[發(fā)明專利]醫(yī)用高氮無鎳奧氏體不銹鋼材料及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210437844.3
• 申請日: 2012-11-06
• 公開（公告）號: CN102888566B
• 公開（公告）日: 2016-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄒興政;王宏;李方;張十慶;郭衛(wèi)民;唐銳;趙安中;王東哲
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶材料研究院
• 主分類號: C22C38/38
• 分類號: C22C38/38;C22C33/04;C21D8/00;A61L27/04
• 代理公司: 重慶志合專利事務(wù)所 50210
• 代理人: 胡榮琿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種醫(yī)用不銹鋼材料，具體地說是一種醫(yī)用高氮無鎳奧氏體不銹鋼材料及制備方法。

背景技術(shù)

?醫(yī)用不銹鋼是醫(yī)用生物材料中應(yīng)用最多、最廣的一類材料，但因其含具有毒性的鎳元素，給使用該類材料的生物體帶來較大的影響。例如，目前臨床上常用的醫(yī)用不銹鋼316L含鎳質(zhì)量百分比12%～15%、317L含鎳11%～15%，鎳在體內(nèi)可能抑制巨噬細胞的吞噬功能和殺菌作用，能破壞細胞內(nèi)的細胞器，改變細胞狀態(tài)，降低細胞數(shù)量。當鎳離子在高濃度時可以誘發(fā)毒性效應(yīng)，導(dǎo)致細胞破壞和炎癥反應(yīng)，對生物體有致畸、致癌的危害性。鎳及其化合物對人類最常見損害是鎳接觸性皮炎，發(fā)病率較高。醫(yī)用金屬材料植入人體后，由于植入件的腐蝕，許多金屬離子釋放到臨近的組織中，在植入316L不銹鋼板和螺栓臨近的組織中的鎳離子濃度大體分布在116-1200mg/L，在病人體內(nèi)由于鎳合金植入件腐蝕造成的鎳離子最大的釋放率約20μg/kg/day。

國內(nèi)外許多國家針對鎳的危害，已制定和頒布了相關(guān)文件及標準來限制生物醫(yī)用金屬中的鎳含量。研究和發(fā)展性能優(yōu)良的醫(yī)用無鎳不銹鋼成為醫(yī)用金屬發(fā)展的一大趨勢。

氮是鋼中強烈的奧氏體形成元素，在一些鋼中作為有益元素加入，可以顯著地提高鋼的力學性能和耐蝕性能，應(yīng)用于各類不銹鋼、耐熱鋼中，以取代并節(jié)省昂貴的鎳元素。由于奧氏體不銹鋼中鎳對人體的毒副作用以及高氮不銹鋼的深入研究，最近幾年國內(nèi)外許多研究者提出將高氮含量的Fe-Cr-Mn-Mo-N無鎳奧氏體不銹鋼應(yīng)用于生物醫(yī)學，也發(fā)明了一些該類型的生物醫(yī)用不銹鋼，專利CN101077425A、CN1519387A公開了兩種不同氮含量的生物醫(yī)用高氮不銹鋼，但其中的銅對耐蝕性的貢獻可以通過提高純凈度的措施替代。同時高氮無鎳生物醫(yī)用不銹鋼在國內(nèi)的開展時間不長，其種類正在發(fā)展之中，這些年國內(nèi)多家科研院所也正在研究發(fā)展新的生物醫(yī)用高氮不銹鋼，在成分配比和制備方法上還正處于發(fā)展階段，并且目前的醫(yī)用奧氏體不銹鋼均未討論和涉及細胞毒性的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種醫(yī)用高氮無鎳不銹鋼材料及制備方法，該材料不含毒性鎳元素，細胞毒性和致熱源性測定性能好，具有優(yōu)良的力學性能，良好的抗腐蝕能力，尤其是抗點蝕和抗晶間腐蝕，而且具有較高的耐磨性。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

醫(yī)用高氮無鎳不銹鋼材料，其特征在于，該材料為單相奧氏體組織，其各組分的質(zhì)量百分比為：Cr：15～18%；Mn：10～16%；Mo：1.5～2.5%；N：0.4～0.7%；RE：0.02～0.08；不可避免的雜質(zhì)≤0.07%；其余為Fe。

所述不可避免的雜質(zhì)為Ni、Ti、C、S、P，其總量≤0.06。

所述RE為Ce。

按質(zhì)量百分比計，其中不可避免的雜質(zhì)鎳Ni≤0.010，鈦Ti≤0.5，碳C≤0.02，硫S≤0.010，磷P≤0.010。

本發(fā)明所提供的生物醫(yī)用高氮不銹鋼材料中，?應(yīng)控制鎳Ni≤0.01%，盡量控制在更低的水平，由于鎳含量非常低，基本可以忽略，因此在冶金行業(yè)通常認為這種含量該金屬材料不含鎳。其余雜質(zhì)元素含量均滿足外科植入不銹鋼通用技術(shù)規(guī)范要求。

鉻是決定不銹鋼性能的主要元素，起提高耐蝕性，同時也提高氮的溶解度，鉻的含量質(zhì)量百分比控制在15%～18%。

錳可以增加奧氏體的穩(wěn)定性，適量可增加氮在鋼中的溶解度，過多則使凝固過程中組織粗大，增加材料的脆性，影響不銹鋼的力學性能。錳含量質(zhì)量百分比控制在10%～16%。

鉬的加入可提高氮的溶解度，與氮相互作用可提高鋼的耐點蝕性能，但含量過多會降低鋼的韌性，鉬含量的質(zhì)量百分比優(yōu)化在1.5wt%～2.5wt%范圍。

氮是穩(wěn)定和促進奧氏體的元素，氮的奧氏體化能力可高達約鎳的30倍，氮代替鎳可去除對人體有害的元素鎳，節(jié)約貴重金屬鎳，并形成并穩(wěn)定奧氏體，且擴大奧氏體，可以抑制碳化物的析出和形成。

碳也是重要的奧氏體化元素，但過多的碳會嚴重影響鋼的塑性和耐蝕性，因此碳含量的質(zhì)量百分比嚴格控制在≤0.02%的較低水平。

鈦可以提高不銹鋼耐晶間腐蝕性能，但鈦過多則會影響鋼的力學性能，因此應(yīng)控制鈦質(zhì)量百分比≤0.5%。

稀土鈰可改善不銹鋼制備的工藝性能，少量存在主要用于改善不銹鋼的鍛造性能，優(yōu)化控制在質(zhì)量百分比0.02wt%～0.08wt%范圍。

硫和磷是雜質(zhì)元素，會損害不銹鋼的綜合性能，各自均應(yīng)控制在質(zhì)量百分比≤0.010%范圍。