專利名稱：一種奧氏體抗菌不銹鋼及其制造方法
技術領域：
本發明涉及金屬功能材料，具體地說，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：
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，保持食品時間較長而不腐爛。可惜金銀太貴，不能普及。上世紀九十年代，日本暴發了MRSA(對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年在我國暴發了非典感染以及近幾年來世界各地頻發禽流感，更加強了人們的防菌意識，對抗菌用品的需求也愈顯迫切。抗菌用品范圍很廣，如廚房用品、餐具、家電、醫療器械和公共設施等，凡是眾人經常接觸的部件，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展趨勢。所謂抗菌不銹鋼，一方面要保持該鋼種原有的力學、耐蝕及加工等性能，同時還要具有抗菌性能。醫學研究表明金、銀、銅、鋅、鈦等金屬都具有很強的抗菌性能，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。結果加入量少了，達不到抗菌效果；加入量多了，破壞不銹鋼原有的力學、耐蝕和加工等性能，同時成本也增加。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鍵技術。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998009434.2中，公開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，當進行熔融鋼的連鑄時，連鑄速率為0.8-1.6米/分鐘。這個專利的關鍵技術是控制連鑄速率，使鋼液中生成的氧化銀均勻地分布于鋼中，達到提高抗菌率的目的。這要求一定的設備和熟練的操作技術。
在公開號CN1158363A中發表了具有改進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，經過500～900℃老化或退火等熱處理，使得不僅在鋼表面而且在鋼內部都沉淀出以0.2％(體積)的富銅相并均勻地分散在基體內。依靠這些富銅相來提高抗菌性能。由于抗菌性來自材料本身，所以不銹鋼可以長期保持抗菌性。這個專利的關鍵技術是抗菌熱處理工藝。這個熱處理工藝要控制適當。
上述專利均是采用一種金屬元素作為主要抗菌元素，并存在著或設備要求高或操作工藝復雜的不足之處。

發明內容
本發明的目的在于克服上述現有技術存在的缺點，而提供一種多種抗菌元素聯合作用，并且工藝簡單的奧氏體抗菌不銹鋼及其制造方法。該鋼種具有優異的抗菌性能并還保持不銹鋼原有的力學、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、家電及各種共公設施。
本發明的目的可以通過以下技術方案來實現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上加入Cu-Ag-Zn中間合金制成的。
所述的抗菌不銹鋼化學成分(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制造，可在非真空或真空感應爐中進行熔煉，經過鑄造或鍛造、熱處理后可加工成型，并可進行冷軋、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過熔煉制成中間合金，把這中間合金當作一種爐料，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，同時鋼的力學、腐蝕、加工等性能也未發生變化，且其熔煉工藝簡便。
所述的抗菌不銹鋼化學成分(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過鑄造或鍛造的不銹鋼加熱至1050℃～1130℃，經保溫后，水冷或空冷至室溫。
本發明的成分設計中采用了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，也是本發明的創新點。這中間合金的成分(重量％)為Ag1.0～30.0，Zn1.0～20.0，其余為Cu。銀是一個永久性的殺菌劑。實驗證明銀離子濃度為1×10-6，10分鐘內可將水中99.9％的大腸桿菌殺滅，而且可以保持水在90天內不繁殖任何新的細菌。根據合金相圖，在α-Fe中Ag的溶解度為0.0002％。銀是以離子狀態抗菌的，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，才能達到抗菌的目的。銅、鋅也是很強的抗菌劑，銅的抗菌作用僅次于銀，若三者聯合作用，抗菌作用會更強。為此本發明經過反復研究，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，再把這中間合金當成煉鋼原材料加入鋼中。從所測得的力學性能和腐蝕性能看，都保持了該鋼原有性能；再從所測得的抗菌性能看，該鋼種具有優異的抗菌性能，說明本發明是成功的。
本發明鋼的耐腐蝕性能是按國標GB/T101125-1997鹽霧試驗方法進行測定的試樣在5％NaCl、溫度35±2℃、PH6.5～7.2條件下，進行48小時連續噴霧試驗。試驗結果表明試樣表面無變化，無銹點。
本發明鋼的抗菌性能的評定方法是按JIS Z2801-2000《抗菌加工制品——抗菌性能試驗方法和抗菌效果》的標準進行的，并采用304不銹鋼作對比試驗。主要試驗程序如下1.發明鋼和對比鋼制成50×50×4mm的試塊，洗凈、脫脂；2.將培養菌溶于1/500NB接種液中，稀釋到細菌數為(2.5～10)×105個/ml。1/500NB接種液通常是用無菌的純凈水稀釋500倍的營養肉湯(NB)制成的。該營養肉湯(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.將準備好的試片(每種三片)，分別放于滅菌的平皿中，用移液管準確取0.4毫升試驗菌液滴在平皿中的每一個試驗片上，用薄膜覆蓋；4.將裝有試驗菌液接種的試驗片平皿放在溫度為(35±1)℃，相對濕度不低于是90％條件下，培養24小時；5.通過瓊脂培養方法(35°±1℃，40～48小時)培養活的細菌數量；6.用平板活菌計數法測定上項中的活菌數。
利用抗菌率來表示本發明鋼的抗菌性能 本發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。
本發明鋼還進行了毒性試驗，其結果與評價為1，經口毒性試驗樣品浸提液對雌雄小白鼠的急性經口的最大受劑量MTD均大于2000mg/Kg；2，微核試驗樣品浸提液微核試驗結果為陰性。
通過毒性試驗結果表明本發明鋼是無毒的、安全的，適于制造食品加工機械及餐具等用品。
具體實施例方式
下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。
實施例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。將這些化學成分的爐料在非真空中頻感應爐中熔煉、澆鑄成錠，鍛成方棒，從上取抗菌試片毛坯，經1080℃×0.5小時→水淬的熱處理以后，再進行精加工成抗菌試片，按“JIS Z2801-2000抗菌加工制品——抗菌性試驗方法和抗菌效果”的工業標準進行試驗。其結果為大腸桿菌(Eschericher Coli)抗菌率≥99.9％；金黃色葡萄球菌(Staphyococcus aureus)抗菌率≥99.9％。
實施例2一種奧氏體抗菌不銹鋼，其主要化學成分(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成分的爐料經冶煉、澆鑄、鍛造和熱處理等工藝過程。所述的熱處理工藝為1100℃×0.5小時→水淬。經熱處理后的棒材加工成拉伸和沖擊試樣，試驗后，得到如下力學性能σb610Mpa，σs265Mpa，ψ60.0％，δ75％，αk294J。
實施例3一種奧氏體抗菌不銹鋼，其主要化學成分(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成分的材料在非真空中頻感應爐中冶煉，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上加入Cu-Ag-Zn中間合金制成的。
2.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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制造，可在非真空或真空感應爐中進行熔煉，經過鑄造或鍛造、熱處理后可加工成型，并可進行冷軋、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過熔煉制成中間合金，把這中間合金當作一種爐料，在煉鋼出鋼之前放入鋼水中。
6.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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過鑄造或鍛造的不銹鋼加熱至1050℃～1130℃，經保溫后，水冷或空冷至室溫。
全文摘要
本發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、醫療器械等各種抗菌產品。
文檔編號C21D11/00GK1789471SQ20051011174
公開日2006年6月21日 申請日期2005年12月21日 優先權日2005年12月21日
發明者徐增華, 沈忠良, 王東輝 申請人:上海材料研究所