НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ МАРТЕНСИТНОГО КЛАССА ДЛЯ МЕДИЦИНСКИХ ИНСТРУМЕНТОВ
STAINLESS STEEL OF MARTENSITE CLASS FOR MEDICAL TOOLS

Изобретение относится к области металлургии сплавов, содержащих в качестве основы железо с заданным соотношением легирующих и примесных элементов, и предназначено для изготовления медицинского инструмента.
Известны коррозионно-стойкие азотсодержащие стали для изготовления некоторых медицинских инструментов, где никель частично или полностью заменен азотом: патент WO/2013/159669, С22С 38/38, 2013, патент US 20060174979, C22C 38/18, 2006, патент US 20110162764, C21D 8/02, 2011, патент RU 2379180, С22С 38/60, 2010. Недостатком известных сталей является недостаточная твердость 43-48 HRC, обусловленная недостаточным содержанием углерода в составе (менее 0,15 мас.%).
Известна коррозионно-стойкая азотсодержащая сталь мартенситного класса (патент RU 2369657, С22С 38/50, 2009) повышенной твердости, содержащая в своем составе, мас.%: углерод 0,70-0,75, кремний 0,20-1,20, марганец 0,20-1,0, хром 15,0-17,0, молибден 0,50-0,80, ванадий  0,10-0,20, никель 0,15-0,30, медь 0,10-0,30, азот 0,01-0,07, титан  0,01-0,10, сера 0,001-0,010, фосфор 0,015-0,030, железо остальное.
Основными недостатками известной стали являются недостаточная коррозионная стойкость и пониженная технологичность при производстве медицинских инструментов. Кроме того, высокое содержание углерода ухудшает трещиностойкость, являющуюся важным свойством для элементов медицинских инструментов.
В качестве прототипа выбрана коррозионно-стойкая экономнолегированная сталь со структурой азотистого мартенсита для медицинских инструментов, описанная в патенте RU №2419672, C22C 38/18, 2011. Сталь содержит в своем составе углерод, хром, марганец, кремний, азот, железо и неизбежные примеси, при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 0,2-0,3, хром 13-15, марганец 0,2-0,5, кремний 0,1-0,45, азот 0,08-0,15, железо и неизбежные примеси остальное. Однако содержание азота в составе стали в количестве 0,08-0,15 мас. % и хрома в количестве 13-15 мас. % недостаточно для устранения питинговой коррозии при многократных циклах обработки (дезинфекция, предстерилизационная очистка, стерилизация) медицинских инструментов из стали известного состава.
Технической задачей предлагаемого изобретения является получение коррозионно-стойкой стали повышенной твердости и стойкости к циклам обработки (дезинфекция, предстерилизационная очистка, стерилизация) для изготовления медицинских инструментов.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в составе стали, содержащей углерод, хром, азот, марганец, кремний, железо и примеси, увеличено количество хрома и азота при следующем соотношении компонентов, мас. %:
углерод
0,2-0,3
хром
от более 15 до 16
марганец
0,2-0,5
кремний
0,1-0,3
азот
от более 0,15 до 0,2
железо
остальное
в том числе сера и фосфор, являющиеся неизбежными примесями в количестве сера не более 0,015 мас. % и фосфор не более 0,020 мас. %.
В заявленном составе количество углерода и соотношение легирующих элементов позволяет получить структуру мартенсита, что обеспечивает высокий уровень прочностных свойств стали. Содержание углерода менее 0,20% не обеспечивает необходимую твердость. При содержании углерода более 0,30% снижается технологичность при изготовление медицинских инструментов из нее и повышается способность к трещиностойкости.
Хром в заявленных пределах (от более 15 до 16%) повышает прочность стали и стойкость против питтинговой коррозии при стерилизационной обработке, а также способствует растворимости азота в количестве до 0,2%.
Введение от более 0,15 до 0,20% азота в сталь повышает стойкость к циклам обработки (дезинфекция, предстерилизационная очистка, стерилизация) при изготовлении медицинских инструментов и уменьшает токсическое действие при контакте с тканями живого организма.
Марганец и кремний повышают прокаливаемость и придают стали повышенную твердость и износостойкость. Увеличение их содержания от заявленного диапазона ухудшает технологические свойства стали.
Пределы содержания серы (не более 0,015%) и фосфора (не более 0,020%), являющиеся неизбежными примесями, определены техническими возможностями при выплавке стали в открытой индукционной печи.
Пример осуществления изобретения
В лабораторных условиях проведена выплавка предлагаемого состава стали. Сталь выплавляли в открытой индукционной печи емкостью 40 кг. Химический состав сталей приведен в таблице 1. Полученный металл ковали на прутки при температуре 1100-900°C на кузнечно-прессовом оборудовании. Прутки закаливали с 1050°C в масло с последующим отпуском при 140-180°C. Введение азота производили без избыточного давления в составе азотированного феррохрома.
Твердость по HRC определяли на твердомере TP 5006 по ГОСТ 23677-79.
Стойкость к циклам обработки оценивали по методическим указаниям института дезинфектологии, утвержденным Росздравнадзором МУ 287-113 «Методические указания по дезинфекции, предстерилизационной очистке и стерилизации изделий медицинского назначения, 1998 года утверждения» и отраслевым стандартом на циклы обработки ОСТ 42-21-2-85.
2
Устойчивость к питтинговой коррозии определяли погружением в раствор 3,5% NaCl. Определение потенциала свободной коррозии включает анодную поляризацию плотностью тока 0,3 А/м. Измеряют потенциал в течение 0,5 ч. Об образовании устойчивых питтингов свидетельствует начальное повышение и последующее понижение потенциала, причем после опыта питтинги на основной рабочей поверхности образца должны быть четко видны при увеличении 7-12х. За величину потенциала питтингообразования принимают средний потенциал в интервале 25-30 мин при условии, что амплитуда колебаний потенциала не превышает ±30 мВ.
Результаты испытаний предлагаемой стали и прототипа приведены в таблице 2.
Таким образом, предлагаемый состав стали по сравнению с прототипом имеет повышенную твердость и обеспечивает увеличение стойкости медицинских инструментов к многократным циклам обработки - дезинфекция, предстерилизационная очистка, стерилизация.