[发明专利]一种新型马氏体抗菌不锈钢及其热处理方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于不锈钢材料领域，具体涉及一种新型马氏体抗菌不锈钢及其热处理方法和应用。

背景技术

不锈钢的发明是世界冶金史上的一项重大成就，不锈钢的生产为工业和科技进步奠定了重要的物质技术基础。不锈钢已经在食品、餐饮、卫生、公共设施、工业以及人们日常生活中得到了广泛应用。随着非典、禽流感等公共卫生事件的不断发生，人们对生活环境、日用器具的清洁和卫生要求越来越高。人们希望不锈钢器皿除了具有不锈和美观的特点外，还要具有防霉变、抗菌等其它功能。于是，作为材料科学与环境科学交叉而发展出的一种新型材料，抗菌不锈钢应运而生。

抗菌不锈钢兼有结构和抗菌功能的双重特点，不但具有无毒、广谱抗菌、抗菌时效长、不产生耐药性等特点，而且在制品耐磨、美观等方面也是其它类型抗菌材料无法比拟的。抗菌材料的研究和开发将使人体免疫系统扩大到人类生活空间的每个角落，对提高人民生活质量和社会发展都具有非常重要的现实意义和经济价值。

在不锈钢中适量添加铜（Cu）是发展抗菌不锈钢新材料的重要技术途径。在已公开的含铜抗菌不锈钢中，主要有奥氏体、铁素体、马氏体三大结构类型的含铜抗菌不锈钢。这些抗菌不锈钢基本上都是在原有对应的普通不锈钢的化学成分基础上，通过添加适量铜元素和特殊热处理，而赋予不锈钢强烈和广谱杀菌功能，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等常见细菌的杀灭率都在99％以上，例如304（奥氏体结构）、430（铁素体结构）、420（马氏体结构）等含铜抗菌不锈钢。

马氏体不锈钢以其高强度和高硬度特征而在卫生器具、食品器具、餐具、刃具以及医疗器械等领域得到广泛应用，420型马氏体不锈钢是其典型代表，而具有抗菌功能的含铜马氏体不锈钢的开发与应用势必会带来新的卖点。然而马氏体不锈钢的主要不足就是其耐蚀性较其它结构类型不锈钢相对要差，制约了其产品开发与应用。

钼（Mo）是钢中常用的合金化元素，其除具有提高钢的淬透性和在中温下可形成弥散分布的Mo的碳化物（如Mo₂C）而强化钢的基体作用外，在奥氏体不锈钢中还被用来进一步提高材料的耐腐蚀性能，尤其是耐点蚀性能。如316L奥氏体不锈钢中由于加入2-3%的Mo元素，而使其耐点蚀（特别是氯离子腐蚀）性能显著提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有广谱抗菌功能和优异耐腐蚀性能的新型马氏体抗菌不锈钢，并提供其热处理方法及应用领域，以推动马氏体抗菌不锈钢的更加广泛的应用。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种新型马氏体抗菌不锈钢，按重量百分比计，该不锈钢的化学成分如下：

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%；余量为Fe。

所述的马氏体抗菌不锈钢，按重量百分比计，该不锈钢的化学成分优选如下：

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%；余量为Fe。

本发明马氏体抗菌不锈钢的设计思想是：

Cu元素是该不锈钢中的重要合金元素，是保证不锈钢具备抗菌功能的必要条件。本发明不锈钢中的Cu含量为3.5-4.0（wt）％，以保证在特殊热处理条件下，在钢中析出富铜相，从而具有良好的抗菌性能。

Cr元素是马氏体不锈钢中固定的合金元素，其作用是在不锈钢表面形成致密氧化膜而赋予不锈钢一定的耐腐蚀作用。

C元素为马氏体不锈钢中的强化合金元素，其是不锈钢中马氏体组织的强化元素，使马氏体不锈钢保持较高的强度和硬度。

Mo元素的作用是在固溶状态下进一步提高马氏体不锈钢的耐腐蚀性能，可以提高钢的淬透性和在中温下可形成弥散分布的Mo的碳化物（如Mo₂C）而强化钢的基体。

V和Ti元素可使钢中铬的碳化物转而形成V和Ti的碳化物，并细化晶粒，对析出相的均匀弥散分布起促进作用，从而提高不锈钢的机械性能、耐腐蚀性能和抗菌性能。