浙江大学：《生物与医用材料》课程教学课件（讲稿）第二部分 医用材料及器械 第九章 医用金属材料——不锈钢和血管支架

第九章医用不锈钢和血管支架S9.1不锈钢的成分特点不锈钢是以Fe-Cr二元合金为基础的一个特殊钢钢种，可以说是一个庞大的家族，用途极其广泛。其中CI元素的作用是在金属表面形成钝化膜，抑制腐蚀的发生。不锈钢按其组织可以分为铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体双相不锈钢、以及沉淀硬化不锈钢等多种类型

第九章 医用不锈钢和血管支架 § 9.1 不锈钢的成分特点 不锈钢是以Fe-Cr二元合金为基础的一个特殊钢钢种，可以说是一 个庞大的家族，用途极其广泛。其中Cr元素的作用是在金属表面形 成钝化膜，抑制腐蚀的发生。 不锈钢按其组织可以分为铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不 锈钢、奥氏体-铁素体双相不锈钢、以及沉淀硬化不锈钢等多种类 型

L1600aTaO1200Y度821°温800a+aC9X400708090600405030Fe102010°wcrFe-Cr合金相图图8-22

铁素体不锈钢：0Cr13,1Cr17，1Cr17Mo马氏体不锈钢：2Cr13.3Cr13,4Cr13用于手术器械冷、热加工性能、焊接性能、耐腐蚀性能不够理想，司时还存在低温脆性

铁素体不锈钢：0Cr13, 1Cr17, 1Cr17Mo 马氏体不锈钢：2Cr13, 3Cr13, 4Cr13 用于手术器械 冷、热加工性能、焊接性能、耐腐蚀性能 不够理想， 同时还存在低温脆性

S9.2奥氏体不锈钢：一、成分构成：典型的奥氏体不锈钢由Fe.CrNi三元构成的合金，晶体结构为面心立方结构，Ni的作用是使不锈钢具有面心立方结构。近些年来出现了不含Ni的不锈钢，以Mn代替Ni，一方面可以消除Ni带来的毒性另一方面可以大大增大N在钢液中的含量，生产高N钢，大幅度地提高合金的耐腐蚀性和力学性能

§ 9.2 奥氏体不锈钢： 一、成分构成： 典型的奥氏体不锈钢由Fe, Cr, Ni三元构成的合金，晶体结构为面心 立方结构，Ni的作用是使不锈钢具有面心立方结构。近些年来出现 了不含Ni的不锈钢，以Mn代替Ni, 一方面可以消除Ni带来的毒性， 另一方面可以大大增大N在钢液中的含量，生产高N钢，大幅度地 提高合金的耐腐蚀性和力学性能

贫铬区（阳极）最初的合金成分为（Fe-18%Cr-9%Ni-0.1%C)称1Cr18Ni918Cr-8Ni奥氏体不锈钢。存在的问题是容易发生点晶粒（阴极）腐蚀和晶间腐蚀。原因是C含量高，与Cr结合，此外，杂质元素S，P过多，成为点腐蚀的核心。目前，图8.12晶间腐蚀电池大量的工业用不锈钢和生活用不锈钢仍然是该成分，特点：加工性能、力学性能优良

最初的合金成分为 (Fe- 18%Cr-9%Ni-0.1%C) 称1Cr18Ni9 不锈钢。存在的问题是容易发生点 腐蚀和晶间腐蚀。原因是C含量高 ，与Cr结合，此外，杂质元素S,P 过多，成为点腐蚀的核心。目前， 大量的工业用不锈钢和生活用不锈 钢仍然是该成分，特点：加工性能 、力学性能优良

改进耐蚀性的措施：加入Mo，降低C，P，S的含量。得到以下成分的合金：ScPSiNCrNiCuMnMo2-<<316<<<<17-12-<143192.00.10.5不锈钢0.080.030.030.75<<2-<<<17-12-<<316L不锈钢143190.10.50.032.00.030.750.03316L不锈钢是目前使用最广泛的骨科植入用不锈钢，特点是：一定的耐点蚀性能，优良的力学性能和加工成型性能

改进耐蚀性的措施：加入Mo, 降低C, P, S的含量。得到以下成分的合金： 316L不锈钢是目前使用最广泛的骨科植入用不锈钢，特点是：一定的耐点蚀 性能，优良的力学性能和加工成型性能。 C Mn P S Si Cr Ni Mo N Cu 316 不锈钢 < 0.08 < 2.0 < 0.03 < 0.03 < 0.75 17- 19 12- 14 2- 3 < 0.1 < 0.5 316L不 锈钢 < 0.03 < 2.0 < 0.03 < 0.03 < 0.75 17- 19 12- 14 2- 3 < 0.1 < 0.5

在316L的基础上进一步提高耐点蚀性能的措施是进一步减少杂质元素PS的含量，得到更优质的外科植入用不锈钢：cPsSiNCrNiCuMoMn<<12-2-<<<<<17-ASTM 138141级3190.10.50.082.00.010.750.025<<12-2-<<<<<17-ASTM 138143190.12级2.00.50.030.0250.010.75

在316L的基础上进一步提高耐点蚀性能的措施是进一步减少杂质元素P, S的含量，得到更优质的外科植入用不锈钢： C Mn P S Si Cr Ni Mo N Cu ASTM 138 1 级 < 0.08 < 2.0 < 0.025 < 0.01 < 0.75 17- 19 12- 14 2- 3 < 0.1 < 0.5 ASTM 138 2 级 < 0.03 < 2.0 < 0.025 < 0.01 < 0.75 17- 19 12- 14 2- 3 < 0.1 < 0.5

二、力学性能：奥氏体不锈钢通常以冷加工态供货，因此它的力学性能范围较宽。使用方应根据器械对强度和塑性的综合要求确定冷加工量。在完全退火状态时（1100C加热，出炉后水冷），316L不锈钢的力学性能是：屈服强度,=240-300Mpa,,=600-700Mpa,8=35-55%,E=200Gpa

二、力学性能： 奥氏体不锈钢通常以冷加工态供货，因此它的力学性能范围较宽。使用方 应根据器械对强度和塑性的综合要求确定冷加工量。在完全退火状态时 （1100C加热，出炉后水冷），316L不锈钢的力学性能是：屈服强度 ss=240-300Mpa, sb=600-700Mpa, d=35-55%, E=200Gpa

TypEsSIGILI,ST(LY,3I814001200Ultimetestrength1000STRESS02%Yieidsirangtm(MPO)800600400200%Ekongation0802060040%COLDREDUCTION奥氏体不锈钢冷加工量与强度和塑性的关系

奥氏体不锈钢冷加工量与强度和塑性的关系

三、植入用奥氏体不锈钢存在的问题：1．耐腐蚀性能尚不够，易发生点腐蚀和缝隙腐蚀，因此，目前基本上只用于制造短期植入的器械，如接骨板，骨螺钉等。部分取出的接骨板上可观察到点腐蚀孔等腐蚀痕迹lokbhtano0011TothotoiKDE服液中极温个月信·试择表欢快形R光的达祥式M光车峰达

三、植入用奥氏体不锈钢存在的问题： 1. 耐腐蚀性能尚不够，易发生点腐蚀和缝隙腐蚀，因此，目 前基本上只用于制造短期植入的器械，如接骨板，骨螺钉 等。部分取出的接骨板上可观察到点腐蚀孔等腐蚀痕迹