一種新型馬氏體抗菌不銹鋼及其熱處理方法和應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)屬于不銹鋼材料領(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。新型馬氏體抗菌不銹鋼的化學(xué)成分為（重量百分比），C：0.20-0.25%；Si：<1.0%；Mn：<1.0%；P：<0.035%；S：<0.030%；Cr：12-14%；Cu：3.5-4.0%；Mo：1.0-1.5%；Ni：1.5-2.5%；（V+Ti）：0.1-0.3%；N：0.01-0.05%；B：0.001-0.008%；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)明專利技術(shù)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。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于不銹鋼 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。
技術(shù)介紹
不銹鋼的專利技術(shù)是世界冶金史上的一項(xiàng)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(duì)生活環(huán)境、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。抗菌不銹鋼兼有結(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(shí)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(gè)角落，對(duì)提高人民生活質(zhì)量和社會(huì)發(fā)展都具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)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、馬氏體三大結(jié)構(gòu)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(duì)應(yīng)的普通不銹鋼的化學(xué)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(duì)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 (奧氏體結(jié)構(gòu))、430 (鐵素體結(jié)構(gòu))、420 (馬氏體結(jié)構(gòu))等含銅抗菌不銹鋼。馬氏體不銹鋼以其高強(qiáng)度和高硬度特征而在衛(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(huì)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結(jié)構(gòu)類型不銹鋼相對(duì)要差，制約了其產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用。鑰(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)一步提高材料的耐腐蝕性能，尤其是耐點(diǎn)蝕性能。如316L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。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于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應(yīng)用領(lǐng)域，以推動(dòng)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，本專利技術(shù)的技術(shù)方案是一種新型馬氏體抗菌不銹鋼，按重量百分比計(jì)，該不銹鋼的化學(xué)成分如下C :0. 20-0. 25% ；Si <1. 0% ；Mn <1. 0% ；P <0. 035% ；S <0. 030% ；Cr :12-14% ；Cu 3. 5-4. 0% ；Mo 1. 0-1. 5% ；Ni :1. 5-2. 5% ； (V+Ti) :0. 1-0. 3% ；N :0. 01-0. 05% ；B 0.001-0. 008% ;余量為 Fe。所述的馬氏體抗菌不銹鋼，按重量百分比計(jì)，該不銹鋼的化學(xué)成分優(yōu)選如下C :0. 22-0. 24% ；Si <1. 0% ；Mn <1. 0% ；P <0. 035% ；S <0. 030% ；Cr :12. 5-13. 5% ；Cu 3. 5-3. 8% ；Mo 1. 2-1. 4% ；Ni :1. 8-2. 0% ； (V+Ti) 0. 15-0. 25% ；N 0. 03-0. 05% ；B 0.003-0. 005% ;余量為 Fe。本專利技術(shù)馬氏體抗菌不銹鋼的設(shè)計(jì)思想是 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。本專利技術(shù)不銹鋼中的Cu含量為3. 5-4. 0 (wt) %，以保證在特殊熱處理?xiàng)l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強(qiáng)度和硬度。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腐蝕性能，可以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。V和Ti元素可使鋼中鉻的碳化物轉(zhuǎn)而形成V和Ti的碳化物，并細(xì)化晶粒，對(duì)析出相的均勻彌散分布起促進(jìn)作用，從而提高不銹鋼的機(jī)械性能、耐腐蝕性能和抗菌性能。Ni元素能提高鋼的耐腐蝕性能，并提高馬氏體不銹鋼的回火穩(wěn)定性。適當(dāng)添加少量的Ni對(duì)于抑制高溫固溶處理時(shí)8 -鐵素體的形成有利，還有助于提高韌性。N元素能提高鋼的淬透性，提高材料空冷獲得完全馬氏體組織的能力。能與V結(jié)合形成MX型的氮化物或碳氮化物，有助于提高抗蠕變性能。此外，N元素還能進(jìn)一步提高不銹鋼的抗點(diǎn)蝕性能。B元素能顯著增加鋼的淬透性，提高材料空冷獲得完全馬氏體組織的能力。另外，B還會(huì)在晶界上發(fā)生偏聚并填補(bǔ)晶界空位，因而可阻止晶界上碳化物M23C6的粗化，從而抑制加速蠕變階段在晶界處擇優(yōu)蠕變的發(fā)生。本專利技術(shù)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，但需增加特殊熱處理方法，包括如下步驟(I) 1000-1100°C固溶處理0. 5-1小時(shí)，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(shí)，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(shí)，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(shí)，以消除淬火時(shí)形成的內(nèi)應(yīng)力，空冷至室溫。本專利技術(shù)中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)域要求高強(qiáng)度、高硬度的不銹鋼產(chǎn)品。本專利技術(shù)的有益效果是(I)本專利技術(shù)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)本專利技術(shù)通過在馬氏體不銹鋼中添加一定量的Mo、N元素，使馬氏體不銹鋼的耐蝕性能更加優(yōu)異。(3)本專利技術(shù)中添加有銅元素和鑰元素的馬氏體抗菌不銹鋼改善了不銹鋼性能，豐富了馬氏體抗菌不銹鋼的材料產(chǎn)品種類，推動(dòng)了馬氏體抗菌不銹鋼的更加廣泛的應(yīng)用。 (4)本專利技術(shù)創(chuàng)造性地添加了 Ti、Ni、V、N和B等元素，在提高鋼的耐蝕性和淬透性的同時(shí)，還提高材料空冷獲得完全馬氏體組織的能力。附圖說明圖I為實(shí)施例I的極化曲線，其中曲線I為對(duì)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圖。圖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(duì)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(duì)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(Staphylococcusaureus 25923)，按照下述公式計(jì)算抗菌不本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種新型馬氏體抗菌不銹鋼，其特征在于：按重量百分比計(jì)，該不銹鋼的化學(xué)成分如下：C：0.20?0.25%；Si：<1.0%；Mn：<1.0%；P：<0.035%；S：<0.030%；Cr：12?14%；Cu：3.5?4.0%；Mo：1.0?1.5%；Ni：1.5?2.5%；（V+Ti）：0.1?0.3%；N：0.01?0.05%；B：0.001?0.008%；余量為Fe。

【技術(shù)特征摘要】
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(jì)，該不銹鋼的化學(xué)成分如下C0. 20-0. 25% ；Si <1. 0% ；Mn <1. 0% ；P <0. 035% ；S <0. 030% ；Cr :12-14% ；Cu 3. 5-4. 0% ；Mo 1. 0-1. 5% ；Ni :1. 5-2. 5% ； (V+Ti) :0. 1-0. 3% ；N :0. 01-0. 05% ；B 0.001-0. 008% ;余量為 Fe。2.按照權(quán)利要求I所述的馬氏體抗菌不銹鋼，其特征在于按重量百分比計(jì)，該不銹鋼的化學(xué)成分優(yōu)選如下C 0. 22-0. 24% ；Si <1. 0% ；Mn <1. 0% ；P <0. 035% ；S <0. 030% ；...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：南黎，楊柯，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國科學(xué)院金屬研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：