专利名称：高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种合金，特别是涉及一种生物医学材料和首饰用的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)及其制备方法。
背景技术：
316L等铬镍奥氏体不锈钢以其良好的耐蚀性和成型性能，广泛应用于医疗器械、生物医学材料、首饰材料等领域，但是它们都或多或少的含有一定量的镍，在使用过程中存在镍致敏的风险；另外，这些产品经常携带细菌，但是普通铬镍不锈钢本身不具有抗菌性能，可能带来细菌感染和传播问题。针对含镍奥氏体不锈钢的致敏风险，国内外研究人员在节镍型奥氏体不锈钢研究的基础上，将高氮奥氏体不锈钢的研究应用延伸到医用无镍奥氏体不锈钢，并取得了一定的进展，部分产品已开始应用于人体植入器件、医疗器械及首饰产品上。但是，有研究发现，细菌在高氮无镍奥氏体不锈钢表面的粘附作用比在传统奥氏体不锈钢表面要严重得多，而且细菌的代谢产物会加剧不锈钢的局部腐蚀；另外现有高氮奥氏体不锈钢普遍存在屈强比高、加工硬化能力强、成型难度增加等问题，特别是对于精细件。而针对普通奥氏体不锈钢不具抗菌性能的问题，国内外研究人员采用铜、稀土、银等元素对其进行抗菌改性处理，获得了相应的抗菌性能，但是发现不锈钢经改性处理后镍释放率有所提高，增加了镍致敏的风险。为了避免现有技术的不足之处，因此，需要提供一种无镍致敏风险，具有良好抗菌性能和耐蚀性能，且力学性能可以满足小件加工要求的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无镍致敏风险，具有良好抗菌性能和耐蚀性能，且力学性能可以满足小件加工要求的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)。本发明的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)，不锈钢所分按重量百分比包括以下组分碳(O.03%、硅 O. 4-0. 8%、锰 18-20%、铬 18-20%、钥1. 8-2. 5%、铜 O. 4-0. 6%、磷(O. 025%、硫彡 O. 025%、氮 O. 5-0. 6%、铌 O. 05-0. 12%、银 O. 10-0. 20%、余量为铁以及不可避免的杂质；进一步；不锈钢成分按重量百分比包括以下组分碳O. 024%、硅 O. 48%、锰 18. 42%、铬 18. 05%、钥1. 96%、铜 O. 48%、磷 O. 011%、硫O. 006%、氮O. 55%、铌O. 10%、银O. 13%、余量为铁以及其它不可避免的杂质。本发明还公开一种高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)的制备方法，包括以下步骤a.在镁砂坩埚中进行熔炼在熔炼前将坩埚清理干净以避免熔炼时增碳，然后将原料YTO纯铁、FeCr69微碳铬铁、MnN8. 28氮化锰、FeMo60钥铁、FeSi75硅铁、电解锰、纯铜、CuAg30铜银合金、FeNb50A铌铁装入坩埚并填充密实后封闭坩埚炉盖；b .将坩埚抽真空到5Pa以下，然后在坩埚熔炼室内充入氮气到6_9atm并进行加热熔炼至温度为1600— 1620°C时，将金属液浇注到金属锭模中制得铸锭；将制得的铸锭在温度为1050— 1100°C下热轧成板坯，最后在温度为1080— 1150°C下固溶处理；制得高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)；进一步,步骤a中，纯铁为小块状，电解猛为薄片状，其余材料均为小颗粒状；装料时将氮化铬、钥铁、电解锰、纯铜、银铜合金、硅铁、铌铁放置于纯铁与微碳铬铁材料的中间；进一步，步骤b中，将坩埚抽真空到5Pa以下，然后在坩埚熔炼室内充入氮气到7atm并进行加热熔炼至温度为1600°C时，将金属液浇注到金属锭模中制得铸锭；将制得的铸锭在温度为1050°C下热轧成板坯，最后在温度为1100°C下固溶处理。进一步，步骤b中，熔炼过程中对坩埚进行倾侧使炉料全部熔毕。本发明的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)，是通过以下措施来达到发明目的的I合理设计合金的成分1.1确定代镍元素。不锈钢中有利于奥氏体稳定化的元素除镍外还有钴、碳、锰、氮，但是钴与镍一样会引 起过敏，而且它属于贵重元素，因此不可选用。碳能大大提高镍当量，但是碳会显著增加碳化物析出的倾向，使不锈钢敏化，严重影响耐蚀性，而且碳在提高不锈钢形变硬化指数，因此不能选择碳来稳定奥氏体，必须控制其含量尽可能低。锰在一定范围内有稳定奥氏体的效果，但是当锰含量过高时，反而不利于奥氏体稳定。氮是强烈的奥氏体稳定化元素，不锈钢中加入氮会抑制钢中铁素体相的形成，显著降低铁素体的含量，使奥氏体相更加稳定，因此最好也是唯一可接受的稳定奥氏体的元素是氮。要获得单一奥氏体，必须满足最低镍当量要求，氮含量越高，越有利于奥氏体的稳定，但是氮含量过高时将导致低温脆性，并且增加材料加工的难度。综合考虑这两方面的因素，选择氮含量在O. 50 0· 60wt% 之间。1. 2选择抗菌元素及含量。铜是当前抗菌不锈钢研究中应用最广泛的抗菌元素，但是其获得抗菌性能的前提是在70(T90(TC长时间时效处理以获得足够量的ε — Cu相，但是这个温度区间也正是氮化铬析出的敏感区间，必然会损害合金的耐蚀性，因此不能考虑选择铜作为抗菌元素。稀土和银均可使不锈钢获得抗菌性能，但是稀土的抗菌改性作用有限，要获得足够的抗菌性能必须使稀土具有较高的含量，而过量的稀土会严重恶化不锈钢的耐蚀性和加工性能，故不适合用于高氮无镍不锈钢的抗菌元素；而银具有优异的抗菌性能，少量的银不会明显增加成本，本文首选银作为高氮无镍不锈钢的抗菌元素，选择其范围为 O. Γ0. 2wt%01. 3确定基本元素含量。不锈钢的耐蚀性与铬含量关系密切，呈现n/8的规律，为保证合金具有优良的耐蚀性，应选择铬含量不低于CrlS系，但是当铬含量过高时容易形成σ相而恶化加工性能，而且铬含量越高，越有利于σ相的形成。钥对于提高不锈钢的耐点蚀性能非常有益，为提高抗点蚀性能，拟研发的材料需添加钥，但是钥含量过高时也很容易形成σ相。因此本研究中选择铬的成分范围为18 20wt%，钥的成分范围为1.8 2. 5wt%。铌是有效的晶粒细化剂，对改善材料的耐蚀性、力学性能和银的分布状况等都有益处，因此选择铌含量为O. 05 O. 12wt%0碳会显著降低不锈钢的抗晶间腐蚀性能，选择其含量在O. 03wt%以内。硅有利于熔炼脱氧和改善流动性，选择其成分范围为O. 4^0. 8wt%。磷、硫作为有害元素，含量控制在O. 025wt%以内，越低越好。铜有稳定奥氏体的作用，在不锈钢中可代替部分镍，改善不锈钢的延展性及在酸环境中的耐蚀性，因此材料中选择添加O. 4 O. 6wt% 的铜。1. 4选择锰促进氮的溶解。氮只有处于固溶态时，其稳定奥氏体和提高耐蚀性的作用才会体现出来。但由于氮在纯铁液中的溶解度极低，为减少熔炼、铸造、焊接等制作难度，利用合金元素改善氮在不锈钢中的溶解度。铬和钥有提高氮固溶度的作用，但是它们不足以让氮完全固溶，因此本发明另选择锰作为促进氮溶解的元素。锰越高越有利氮的溶解，但是过高的锰不利于奥氏体的稳定，而且锰含量太高时，会促使形成金属间相，降低耐蚀性。选择锰的成分范围为18 20wt%。本发明的有益效果本发明的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)经固溶处理后为单一奥氏体组织，氮均匀固溶在基体中，银主要以微小富银相的方式弥散分布在基体中，在非微生物环境中具有优异的抗点蚀性能，在微生物环境中具有良好的抗菌性能和抗微生物腐蚀性能，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率均达到93%以上，合金不存在镍释放风险，在人工唾液和汗液中的锰释放率远低于允许的日摄入量标准，可作为生物医学材料使用，不存在金属毒性的风险。该高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)具有很好的韧塑性，可以满足首饰等精细件加工要求，综合性能优于316L等铬镍奥氏体不锈钢。
附图1是本发明的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)的显微组织与316L不锈钢对比图；附图2是本发明的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)(含银O. 13%)中银在基底中的分布情况示意图；附图3是本发明的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)在人工汗液中的极化曲线与316L不锈钢对比图；附图4是本发明的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)抗金黄色葡萄球菌效果与316L不锈钢对比图；附图5是本发明的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)的冲击断口形貌；附图6是本方面的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)与316L的加工硬化行为对比；附图7是本发明的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)与316L的腐蚀磨损失重对比；附图8是本发明的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)与316L的腐蚀磨损形貌对比。
具体实施例方式本发明的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)，不锈钢所分按重量百分比包括以下组分碳(O.03%、硅 O. 4-0. 8%、锰 18-20%、铬 18-20%、钥1. 8-2. 5%、铜 O. 4-0. 6%、磷(O. 025%、硫≤ O. 025%、氮 O. 5—0. 6%、铌 O. 05—0. 12%、银 O. 10—0. 20%、余量为铁以及不可避免的杂质；进一步；不锈钢成分按重量百分比包括以下组分碳O. 024%、硅 O. 48%、锰 18. 42%、铬 18. 05%、钥1. 96%、铜 O. 48%、磷 O. 011%、硫O. 006%、氮O. 55%、铌O. 10%、银O. 13%、余量为铁以及其它不可避免的杂质。本发明还公开一种高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)的制备方法，包括以下步骤a.在镁砂坩埚中进行熔炼在熔炼前将坩埚清理干净以避免熔炼时增碳，然后将原料YTO纯铁、FeCr69微碳铬铁、MnN8. 28氮化锰、FeMo60钥铁、FeSi75硅铁、电解锰、纯铜、CuAg30铜银合金、FeNb50A铌铁装入坩埚并填充密实后封闭坩埚炉盖；b .将坩埚抽真空到5Pa以下，然后在坩埚熔炼室内充入氮气到6_9atm并进行加热熔炼至温度为1600-1620°C时，将金属液浇注到金属锭模中制得铸锭；将制得的铸锭在温度为1050-1100°C下热轧成板坯，最后在温度为1080-1150°C下固溶处理；制得高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)；进一步,步骤a中，纯铁为小块状，电解猛为薄片状，其余材料均为小颗粒状；装料时将氮化铬、钥铁、电解锰、纯铜、银铜合金、硅铁、铌铁放置于纯铁与微碳铬铁材料的中间；进一步，步骤b中，将坩埚抽真空到5Pa以下，然后在坩埚熔炼室内充入氮气到7atm并进行加热熔炼至温度为1600°C时，将金属液浇注到金属锭模中制得铸锭；将制得的铸锭在温度为1050°C下热轧成板坯，最后在温度为1100°C下固溶处理。进一步，步骤b中，熔炼过程中对坩埚进行倾侧使炉料全部熔毕。实施例一本实施例的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)，不锈钢成分按重量百分比包括以下组分碳O. 024%、硅 O. 48%、锰 18. 42%、铬 18. 05%、钥1. 96%、铜 O. 48%、磷 O. 011%、硫
O.006%、氮 O. 55%、铌 O. 10%、银 O. 13%、余量为铁。本实施例的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)的制备方法，包括以下步骤(本实施例以及下述实施例的原料的的重量为重量百分比X10KG。)a.在镁砂坩埚中进行熔炼在熔炼前将坩埚清理干净以避免熔炼时增碳，然后将YTO纯铁、FeCr69微碳铬铁、MnN8. 28氮化锰、FeMo60钥铁、的FeSi75硅铁、电解锰、纯铜、CuAg30铜银、FeNb50A铌铁装入坩埚并填充密实后封闭坩埚炉盖；其中，纯铁为小块状，电解锰为薄片状，其余材料均为小颗粒状；装料时将氮化锰、钥铁、电解锰、纯铜、银铜合金、硅铁、铌铁放置于纯铁与微碳铬铁材料的中间，将金属铸锭模放置在熔炼室相应位置；b .将装好原料的坩埚抽真空到4. 3Pa，然后在坩埚熔炼室内充入氮气到7. Oatm,启动感应电源进行加热熔炼，熔炼过程中对坩埚进行倾侧使炉料全部熔毕，加热熔炼至温度为1600°C时，将金属液浇注到金属锭模中制得铸锭；将制得的铸锭在温度为1050°C下热轧成板坯，最后在温度为1100°C下固溶处理；制得高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)。
本实施例制得的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)，在扫描电镜下观察本实施例的合金的显微组织，并与市售316L材料进行对比，见附图1。两者都属于典型的奥氏体，其中可见明显的孪晶，这种金相呈现了再结晶良好的面心立方结构特点，但是本实施例合金的晶粒比316L更细，说明微量的铌和加快凝固冷却速度可起到有效的晶粒细化作用。经微区成分扫描分析，银主要以富银相弥散分布在基体中，没有形成明显的偏聚现象，见附图2。用LK2005A电化学工作站检测材料的极化行为，见附图3，316L在37°C人工汗液中的点蚀电位为O. 57V，而本实施例合金的点蚀电位为1. 19V，在氯离子环境的表现出比316L显著优异的耐点蚀性能。采用覆膜法进行抗菌试验，316L不具有抗菌性能，本实施例合金对金黄色葡萄球菌的平均抗菌率超过93%，对大肠杆菌的平均抗菌率超过96%，表现出良好的抗菌性能，对金黄色葡萄球菌的抗菌效果图见附图4。本实施例合金在室温下的抗拉强度Ob为897MPa，屈服强度σ s为532MPa，延伸率δ为59%，冲击韧性α κν为165J/cm2，表现出优良的韧塑性，且屈强比相对常见的高氮无镍不锈钢要低，有利于材料的加工成型，冲击断口形貌见附图5。本实施例合金的初始硬度比316L高，经冷形变后，在加工率为16%以内，其加工硬化速率比316L稍低，随着加工率的增大，与316L的加工硬化规律相近，见附图6，这体现出该材料具有良好的成型加工性能。将316L与本实施例合金置于陶瓷磨料与人工汗液组成的湿磨工况下进行滚动磨损试验，两者的失重率对比见附图7，本实施例合金的失重率明显低于316L，两者在腐蚀磨损试验后的表面形貌对比见附图8，在316L表面出现了较明显的腐蚀坑与磨损沟槽，晶界腐蚀比较严重，而在本实施例合金表面虽然也出现了磨痕，但它们的宽度和深度都小于316L，其表面腐蚀坑的数量和尺寸也明显小于316L，也没有观察到类似316L中比较严重的晶界腐蚀。本实施例合金在人工唾液和人工汗液浸泡一周后的锰释放量为26. O μ g/1和106. 5 μ g/1，远低于允许日摄入量，在使用过程中不存在金属毒性的风险。实施例二本实施例的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)，不锈钢成分按重量百分比包括以下组分碳O. 023%、硅 O . 53%、锰 18. 04%、铬 18. 10%、钥1. 92%、铜 O. 49%、磷 O. 013%、硫
O.008%、氮 O. 52%、铌 O. 10%、银 O. 19%、余量为铁。本实施例的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)的制备方法，包括以下步骤a.在镁砂坩埚中进行熔炼在熔炼前将坩埚清理干净以避免熔炼时增碳，然后将YTO纯铁、FeCr69微碳铬铁、MnN8. 28氮化锰、FeMo60钥铁、的FeSi75硅铁、电解锰、纯铜、CuAg30铜银、FeNb50A铌铁装入坩埚并填充密实后封闭坩埚炉盖；其中，纯铁为小块状，电解锰为薄片状，其余材料均为小颗粒状；装料时将氮化铬、钥铁、电解锰、银铜合金、硅铁、铌铁放置于纯铁与微碳铬铁材料的中间，将金属铸锭模放置在熔炼室相应位置；b .将装好原料的坩埚抽真空到3. 9Pa，然后在坩埚熔炼室内充入氮气到6. 5atm,启动感应电源进行加热熔炼，熔炼过程中对坩埚进行倾侧使炉料全部熔毕，加热熔炼至温度为1600°C时，将金属液浇注到金属锭模中制得铸锭；将制得的铸锭在温度为1100°C下热轧成板坯，最后在温度为1080°C下固溶处理；制得高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)。本实施例制得的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)，具有全奥氏体结构，银主要以富银相弥散分布在基体中，晶粒比316L细小。在37°C人工汗液中的点蚀电位为1. 08V,显著高于316L。对金黄色葡萄球菌的平均抗菌率在95%以上，对大肠杆菌的平均抗菌率在98%以上，表现出良好的抗菌性能。本实施例合金的在室温下的抗拉强度σ b为868MPa，屈服强度σ s为520MPa，延伸率δ为61%，冲击韧性α κν为177J/cm2，同样表现出良好的韧塑性，有利于材料的加工成型。腐蚀磨损后的失重率与实施例1相近。在人工唾液和人工汗液浸泡一周后的锰释放量为33. 3 μ g/Ι和117. 8 μ g/1，远低于允许日摄入量，在使用过程中不存在金属毒性的风险。实施例三本实施例的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)，不锈钢成分按重量百分比包括以下组分碳O. 025%,硅 O. 56%,锰 18. 34%,磷 O. 014%,硫 O. 006%,铬 19. 08%,钥 2. 05%,氮
O.58%,铜 O. 45%,银 O. 11%,铌 O. 08%,余量为铁。本实施例的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)的制备方法，包括以下步骤a.在镁砂坩埚中进行熔炼在熔炼前将坩埚清理干净以避免熔炼时增碳，然后将YTO纯铁、FeCr69微碳铬铁、MnN8. 28氮化锰、FeMo60钥铁、的FeSi75硅铁、电解锰、纯铜、CuAg30铜银、FeNb50A铌铁装入坩埚并填充密实后封闭坩埚炉盖；其中，纯铁为小块状，电解锰为薄片状，其余材料均为小颗粒状；装料时将氮化锰、钥铁、电解锰、纯铜、银铜合金、硅铁、铌铁放置于纯铁与微碳铬铁材料的中间，将金属铸锭模放置在熔炼室相应位置；
b .将装好原料的坩埚抽真空到4. 5Pa，然后在坩埚熔炼室内充入氮气到7. 8atm,启动感应电源进行加热熔炼，熔炼过程中对坩埚进行倾侧使炉料全部熔毕，加热熔炼至温度为1620°C时，将金属液浇注到金属锭模中制得铸锭；将制得的铸锭在温度为1070°C下热轧成板坯，最后在温度为1150°C下固溶处理；制得高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)。本实施例制得的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)，在37°C人工汗液中的点蚀电位为1. 21V，显著高于316L。对金黄色葡萄球菌的平均抗菌率在93%以上，对大肠杆菌的平均抗菌率在94%以上，表现出良好的抗菌性能。本实施例合金的在室温下的抗拉强度Ob为937MPa，屈服强度σ s为561MPa，延伸率δ为57%，冲击韧性α κν为153J/cm2，表现出良好的韧塑性，有利于材料的加工成型。腐蚀磨损后的失重率也与实施例1相近。在人工唾液和人工汗液浸泡一周后的猛释放量为24. 5 μ g/1和103. 3 μ g/1,远低于允许日摄入量，在使用过程中不存在金属毒性的风险。实施例四本实施例的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)，不锈钢成分按重量百分比包括以下组分碳O. 027%,硅 O. 78%,锰 19. 85%,磷 O. 021%,硫 O. 008%,铬 19. 76%,钥 2. 43%,氮
O.60%,铜 O. 77%,银 O. 16%,铌 O. 11%,余量为铁。本实施例的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)的制备方法，包括以下步骤a.在镁砂坩埚中进行熔炼在熔炼前将坩埚清理干净以避免熔炼时增碳，然后将YTO纯铁、FeCr69微碳铬铁、MnN8. 28氮化锰、FeMo60钥铁、FeSi75硅铁、电解锰、纯铜、CuAg30铜银、FeNb50A铌铁装入坩埚并填充密实后封闭坩埚炉盖；其中，纯铁为小块状，电解锰为薄片状，其余材料均为小颗粒状；装料时将氮化铬、钥铁、电解锰、纯铜、银铜合金、硅铁、铌铁放置于纯铁与微碳铬铁材料的中间，将金属铸锭模放置在熔炼室相应位置；
b .将装好原料的坩埚抽真空到4. 4Pa，然后在坩埚熔炼室内充入氮气到8. 5atm，启动感应电源进行加热熔炼，熔炼过程中对坩埚进行倾侧使炉料全部熔毕，加热熔炼至温度为1610°C时，将金属液浇注到金属锭模中制得铸锭；将制得的铸锭在温度为1040°C下热轧成板坯，最后在温度为1120°C下固溶处理；制得高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)。本实施例制得的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)，具有全奥氏体结构，银主要以富银相弥散分布在基体中，晶粒比316L细小。在37°C人工汗液中的点蚀电位为1. 36V,显著高于316L。对金黄色葡萄球菌的平均抗菌率在93%以上，对大肠杆菌的平均抗菌率在94%以上，表现出良好的抗菌性能。本实施例的合金在室温下的抗拉强度σ b为986MPa，屈服强度σ s为570MPa，延伸率δ为54%，冲击韧性a KV为136J/cm2，同样表现出良好的韧塑性，有利于材料的加工成型。腐蚀磨损后的失重率与实施例1相近。在人工唾液和人工汗液的锰释放量为21. 4 μ g/Ι和97. 9 μ g/1，远低于允许日摄入量，在使用过程中不存在金属毒性的风险。实施例五本实施例的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)，不锈钢成分按重量百分比包括以下组分碳O. 025%,硅 O. 68%,锰 19. 15%,磷 O. 016%,硫 O. 006%,铬 18. 89%,钥 2. 11%,氮O. 50%，铜O. 58%，银O. 15%，铌O. 09%，余量为铁以及不可避免的杂质。本实施例的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)的制备方法，包括以下步骤
а.在镁砂坩埚中进行熔炼在熔炼前将坩埚清理干净以避免熔炼时增碳，然后将YTO纯铁、FeCr69微碳铬铁、MnN8. 28氮化锰、FeMo60钥铁、FeSi75硅铁、电解锰、纯铜、CuAg30铜银、FeNb50A铌铁装入坩埚并填充密实后封闭坩埚炉盖；其中，纯铁为小块状，电解锰为薄片状，其余材料均为小颗粒状；装料时将氮化铬、钥铁、电解锰、纯铜、银铜合金、硅铁、铌铁放置于纯铁与微碳铬铁材料的中间，将金属铸锭模放置在熔炼室相应位置；b .将装好原料的坩埚抽真空到4. 7Pa，然后在坩埚熔炼室内充入氮气到6atm，启动感应电源进行加热熔炼，熔炼过程中对坩埚进行倾侧使炉料全部熔毕，加热熔炼至温度为1600°C时，将金属液浇注到金属锭模中制得铸锭；将制得的铸锭在温度为1080°C下热轧成板坯，最后在温度为1120°C下固溶处理；制得高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)。本实施例制得的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)，具有全奥氏体结构，银主要以富银相弥散分布在基体中，晶粒比316L细小。在37°C人工汗液中的点蚀电位为1. 10V,显著高于316L。对金黄色葡萄球菌的平均抗菌率在95%以上，对大肠杆菌的平均抗菌率在98%以上，表现出良好的抗菌性能。本实施例的合金在室温下的抗拉强度σ b为851MPa，屈服强度σ s为509MPa，延伸率δ为58%，冲击韧性a KV为147J/cm2，同样表现出良好的韧塑性，有利于材料的加工成型。腐蚀磨损后的失重率与实施例1相近。在人工唾液和人工汗液的锰释放量为28. 8 μ g/Ι和112. O μ g/1，远低于允许日摄入量，在使用过程中不存在金属毒性的风险。上述实施例中，制备方法中各原料的配比根据不锈钢的成分重量百分比来确定，所述原料重量百分比优先为39. 3 - 48. 2%的YTO纯铁、28. 0—31. 5%的FeCr69微碳铬铁、
б.5—8% 的 ΜηΝ8· 28 氮化锰、3. 0—4. 2%FeMo60 钥铁、O. 2-0. 7%FeSi75 娃铁、13. 5-14. 9% 电解锰、O. 001-0. 4% 纯铜、O. 4-0. 7%CuAg30 铜银合金、O. 10-0. 25%FeNb50A 铌铁。
最后说明的是、以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制、尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明、本领域的普通技术人员应当理解、可以对本发明的技术方案进行 修改或者等同替换、而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围、其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)，其特征在干不锈钢成分按重量百分比包括以下组分 碳 く 0. 03%、硅 0. 4-0. 8%、锰 18-20%、铬 18-20%、钥1. 8-2. 5%、铜 0. 4-0. 6%、磷く 0. 025%、硫彡 0. 025%、氮 0. 5-0. 6%、铌 0. 05-0. 12%、银 0. 10-0. 20%、余量为铁。
2.根据权利要求1所述的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)，其特征在于不锈钢成分按重量百分比包括以下组分碳 0. 024%、硅 0. 48%、锰 18. 42%、铬 18. 05%、钥1. 96%、铜 0. 48%、磷 0. 011%、硫 0. 006%、氮0. 55%、铌0. 10%、银0. 13%、余量为铁。
3.—种如权利要求1所述的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)的制备方法，其特征在干包括以下步骤 a.在镁砂坩埚中进行熔炼在熔炼前将坩埚清理干净以避免熔炼时增碳，然后将原料YTO纯铁、FeCr69微碳铬铁、MnN8. 28氮化锰、FeMo60钥铁、FeSi75硅铁、电解锰、纯铜、CuAg30铜银合金、FeNb50A铌铁装入坩埚并填充密实后封闭坩埚炉盖； b .将坩埚抽真空到5Pa以下，然后在坩埚熔炼室内充入氮气到6-9atm并进行加热熔炼至温度为1600— 1620°C吋，将金属液浇注到金属锭模中制得铸锭；将制得的铸锭在温度为1050— 1100°C下热轧成板坯，最后在温度为1080— 1150°C下固溶处理；制得高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)。
4.根据权利要求3所述的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)的制备方法，其特征在于步骤a中，纯铁为小块状，电解锰为薄片状，其余材料均为小颗粒状；装料时将氮化铬、钥铁、电解锰、纯铜、银铜合金、硅铁、铌铁放置于纯铁与微碳铬铁材料的中间。
5.根据权利要求4所述的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)的制备方法，其特征在于步骤b中，将坩埚抽真空到5Pa以下，然后在坩埚熔炼室内充入氮气到7atm并进行加热熔炼至温度为1600°C时，将金属液浇注到金属锭模中制得铸锭；将制得的铸锭在温度为1050°C下热轧成板坯，最后在温度为1100°C下固溶处理。
6.根据权利要求5所述的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)的制备方法，其特征在于步骤b中，熔炼过程中对坩埚进行倾侧使炉料全部熔毕。
全文摘要
本发明公开一种高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)及其制备方法，不锈钢成分按重量百分比包括碳、硅、锰、铬、钼、铜、氮、铌、银、余量为铁；本发明的高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)经固溶处理后为单一奥氏体组织，在非微生物环境中具有优异的抗点蚀性能，在微生物环境中具有良好的抗菌性能和抗微生物腐蚀性能，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率均达到93%以上，不存在镍释放风险，在人工唾液和汗液中的锰释放率远低于允许的日摄入量标准，可作为生物医学材料使用，不存在金属毒性的风险。该高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢(HNSAg)具有很好的韧塑性，可以满足首饰等精细件加工要求，综合性能优于316L等铬镍奥氏体不锈钢。
文档编号C22C33/06GK103045951SQ201210585578
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月30日 优先权日2012年12月30日
发明者袁军平, 李卫, 王国智, 王昶 申请人:广州番禺职业技术学院, 重庆愚吉机械制造有限公司