非平衡固溶的氮对316L奥氏体不锈钢板力学性能和耐蚀性能的影响
时间：2019-06-13
作者：无锡不锈钢板
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目前，用于骨折内部固定的人工植入材料仍以奥氏体无锡不锈钢居多，如AISI 304、AISI 316L等。因为该材料具有优异的力学性能、耐蚀性能和成形性能，且成本较低。但植入的固定板由于过大的弯曲会造成断裂。在无其它选择的情况下只能增加固定板的厚度。但这对周围的软组织有不利影响。因此为保证足够的强度需开发新的材料。本研究拟对316L奥氏体无锡不锈钢采用固溶氮化处理（即高温气体氮化处理HTGN）的方法来改进材料的力学性能和耐蚀性能。氮的固溶能产生以下有利作用：1）强度提高，而塑性降低较少；2）马氏体相变倾向减小；3）耐蚀性能，尤其是耐点蚀性能提高；4）对人体无害。固溶氮化处理是获得高氮奥氏体无锡不锈钢的简单而有效的方法。但由于奥氏体状态时固溶氮量很高。要达到完全平衡的固溶状态需要很长的时间，尤其是板料较厚时。因此在实际生产中往往采用不完全固溶（即部分固溶）的方法。这就需要了解非平衡固溶的氮对材料性能的影响。在研究中采用不同的固溶时间来获得不同的非平衡固溶氮量。然后考察处理时间对材料的力学性能和耐蚀性能的影响。
试验用钢的化学成分（wt.%）为：0.015C、0.46Si、0.79Mn、0.032P、0.001S、12.27Ni、17.0Cr、2.82Mo和0.014N。试验用锭在900℃热轧成10mm厚的板料，然后再冷轧成0.6mm厚的薄板。薄板试样经电解抛光后在1200℃进行高温气体氮化处理。氮气压力为0.1MPa。处理时间最长达36ks。试验结果表明，对于0.6mm厚的试样，达到氮完全平衡固溶需4.8ks，此时氮含量为0.46 wt.%。当固溶时间增长，屈服强度很快（不到1ks）就能达到550MPa（这说明仅就达到一定屈服强度的角度而言，不需要很长的处理时间）；而抗拉强度是逐步提高的，完全固溶时达900MPa，此时的均匀延伸率也达到最大。完全固溶和部分固溶的材料都显示了很好的耐点蚀性能。这说明，只要材料表面吸收了足够的氮原子，就能改善其耐蚀性能。因此固溶氮化处理的316L奥氏体无锡不锈钢可能成为制作固定板的高效新材料。但为达到医学应用，还须作长期毒辅作用和耐受性等方面的进一步研究。