CN103866198A - 一种外科手术用沉淀硬化马氏体不锈钢及其热处理工艺 - Google Patents
一种外科手术用沉淀硬化马氏体不锈钢及其热处理工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103866198A CN103866198A CN201210551878.5A CN201210551878A CN103866198A CN 103866198 A CN103866198 A CN 103866198A CN 201210551878 A CN201210551878 A CN 201210551878A CN 103866198 A CN103866198 A CN 103866198A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- stainless steel
- surgical operation
- copper
- martensitic
- treatment process
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
本发明公开了一种外科手术用沉淀硬化马氏体不锈钢及其热处理工艺,属于不锈钢材料技术领域。该不锈钢的化学成分如下(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;余量为Fe;该不锈钢经过特殊热处理后,在不锈钢基体中能均匀和弥散的析出富铜相,从而赋予该不锈钢抗菌功能。本发明不锈钢解决了现有外科手术中由于使用不锈钢工具引发的细菌感染问题,广泛应用于外科手术中的手术刀、手术剪、手术镊、肠钳、刮匙等医学临床领域中使用的各类不锈钢器械。
Description
技术领域
本发明涉及不锈钢材料领域,具体为一种外科手术用沉淀硬化马氏体不锈钢及其热处理工艺。该不锈钢具有独特的抗菌功能,同时具有良好的力学性能和耐蚀性能,可广泛应用于医学临床领域中外科手术使用的各类不锈钢器械。
背景技术
外科手术器械通常采用不锈钢制造,马氏体不锈钢由于其优良的强韧性在手术器械材料的选择上占据明显优势。沉淀硬化型马氏体不锈钢因具有良好的力学性能而得到广泛应用,如外科用刀(手术刀片、皮片刀、剃毛刀、修脚刀)、外科用剪(手术剪、组织剪、解剖剪)、外科用钳(止血钳、组织钳、创夹缝钳)、外科用镊夹(小血管镊、组织镊、持针镊、止血夹)、外科用针(动脉瘤针、探针、推毛针)、外科用钩(静脉拉钩、创口钩、扁平拉钩皮肤拉钩、解剖钩)等外科手术用器械。0Cr15Ni5Cu4Nb、0Cr17Ni4Cu4Nb(17-4PH)、0Cr17Ni7Al(17-7PH)等是此类沉淀硬化马氏体不锈钢中的典型代表。
根据世界卫生组织(WHO)颁布的《院内感染防治实用手册》中的有关数据,每天全世界有超过1400万人在遭受院内感染的痛苦,其中60%的细菌感染与使用的医疗器械有关。因此,研究开发自身具有抗菌功能的新型外科手术用不锈钢新材料,以消除或减少相关医疗器械引发的细菌感染问题,具有重要的社会和经济意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有抗菌功能的外科手术用沉淀硬化马氏体不锈钢及其热处理工艺,解决现有外科手术中由于医疗器械引发的细菌感染问题。
本发明的技术方案是:
一种外科手术用沉淀硬化马氏体不锈钢,该不锈钢的化学成分如下(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%;余量为Fe;钢中杂质元素含量符合外科手术用不锈钢国家标准中的相应要求。
在本发明的不锈钢成分设计中,铜(Cu)和氮(N)是新型不锈钢中最重要的合金元素。铜是保证不锈钢抗菌功能的必要条件,也是本发明的主要创新点。本发明中的不锈钢中的含铜量为3.5-5.5%,以保证在特殊热处理条件下,富铜相在钢中的均匀弥散析出。当铜含量较低时,即使经过特殊热处理,不锈钢基体中不易析出富铜相,因而不具备稳定的抗菌性能。当铜含量相对过高时,会导致不锈钢在高温下析出富铜相,严重影响到不锈钢的热加工性能。此外,过量的富铜相析出亦会降低不锈钢的耐腐蚀性能。本发明中不锈钢中的含氮量为0.05-0.15%。在正常的抗菌热处理制度下,由于时效时间较长,不锈钢基体中析出的较为粗大的富铜相减弱了析出相对位错的钉扎作用,会使材料强度明显下降。而间隙原子氮的加入会通过固溶强化作用来有效提高不锈钢的强度,以弥补富铜相析出导致强化效果弱化的影响,同时还能显著提高不锈钢的耐点蚀性能。当氮含量较低时,氮对于钢的强化效果有限;当氮含量较高时,虽然能进一步提高不锈钢的综合性能,但会对不锈钢的热加工性能造成不利影响。
本发明还提供了上述沉淀硬化马氏体不锈钢的热处理工艺,该工艺包括如下步骤:
(1)在1000-1050℃保温0.5-1h,使钢中的铜及碳化物(碳化铬、碳化铌等)能充分固溶于基体中,使组织充分均匀化,空冷或水冷至室温后,使钢中的铜处于过饱和状态;
(2)在-70℃或-70℃以下冷处理0.3-1小时,使残余奥氏体中的富集铜充分远离热力学平衡态;
(3)在450-650℃保温4-10h,使过饱和的铜从钢中析出足够体积分数的富铜相,空冷或水冷至室温。
本发明的有益效果是:
1、对于17-4PH不锈钢,正常的热处理制度虽然能使钢中析出一定量的富铜相,但由于体积分数较小,不足以使其释放足够量的铜离子以发挥杀菌功效。因此本发明以现有17-4PH不锈钢为基础,适当提高了钢中的铜含量,同时延长了时效时间,从而使钢中马氏体基体上能析出足量的富铜相。但长时时效带来较多量富铜相的析出会引起钢的力学性能尤其是耐点蚀性能的下降。为了弥补力学性能及耐蚀性能的下降,考虑到氮(N)原子的固溶强化和对耐点蚀性能的良好效果,本发明在不锈钢中增加了一定量的氮元素(0.05-0.15%),使其具有固溶强化作用的同时,兼顾提高不锈钢的耐点蚀性能。
2、本发明通过实验研究,在现有沉淀硬化马氏体不锈钢中增加含铜量和添加一定量的氮元素,获得了具有强烈抗菌性能、优良力学性能和耐蚀性能的抗菌不锈钢新材料。
3、本发明不锈钢经过特殊热处理后,在不锈钢基体中均匀弥散分布有富铜析出相,从而赋予该不锈钢抗菌功能。
4、本发明中的抗菌不锈钢可广泛应用于医学临床领域的外科手术中使用的各类不锈钢医疗器械。
附图说明
图1为沉淀硬化马氏体抗菌不锈钢杀灭大肠杆菌的效果照片;图中,(a)沉淀硬化马氏体抗菌不锈钢;(b)对照17-4PH不锈钢。
图2沉淀硬化马氏体抗菌不锈钢的力学性能。
图3为沉淀硬化马氏体抗菌不锈钢的极化曲线。
具体实施方式
实施例1
按照下述公式计算沉淀硬化马氏体抗菌不锈钢和对照样品(普通不锈钢或无杀菌能力的其它固体材料)对常见感染菌(大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等)作用后的杀菌率:
杀菌率(%)=[(对照样品活菌数-抗菌不锈钢活菌数)/对照样品活菌数]×100其中,对照样品活菌数是指在对照样品上进行细菌培养后的活菌数,抗菌不锈钢活菌数是指在沉淀硬化马氏体抗菌不锈钢上进行细菌培养后的活菌数。
在本实施例中,沉淀硬化马氏体抗菌不锈钢的化学成分为(重量%):
C:0.02%,Cr:16.52%,Ni:3.64%,Nb:0.20%,Cu:3.9%,N:0.09%,其余为Fe。
上述沉淀硬化马氏体抗菌不锈钢的热处理工艺为:
在1040℃保温1h,水冷至室温后,使钢中的铜处于过饱和状态;然后在-70℃保持0.5h,使钢中的残余奥氏体完全转变为马氏体;最后在480℃保温6h,使钢中析出富铜相,空冷或水冷至室温。
按照“JIS Z2801-2000《抗菌加工制品-抗菌性试验方法和抗菌效果》、GB/T2591-2003《抗菌塑料抗菌性能实验方法和抗菌效果》”等标准规定,进行了沉淀硬化马氏体抗菌不锈钢对典型细菌的抗菌性能检测,其结果为:
(1)对大肠杆菌(Escheficher Coli)的抗菌率:≥99.9%,抗菌效果如图1所示;
(2)对金黄色葡萄球菌(Staphyococcus aureus)的抗菌率:≥99.9%。
实施例2
在本实施例中,沉淀硬化马氏体抗菌不锈钢的化学成分为(重量%):
C:0.03%,Cr:15.90%,Ni:3.55%,Nb:0.22%,Cu:4.8%,N:0.08%,其余为Fe。
上述沉淀硬化马氏体抗菌不锈钢的热处理工艺为:
在1050℃保温1h,水冷至室温后,使钢中的铜处于过饱和状态;然后在零下70℃保持0.5h,使钢中残余奥氏体完全转变为马氏体;最后分别在480℃、550℃、580℃和620℃保温10h,使钢中析出足够体积分数的富铜相,空冷或水冷至室温。
这四种时效温度处理后的沉淀硬化马氏体抗菌不锈钢的力学性能如图2所示。
实施例结果表明,采用本发明提出的外科手术用沉淀硬化马氏体抗菌不锈钢的强度在保持较高水平的前提下,其塑性也未见降低,保持了良好的力学性能。
实施例3
在本实施例中,沉淀硬化马氏体抗菌不锈钢的化学成分为(重量%):
C:0.02%,Cr:16.10%,Ni:3.47%,Nb:0.26%,Cu:5.2%,N:0.12%,其余为Fe。
上述沉淀硬化马氏体抗菌不锈钢的热处理工艺为:
在1050℃保温1h,水冷至室温后,使钢中的铜处于过饱和状态;然后在-70℃保持0.5h,使钢中残余奥氏体完全转变为马氏体;最后在620℃保温10h,使钢中析出富铜相,空冷或水冷至室温。
采用常规电化学三电极***方法在PRINCETON273A电化学综合分析仪和SOLATRON1287恒电位仪上对上述不锈钢进行极化曲线测试,参考电极为KCl饱和甘汞电极,对电极为铂电极,扫描速度为0.5mV/s,电解质溶液为0.9%NaCl生理盐水。
实验结果如图3所示。由图可见,沉淀硬化马氏体抗菌不锈钢的点蚀电位为0.63V,与17-4PH钢(化学成分为(重量%):C:0.03%,Cr:16.40%,Ni:3.66%,Nb:0.21%,Cu:3.4%,其余Fe)在相同热处理制度下的点蚀电位(0.52V)相比,沉淀硬化马氏体抗菌不锈钢的耐点蚀性能有了一定程度的提高。
Claims (2)
1.一种外科手术用沉淀硬化马氏体不锈钢,其特征在于:按重量百分比计,该不锈钢的化学成分如下: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%;余量为Fe。
2.按照权利要求1所述的不锈钢的热处理工艺,其特征在于:包括如下步骤:
(1)在1000-1050℃保温0.5-1h,空冷或水冷至室温;
(2)在-70℃或-70℃以下冷处理0.3-1小时;
(3)在450-650℃保温4-10h,空冷或水冷至室温。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201210551878.5A CN103866198B (zh) | 2012-12-17 | 2012-12-17 | 一种外科手术用沉淀硬化马氏体不锈钢及其热处理工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201210551878.5A CN103866198B (zh) | 2012-12-17 | 2012-12-17 | 一种外科手术用沉淀硬化马氏体不锈钢及其热处理工艺 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103866198A true CN103866198A (zh) | 2014-06-18 |
CN103866198B CN103866198B (zh) | 2015-10-14 |
Family
ID=50905195
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201210551878.5A Active CN103866198B (zh) | 2012-12-17 | 2012-12-17 | 一种外科手术用沉淀硬化马氏体不锈钢及其热处理工艺 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103866198B (zh) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104328268A (zh) * | 2014-10-30 | 2015-02-04 | 贵州航天风华实业有限公司 | 一种0Cr17Ni7Al冷轧薄板坯料热处理工艺 |
CN104451422A (zh) * | 2014-11-14 | 2015-03-25 | 无锡信大气象传感网科技有限公司 | 一种称重传感器的不锈钢弹性体材料 |
CN104783863A (zh) * | 2015-04-28 | 2015-07-22 | 杭州创亚医疗器械有限公司 | 医用钳及其制造方法 |
CN105331786A (zh) * | 2015-12-07 | 2016-02-17 | 哈尔滨工业大学 | 一种ph17-4沉淀硬化不锈钢负温度梯度固溶热处理方法 |
CN107653421A (zh) * | 2016-07-26 | 2018-02-02 | 中国科学院金属研究所 | 一种耐海水腐蚀的超高强度马氏体时效不锈钢 |
CN107803506A (zh) * | 2017-11-29 | 2018-03-16 | 北京科技大学 | 一种活体取样钳钳头及其制备方法 |
CN108728763A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-11-02 | 中国科学院金属研究所 | 一种医用外科手术用沉淀硬化马氏体抗菌不锈钢 |
CN109161804A (zh) * | 2018-10-10 | 2019-01-08 | 北京北冶功能材料有限公司 | 一种汽车涡轮增压器铆钉用马氏体不锈钢棒材 |
CN109365822A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-02-22 | 山东欧诺机电有限公司 | 一种利用粉末冶金制备的手术器械及生产工艺 |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4295769A (en) * | 1980-02-28 | 1981-10-20 | Armco Inc. | Copper and nitrogen containing austenitic stainless steel and fastener |
JPS62124218A (ja) * | 1985-08-27 | 1987-06-05 | Nisshin Steel Co Ltd | 加工性に優れ溶接軟化のない高強度ステンレス鋼材の製造方法 |
JPH09314276A (ja) * | 1996-05-23 | 1997-12-09 | Shinko Bolt Kk | 高強度ステンレスボルトの製造方法 |
JP2003064416A (ja) * | 2001-08-21 | 2003-03-05 | Aichi Steel Works Ltd | 冷鍛性、温鍛性に優れた析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法 |
JP2004131827A (ja) * | 2002-10-11 | 2004-04-30 | Sanyo Special Steel Co Ltd | 切削性、耐食性の良好な析出硬化型ステンレス鋼 |
CN1571859A (zh) * | 2001-10-19 | 2005-01-26 | 住友金属工业株式会社 | 马氏体不锈钢及其制备方法 |
CN101070580A (zh) * | 2007-03-05 | 2007-11-14 | 大连海事大学 | 多类型超细碳化物中合金工具钢 |
CN101210304A (zh) * | 2006-12-27 | 2008-07-02 | 沈阳鼓风机(集团)有限公司 | 用于压缩机叶轮的马氏体沉淀硬化不锈钢及其制备方法 |
CN102162062A (zh) * | 2011-04-07 | 2011-08-24 | 上海大学 | 一种含锡高氮马氏体不锈钢合金材料及其制造方法 |
-
2012
- 2012-12-17 CN CN201210551878.5A patent/CN103866198B/zh active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4295769A (en) * | 1980-02-28 | 1981-10-20 | Armco Inc. | Copper and nitrogen containing austenitic stainless steel and fastener |
JPS62124218A (ja) * | 1985-08-27 | 1987-06-05 | Nisshin Steel Co Ltd | 加工性に優れ溶接軟化のない高強度ステンレス鋼材の製造方法 |
JPH09314276A (ja) * | 1996-05-23 | 1997-12-09 | Shinko Bolt Kk | 高強度ステンレスボルトの製造方法 |
JP2003064416A (ja) * | 2001-08-21 | 2003-03-05 | Aichi Steel Works Ltd | 冷鍛性、温鍛性に優れた析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法 |
CN1571859A (zh) * | 2001-10-19 | 2005-01-26 | 住友金属工业株式会社 | 马氏体不锈钢及其制备方法 |
JP2004131827A (ja) * | 2002-10-11 | 2004-04-30 | Sanyo Special Steel Co Ltd | 切削性、耐食性の良好な析出硬化型ステンレス鋼 |
CN101210304A (zh) * | 2006-12-27 | 2008-07-02 | 沈阳鼓风机(集团)有限公司 | 用于压缩机叶轮的马氏体沉淀硬化不锈钢及其制备方法 |
CN101070580A (zh) * | 2007-03-05 | 2007-11-14 | 大连海事大学 | 多类型超细碳化物中合金工具钢 |
CN102162062A (zh) * | 2011-04-07 | 2011-08-24 | 上海大学 | 一种含锡高氮马氏体不锈钢合金材料及其制造方法 |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104328268A (zh) * | 2014-10-30 | 2015-02-04 | 贵州航天风华实业有限公司 | 一种0Cr17Ni7Al冷轧薄板坯料热处理工艺 |
CN104451422A (zh) * | 2014-11-14 | 2015-03-25 | 无锡信大气象传感网科技有限公司 | 一种称重传感器的不锈钢弹性体材料 |
CN104783863A (zh) * | 2015-04-28 | 2015-07-22 | 杭州创亚医疗器械有限公司 | 医用钳及其制造方法 |
CN105331786A (zh) * | 2015-12-07 | 2016-02-17 | 哈尔滨工业大学 | 一种ph17-4沉淀硬化不锈钢负温度梯度固溶热处理方法 |
CN107653421A (zh) * | 2016-07-26 | 2018-02-02 | 中国科学院金属研究所 | 一种耐海水腐蚀的超高强度马氏体时效不锈钢 |
CN107653421B (zh) * | 2016-07-26 | 2019-12-10 | 中国科学院金属研究所 | 一种耐海水腐蚀的超高强度马氏体时效不锈钢 |
CN107803506A (zh) * | 2017-11-29 | 2018-03-16 | 北京科技大学 | 一种活体取样钳钳头及其制备方法 |
CN108728763A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-11-02 | 中国科学院金属研究所 | 一种医用外科手术用沉淀硬化马氏体抗菌不锈钢 |
CN109161804A (zh) * | 2018-10-10 | 2019-01-08 | 北京北冶功能材料有限公司 | 一种汽车涡轮增压器铆钉用马氏体不锈钢棒材 |
CN109365822A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-02-22 | 山东欧诺机电有限公司 | 一种利用粉末冶金制备的手术器械及生产工艺 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103866198B (zh) | 2015-10-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103866198B (zh) | 一种外科手术用沉淀硬化马氏体不锈钢及其热处理工艺 | |
CN102168226A (zh) | 一种马氏体抗菌不锈钢及其制造方法 | |
CN105640601B (zh) | 体内可吸收金属吻合钉及其制备方法 | |
CN102888566A (zh) | 医用高氮无镍奥氏体不锈钢材料及制备方法 | |
CN109594022A (zh) | 高强度不锈钢、热处理工艺及成形构件 | |
CN109182927B (zh) | 一种强抗菌性能马氏体不锈钢及其热处理方法与应用 | |
CN106048410B (zh) | 一种医疗器械用无磁不锈钢及其制造方法 | |
EP1692321A1 (en) | Martensitic chromium-nitrogen steel and its use | |
CN104651670B (zh) | 一种外科植入物用抗细菌感染锻造钴基合金及其制备方法 | |
CN104278199B (zh) | 一种兼具高硬度、强抗菌性及优良耐蚀性马氏体不锈钢及其热处理方法 | |
CN102234739A (zh) | 抗感染医用不锈钢 | |
Talha et al. | Promising in vitro performances of nickel-free nitrogen containing stainless steels for orthopaedic applications | |
AL-Ethawi et al. | First record at molecular level for Rhizoctonia solani causing Rot Root on Aleo vera plants in Iraq | |
CN109811265A (zh) | 一种Fe-Mn-Cu-C系合金及其医学应用 | |
CN108728763B (zh) | 一种医用外科手术用沉淀硬化马氏体抗菌不锈钢 | |
KR102176468B1 (ko) | 의료용 형상 기억 합금, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 인공 생체 재료 | |
JP2007126709A (ja) | 高窒素ステンレス鋼の結晶粒微細化熱処理方法及び高窒素ステンレス鋼 | |
CN106868424B (zh) | 一种增强奥氏体钢结构韧性的处理方法 | |
Niinomi | Shape memory, superelastic and low Young’s modulus alloys | |
CN106591628B (zh) | 一种具有低杨氏模量的Ti-Mn-Nb三元合金 | |
Wen et al. | Research on the mechanical properties for medical stainless steel | |
CN103614680A (zh) | 一种超弹性高强度β钛合金带材的制备方法 | |
Terada et al. | Comparison of the corrosion resistance of DIN W. Nr. 1.4970 (15% Cr-15% Ni-1.2% Mo-Ti) and ASTM F-138 (17% Cr-13% Ni-2.5% Mo) austenitic stainless steels for biomedical applications | |
CN109778079A (zh) | 一种医疗器械用不锈钢、制作方法、热处理方法和应用 | |
CN113846275A (zh) | 抗菌超高强度高韧性不锈钢材料及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |