本发明涉及双相不锈钢材料技术领域，具体为一种抗菌双相不锈钢材料的热处理方法。采用独特的热处理工艺，能够仅通过固溶处理方法，调整含铜双相不锈钢中的铁素体比例，使得抗菌双相不锈钢材料具有有效的抑制细菌繁殖的功能，这种新抗菌方法的应用可以使得抗菌双相不锈钢材料广泛应用于化工、石油能源、发电厂及海洋工程等材料领域。
背景技术：
随着人们生活水平的日益提高，防菌、抗菌及抗病毒的卫生管理已成为当今社会极为关注的问题，传统的阻止细菌微生物传播的方式是使用杀菌剂，但其易对自然环境造成污染、毒害作用，由此发明了抗菌功能型金属材料。抗菌不锈钢作为一种兼具结构和功能特性的绿色抗菌材料，已经成为从事细菌微生物研究工作者关注的热点。目前抗菌材料的研究主要集中在含铜抗菌不锈钢，研究表明，含铜不锈钢通过时效处理后，促使材料基体上析出足够数量的富铜相，从而确保材料具有良好的抗菌效果，但抗菌时效处理又会对材料的其它性能产生影响。
双相不锈钢因在固溶状态下仅由铁素体和奥氏体组成，使得其具有高强度、优良的韧性、好的焊接性能及卓越的耐腐蚀性能，已经广泛应用在石油化工、海洋工程、造纸工业等特殊苛刻的腐蚀环境中，一定程度地取代了传统奥氏体不锈钢。研究发现，双相不锈钢使用环境中存在细菌微生 物，其会对材料造成强有力的腐蚀破坏，使得微生物腐蚀行为被广为关注。因此有必要针对细菌微生物这一环境，提供新型抗菌含铜双相不锈钢材料的制备方法。
为保证含铜双相不锈钢具有良好的抗菌作用，需要对其进行时效处理，由于双相不锈钢中Cr、Mo和N等合金元素含量较高，导致其在时效过程中会有碳化物、氮化物以及金属间相析出，钢中出现少量的б相和χ相就会使钢的韧性和塑性急剧下降，强度明显升高，造成材料的脆性断裂。并且，经过抗菌时效处理后的含铜双相不锈钢，由于表面存在的ε-Cu等富Cu相成为钝化膜中的薄弱点，极易成为点蚀的形核源，导致材料的耐蚀性能降低，且ε-Cu在晶间析出，使得晶间腐蚀敏感性有所提高。
基于上述背景，如果能开发一种双相不锈钢材料的热处理工艺，使之不仅可以起到抑制碳化物、氮化物以及金属间相析出，而且可以使材料在固溶处理状态下就可对细菌具有一定的杀灭作用，将有助于双相不锈钢在功能材料领域得到发展和应用。
因此，本申请拟提供一种抗菌双相不锈钢材料的热处理方法，在很大程度上解决现有问题，对双向不锈钢应用市场的拓展起到一定的积极作用。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种抗菌双相不锈钢材料的热处理方法，使其在单一热处理状态下即可具有有效的抵抗细菌的功能，显著降低双相不锈钢在使用中引发的细菌微生物腐蚀风险，同时处理后的不锈钢材料具有稳定的铁素体/奥氏体两相稳定结构，可广泛应用于化工、石油能源、发电厂及海洋工程等材料领域。
本发明的技术方案是：
对抗菌双相不锈钢材料的热处理方式选用固溶处理，固溶处理对于抗菌双相不锈钢中的铁素体/奥氏体相的体积分数的变化具有重要的作用。由于铜是抗菌双相不锈钢中的重要合金化元素，应保证在固溶处理情况下，单质Cu及其化合物能够在基体与钝化膜界面处，以及钝化膜表面富集存在，使得Cu元素的含量在界面和钝化膜的表面形成下降的浓度梯度差，提高Cu2+向溶液介质传递的扩散系数。
固溶温度与固溶时间都将影响到铁素体/奥氏体相的体积分数，固溶温度过低，双相不锈钢中会生成有害的金属间相，严重降低抗菌双相不锈钢的耐蚀性能；固溶温度过高，会导致铁素体/奥氏体相晶粒粗大，且造成铁素体相的体积分数超过65％，不符合ASTM A182的材料要求标准。同等固溶温度下，固溶时间较短的情况下，Cu原子无法进行完全固溶，且钝化膜中不会出现单质Cu及其化合物的富集区，使得材料不具有有效的抗菌性能；随着固溶时间的延长，抗菌双相不锈钢中的铁素体/奥氏体相晶粒逐渐聚集，由原有分散的小岛形状形成更大的岛状结构，导致晶粒粗大。因此本发明中合适的抗菌热处理制度为：固溶处理的温度为1050～1250℃，保温5～20小时，水冷至室温。优选的热处理工艺是：固溶处理的温度为1100～1200℃，保温8～15小时，水冷至室温。
采用本发明所述热处理方法处理的抗菌双相不锈钢材料，其特征在于：该双相不锈钢在1050～1250℃范围内均为两相区，铁素体含量为50％～65％。
本发明所述抗菌双相不锈钢材料的成分为，按重量百分比计：Cr：18.0-28.0；Ni：3.0-10.0；Mo：1.0-5.0；Cu：0.5-4.5；N：0.14-0.32；C≤0.03； Si≤1.0；Mn≤3.0；P≤0.03；S≤0.02；余量为Fe。优选的化学成分为：Cr：22.0-25.0；Ni：4.5-7.5；Mo：1.5-3.0；Cu：2.0-4.0；N：0.2-0.3；C≤0.03；Si≤1.0；Mn≤3.0；P≤0.03；S≤0.02；余量为Fe。
因此，本发明的有益效果是：
1、本发明通过优化热处理制度，使得抗菌双相不锈钢在热处理过程中，抑制碳化物、氮化物以及金属间相的析出。同时可使材料在单一固溶处理状态下，就可对细菌具有有效的杀灭作用，将有助于双相不锈钢在功能材料领域得到发展和应用。
2、本发明所述抗菌双相不锈钢的热处理方法，可广泛应用于化工、石油能源、发电厂及海洋工程中的抗菌双相不锈钢的抗菌功能化热处理。
附图说明
图1抗菌双相不锈钢的抗菌机理图，其中a)、时效处理抗菌双相不锈钢，b)、固溶处理抗菌双相不锈钢。从图1b中可以看出，经过固溶处理后的抗菌双相不锈钢，钝化膜与材料基体界面处均匀紧密地分布着单质Cu及其化合物，并且Cu元素的含量在界面和钝化膜的表面形成下降的浓度梯度差，提高了Cu2+向外部介质扩散的扩散系数。
具体实施方式
根据抗菌双相不锈钢材料设定的化学成分范围，本发明采用15公斤真空感应炉冶炼实施例和对比例锻造抗菌双相不锈钢各10公斤，其化学成分见表1。
表1实施例和对比例的抗菌双相不锈钢化学成分(wt.％)
根据本发明抗菌双相不锈钢设定的热处理方法的参数范围，制定的固
溶温度和固溶时间的详细参数，见表2。
表2实施例和对比例的热处理工艺参数
1.铁素体/奥氏体含量百分比测定
根据“ASTM E562《用系统人工点计数法测定体积分数的试验方法》”相关标准的规定，在热处理后钢板(ASTM A240)或锻件(ASTM A182)上，取样进行金相组织切片检验，对抗菌双相不锈钢材料中的铁素体/奥氏体含量的百分比进行计算，同一炉号的材料可用同一试样。试样断面应是平衡的结构，无有害的第二相，或在颗粒边界上无沉积物存在。相关结果见表3。
2.体外抗菌性能检测
根据“JIS Z 2801-2000《抗菌加工制品－抗菌性试验方法和抗菌效果》、GB/T2591-2003《抗菌材料抗菌性能实验方法和抗菌效果》”等相关标准规定，定量测试了表1中所列热处理后的抗菌双相不锈钢对石油能源、化学工业和海洋工程常见腐蚀性细菌(M.salsuginis和P.aeruginosa)作用后的杀菌率。抗菌性能检测结果见表3，其中杀菌率的计算公式为：杀菌率(％)＝[(对照样品活菌数-抗菌双相不锈钢活菌数)/对照样品活菌数]×100％，对照样品活菌数是普通双相不锈钢样品上进行细菌培养后的活菌数，抗菌双相不锈钢活菌数是指热处理后的抗菌双相不锈钢进行细菌培养后的活菌数。
表3实施例、对比例抗菌双相不锈钢的相关性能测试实验结果
从表3的结果可以看出，本发明实施例1-6的抗菌双相不锈钢均表现出优异的抗菌性能，同时还满足双相不锈钢对铁素体/奥氏体两相比例的要求。合适的Cu含量以及热处理工艺是本发明提出的抗菌双相不锈钢能够发挥 抗菌性能以及呈现稳定的两相结构的关键所在。
固溶处理对于调节抗菌双相不锈钢中的铁素体/奥氏体相的体积分数和抗菌性能有重要的平衡作用。固溶温度过低，双相不锈钢中会生成有害的金属间相，金属间相的存在，并不符合ASTM E562的计算标准，无法计算铁素体/奥氏体的体积分数(对比例1-1)。固溶温度过高，铁素体的体积分数超过65％，不符合ASTM A182的材料要求标准，且由于温度过高造成晶粒粗大，使得单质Cu及其化合物无法在钝化膜处形成富集状态，造成材料不具有有效的抗菌性能。(对比例1-2)。固溶时间过长，抗菌双相不锈钢中的铁素体/奥氏体相晶粒逐渐聚集，由原有分散的小岛形状形成更大的岛状结构，导致晶粒粗大，使得铁素体的体积分数超过ASTM A182标准中要求(≤65％)，并且由于Cu无法在钝化膜中富集，使得材料不具有有效的抗菌功能(对比例1-3)；固溶时间过短，会造成Cu原子无法形成完全固溶状态，且钝化膜中的不会出现单质Cu及其化合物的富集区，使得材料不具有有效的抗菌性能(对比例3-4)。
通过以上实施例和对比例结果可知，只有当Cu含量，固溶温度和固溶时间在一定的合适范围内，它们之间相互补充、相互配合，才能使得固溶处理后的抗菌双相不锈钢兼具抗菌功能以及稳定的两相结构。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。