RU2800269C1

RU2800269C1 - Martensitic stainless steel for rod medical instruments

Info

Publication number: RU2800269C1
Application number: RU2022125474A
Authority: RU
Inventors: Рустам Оскарович Кайбышев; Андрей Николаевич Беляков; Владимир Игоревич Торганчук; Павел Дмитриевич Долженко; Анна Алексеевна Могучева; Дамир Вагизович Тагиров
Filing date: 2022-09-29
Publication date: 2023-07-19

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to martensitic stainless steels used in the manufacture of rod medical instruments intended for use in dentistry and operating at high speeds. The steel comprises carbon, silicon, manganese, chromium, molybdenum, niobium, phosphorus, sulphur, iron and inevitable impurities in the following ratio, wt.%: carbon 0.2-0.45, silicon 1-1.5, manganese 1- 1.5, chromium 12-14.5, molybdenum 0.5-0.7, niobium 0.05-0.1, phosphorus not more than 0.02, sulphur 0.15-0.35, the rest is iron and inevitable impurities.

EFFECT: high machinability, as well as high hardness, wear resistance and corrosion resistance.

1 cl, 1 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к мартенситным нержавеющим сталям, которые могут быть использованы при производстве стержневого медицинского инструмента, предназначенного для применения в стоматологии, работающего при высоких скоростях.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to martensitic stainless steels, which can be used in the manufacture of rod medical instruments intended for use in dentistry, operating at high speeds.

В основном металлические материалы, используемые для медицинских инструментов, представляют собой нержавеющие стали. Cтали для стержневых медицинских изделий после окончательной термообработки должны иметь высокую твердость, износостойкость, коррозионную стойкость, а так же хорошую обрабатываемость в исходном состоянии. Для достижения высокой твердости в сочетании с достаточной коррозионной стойкостью используются мартенситные нержавеющие стали.Most of the metal materials used for medical instruments are stainless steels. Steels for rod medical products after final heat treatment should have high hardness, wear resistance, corrosion resistance, as well as good machinability in the initial state. Martensitic stainless steels are used to achieve high hardness combined with sufficient corrosion resistance.

Известно техническое решение «Способ термообработки заготовки из нержавеющей хромистой стали» (RU № 2591901, публ. 20.07.2016), в котором заготовку из мартенситной стали 30X13 ГОСТ 5632-72 подвергают термообработке заключающейся в нагреве под закалку до температуры 1000-1050°С, последующее охлаждение в масле до комнатной температуры, двухступенчатый отпуск с нагревом заготовки до температуры 350-450°С с охлаждением на воздухе и нагревом до 480-520°С с последующим охлаждением на воздухе до комнатной температуры. Такая обработка позволяет получить твердость в диапазоне 46-49 HRC, что соответствует 458-498 HV.Known technical solution "Method of heat treatment of stainless chromium steel workpiece" (RU No. 2591901, publ. 20.07.2016), in which the workpiece of martensitic steel 30X13 GOST 5632-72 is subjected to heat treatment consisting in heating for hardening to a temperature of 1000-1050 ° C, followed by cooling in oil to room temperature, two-stage tempering with heating blanks to a temperature of 350-450°C with air cooling and heating to 480-520°C, followed by air cooling to room temperature. This treatment allows to obtain a hardness in the range of 46-49 HRC, which corresponds to 458-498 HV.

Недостатком данного технического решения является ограниченные возможности обработки на станках автоматах.The disadvantage of this technical solution is the limited possibilities of processing on automatic machines.

Наиболее близким к предложенному изобретению является «Способ термообработки изделий из стали типа 20Х13» (RU № 94026838, публ. 27.06.1996). Сталь 20Х13, химический состав которой представлен в ГОСТ 5632-72 и содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %:Closest to the proposed invention is the "Method of heat treatment of products made of steel type 20X13" (RU No. 94026838, publ. 27.06.1996). Steel 20X13, the chemical composition of which is presented in GOST 5632-72 and contains components in the following ratio, wt. %:

УглеродCarbon 0,16-0,250.16-0.25 КремнийSilicon Не более 0,8Not more than 0.8 МарганецManganese Не более 0,8Not more than 0.8 ХромChromium 12-1412-14 ФосфорPhosphorus Не более 0,03Not more than 0.03 СераSulfur Не более 0,025Not more than 0.025 Железо и неизбежные примесиIron and inevitable impurities остальноеrest

Способ обработки стали проводился по двум режимам: обычному и по предлагаемому в решении RU № 94026838 режиму.The steel processing method was carried out in two modes: the usual one and the mode proposed in decision RU No. 94026838.

Обработка по обычному режиму заключалась в нагреве до температуры 1070°С, с выдержкой 3 мин., охлаждением струей сжатого воздуха до нормальной температуры и последующем отпуске при температуре 330°С продолжительностью 3 часа, с охлаждением на воздухе. В результате такой обработки полученная твердость HRC составляет 43-48, что соответствует 424-485 HV.Processing according to the usual mode consisted in heating to a temperature of 1070°C, with an exposure of 3 minutes, cooling with a jet of compressed air to normal temperature and subsequent tempering at a temperature of 330°C for 3 hours, with cooling in air. As a result of this treatment, the resulting hardness HRC is 43-48, which corresponds to 424-485 HV.

Обработка по предлагаемому в решении RU № 94026838 режиму заключалась в нагреве до температуры 1070°С, выдержке 2,5 мин., охлаждении струей сжатого воздуха до 400°С, замедленном охлаждении на поддоне со средней скоростью 300°С/час до 200°С и далее на воздухе без ограничения скорости. Отпуск не выполнялся. В результате такой обработки полученная твердость HRC составляет 39-43,5, что соответствует 383-430 HV.Processing according to the regime proposed in decision RU No. 94026838 consisted of heating to a temperature of 1070°C, holding for 2.5 minutes, cooling with a jet of compressed air to 400°C, slow cooling on a tray at an average rate of 300°C/hour to 200°C and then in air without speed limitation. The leave was not taken. As a result of this treatment, the resulting hardness HRC is 39-43.5, which corresponds to 383-430 HV.

Недостатком данной стали является невысокая ее обрабатываемость на станках автоматах, что может повлечь за собой сложность при серийном изготовлении стержневых медицинских инструментов.The disadvantage of this steel is its low machinability on automatic machines, which can lead to difficulties in the mass production of rod medical instruments.

Задачей предлагаемого изобретения является получение мартенситной нержавеющей стали для изготовления стержневых медицинских инструментов, имеющей высокую обрабатываемость, твердость, износостойкость, коррозионную стойкость, соответствующую показателям данного класса инструментов.The objective of the invention is to obtain martensitic stainless steel for the manufacture of rod medical instruments, having high machinability, hardness, wear resistance, corrosion resistance, corresponding to the performance of this class of instruments.

Поставленная задача решается за счет того, что мартенситная нержавеющая сталь содержит углерод, кремний, марганец, хром, фосфор и серу, причем дополнительно в нее включен молибден и ниобий, в следующем соотношении компонентов, мас.%:The problem is solved due to the fact that martensitic stainless steel contains carbon, silicon, manganese, chromium, phosphorus and sulfur, and additionally molybdenum and niobium are included in it, in the following ratio of components, wt.%:

УглеродCarbon 0,2-0,450.2-0.45 КремнийSilicon 1-1,51-1.5 МарганецManganese 1-1,51-1.5 ХромChromium 12-14,512-14.5 МолибденMolybdenum 0,5-0,70.5-0.7 НиобийNiobium 0,05-0,10.05-0.1 ФосфорPhosphorus Не более 0,02Not more than 0.02 СераSulfur 0,15-0,350.15-0.35 Железо и неизбежные примесиIron and inevitable impurities остальноеrest

Технический результат заключается в получении мартенситной нержавеющей стали для изготовления стержневых медицинских инструментов, имеющей высокую обрабатываемость, твердость, износостойкость, коррозионную стойкость, что позволит применять ее для данного класса инструментов.The technical result consists in obtaining martensitic stainless steel for the manufacture of rod medical instruments, which has high machinability, hardness, wear resistance, corrosion resistance, which will allow it to be used for this class of instruments.

Пример осуществления:Implementation example:

Стали предлагаемого химического состава выплавляли в открытой индукционной печи. Химический состав предлагаемых сталей и прототипа представлен в таблице 1. Steel of the proposed chemical composition was smelted in an open induction furnace. The chemical composition of the proposed steels and the prototype is presented in table 1.

Пример 1. Example 1

Предложенная модифицированная сталь с химическим составом C-0,246; Si-1,17; Mn-1,21; Cr-12,36; Mo-0,58; Nb-0,08; P-0,006; S-0,33; Fe и примеси остальное в мас.%, после закалки, заключающейся в нагреве заготовки до температуры 1050°С с последующим охлаждением на воздухе, имеет твердость 632 HV. После осуществления отпуска при температуре 450°С продолжительностью 3 часа с охлаждением на воздухе, позволило получить твердость в 537 HV.The proposed modified steel with the chemical composition C-0.246; Si-1.17; Mn-1.21; Cr-12.36; Mo-0.58; Nb-0.08; P-0.006; S-0.33; Fe and impurities, the rest in wt.%, after hardening, which consists in heating the workpiece to a temperature of 1050°C, followed by cooling in air, has a hardness of 632 HV. After tempering at a temperature of 450°C for 3 hours with air cooling, it was possible to obtain a hardness of 537 HV.

Пример 2.Example 2

Предложенная модифицированная сталь с химическим составом C-0,32; Si-1,19; Mn-1,26; Cr-13,51; Mo-0,59; Nb-0,07; P-0,005; S-0,18; Fe и примеси остальное в мас.%, после закалки, заключающейся в нагреве заготовки до температуры 1050°С с последующим охлаждением на воздухе, имеет твердость 635 HV. После осуществления отпуска при температуре 450°С продолжительностью 3 часа с охлаждением на воздухе, позволило получить твердость в 604 HV.The proposed modified steel with the chemical composition C-0.32; Si-1.19; Mn-1.26; Cr-13.51; Mo-0.59; Nb-0.07; P-0.005; S-0.18; Fe and impurities, the rest in wt.%, after hardening, which consists in heating the workpiece to a temperature of 1050°C, followed by cooling in air, has a hardness of 635 HV. After tempering at a temperature of 450°C for 3 hours with air cooling, it was possible to obtain a hardness of 604 HV.

Пример 3.Example 3

Предложенная модифицированная сталь с химическим составом C-0,41; Si-1,13; Mn-1,14; Cr-13,8; Mo-0,59; Nb-0,05; P-0,004; S-0,18; Fe и примеси остальное в мас.%, после закалки, заключающейся в нагреве заготовки до температуры 1050°С с последующим охлаждением на воздухе, имеет твердость 640 HV. После осуществления отпуска при температуре 450°С продолжительностью 3 часа с охлаждением на воздухе, позволило получить твердость в 588 HV. The proposed modified steel with the chemical composition C-0.41; Si-1.13; Mn-1.14; Cr-13.8; Mo-0.59; Nb-0.05; P-0.004; S-0.18; Fe and impurities, the rest in wt.%, after hardening, which consists in heating the workpiece to a temperature of 1050°C, followed by cooling in air, has a hardness of 640 HV. After tempering at a temperature of 450°C for 3 hours with air cooling, it was possible to obtain a hardness of 588 HV.

Таблица 1Table 1

Применение модифицированной мартенситной нержавеющей стали при производстве стержневых медицинских инструментов позволит при хорошей обрабатываемости исходного материала получить после термической обработки высокие показатели твердости, износостойкости, коррозионной стойкости конечных изделий.The use of modified martensitic stainless steel in the production of rod medical instruments will allow, with good machinability of the source material, to obtain high rates of hardness, wear resistance, and corrosion resistance of final products after heat treatment.

Claims

Martensitic stainless steel for the manufacture of rod medical instruments containing carbon, silicon, manganese, chromium, phosphorus and sulfur, characterized in that it additionally contains molybdenum and niobium in the following ratio, wt.%:

Carbon 0.2-0.45 Silicon 1-1.5 Manganese 1-1.5 Chromium 12-14.5 Molybdenum 0.5-0.7 Niobium 0.05-0.1 Phosphorus no more than 0.02 Sulfur 0.15-0.35 Iron and inevitable impurities rest