一种具有双峰析出的430铁素体抗菌不锈钢及制备方法技术

本发明专利技术公开了属于医用材料制备技术领域的一种具有双峰析出的430铁素体抗菌不锈钢及制备方法；其成分范围：C 0.005%～0.01%；Si≤0.75%；Mn≤1.0%；P≤0.04%；S≤0.03%；Cr 16～18%；Ni≤0.6%；Cu 2.0～4.0%；其余为Fe和杂质。该抗菌不锈钢经过冶炼、连铸、热轧、冷轧、固溶退火、抗菌退火、时效退火的制备工艺；在制备中添加一定含量的铜，再通过抗菌退火热处理，得到微米级的铜析出，并释放一定量的铜离子，从而赋予不锈钢抗菌性能，对大肠杆菌的灭杀率高达99%；和时效度低温退火，获得强化效果的析出相及析出纳米尺寸的富铜相，提高材料的强度。

【技术实现步骤摘要】
一种具有双峰析出的430铁素体抗菌不锈钢及制备方法
本专利技术属于医用材料制备
特别涉及一种具有双峰析出的430铁素体抗菌不锈钢及制备方法。
技术介绍
针对日益肆虐和耐药性增强的大肠杆菌，国内外科学家广泛开展了抗菌不锈钢的研究，通过在现有不锈钢材料中加入适量的抗菌金属元素，如铜（Cu）、银（Ag）等，使不锈钢整体产生强烈、广谱和持久的抗菌功能，表1为含铜抗菌不锈钢的抗菌效果。抗菌不锈钢兼具结构材料和抗菌功能材料的双重特点，既可作为结构材料和装饰美化材料使用，同时也具有抑菌灭菌的自清洁功能，极大地拓宽了抗菌材料的应用领域。现在应用最广泛的是在不锈钢中添加Cu元素。目前已有多种产品问世，包括抗菌不锈钢水槽、抗菌不锈钢空调托盘、抗菌不锈钢餐具、抗菌不锈钢洗衣机滚筒、抗菌不锈钢手术器械、抗菌不锈钢骨科植入物产品等。表1含铜抗菌不锈钢对几种微生物抗菌试验结果抗菌不锈钢的抗菌性和安全性已经得到了确认。人体对Cu的摄入量需求为每天2~6mg，摄入不足会影响血红蛋白的合成，导致贫血或发育迟缓，摄入过多时Cu会沉积于中枢神经和各脏器，可能引起各种疾病。由于抗菌不锈钢在水中的溶出浓度远远低于人体需要摄入Cu离子量的下限，因此不会因抗菌不锈钢的使用引起Cu的过量摄入。此外，Cu2+在杀灭大肠杆菌的同时并不影响有益菌的生长，而且细菌细胞膜也不被破坏。经国家药品和生物制品检验所检测后表明，抗菌不锈钢完全符合国家对医药材料的毒性与人体安全性标准，部分检验结果列于表2中。表2抗菌不锈钢材料的安全性检验>在当前我国钢铁产能严重过剩，同质化竞争激烈的背景下，高品质特殊不锈钢功能化要求越来越高。铜元素不仅可以赋予不锈钢抗菌功能而且还是常用的析出强化元素。但是在以往的报道中含铜材料只开发了抗菌功能或者析出强化，本专利技术通过调控热处理工艺，在抗菌退火之后再次进行低温时效退火，获得双峰析出的富铜相，既赋予了材料抗菌功能，又提高了材料的强度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有双峰析出的430铁素体抗菌不锈钢及制备方法，其特征在于，所述具有双峰析出的430铁素体抗菌不锈钢的化学成分按照重量百分比为：C0.005%～0.01%；Si≤0.75%；Mn≤1.0%；P≤0.04%；S≤0.03%；Cr16～18%；Ni≤0.6%；Cu2.0～4.0%；其余为Fe和杂质。所述具有双峰析出的430铁素体抗菌不锈钢的制备方法，其特征在于，工艺步骤如下：（1）冶炼：将炼钢原料加入真空感应炉或电弧炉内熔炼并达到上述目标成分；（2）连铸：将炼好的钢水通过连铸浇成板坯；因为铜元素具有向钢材表面扩散的特性，所以冷却速度要求尽量快，避免铜元素向板坯表面偏聚；（3）热轧：将厚板在1250℃保温一定时间之后热轧，开轧温度为1100℃，终轧温度为900℃；因为在高温时铜元素会自发向材料表面偏聚，形成富铜区，如果温度高于铜元素的熔点，富铜区会变成液态，热加工时会产生裂纹，因此，热轧开轧温度要低于1100℃；（4）冷轧：将热轧板进行去应力退火并酸洗之后进行冷轧；（5）固溶及再结晶退火：将冷轧板在970℃保温一定时间，使冷轧组织完成再结晶过程并且使铜元素固溶均匀；（6）抗菌退火：将热轧板在800℃保温0.5-1.0h后空冷，得到足够的铜析出；由于添加的铜元素含量≥2.0wt%，因此进行较短时间抗菌退火就可获得足够的抗菌富铜相，基体中还能留下更多的固溶铜元素用于析出强化；（7）时效退火：将抗菌退火后的板材再在550℃退火1.0小时，在较低温度进行适当时间的退火使获得最佳强化效果的析出相；如果温度过低时间过短，析出相尺寸太小，强化效果不明显；如果温度过高，时间过长，析出相会过于长大，发生过时效现象，强化效果降低。所得到的430铁素体抗菌不锈钢的组织中均匀分布双峰尺寸的富铜相，其中大尺寸抗菌富铜相为杆状，长达0.3-1.0μm，确保能突破材料表层钝化膜，释放铜离子杀菌，对大肠杆菌的灭杀率高达99%；小尺寸富铜相小于50nm，起析出强化作用，提高材料的强度。本专利技术的有益效果是本专利技术保证材料获得抗菌功能的同时还可以提高其强度；为了保证得到大尺寸的具有抗菌作用的富铜相，一般需要在800℃左右进行抗菌退火，由于温度较高，抗菌退火完成后基体中还固溶有大量过饱和的铜元素，在较低温度再次进行时效退火，会得到纳米尺寸的富铜相析出，起到强化作用；因此，通过抗菌退火后再进行低温时效退火的工艺获得双峰析出的富铜相，其中大尺寸的杆状抗菌富铜相能够突破材料表面的钝化膜，可以和外界环境接触，在湿润环境下，可以杀死99%的大肠杆菌；小尺寸的纳米级的富铜相提高材料的强度。本专利技术通过获得双峰富铜相保证材料既获得抗菌功能，又能提高强度，改善了以往铜元素添加只能起到单一的抗菌功能或者析出强化的现状。附图说明图1为富铜相双峰析出TEM照片。图2为抗菌效果图。图3为常规抗菌退火工艺和双峰析出退火工艺试样的应力应变曲线。具体实施方式本专利技术提供一种具有双峰析出的430铁素体抗菌不锈钢及制备方法，所述具有双峰析出的430铁素体抗菌不锈钢的化学成分按照重量百分比为：C0.005%～0.01%；；Si≤0.75%；Mn≤1.0%；P≤0.04%；S≤0.03%；Cr16～18%；Ni≤0.6%；Cu2.0～4.0%；其余为Fe和杂质。所述具有双峰析出的430铁素体抗菌不锈钢的制备方法，其特征在于，工艺步骤如下：（1）冶炼：将炼钢原料加入真空感应炉或电弧炉内熔炼并达到上述目标成分；所述炼钢原料包括铁水和含有上述组分的废钢原料；（2）连铸：将炼好的钢水通过连铸浇成板坯；因为铜元素具有向钢材表面扩散的特性，所以冷却速度要求尽量快，避免铜元素向板坯表面偏聚；（3）热轧：将厚板在1250℃保温一定时间之后热轧开轧温度为1100℃，终轧温度为900℃；因为在高温时铜元素会自发向材料表面偏聚，形成富铜区，如果温度高于铜元素的熔点，富铜区会变成液态，热加工时会产生裂纹，因此，热轧开轧温度要低于1100℃（4）冷轧：将热轧板进行去应力退火并酸洗之后进行冷轧；（5）固溶及再结晶退火：将冷轧板在970℃保温一定时间，使冷轧组织完成再结晶过程并且使铜元素固溶均匀；（6）抗菌退火：将热轧板在800℃保温0.5-1.0h后空冷，得到足够的铜析出；由于添加的铜元素含量≥2.0wt%，因此进行较短时间抗菌退火就可获得足够的抗菌富铜相，基体中还能留下更多的固溶铜元素用于析出强化；（7）时效退火：将抗菌退火后的板材再在550℃退火1.0小时，在较低温度进行适当时间的退火使获得最佳强化效果的析出相；如果温度过低时间过短，析出相尺寸太小，强化效果不明显；如果温度过高，时间过长，析出相会过于长大，发生过时效现象，强化效果降低。实例1一种430铁素体抗菌不锈钢的制备（1）冶炼：将炼钢原料加入真空感应炉或电弧炉内熔炼并达到表1所示430铁素体抗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有双峰析出的430铁素体抗菌不锈钢，其特征在于，所述具有双峰析出的430铁素体抗菌不锈钢的化学成分按照重量百分比为： C 0.005%～0.01%； Si ≤0.75%； Mn≤1.0%；P ≤0.04%；S ≤0.03%； Cr 16～18%； Ni ≤0.6%；Cu 2.0～4.0%；其余为Fe和杂质。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有双峰析出的430铁素体抗菌不锈钢，其特征在于，所述具有双峰析出的430铁素体抗菌不锈钢的化学成分按照重量百分比为：C0.005%～0.01%；Si≤0.75%；Mn≤1.0%；P≤0.04%；S≤0.03%；Cr16～18%；Ni≤0.6%；Cu2.0～4.0%；其余为Fe和杂质。


2.一种权利要求1所述的具有双峰析出的430铁素体抗菌不锈钢的制备方法，其特征在于，工艺步骤如下：
（1）冶炼：将炼钢原料加入真空感应炉或电弧炉内熔炼，并达到上述目标成分；
（2）连铸：将炼好的钢水通过连铸浇成板坯；因为铜元素具有向钢材表面扩散的特性，所以冷却速度要求尽量快，避免铜元素向板坯表面偏聚；
（3）热轧：将厚板在1250℃保温一定时间之后热轧，开轧温度为1100℃，终轧温度为900℃；因为在高温时铜元素会自发向材料表面偏聚，形成富铜区，如果温度高于铜元素的熔点，富铜区会变成液态，热加工时会产生裂纹，因此，热轧开轧温度要低于1100℃；
（4）冷轧：将热轧板进行去应力退火并酸洗之后进...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙绍恒，薛志勇，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11