21510-2008《納米無機(jī)材料抗菌性能檢測方法》”等標(biāo)準(zhǔn)，其檢測結(jié)果為對大腸桿菌 (Eschericher Coli)的殺菌率彡 99. 9%;對金黃色葡萄球菌(Staphyococcus aureus)的殺菌率99. 9%，表明本實(shí)施例的抗菌不銹鋼具有優(yōu)異的抗菌功能。本實(shí)施例2相對于實(shí)施例1，在熱處理工藝的步驟(3)中增加了保溫時間。本實(shí)施例經(jīng)過上述熱處理后，在圖2中可見基體組織為馬氏體結(jié)構(gòu)，在2 θ = 43. 09°處出現(xiàn)一個新峰，與Cu(Ill)的衍射峰相對應(yīng)，表明該樣品中析出了富銅相，這是馬氏體抗菌不銹鋼具備抗菌特性的必要條件。實(shí)施例3 本實(shí)施例中，馬氏體抗菌不銹鋼的主要成分為(Wt) % C 0. 22，Cr 12. 90，Mn 0. 41，Si 0. 53，P 0. 006，S 0. 003，Cu 3. 22，Mo 0. 66，其
余為Fe。上述馬氏體抗菌不銹鋼經(jīng)真空感應(yīng)冶煉后，在1120°C鍛造成棒，馬氏體抗菌不銹鋼的熱處理工藝為(1)在1040°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，使鋼中的銅處于過飽和狀態(tài)；(2)在700°C保溫6h，使過飽和的銅從鋼中析出足夠量的富銅相，之后空冷至室
ilm (3)經(jīng)過1000°C保溫3min，油冷至室溫；(4)150°C保溫 lh，回火。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/T 21510-2008《納米無機(jī)材料抗菌性能檢測方法》”等標(biāo)準(zhǔn)，其檢測結(jié)果為(1)對大腸桿菌(Eschericher Coli)的殺菌率^ 99. 9% ；(2)對金黃色葡萄球菌(Staphyococcus aureus)的殺菌率彡"· 9%。本實(shí)施例3中，相對于實(shí)施例1和2，提高了馬氏體抗菌不銹鋼中的Mo含量，經(jīng)電化學(xué)測試，抗菌不銹鋼的點(diǎn)蝕電位明顯高于對照420型馬氏體不銹鋼的腐蝕電位，進(jìn)一步表明含銅鉬型抗菌不銹鋼耐腐蝕性能顯著優(yōu)于對照不銹鋼。實(shí)施例4 本實(shí)施例中，馬氏體抗菌不銹鋼的主要成分為(Wt) %
C :0. 22，Cr :12· 90，Mn :0· 41，Si :0· 53，P :0· 006，S :0· 003，Cu :3· 22，Mo :0· 66，其
余為Fe。 上述馬氏體抗菌不銹鋼經(jīng)真空感應(yīng)冶煉后，在1120°C鍛造成棒，馬氏體抗菌不銹鋼的熱處理工藝為(1)在1040°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，使鋼中的銅處于過飽和狀態(tài)；(2)在700°C保溫6h，使過飽和的銅從鋼中析出足夠量的富銅相，之后空冷至室
ilm (3)經(jīng)過1000°C保溫5min，油冷至室溫；(4)150°C保溫 lh，回火。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/T 21510-2008《納米無機(jī)材料抗菌性能檢測方法》”等標(biāo)準(zhǔn)，其檢測結(jié)果為(1)對大腸桿菌(Eschericher Coli)的殺菌率^ 99. 9% ；(2)對金黃色葡萄球菌(Staphyococcus aureus)的殺菌率彡99. 9%。在附圖5中，可以明顯的看到殺菌效果。本實(shí)施例4與前三個實(shí)施例相比，增加了 Mo的含量和熱處理中1000°C保溫的時間，將本實(shí)施例的馬氏體抗菌不銹鋼與對照420型馬氏體不銹鋼經(jīng)生理鹽水在室溫浸泡10 天后觀察，顯示含銅鉬型馬氏體抗菌不銹鋼表面仍具有光澤，無明顯的腐蝕現(xiàn)象；而對照 420型馬氏體不銹鋼表面出現(xiàn)大面積均勻腐蝕現(xiàn)象，表明本發(fā)明的耐腐蝕性能優(yōu)于對照不銹鋼。
權(quán)利要求
1.一種新型馬氏體抗菌不銹鋼，其特征在于按重量百分比計，該不銹鋼的化學(xué)成分如下:C 0. 16-0. 25 ；Si :0-l. 00 % ；Mn :0_1· 00 % ；P :0_0· 035 % ；S :0_0· 030 % ；Cr 12. 0-14. 0% ；Cu 2. 0-4. 0% ；Mo 0. 5-1. 0% ；余量為 Fe。
2.權(quán)利要求1所述的一種新型馬氏體抗菌不銹鋼，其特征在于Cu3. 0-3.5% ；Mo 0. 5-0. 6%。
3.權(quán)利要求1所述的一種新型馬氏體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，油冷至室溫；(2)在500-800°C保溫2-6小時，空冷至室溫；(3)980-1020°C固溶處理3-10分鐘，油冷至室溫；(4)150-250°C保溫1-2小時，空冷至室溫。
4.權(quán)利要求1所述的一種新型馬氏體抗菌不銹鋼在制造衛(wèi)生器具、食品器具、餐具、刃具以及醫(yī)療器械等的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明提供一種新型馬氏體抗菌不銹鋼及其熱處理方法和應(yīng)用，按重量百分比計，化學(xué)成分如下C0.16-0.25；Si0-1.00％；Mn0-1.00％；P0-0.035％；S0-0.030％；Cr12.0-14.0％；Cu2.0-4.0％；Mo0.5-1.0％；余量為Fe。其熱處理方法如下1000-1100℃固溶處理0.5-1h，油冷至室溫；在500-800℃保溫2-6h，空冷至室溫；980-1020℃固溶處理3-10min，油冷至室溫；150-250℃保溫1-2h，空冷至室溫。本發(fā)明的新型馬氏體抗菌不銹鋼可廣泛應(yīng)用于衛(wèi)生器具、食品器具、餐具、刃具以及醫(yī)療器械等領(lǐng)域，具有獨(dú)特的廣譜抗菌性能以及更優(yōu)異的耐蝕性能。
文檔編號C21D1/78GK102330022SQ20111026688
公開日2012年1月25日 申請日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月9日
發(fā)明者南黎, 楊柯, 田增慧, 陳紅軍 申請人:天津石泰集團(tuán)有限公司