一种低致敏不锈钢及其制备方法和应用与流程

本发明属于医用不锈钢制备，涉及一种低致敏不锈钢及其制备方法和应用，尤其涉及一种fe-cr-mo 铁素体不锈钢固态渗氮原位奥氏体化制备无镍不锈钢的制备方法。

背景技术：

1、医用奥氏体不锈钢因其良好的综合力学性能和耐腐蚀性能，被广泛用于制造各类植入器械和手术器械。其中，aisi 316l不锈钢（含ni量约为10～14wt%）是临床应用最为广泛的医用不锈钢材料之一。

2、然而，镍是常见的致敏性金属元素。研究表明，含镍医用不锈钢长期接触人体组织后，镍离子会逐渐溶出并诱发过敏反应，表现为局部炎症、组织坏死等临床症状，对患者健康构成潜在风险。因此，开发低致敏乃至无镍的医用不锈钢材料成为该领域的重要研究方向。

3、为替代含镍奥氏体不锈钢，现有技术中提出了采用mn、n等元素替代ni以稳定奥氏体组织的技术路线。例如，以mn-n代ni的200系奥氏体不锈钢在一定程度上实现了无镍化。但是，200系不锈钢存在以下问题：（1）加工硬化系数较大，铸锭轧制成板材和细线材的成形难度较高；（2）零部件成形加工过程中回弹量大，对于尺寸公差要求严苛的医用小型化、微型化植入器械而言，难以满足产业化精度要求。

4、另一方面，fe-cr-mo铁素体不锈钢（如fe-18cr-3mo系）具有比316l更优异的耐氯离子点蚀和缝隙腐蚀性能，且具有易切削、应变硬化小、易加工成形的特点。然而，该系铁素体不锈钢的强度及耐磨损性能不足，限制了其在承力型医用植入器械中的应用。此外，细胞受损及术后炎症部位会产生乳酸、柠檬酸等有机酸，局部ph值可下降至4.5～6.0，对不锈钢的耐酸腐蚀性提出了更高要求——一旦发生腐蚀，溶出的铬等金属离子同样可能引发过敏和炎症反应。

5、氮是强烈的奥氏体形成元素，向不锈钢中固溶氮元素可同步提升材料的强度与耐腐蚀性能，且不会大幅降低塑性。现有技术中已有通过渗氮处理改善不锈钢表面性能的报道。但是，常规渗氮工艺（如气体渗氮、离子渗氮等）通常存在渗氮层较薄、处理时间较长导致晶粒粗化、处理后材料塑性下降等问题，难以满足医用小型构件对全截面性能均匀性和精密尺寸的要求。此外，如何在fe-cr-mo铁素体不锈钢基体上通过渗氮实现全截面奥氏体化、同时避免晶粒粗化和脆性氮化物析出，目前尚缺乏成熟可行的工业化解决方案。

6、综上所述，现有技术中尚缺乏一种能够兼顾无镍化、良好加工成形性、优异耐蚀性和生物相容性，且适合批量制备医用小型不锈钢构件的完整制备工艺。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种低致敏不锈钢及其制备方法和应用。

2、具体地，本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种低致敏不锈钢的制备方法，包括：

4、（1）采用真空感应熔炼的方法制备铁素体不锈钢钢坯；

5、（2）对钢坯依次进行热轧和冷轧，得到轧材；

6、（3）对轧材的表面进行打磨和脱脂，然后放入密封气氛炉中进行高温渗氮；

7、（4）渗氮保温完成后，将轧材浸入冰水进行淬火；

8、（5）去除轧材表面的氧化皮，得到低致敏不锈钢。

9、上述的低致敏不锈钢的制备方法，所述铁素体不锈钢钢坯，按重量百分比计，包括：c：≤0.0050%，mn：＜0.010%，p：≤0.020%，s：≤0.0020%，cr：18.0~20.0%，mo：3.0~4.0%，o＜0.0015%，n＜0.0080%，nb：0.35~0.65%，余量为fe。

10、上述的低致敏不锈钢的制备方法，所述冷轧的冷轧断面收缩率＞99%。

11、上述的低致敏不锈钢的制备方法，所述轧材为线材或板材；其中，所述线材的直径≤1.0mm；所述板材的厚度≤1.0mm。

12、上述的低致敏不锈钢的制备方法，打磨后的轧材表面粗糙度ra＜0.2m，然后放入丙酮中超声脱脂。

13、上述的低致敏不锈钢的制备方法，所述高温渗氮包括：将所述密封气氛炉的炉腔抽真空至0.1~0.5pa，通入纯度≥99.99%氮气，炉内恒定压力130~150kpa，氮气流量 3.5~4.5l/min，升温至 1160~1180℃保温1.6~1.8h。

14、上述的低致敏不锈钢的制备方法，淬火时，轧材的冷却速率≥100℃/s。

15、一种低致敏不锈钢，其采用上述的制备方法制备获得。

16、上述的低致敏不锈钢，所述低致敏不锈钢晶粒尺寸为70~90μm，抗拉强度≥900mpa，延伸率≥32%，加工硬化系数≥0.6gpa。

17、上述的低致敏不锈钢在制备医用不锈钢构件中的应用。

18、本发明的技术方案具有如下的有益效果：

19、（1）本发明制备的低致敏不锈钢在抗拉强度、加工硬化性能上优于316l不锈钢，耐蚀性、细胞生物相容性优异，适合批量制备正畸矫正丝、骨科张力带钢丝等各类低致敏医用小型金属构件。

20、（2）本发明制备的低致敏不锈钢，经细胞相容性测试优于或等同于商用 316l医用不锈钢。

21、（3）本发明制备的低致敏不锈钢，晶粒尺寸可控制在70~90μm，抗拉强度达到900mpa以上，延伸率高于32%，加工硬化系数超过0.6gpa，高于316l的0.5gpa，均匀塑性变形能力强，抗交变载荷。

22、（4）本发明制备的低致敏不锈钢，渗氮后无应力诱发马氏体相变，拉伸断口韧性优良，有利于延长服役时间。

1.一种低致敏不锈钢的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的低致敏不锈钢的制备方法，其特征在于，所述铁素体不锈钢钢坯，按重量百分比计，包括：c：≤0.0050%，mn：＜0.010%，p：≤0.020%，s：≤0.0020%，cr：18.0~20.0%，mo：3.0~4.0%，o＜0.0015%，n＜0.0080%，nb：0.35~0.65%，余量为fe。

3.根据权利要求1所述的低致敏不锈钢的制备方法，其特征在于，所述冷轧的冷轧断面收缩率＞99%。

4.根据权利要求1所述的低致敏不锈钢的制备方法，其特征在于，所述轧材为线材或板材；其中，所述线材的直径≤1.0mm；所述板材的厚度≤1.0mm。

5.根据权利要求1所述的低致敏不锈钢的制备方法，其特征在于，打磨后的轧材表面粗糙度ra＜0.2m，然后放入丙酮中超声脱脂。

6. 根据权利要求1所述的低致敏不锈钢的制备方法，其特征在于，所述高温渗氮包括：将所述密封气氛炉的炉腔抽真空至0.1~0.5pa，通入纯度≥99.99%氮气，炉内恒定压力130~150kpa，氮气流量 3.5~4.5l/min，升温至 1160~1180℃保温1.6~1.8h。

7.根据权利要求1所述的低致敏不锈钢的制备方法，其特征在于，淬火时，轧材的冷却速率≥100℃/s。

8.一种低致敏不锈钢，其特征在于，采用权利要求1~7任一项所述的制备方法制备获得。

9.根据权利要求8所述的低致敏不锈钢，其特征在于，所述低致敏不锈钢晶粒尺寸为70~90μm，抗拉强度≥900mpa，延伸率≥32%，加工硬化系数≥0.6gpa。

10.权利要求8或9所述的低致敏不锈钢在制备医用不锈钢构件中的应用。