blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2023-5-544-553blackmet-2625Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕMATERIAL SCIENCEВлияние серебра и термической обработки на свойства проволоки из аустенитной стали 03Х17Н10М2Effect of silver and heat treatment on properties of 03Kh17N10M2 austenitic steel wireГорбенкоА. Д.GorbenkoA. D.

Артем Дмитриевич Горбенко, инженер-исследователь, Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН; инженер-исследователь, Всероссийский научно-исследовательский институт фитопатологии

Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 49

Россия, 143050, Московская область, Одинцовский район, р.п. Большие Вяземы, ул. Институт, владение 5

Artem D. Gorbenko, Research Engineer, Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of Sciences; Research Engineer, All-Russian Research Institute of Phytopathology

49 Leninskii Ave., Moscow 119991, Russian Federation

5 Institut Str., Bol’shie Vyazemy Vil., Odintsovo District, Moscow Region 143050, Russian Federation

artemgorbenk@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8635-0719КапланМ. А.KaplanM. A.

Михаил Александрович Каплан, младший научный сотрудник

Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 49

Mikhail A. Kaplan, Junior Researcher

49 Leninskii Ave., Moscow 119991, Russian Federation

mkaplan@imet.ac.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9574-1957КонушкинС. В.KonushkinS. V.

Сергей Викторович Конушкин, младший научный сотрудник

Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 49

Sergei V. Konushkin, Junior Researcher

49 Leninskii Ave., Moscow 119991, Russian Federation

venev.55@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0783-1558НасакинаЕ. О.NasakinaE. O.

Елена Олеговна Насакина, старший научный сотрудник

Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 49

Elena O. Nasakina, Senior Researcher

49 Leninskii Ave., Moscow 119991, Russian Federation

nacakina@mail.ruБаикинА. С.BaikinA. S.

Александр Сергеевич Баикин, научный сотрудник

Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 49

Aleksandr S. Baikin, Research Associate

49 Leninskii Ave., Moscow 119991, Russian Federation

baikinas@mail.ruСергиенкоК. В.SergienkoK. V.

Константин Владимирович Сергиенко, младший научный сотрудник

Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 49

Konstantin V. Sergienko, Junior Researcher

49 Leninskii Ave., Moscow 119991, Russian Federation

shulf@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1113-391XИванниковА. Ю.IvannikovA. Yu.

Александр Юрьевич Иванников, к.т.н., старший научный сотрудник

Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 49

Aleksandr Yu. Ivannikov, Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher

49 Leninskii Ave., Moscow 119991, Russian Federation

aivannikov@imet.ac.ruМорозоваЯ. А.MorozovaYa. A.

Ярослава Анатольевна Морозова, инженер-исследователь, Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН; инженер-исследователь, Всероссийский научно-исследовательский институт фитопатологии

Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 49

Россия, 143050, Московская область, Одинцовский район, р.п. Большие Вяземы, ул. Институт, владение 5

Yaroslava A. Morozova, Research Engineer, Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of Sciences; Research Engineer, All-Russian Research Institute of Phytopathology

49 Leninskii Ave., Moscow 119991, Russian Federation

5 Institut Str., Bol’shie Vyazemy Vil., Odintsovo District, Moscow Region 143050, Russian Federation

yasya12987@gmail.comОшкуковС. А.OshkukovS. A.

Сергей Александрович Ошкуков, к.мед.н., старший научный сотрудник

Россия, 129110, Москва, ул. Щепкина, 61/2

Sergei A. Oshkukov, Cand. Sci. (Medical), Senior Researcher

61/2 Shchepkina Str., Moscow 129110, Russian Federation

sergey0687@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4907-951XКолмаковА. Г.KolmakovA. G.

Алексей Георгиевич Колмаков, член-корреспондент РАН, д.т.н., заведующий лабораторией

Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 49

Aleksei G. Kolmakov, Corresponding Member of RAS, Dr. Sci. (Eng.), Head of the Laboratory

49 Leninskii Ave., Moscow 119991, Russian Federation

akolmakov@imet.ac.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2652-8711СевостьяновМ. А.Sevost’yanovM. A.

Михаил Анатольевич Севостьянов, к.т.н, ведущий научный сотрудник, Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН; руководитель центра, Всероссийский научно-исследовательский институт фитопатологии

Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 49

Россия, 143050, Московская область, Одинцовский район, р.п. Большие Вяземы, ул. Институт, владение 5

Mikhail A. Sevost’yanov, Cand. Sci. (Eng.), Leading Researcher, Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of Sciences; Head of the Center, All-Russian Research Institute of Phytopathology

49 Leninskii Ave., Moscow 119991, Russian Federation

5 Institut Str., Bol’shie Vyazemy Vil., Odintsovo District, Moscow Region 143050, Russian Federation

msevostyanov@imet.ac.ruИнститут металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН; Всероссийский научно-исследовательский институт фитопатологииРоссияBaikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of Sciences; All-Russian Research Institute of PhytopathologyRussian FederationИнститут металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАНРоссияBaikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of SciencesRussian FederationМосковский областной научно-исследовательский клинический институт им. М.Ф. ВладимирскогоРоссияM.F. Vladimirskii Moscow Regional Research Clinical InstituteRussian Federation202328102023665544553Copyright © Горбенко А.Д., Каплан М.А., Конушкин С.В., Насакина Е.О., Баикин А.С., Сергиенко К.В., Иванников А.Ю., Морозова Я.А., Ошкуков С.А., Колмаков А.Г., Севостьянов М.А., 20232023Горбенко А.Д., Каплан М.А., Конушкин С.В., Насакина Е.О., Баикин А.С., Сергиенко К.В., Иванников А.Ю., Морозова Я.А., Ошкуков С.А., Колмаков А.Г., Севостьянов М.А.Gorbenko A.D., Kaplan M.A., Konushkin S.V., Nasakina E.O., Baikin A.S., Sergienko K.V., Ivannikov A.Y., Morozova Y.A., Oshkukov S.A., Kolmakov A.G., Sevost’yanov M.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/2625

В статье рассматривается влияние различных термических обработок, их температуры, а также легирования серебром на механические свойства, фазовый состав и структуру проволоки из нержавеющей хромоникельмолибденовой аустенитной стали 03Х17Н10М2. Выбор величины легирования серебром основывался на ранее проведенных исследованиях антибактериального эффекта от модифицирования медицинских сталей серебром. Поскольку антибактериальное воздействие подтверждено на нескольких штаммах бактерий, для наиболее эффективной эксплуатации сплавов требуется определить наилучший температурный режим работы с ними. Сталь для исследования выплавлена и затем через операции прокатки, ковки и волочения преобразована в проволоку. На полученных образцах проволоки разного диаметра с содержанием серебра 0; 0,2 и 0,5 % (по массе) проведены механические испытания для определения относительного удлинения, предела текучести и предела прочности. На проволоке разного диаметра опробованы различные режимы и температуры термических обработок для исследования их влияния на механические свойства и структуру. Исследована микроструктура подвергнутых термической обработке и полученных после волочения образцов проволоки. Также проведен фазовый анализ с целью установления эффекта от присутствия серебра в различных количествах на аустенитную сталь. По результатам исследования фазового состава сделан вывод, что серебро уменьшает количество гамма-фазы в стали, и этот эффект растет пропорционально увеличению доли серебра. Данное изменение коррелирует с небольшим падением пластичности металла. При этом значимых изменений в прочностных характеристиках и микроструктуре от присутствия серебра не наблюдается.

The article examines the influence of various heat treatments, their temperature, as well as silver alloying on mechanical properties, phase composition and structure of steel wire from chromium-nickel-molybdenum austenitic stainless steel 03Kh17N10M2. Choice of the amount of silver alloying was based on previous studies of the antibacterial effect of modifying medical steels with silver. Since the antibacterial effect was confirmed on several bacterial strains, for the most efficient operation of alloys, it is necessary to determine the best temperature mode for working with them. Steel for the study was smelted and then transformed into wire through rolling, forging and drawing operations. On the obtained wire samples of different diameters with a silver content (0; 0.2 and 0.5 wt. %) mechanical tests were carried out to determine the elongation, yield strength and tensile strength. Various modes and temperatures of heat treatment were tested on wire of different diameters to study their effect on mechanical properties and structure. Microstructure of the wire samples subjected to heat treatment and obtained after drawing was investigated. A phase analysis was also carried out to determine the effect of silver in various quantities on austenitic steel. According to the results of the phase composition analysis, it was concluded that silver reduces the amount of gamma phase in steel, and this effect increases in proportion to the increase in silver amount. This change correlates with a slight drop in the metal ductility. At the same time, there are no significant changes in the strength characteristics and microstructure from the presence of silver.

термическая обработкапроволокасеребронержавеющая стальмеханические свойствафазовый составheat treatmentwiresilverstainless steelmechanical propertiesphase compositionReferencesChen Q., Thouas G.A. Metallic implant biomaterials. Materials Science and Engineering: R: Reports. 2015;87:1–57. https://doi.org/10.1016/j.mser.2014.10.001Chen Q., Thouas G.A. Metallic implant biomaterials. Materials Science and Engineering: R: Reports. 2015;87:1–57. https://doi.org/10.1016/j.mser.2014.10.001Колмаков А.Г., Иванников А.Ю., Каплан М.А., Кирсанкин А.А., Севостьянов М.А. Коррозионностойкие стали в аддитивном производстве. Известия вузов. Черная металлургия. 2021;64(9):619–650. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-9-619-650Kolmakov A.G., Ivannikov A.Yu., Kaplan M.A., Kirsan­kin A.A., Sevost’yanov M.A. Corrosion-resistant steels in additive manufacturing. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2021;64(9):619–650. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-9-619-650Каплан М.А., Иванников А.Ю., Конушкин С.В., и др. Исследование структуры, механических и антибактериальных свойств коррозионностойкой стали, легированной серебром и титаном. Доклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах. 2022;502(2):41–49. https://doi.org/10.31857/S268695352201006XKaplan M.A., Ivannikov A.Yu., Konushkin S.V., etс. Investigation of the structure, mechanical and antibacterial properties of corrosion-resistant steel alloyed with silver and titanium. Reports of the Russian Academy of Sciences. Che­mistry, Materials Sciences. 2022;502(2):41–49. (In Russ.). https://doi.org/10.31857/S268695352201006XГОСТ Р 51148-98. Изделия медицинские. Требования к образцам и документации, представляемым на токсикологические, санитарно-химические испытания, испытания на стерильность и пирогенность. Москва: Издательство стандартов; 05.05.1998:17.State standard R 51148-98. Medical products. Requirements for samples and documentation submitted for toxicological, sanitary and chemical tests, sterility and pyrogenicity tests. Moscow: Izd-vo standartov; 05.05.1998:17. (In Russ.).ГОСТ 30208-94. Инструменты хирургические. Металлические материалы. Часть 1: Нержавеющая сталь. Москва: Издательство стандартов; 01.10.2002:7.State standard 30208-94. Surgical instruments. Metal materials. Part 1: Stainless steel. Moscow: Izd-vo standartov; 01.10.2002:7. (In Russ.).Zardiackas L.D. Stainless steels for implants. Wiley Encyclopedia of Biomedical Engineering. 2006:1–9. https://doi.org/10.1002/9780471740360.ebs1136Zardiackas L.D. Stainless steels for implants. Wiley Encyclopedia of Biomedical Engineering. 2006:1–9. https://doi.org/10.1002/9780471740360.ebs1136Dick J.C., Bourgeault C.A. Notch sensitivity of titanium alloy, commercially pure titanium, and stainless steel spinal implants. Spine. 2001;26(15):1668–1672. https://doi.org/10.1097/00007632-200108010-00008Dick J.C., Bourgeault C.A. Notch sensitivity of titanium alloy, commercially pure titanium, and stainless steel spinal implants. Spine. 2001;26(15):1668–1672. https://doi.org/10.1097/00007632-200108010-00008Khosravi F., Nouri Khorasani S., Khalili S., etс. Development of a highly proliferated bilayer coating on 316L stainless steel implants. Polymers. 2020;12(5):1022. https://doi.org/10.3390/polym12051022Khosravi F., Nouri Khorasani S., Khalili S., etс. Development of a highly proliferated bilayer coating on 316L stainless steel implants. Polymers. 2020;12(5):1022. https://doi.org/10.3390/polym12051022Rogers B.A., Little N.J. Surgical site infection with methi­cillin-resistant Staphylococcus aureus after primary total hip replacement. The Bone & Joint Journal. 2008;90-B(11): 1537–1538. https://doi.org/10.1302/0301-620X.90B11.21242Rogers B.A., Little N.J. Surgical site infection with methi­cillin-resistant Staphylococcus aureus after primary total hip replacement. The Bone & Joint Journal. 2008;90-B(11): 1537–1538. https://doi.org/10.1302/0301-620X.90B11.21242Arciola C.R., Campoccia D., Montanaro L. Implant infections: adhesion, biofilm formation and immune evasion. Nature Reviews Microbiology. 2018;16(7):397–409. https://doi.org/10.1038/s41579-018-0019-yArciola C.R., Campoccia D., Montanaro L. Implant infections: adhesion, biofilm formation and immune evasion. Nature Reviews Microbiology. 2018;16(7):397–409. https://doi.org/10.1038/s41579-018-0019-yFilipović U., Dahmane R.G., Ghannouchi S., Zore A., Bo­­hinc K. Bacterial adhesion on orthopedic implants. Advances in Colloid and Interface Science. 2020;283:102228. https://doi.org/10.1016/j.cis.2020.102228Filipović U., Dahmane R.G., Ghannouchi S., Zore A., Bo­­hinc K. Bacterial adhesion on orthopedic implants. Advances in Colloid and Interface Science. 2020;283:102228. https://doi.org/10.1016/j.cis.2020.102228Arciola C.R., An Y.H., Campoccia D., Donati M.E., Monta­naro L. Etiology of implant orthopedic infections: A survey on 1027 clinical isolates. The International Journal of Artificial Organs. 2005;28(11):1091–1100. https://doi.org/10.1177/039139880502801106Arciola C.R., An Y.H., Campoccia D., Donati M.E., Monta­naro L. Etiology of implant orthopedic infections: A survey on 1027 clinical isolates. The International Journal of Artificial Organs. 2005;28(11):1091–1100. https://doi.org/10.1177/039139880502801106Rai M.K., Deshmukh S.D., Ingle A.P., Gade A.K. Silver nanoparticles: the powerful nanoweapon against multidrug-resistant bacteria. Journal of Applied Microbiology. 2012;112(5):841–852. https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.2012.05253.xRai M.K., Deshmukh S.D., Ingle A.P., Gade A.K. Silver nanoparticles: the powerful nanoweapon against multidrug-resistant bacteria. Journal of Applied Microbiology. 2012;112(5):841–852. https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.2012.05253.xMorones J.R., Elechiguerra J.L., Camacho A., Holt K., Kouri J.B., Ramírez J.T., Yacaman M.J. The bactericidal effect of silver nanoparticles. Nanotechnology. 2005;16(10):2346. https://doi.org/10.1088/0957-4484/16/10/059Morones J.R., Elechiguerra J.L., Camacho A., Holt K., Kouri J.B., Ramírez J.T., Yacaman M.J. The bactericidal effect of silver nanoparticles. Nanotechnology. 2005;16(10):2346. https://doi.org/10.1088/0957-4484/16/10/059Baker C., Pradhan A., Pakstis L., Pochan D.J., Shah S.I. Synthesis and antibacterial properties of silver nanoparticles. Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 2005;5(2): 244–249. https://doi.org/10.1166/JNN.2005.034Baker C., Pradhan A., Pakstis L., Pochan D.J., Shah S.I. Synthesis and antibacterial properties of silver nanoparticles. Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 2005;5(2): 244–249. https://doi.org/10.1166/JNN.2005.034Yamanaka M., Hara K., Kudo J. Bactericidal actions of a silver ion solution on Escherichia coli, studied by energy-filtering transmission electron microscopy and proteomic analysis. Applied and Environmental Microbio­logy. 2005;71(11):7589–7593. https://doi.org/10.1128/AEM.71.11.7589-7593.2005Yamanaka M., Hara K., Kudo J. Bactericidal actions of a silver ion solution on Escherichia coli, studied by energy-filtering transmission electron microscopy and proteomic analysis. Applied and Environmental Microbio­logy. 2005;71(11):7589–7593. https://doi.org/10.1128/AEM.71.11.7589-7593.2005Mirzaee M., Vaezi M., Palizdar Y. Synthesis and characteri­zation of silver doped hydroxyapatite nanocomposite coa­tings and evaluation of their antibacterial and corrosion resistance properties in simulated body fluid. Materials Science and Engineering: C. 2016;69:675–684. https://doi.org/10.1016/j.msec.2016.07.057Mirzaee M., Vaezi M., Palizdar Y. Synthesis and characteri­zation of silver doped hydroxyapatite nanocomposite coa­tings and evaluation of their antibacterial and corrosion resistance properties in simulated body fluid. Materials Science and Engineering: C. 2016;69:675–684. https://doi.org/10.1016/j.msec.2016.07.057Gobi S.K., Sudhakar T., Karthik Al., etc. Silver-calcia stabilized zirconia nanocomposite coated medical grade stainless steel as potential bioimplants. Surfaces and Interfaces. 2021;24:101086. https://doi.org/10.1016/j.surfin.2021.101086Gobi S.K., Sudhakar T., Karthik Al., etc. Silver-calcia stabilized zirconia nanocomposite coated medical grade stainless steel as potential bioimplants. Surfaces and Interfaces. 2021;24:101086. https://doi.org/10.1016/j.surfin.2021.101086Kaplan M.A., Gorbenko A.D., Ivannikov A.Y., etc. Investigation of antibacterial properties of corrosion-resistant 316L steel alloyed with 0.2 wt.% and 0.5 wt.% Ag. Materials. 2023;16(1):319. https://doi.org/10.3390/ma16010319Kaplan M.A., Gorbenko A.D., Ivannikov A.Y., etc. Investigation of antibacterial properties of corrosion-resistant 316L steel alloyed with 0.2 wt.% and 0.5 wt.% Ag. Materials. 2023;16(1):319. https://doi.org/10.3390/ma16010319Yang S.M., Chen Y.C., Pan Y.T., Lin D.Y. Effect of silver on microstructure and antibacterial property of 2205 duplex stainless steel. Materials Science and Engineering: C. 2016;63:376–383. https://doi.org/10.1016/j.msec.2016.03.014Yang S.M., Chen Y.C., Pan Y.T., Lin D.Y. Effect of silver on microstructure and antibacterial property of 2205 duplex stainless steel. Materials Science and Engineering: C. 2016;63:376–383. https://doi.org/10.1016/j.msec.2016.03.014Gong P., Li H., He X., Wang K., Hu J., Tan W., Zhang S., Yang X. Preparation and antibacterial activity of Fe3O4@Ag nanoparticles. Nanotechnology. 2007;18(28):285604. https://doi.org/10.1088/0957-4484/18/28/285604Gong P., Li H., He X., Wang K., Hu J., Tan W., Zhang S., Yang X. Preparation and antibacterial activity of Fe3O4@Ag nanoparticles. Nanotechnology. 2007;18(28):285604. https://doi.org/10.1088/0957-4484/18/28/285604

The authors declare that there are no conflicts of interest present.