一种医疗器械用无磁不锈钢及其制造方法技术

一种医疗器械用无磁不锈钢及其制造方法，该钢的化学成分重量百分比为：C：0.005～0.05％，Si：0.2～1.0％，Mn：4.0～6.0％，Cr：18.0～20.0％，Ni：8.0～10.0％，N：0.15～0.25％，Cu：1.30～2.70％，Mo：1.0～2.0％，V：0.10～0.20％，Nb：0.20～0.40％，Ag：0.20～0.40％，O：0.002～0.006％，其余为Fe及不可避免的杂质；且上述元素同时需满足如下关系：Ag∶Cu＝0.15且Ag∶(10×O)≥4.5且(Nb+V)∶C≥10.0且(Cr+Mo+1.5Si)/(Ni+30N+30C+0.25Cu+0.5Mn)≤1.30，Cr+3.3Mo+30N‑Mn≥22.0，580‑520C‑2Si‑16Mn‑23Ni‑300N‑26Cu‑10Mo≤‑110℃。针对非刃医疗器械如骨科钳等应用要求，材料室温时硬度达到HV 450～505度，满足耐磨要求；材料室温冲击值AKV≥45J，满足夹持时韧性要求；磁性相含量≤0.20％，满足对术中磁共振系统无干扰的要求；材料对于葡萄球菌和大肠杆菌等抗菌率≥98％，有效避免术中和手术前后的交叉感染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及医疗器械用无磁不锈钢及其制造方法，具体涉及一种高硬度高韧性抗菌无磁不锈钢及其制造方法。
技术介绍
中国医疗器械行业目前有14000多家生产企业，4万多家经销商，年产值和市场增速均在20％以上。但中国医疗器械产业存在结构性问题，一些重大的高端诊疗设备和医疗器械一直依赖进口。据统计，中国医疗器械的总体规模3000亿元，有近70％的市场份额被国外品牌占据。发达国家医疗器械与药品的销售额比例约为1∶1，而中国仅为1∶10。《医疗器械科技产业“十二五”专项规划》等把医疗器械创新纳入到科技部重点专项范畴，明确提出促进医疗器械领域新产品产业化和新技术应用，重点支持包括掌握核心部件和关键技术的医疗设备等。不锈钢在医疗器械用材中占较大的比例，在医疗器械行业的转型升级过程中对高品质、高性能不锈钢新材料的需求极为迫切，主流的医疗器械厂也提出了开发高品质医疗器械用不锈钢的需求。医用不锈钢大类中，植入不锈钢主要是植入体内，要求优良的耐腐蚀性能和生物相容性，减少金属离子析出对人体的危害；医疗器械用材主要用于手术刀剪钳，手术车等，要求材料具有良好的强韧性组合和一定的耐蚀性。医疗器械用不锈钢材质主要包括奥氏体不锈钢304L、316L、317L和马氏体不锈钢20Cr13、30Cr13直至高碳的60Cr13等品种。马氏体和奥氏体不锈钢占据医疗器械用钢主要市场份额。以马氏体不锈钢3Cr13Mo制作的双关节咬骨钳为例，其硬度可以达到HRC50以上，高强度和硬度可以避免手术过程中器械变形，但是材料的韧性和耐蚀性远远低于304等奥氏体不锈钢，耐蚀性不足带来的离子析出对人体组织存在污染风险，韧性不足导致骨钳断裂、破碎的风险，易造成术中危害。总的来说，马氏体不锈钢具有高硬度和高耐磨性，但是其耐蚀性较低而且韧性较差，材料具有磁性；奥氏体不锈钢具有较高的耐蚀性和韧性，但其硬度低不耐磨，奥氏体不锈钢304和316系列软态是无磁，但是成形或者加工成器械时因形变马氏体相出现导致使材料产生磁性。大量的外科手术要求医疗器械不导磁，确保缝针不粘着于镊子和持针器；并且不会在术中磁共振成像系统(iMRI)成像时产生干扰。因此马氏体不锈钢和常规的奥氏体不锈钢的性能存在各自的不足。目前高端的外科手术器械只能选用昂贵的钛合金Ti6Al4V(TC4)，TC4具有无磁、高强度、耐蚀等多方面的优点。但是钛合金钳类等器械必须经锻压成形以获得足够的强度等性能指标。钛合金的锻造温度高、可锻温度区间窄、“红硬性”高；另一方面钛合金表面的硬度低，抗磨减摩性能差，因此钛合金手术器械必须经过特殊的表面处理即钛合金阳极氧化处理。这些导致钛合金医疗器械成本高，应用受到限制。本专利技术提供一种兼具高硬度、高韧性和无磁特性的奥氏体不锈钢，材料具有与马氏体不锈钢接近的高硬度和耐磨性，同时又保持了奥氏体无磁、高韧的特性，有望成为高端医疗器械普遍选用的材料。对于材料的磁性研究发现，18Cr-8Ni的304冷加工变形30％时，硬度可以升高至HV350以上，随变形量增加，硬度进一步提高。但是，在硬度提高的同时，304逐渐由无磁变为导磁材料，即磁性仪可以检测到逐渐增加的磁性相含量。这种由无磁转变为带磁性的过程，不仅产生在冷加工轧制硬化以提高硬度的过程中，还出现在医疗器械加工和使用的过程中。半成品的消磁热处理可以部分消除冷加工产生的磁性相，但是成本高，且易导致零部件变形或硬度耐蚀性下降。通过形变强化的部件在消磁热处理时硬度和强度下降，影响形变强化效应。尤其是成品在表面打磨和抛光过程中，冷应变导致的磁性是无法通过消磁热处理再加工的(热处理后表面需要再抛光)。对于形变无磁不锈钢已出现一些相关专利或者研究，主要沿着两个不同的方向发展(1)提高Ni含量，增加奥氏体稳定性；(2)降低Ni含量，通过Mn、N合金化，增加奥氏体稳定性。比如中国专利CN93121570.6公开的一种新型奥氏体无磁不锈钢，其化学成分为：C＜0.12％，Si＜1.0％，Mn：10～13％，P＜0.03％，S＜0.03％，Cr：12～14％，Ni：4～6％，Cu：1.5～2.5％，Re＜0.02％，其余为Fe，其成分特点是含稀土元素，且Cr含量远低于304。中国专利CN90107850.6公开了一种单相奥氏体无磁不锈钢，其化学成份为：C≤0.08％，Si≤1.5％，Mn：1.0～2.0％，Cr：13.2～14.95％，Ni：12.0～13.9％，Cu：2.5～3.5％，P≤0.025％，S≤0.015％，Re：0.005～0.05％，其余为Fe。该材料基体组织稳定，经20％～80％变形后，仍为单相奥氏体组织，而且导磁率性能稳定，所以具有优良的无磁特性。中国专利技术专利CN01116097.7公开了一种精密冲切性优良的奥氏体不锈钢，其化学成份为：(C+1/2N)≤0.060％，Si≤1.0％，Mn≤5％，S≤0.006％，Cr：15～20％，Ni：5～12％，Cu≤5％，Mo：0～3.0％，Md30/50值控制在-60～-10℃内，主要提高材料的冲切性能。专利CN201010615604.9公开了一种高强度无磁不锈钢，C：0.4～0.6％，Si≤1.0％，Mn：17.50～20.0％，N：0.05～0.20％；Cr：4～6％，Ni≤1，产品是一种高碳高锰材料，主要用于大型发电机拉紧螺杆等。专利CN03110896.2公开了一种医用植入奥氏体不锈钢材料，其Cr：17～22％，Mn：12～20％，Mo：1～3％，Cu：0.5～1.5％，N：0.40～0.70％，Ni≤0.02％，为高氮无镍材料，主要是解决不锈钢植入后Ni析出的生物敏感性问题。在赋予不锈钢抗菌性方面，主要有两种技术路线：(1)加Cu并通过时效处理(抗菌热处理)促使弥散的ε-Cu粒子析出，获得抗菌性；(2)加Ag，Ag以单质或者富Ag相存在，获得抗菌性，不需要专门的抗菌热处理。相关的专利包括CN02144683公开的一种奥氏体不锈钢，其成分中C：≤0.2％，Si：≤3％，Mn：≤10％，Cr：10～30％，Ni：4～18％，Cu：1～4.5％，Zn：0.2～1％，余量为Fe及不可避免的杂质；并且其基体中均匀弥散分布着纳米级析出相ε-Cu，从而赋予了抗菌性能。专利CN200610097442.8公开了一种稀土改进抗菌性能含银不锈钢，材料通过添加Ag和稀土获得抗菌特性。专利CN201210431771.7同样公开了一种含Ag的抗菌奥氏体不锈钢，通过添加0.25～0.3wt％的Ag赋予材料抗菌性能。专利CN201210044369.2同样公布了一种含银奥氏体抗菌不锈钢及其制造方法，材料添加0.07～0.13％的Ag，获得优异抗菌性。专利CN201010022957.8公开了一种节镍奥氏体抗菌不锈钢，Ni：3～5％，Cu：1.5～3.5％，通过500～650℃进行2～8小时抗菌热处理，赋予材料抗菌性能。本专利技术提出一种奥氏体不锈钢，材料具有高硬度和强度、高韧性等力学特征，同时具有耐蚀、无磁和抗菌的功能特性。该钢室温硬度达到HV450～505度，屈服强度≥1100MPa，冲击值≥45J，磁性相含量≤0.20％，对于葡萄球菌和大肠杆菌等抗菌率≥98％。产品可用于医疗器械，兼具医疗器械用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种医疗器械用无磁不锈钢，其化学成分重量百分比为：C：0.005～0.05％，Si：0.2～1.0％，Mn：4.0～6.0％，Cr：18.0～20.0％，Ni：8.0～10.0％，N：0.15～0.25％，Cu：1.30～2.70％，Mo：1.0～2.0％，V：0.10～0.20％，Nb：0.20～0.40％，Ag：0.20～0.40％，O：0.002～0.006％，其余为Fe及不可避免的杂质；580‑520C‑2Si‑16Mn‑23Ni‑300N‑26Cu‑10Mo≤‑110℃；材料室温硬度达到HV450～505度，屈服强度≥1100MPa，冲击值≥45J，磁性相含量≤0.20％，对于葡萄球菌和大肠杆菌等抗菌率≥98％。

【技术特征摘要】
1.一种医疗器械用无磁不锈钢，其化学成分重量百分比为：C：0.005～0.05％，Si：0.2～1.0％，Mn：4.0～6.0％，Cr：18.0～20.0％，Ni：8.0～10.0％，N：0.15～0.25％，Cu：1.30～2.70％，Mo：1.0～2.0％，V：0.10～0.20％，Nb：0.20～0.40％，Ag：0.20～0.40％，O：0.002～0.006％，其余为Fe及不可避免的杂质；580-520C-2Si-16Mn-23Ni-300N-26Cu-10Mo≤-110℃；材料室温硬度达到HV450～505度，屈服强度≥1100MPa，冲击值≥45J，磁性相含量≤0.20％，对于葡萄球菌和大肠杆菌等抗菌率≥98％。2.根据权利要求1所述的医疗器械用无磁不锈钢，其特征在于，所述无磁不锈钢，其化学成分满足Ag：Cu＝0.15且Ag：(10×O)≥4.5且(Nb+V)：C≥10.0。3.根据权利要求1或2所述的医疗器械用无磁不锈钢，其特征在于，所述无磁不锈钢的化学成分还需满足如下关系：(Cr+Mo+1.5Si)/(Ni+30N+30C+0.25Cu+0.5Mn)≤1.30，PREN＝Cr+3.3*Mo+30*N-Mn≥22.0。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦斌，
申请(专利权)人：上海落日新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31