[發明專利]一種外科手術用沉淀硬化馬氏體不銹鋼及其熱處理工藝

有效

• 申請號: 201210551878.5
• 申請日: 2012-12-17
• 公開（公告）號: CN103866198A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 楊春光;王帥;任玲;南黎;盧志江;楊柯
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C38/48
• 分類號: C22C38/48;C21D6/00;C21D6/04
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

技術領域

本發明涉及不銹鋼材料領域，具體為一種外科手術用沉淀硬化馬氏體不銹鋼及其熱處理工藝。該不銹鋼具有獨特的抗菌功能，同時具有良好的力學性能和耐蝕性能，可廣泛應用于醫學臨床領域中外科手術使用的各類不銹鋼器械。

背景技術

外科手術器械通常采用不銹鋼制造，馬氏體不銹鋼由于其優良的強韌性在手術器械材料的選擇上占據明顯優勢。沉淀硬化型馬氏體不銹鋼因具有良好的力學性能而得到廣泛應用，如外科用刀（手術刀片、皮片刀、剃毛刀、修腳刀）、外科用剪（手術剪、組織剪、解剖剪）、外科用鉗（止血鉗、組織鉗、創夾縫鉗）、外科用鑷夾（小血管鑷、組織鑷、持針鑷、止血夾）、外科用針（動脈瘤針、探針、推毛針）、外科用鉤（靜脈拉鉤、創口鉤、扁平拉鉤皮膚拉鉤、解剖鉤）等外科手術用器械。0Cr15Ni5Cu4Nb、0Cr17Ni4Cu4Nb（17-4PH）、0Cr17Ni7Al（17-7PH）等是此類沉淀硬化馬氏體不銹鋼中的典型代表。

根據世界衛生組織（WHO）頒布的《院內感染防治實用手冊》中的有關數據，每天全世界有超過1400萬人在遭受院內感染的痛苦，其中60％的細菌感染與使用的醫療器械有關。因此，研究開發自身具有抗菌功能的新型外科手術用不銹鋼新材料，以消除或減少相關醫療器械引發的細菌感染問題，具有重要的社會和經濟意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有抗菌功能的外科手術用沉淀硬化馬氏體不銹鋼及其熱處理工藝，解決現有外科手術中由于醫療器械引發的細菌感染問題。

本發明的技術方案是：

一種外科手術用沉淀硬化馬氏體不銹鋼，該不銹鋼的化學成分如下（重量%）：C：≤0.07%；Si：≤1.00%；Mn：≤1.00%；P：≤0.040%；S：≤0.030%；Ni：3.00-5.00%；Cr：15.0-17.5%；Cu：3.5-5.5%；N：0.05-0.15%；Nb：0.15-0.45%；余量為Fe；鋼中雜質元素含量符合外科手術用不銹鋼國家標準中的相應要求。

在本發明的不銹鋼成分設計中，銅（Cu）和氮（N）是新型不銹鋼中最重要的合金元素。銅是保證不銹鋼抗菌功能的必要條件，也是本發明的主要創新點。本發明中的不銹鋼中的含銅量為3.5-5.5％，以保證在特殊熱處理條件下，富銅相在鋼中的均勻彌散析出。當銅含量較低時，即使經過特殊熱處理，不銹鋼基體中不易析出富銅相，因而不具備穩定的抗菌性能。當銅含量相對過高時，會導致不銹鋼在高溫下析出富銅相，嚴重影響到不銹鋼的熱加工性能。此外，過量的富銅相析出亦會降低不銹鋼的耐腐蝕性能。本發明中不銹鋼中的含氮量為0.05-0.15%。在正常的抗菌熱處理制度下，由于時效時間較長，不銹鋼基體中析出的較為粗大的富銅相減弱了析出相對位錯的釘扎作用，會使材料強度明顯下降。而間隙原子氮的加入會通過固溶強化作用來有效提高不銹鋼的強度，以彌補富銅相析出導致強化效果弱化的影響，同時還能顯著提高不銹鋼的耐點蝕性能。當氮含量較低時，氮對于鋼的強化效果有限；當氮含量較高時，雖然能進一步提高不銹鋼的綜合性能，但會對不銹鋼的熱加工性能造成不利影響。

本發明還提供了上述沉淀硬化馬氏體不銹鋼的熱處理工藝，該工藝包括如下步驟：

（1）在1000-1050℃保溫0.5-1h，使鋼中的銅及碳化物（碳化鉻、碳化鈮等）能充分固溶于基體中，使組織充分均勻化，空冷或水冷至室溫后，使鋼中的銅處于過飽和狀態；

（2）在-70℃或-70℃以下冷處理0.3-1小時，使殘余奧氏體中的富集銅充分遠離熱力學平衡態；

（3）在450-650℃保溫4-10h，使過飽和的銅從鋼中析出足夠體積分數的富銅相，空冷或水冷至室溫。

本發明的有益效果是：

1、對于17-4PH不銹鋼，正常的熱處理制度雖然能使鋼中析出一定量的富銅相，但由于體積分數較小，不足以使其釋放足夠量的銅離子以發揮殺菌功效。因此本發明以現有17-4PH不銹鋼為基礎，適當提高了鋼中的銅含量，同時延長了時效時間，從而使鋼中馬氏體基體上能析出足量的富銅相。但長時時效帶來較多量富銅相的析出會引起鋼的力學性能尤其是耐點蝕性能的下降。為了彌補力學性能及耐蝕性能的下降，考慮到氮（N）原子的固溶強化和對耐點蝕性能的良好效果，本發明在不銹鋼中增加了一定量的氮元素（0.05-0.15%），使其具有固溶強化作用的同時，兼顧提高不銹鋼的耐點蝕性能。

2、本發明通過實驗研究，在現有沉淀硬化馬氏體不銹鋼中增加含銅量和添加一定量的氮元素，獲得了具有強烈抗菌性能、優良力學性能和耐蝕性能的抗菌不銹鋼新材料。