一种高铜抗菌奥氏体不锈钢及其制备方法和应用

本发明涉及不锈钢，具体是涉及一种高铜抗菌奥氏体不锈钢及其制备方法和应用。

背景技术：

1、奥氏体含铜抗菌不锈钢是一类兼具良好抗菌性能与耐蚀性的结构/功能一体化材料，在医疗器械、海洋工程及家用器具等领域具有广阔的应用前景。该类材料通过在传统奥氏体不锈钢（如316l）基体中添加适量铜元素，并配合适当的热处理工艺，使富铜相在基体中弥散析出，从而赋予材料广谱抗菌功能。研究表明，铜含量通常控制在1.5%~4.0%范围内，析出的富铜相通过与细菌作用后释放铜离子，可破坏细菌的细胞膜和细胞壁，实现高效杀菌。

2、目前，奥氏体含铜抗菌不锈钢的主流制造工艺需经历高温固溶和中温时效处理，参考文献1（刘东,等. 时效温度对含cu抗菌双相不锈钢力学及耐蚀性能的影响[j]. 金属热处理.）公开了含铜304l不锈钢在700℃时效10h，然而，在该温度和时效时间下，奥氏体含铜抗菌不锈钢内部会析出富铜相，虽然可以使得含铜304l不锈钢达到比较理想的抗菌性能，但由于富铜相的析出，其点蚀电位从230 mv降至160 mv，耐晶间腐蚀性能和耐点蚀性能均降低。

3、但对于基于316l不锈钢开发的含铜抗菌不锈钢，在该时效过程中易沿晶界析出m23c6型碳化物，其析出会导致晶界附近贫铬区，严重降低耐蚀性。这一矛盾制约了含铜抗菌不锈钢在要求高耐蚀性场景下的应用。时效处理虽能提升抗菌性能，却往往以牺牲部分耐蚀性为代价。

4、为缓解上述矛盾，研究者提出了多种改进方案，公开号为cn116287998a的中国专利文献公开了通过对冷拔含铜奥氏体不锈钢进行低温时效处理（时效处理温度为520~570℃、保温时间为48~108分钟），使在冷拔过程中发生变形分解的富铜相再次析出，通过冷拔缺陷与第二相复合强化，在保持优异抗菌性能的前提下，大幅提高其力学强度，制得的奥氏体不锈钢的抗拉强度可达1350~1630 mpa，硬度值达420~500 hv，杀菌率达99.1%~99.9%。然而，上述专利中的时效温度仍然较高，在高密度位错的影响下，m23c6型碳化物的析出风险反而可能更高，耐蚀性问题并未得到根本解决。

5、因此，亟需研发一种高铜抗菌奥氏体不锈钢，使其在保持良好抗菌性能和力学性能的同时，避免因m23c6型碳化物析出导致的耐蚀性下降，从而拓展其在更多苛刻环境下的应用潜力。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高铜抗菌奥氏体不锈钢的制备方法，通过室温下冷拉拔和低温变形处理的协同作用，控制总变形量和温度，避免m23c6型碳化物的析出，使得材料在维持高强度和高抗菌性能的同时，提高其耐蚀性能。

2、一种高铜抗菌奥氏体不锈钢的制备方法，包括以下步骤：

3、（1）将奥氏体不锈钢的原料采用电弧炉熔化后，依次经氩氧脱碳、钢包精炼、半连续铸造、电渣重熔得到高洁净铸锭；

4、（2）将步骤（1）得到的铸锭经均匀化热处理、热轧、在线固溶热处理后，得到热轧盘条；

5、（3）将步骤（2）得到的热轧盘条先后进行冷拉拔、低温变形处理，得到高铜抗菌奥氏体不锈钢；

6、其中，所述的低温变形处理的温度为180~240℃，冷拉拔和低温变形处理的总加工率≥90%，冷拉拔和低温变形处理的累计总时间≤3分钟。

7、针对传统奥氏体含铜抗菌不锈钢在高温时效（700℃以上）过程中，富铜相析出的同时会诱发m23c6型碳化物沿晶界大量析出，导致晶界附近严重贫cr，进而导致耐晶间腐蚀性能显著恶化的问题。本发明通过室温冷拉拔+180~240℃下低温变形处理，从根源上规避了m23c6的敏化温度区间（450~850℃），从而彻底抑制了有害碳化物的形成，使耐蚀性能得以显著提升。同时，冷拉拔和低温变形处理的总变形量达到90%以上，该变形量引入的高密度位错为富铜相提供了充足且均匀的形核位点，低温条件下形变诱导析出的富铜相呈细小弥散分布，保证了持续稳定的铜离子释放以实现优异的抗菌性能，又通过限定变形的累计时间，实现短时低温大变形量的变形，使得不锈钢的强度得到提升。因此，本发明的制备方法无需时效热处理，在维持高强度和高抗菌性能的同时，有效解决了m23c6析出引发的耐蚀性下降难题，实现了高抗菌性、高强度与优异耐蚀性的兼顾。

8、优选地，步骤（3）中，所述的冷拉拔的加工率≥50%。

9、本发明中，采用分段拉拔变形方式，先在室温下进行冷拉拔，随后升温后再进行二次变形处理，通过将冷拉拔的加工率控制在50%以上，在奥氏体基体内引入高密度位错和变形带，为后续富铜相提供了大量均匀的形核位点，使得材料在维持超高强度与高效抗菌的同时确保优异耐蚀性能。同提升。

10、进一步优选地，所述的冷拉拔的加工率为50%~75%。

11、优选地，步骤（2）中，所述的均匀化热处理的温度为1200~1320℃，时间为2~5 h。

12、优选地，步骤（2）中，所述的热轧开始温度1200~1250℃，终轧温度1000~1060℃。

13、优选地，步骤（2）中，所述的在线固溶热处理的温度为1020~1050℃，时间为120~300 s。

14、本发明还提供了上述的制备方法制得的高铜抗菌奥氏体不锈钢。

15、优选地，所述的高铜抗菌奥氏体不锈钢的化学成分，按重量百分比计，包括：c≤0.02 wt%，si：0.2~0.4 wt%，mn：0.8~1.0 wt%，s≤0.005 wt%，p≤0.02 wt%，cr：17~18 wt%，ni：13~14 wt%，mo：2.0~2.5 wt%，cu：4.0~5.0 wt%，n：0.06~0.10 wt%，余量为fe及不可避免的杂质。

16、优选地，所述的高铜抗菌奥氏体不锈钢的点蚀电位为280~320 mv，抗菌率为99.0%~99.6%，屈服强度1150~1220 mpa，抗拉强度1370~1420 mpa。

17、本发明还提供了上述的高铜抗菌奥氏体不锈钢在医疗器械、海洋工程和家用器具中的应用。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

19、本发明通过在奥氏体不锈钢中添加较高含量的cu元素，结合冷拉拔和低温变形热处理的短时大变形量，促进富cu相动态析出，保留较高程度的变形强化，无需时效热处理就能够使材料兼具高抗菌性、高强度和高耐蚀性。

1.一种高铜抗菌奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的高铜抗菌奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述的冷拉拔的加工率≥50%。

3.根据权利要求1所述的高铜抗菌奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的均匀化热处理的温度为1200~1320℃，时间为2~5 h。

4.根据权利要求1所述的高铜抗菌奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的热轧开始温度1200~1250 °c，终轧温度1000~1060 °c。

5.根据权利要求1所述的高铜抗菌奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的在线固溶热处理的温度为1020~1050℃，时间为120~300 s。

6.根据权利要求1~5任一所述的制备方法制得的高铜抗菌奥氏体不锈钢。

7.根据权利要求6所述的高铜抗菌奥氏体不锈钢，其特征在于，所述的高铜抗菌奥氏体不锈钢的化学成分，按重量百分比计，包括：c≤0.02 wt%，si：0.2~0.4 wt%，mn：0.8~1.0wt%，cr：17~18 wt%，ni：13~14 wt%，mo：2.0~2.5 wt%，cu：4.0~5.0 wt%，n：0.06~0.10 wt%，余量为fe及不可避免的杂质。

8.根据权利要求6所述的高铜抗菌奥氏体不锈钢，其特征在于，所述的高铜抗菌奥氏体不锈钢的点蚀电位为280~320 mv，抗菌率为99.0%~99.6%，屈服强度1150~1220 mpa，抗拉强度1370~1420 mpa。

9.根据权利要求6~8任一所述的高铜抗菌奥氏体不锈钢在医疗器械、海洋工程和家用器具中的应用。