非平衡固溶的氮對316L奧氏體不銹鋼板力學性能和耐蝕性能的影響
時間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
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目前，用于骨折內部固定的人工植入材料仍以奧氏體無錫不銹鋼居多，如AISI 304、AISI 316L等。因為該材料具有優異的力學性能、耐蝕性能和成形性能，且成本較低。但植入的固定板由于過大的彎曲會造成斷裂。在無其它選擇的情況下只能增加固定板的厚度。但這對周圍的軟組織有不利影響。因此為保證足夠的強度需開發新的材料。本研究擬對316L奧氏體無錫不銹鋼采用固溶氮化處理（即高溫氣體氮化處理HTGN）的方法來改進材料的力學性能和耐蝕性能。氮的固溶能產生以下有利作用：1）強度提高，而塑性降低較少；2）馬氏體相變傾向減小；3）耐蝕性能，尤其是耐點蝕性能提高；4）對人體無害。固溶氮化處理是獲得高氮奧氏體無錫不銹鋼的簡單而有效的方法。但由于奧氏體狀態時固溶氮量很高。要達到完全平衡的固溶狀態需要很長的時間，尤其是板料較厚時。因此在實際生產中往往采用不完全固溶（即部分固溶）的方法。這就需要了解非平衡固溶的氮對材料性能的影響。在研究中采用不同的固溶時間來獲得不同的非平衡固溶氮量。然后考察處理時間對材料的力學性能和耐蝕性能的影響。
試驗用鋼的化學成分（wt.%）為：0.015C、0.46Si、0.79Mn、0.032P、0.001S、12.27Ni、17.0Cr、2.82Mo和0.014N。試驗用錠在900℃熱軋成10mm厚的板料，然后再冷軋成0.6mm厚的薄板。薄板試樣經電解拋光后在1200℃進行高溫氣體氮化處理。氮氣壓力為0.1MPa。處理時間最長達36ks。試驗結果表明，對于0.6mm厚的試樣，達到氮完全平衡固溶需4.8ks，此時氮含量為0.46 wt.%。當固溶時間增長，屈服強度很快（不到1ks）就能達到550MPa（這說明僅就達到一定屈服強度的角度而言，不需要很長的處理時間）；而抗拉強度是逐步提高的，完全固溶時達900MPa，此時的均勻延伸率也達到最大。完全固溶和部分固溶的材料都顯示了很好的耐點蝕性能。這說明，只要材料表面吸收了足夠的氮原子，就能改善其耐蝕性能。因此固溶氮化處理的316L奧氏體無錫不銹鋼可能成為制作固定板的高效新材料。但為達到醫學應用，還須作長期毒輔作用和耐受性等方面的進一步研究。