[发明专利]一种超塑性成型纳米晶抗菌马氏体不锈钢及其制备方法

说明书

本发明涉及材料技术领域，公开了一种超塑性成型纳米晶抗菌马氏体不锈钢及其制备方法。该不锈钢的化学成分为：C：0.16～0.32；Cr：12.8～14.4；Cu：1.4～3.0；W：1.2～2.8；V：0.04～0.20；La：0.01～0.03；Mn＜0.15；N＜0.03；余量为Fe。该不锈钢的制备方法为：(1)在980～1060℃保温一段时间后快速冷却至室温；(2)在温度为820～900℃，应变速率为0.1～1s^‑1的范围内进行热变形，总应变量大于等于70％，使纳米板条前驱体转变为等轴纳米晶结构；(3)在温度为760～840℃，应变速率为0.001～0.02s^‑1的条件下进行超塑性成型。(4)对超塑性成型后的材料在460～500℃温度下时效3～5h。本发明制备所得超塑性成型纳米晶抗菌马氏体不锈钢具有优异的热加工性能、耐腐蚀性能、抗菌性能以及综合力学性能，可广泛应用于刀、剪等切削领域的医疗器械。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体为一种超塑性成型纳米晶抗菌马氏体不锈钢及其制备方法。

背景技术

含铜抗菌马氏体不锈钢是在传统马氏体不锈钢中添加具有广谱抗菌功能的Cu元素，利用其与介质溶液环境接触过程中持续释放的Cu离子，参与细菌的杀灭过程。将含铜抗菌马氏体不锈钢应用于手术刀、手术剪等切削类医疗器械的制备，有望显著降低手术过程中的细菌感染风险。然而，含铜抗菌马氏体不锈钢在实际使用过程中，也暴露出以下两方面的不足：首先，Cu的添加导致材料热加工性能显著降低，这大幅提高了材料热加工的成本；其次，在时效过程中析出的富Cu相虽然能够赋予材料抗菌性能，但对于材料耐蚀性能的降低是不容忽视的。

与传统粗晶金属材料相比，纳米晶金属材料不仅具有高温超塑性的优势，同时它还具有良好的耐蚀性能。基于此，制备纳米晶含铜抗菌马氏体不锈钢可弥补当前含铜抗菌马氏体不锈钢的不足，为新型抗菌马氏体不锈钢的发展指明了一个新方向。目前，块体纳米晶金属材料的制备主要是通过大塑性变形(SPD)法来实现的。常见的大塑性变形法包括等通道转角挤压(ECAP)、累积复合轧制(ARB)、多向锻造(MF)和高压扭转(HPT)等，这些方法均需要依靠大功率设备及昂贵的模具，所制备材料的尺寸也较小，无法满足规模化工业生产的需要。为此，本发明提供了一种新型抗菌马氏体不锈钢，它通过常规热轧制变形即可实现晶粒的纳米化，同时能够实现超塑性成型，这为含铜抗菌马氏体不锈钢的发展带来新的基础与机遇。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超塑性成型纳米晶抗菌马氏体不锈钢，为实现上述目标，本发明的技术方案是：

一种超塑性成型纳米晶抗菌马氏体不锈钢，其特征在于：按重量百分比计，该不锈钢的化学成分如下：C：0.16～0.32；Cr：12.8～14.4；Cu：1.4～3.0；W：1.2～2.8；V：0.04～0.20；La：0.01～0.03；Mn＜0.15；N＜0.03；余量为Fe。部分元素的优选范围是：C：0.24～0.28；Cr：13.6～14.0；Cu：2.2～2.6；W：2.0～2.4；V：0.12～0.16。

本发明的另一目的在于提供所述超塑性成型纳米晶抗菌马氏体不锈钢的制备方法：采用真空感应炉熔炼，获得原材料铸锭，铸锭修磨后经过1100℃以上开坯锻造、精锻加工成坯。对精锻加工所得坯料在980～1060℃温度下保温一段时间后，快速冷却至室温，获得纳米板条前驱体；对所得纳米板条前驱体进行热变形，获得等轴纳米晶组织；对具有等轴纳米晶组织的材料进行超塑性成型；对成型后的材料进行时效处理，最终获得纳米晶抗菌马氏体不锈钢。

所述纳米板条前驱体在温度为820～900℃，应变速率为0.1～1.0s^-1的条件下进行热变形，总应变量大于等于70％，热变形后获得等轴纳米晶组织。

所得具有等轴纳米晶组织的材料在温度为760～840℃，应变速率为0.001～0.02s^-1的条件下进行超塑性成型。

作为优选的技术方案：