Нержавеющие стали.

По химическому составу, стали, в зависимости от содержания углерода и легирующих добавок принято классифицировать на уг-леродистые и легированные (см. рис. 17.3).

Исходя из содержания примесей, различают стали обыкновенного качества (рядовые), качественные, высококачественные и особо высококачественные.

Остановимся более подробно на тех видах и марках сталей, которые предназначены для изготовления медицинских изделий.

Углеродистые стали — содержат обычно до 1,3% углерода, до 0,35% кремния, до 0,6% марганца, а также вредные примеси — серу (до 0,06%) и фосфор (до 0,07%). Их потребительные свойства определяются количеством углерода и присутствием в них примесей, которые взаимодействуют и с углеродом, и с железом.

Провизорам, главным и старшим медицинским сестрам необходимо уметь определять состав стали по ее марке, поскольку состав материала, из которого изготовлено изделие, влияет также на выбор метода дезинфекции и стерилизации.

Углеродистые стали обыкновенного качества выпускаются различных марок (см. ГОСТ 380-94 Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки). Их маркируют буквой и цифрой, например:

У7, У8, У13,

где У — углеродистая сталь; 7,8...13 — содержание углерода в десятых долях процента, т.е. 0,7, 0,8, 1,3%.

Высококачественные углеродистые стали с содержанием примесей фосфора и серы не более 0,035% каждого используют для изготовления медицинской техники. Их маркируют, добавляя в название букву А — У7А, У8А,..., У12А. Буква А означает, что в этих сталях минимальное количество примесей, которые, попадая в сталь из исходного сырья (чугуна), вызывают: сера — красноломкость

1,10-1,25 Как видно из табл. 17.2 из стали марки У7А изготавливают пружинящие, главным образом, зажимные и ранорасширяющие инструменты (зажимы, пинцеты, корнцанги, ранорасширители и др.). Стали марок У8А-У10А идут на производство пилящих и колющих, а также режущих и долбящих инструментов, которые наряду с повышенной твердостью должны иметь достаточную ударную вязкость во избежание выкрашивания и образования зазубрин на рабочей поверхности при высоких ударных нагрузках. Чаще всего из этих сталей изготавливают троакары, пилы, фрезы, ножи, щипцы-кусачки костные, долота, пилы, ножницы, распаторы и др. Из сталей марок У11А и У12А изготавливают режущие инструменты с тонкими лезвиями (ножи глазные, скальпель ушной и др.).

Потребительные свойства углеродистых сталей определяются их составом. Достоинством углеродистых сталей является то, что они отличаются высокими технологическими показателями в процессе переработки, поскольку' невысокая твердость позволяет обрабатывать изделия из них резанием, а пластичность — получать проволоку и ленту высокой прочности. Кроме того, они не содержат дорогостоящих и дефицитных легирующих элементов и поэтому стоят недорого. Вместе с тем углеродистые стали имеют существенные недостатки. Прежде всего, это ржавеющие материалы, легко поддающиеся коррозии в атмосфере и агрессивных средах. Они имеют недостаточно высокую прочность, низкую вязкость и теплостойкость, хрупкость и плохо прокаливаются, что ограничивает их применение для изготовления режущих инструментов. Поэтому, их чаще всего применяют для режущих инструментов, толщина рабочей части которых не превышает 10—12 мм. При резком охлаждении в процессе закалки изделий из таких сталей усиливается деформация, что приводит к образованию трещин. Низкая теплостойкость может приводить к недопустимо большому снижению твердости после переточки инструментов.

Легированные стали — содержат углерода до 1,5—2,0%, а также различное количество специальных легирующих химических элементов: Со, Сг, Ni, V, W, Al, Mn, Si, Мо и др. Поэтому такие стали чаще всего, классифицируют, исходя из названия легирующих элементов: стали хромистые, хромоникелевые, хромоникельмолибде- новые и т.д.

Марка стали обозначается сочетанием букв и цифр. Для конст-рукционных марок стали первые две цифры показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Легирующие элементы в марке стали обозначают следующими буквами: хром — X, никель — Н, молибден — М, вольфрам — В, кобальт — К, титан — Т, азот — А, марганец — Г, медь — Д, ванадий — Ф, кремний — С, фосфор — П, алюминий — Ю, бор — Р, ниобий — Б, цирконий — Ц. Содержание легирующих элементов, если оно превышает 1,5%, ставят после соответствующей буквы в целых единицах.

Например, сталь марки 18ХГТ содержит 0,18% С; 1% Сг; 1% Мп и около 1% Ti; марки 12НХЗ—0,12% С; 1% Сг; 3% Ni.

В зависимости от числа легирующих элементов стали классифицируют на трехкомпонентные (содержат кроме железа и углерода один какой-либо легирующий элемент), четырехкомпонентные и т.д.

По степени легирования, т.е. по содержанию легирующих эле-ментов, стали условно подразделяют на низколегированные (содер-жат в общем 1—5% легирующих элементов), среднелегированные (до 10%) и высоколегированные или нержавеющие (более 10%).

Потребительные свойства легированных сталей определяются не только числом легирующих компонентов и степенью легирования, но и рациональной термической обработкой. При этом изменяются механические и физико-химические свойства изделий из них. Как правило, легирующие элементы существенно повышают сто-имость стали, а некоторые из них, к тому же, являются дефицит-ными металлами, а поэтому добавление их в сталь должно быть строго обосновано.

Как видно из рис. 17.2, по назначению легированные стали подразделяют на четыре основные группы: общего назначения, конструкционные, инструментальные и с особыми свойствами. В медицине чаще всего используют последние три.

Конструкционные стали применяются для изделий, не испытывающих больших нагрузок.

Инструментальные стали предназначены для изготовления режущих и измерительных медицинских инструментов.

Стали с особыми свойствами предназначаются для изготовления медицинских изделий обладающих высокой коррозионно- и износостойкостью, а также для деталей электротехнического назначения. К их числу относятся нержавеющие стали, которые наиболее широко применяются для изделий медицинского назначения.

Нержавеющие (коррозионностойкие) стали — это стали, стойкие против атмосферной коррозии. В них Сг — основной легирующий элемент, который обеспечивает при содержании более 12,5% высокую стойкость к агрессивным средам, за счет образования на поверхности изделия защитной плотной пассивной пленки оксида хрома (Сг203).

Нержавеющие хромистые стали содержат Сг в пределах 11,5—30%.

Потребительные свойства хромистых сталей определяются содержанием в них хрома. В целом, они имеют хорошие технологи-

Химический состав основных марок нержавеющей хромистой стали (см. ГОСТ 5632-72. Стали высоколегированные и сплавы коррози-онно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки)

Марка стали Химический состав, %

С Сг

20X13 0,160—0,250 12—14

30X13 0,260—0,350 12—14

40X13 0,360—0,045 12—14

95X18 0,900—1,000 17—19

ческие качества и коррозионную стойкость, что позволяет органи-зовать экономичное и эффективное производство массовых меди-цинских инструментов. Износостойкость таких сталей при прочих равных условиях возрастает с увеличением содержания углерода. В качестве износостойких сталей для изготовления режущих инструментов используют стали с содержанием углерода более 0,35%. Однако при этом надо иметь в виду, что с увеличением количества углерода более 0,70% в структуре стали появляются крупные избыточные хромосодержащие карбиды и карбидная неоднородность, которые, с одной стороны, затрудняют обработку и мешают формировать тонкую режущую кромку, а с другой, уменьшая содержание хрома и углерода в твердом растворе, — снижают коррозионную стойкость. При товароведческом анализе медицинских инструментов практическим критерием коррозионной стойкости медицинских инструментов, изготовленных из этих сталей, является максимальное значение твердости, что свидетельствует об оптимальном количестве растворенных в матрице карбидов.

Нержавеющие хромоникелевые стали в качестве основного элемента, повышающего потенциал железа, содержат хром. Его содержание должно быть обычно в пределах 13—30%. Никель (7—20%) только дополнительно повышает технологические свойства и коррозионную стойкость этих сталей.

Из многочисленных марок легированных инструментальных сталей в медико-инструментальной промышленности нашли применение: сталь марки 12Х18Н9Т (0,12% углерода, 18% хрома, 9% никеля и 1% титана) для изготовления стерилизаторов, инъекционных игл, зубных коронок, сталь ХВ5 (1,25—1,45% углерода; 4,0—5,0% вольфрама; 0,40—0,70% хрома; 0,15—0,30% ванадия) для зубныхборов и др. Как и углеродистые инструментальные стали, сталь ХВ5 имеет весьма низкую коррозионную стойкость, теплостойкость и прокаливаемость, склонна к образованию трещин и хрупкому разрушению. Кроме того, из-за большого содержания вольфрама эта сталь дорога и дефицитна.

Нестандартные стали обозначают различным образом. В старой нормативной документации можно встретить обозначение буквами ЭИ и ЭП и номером. Такая маркировка показывает, что сталь выплавлена на заводе «Электросталь» (буква Э), сталь исследовательская (буква И) или пробная (буква П).

Потребительные свойства нержавеющих хромоникелевых сталей определяются введением в их состав никеля, что обуславливает более высокую коррозионную стойкость. Они сохраняют прочность до более высоких температур, менее склонны к росту зерна при нагреве и, в то же время, не теряют пластичности при низких температурах. Кроме того, нержавеющие хромоникелевые стали обладают лучшими технологическими свойствами по сравнению с хромистыми нержавеющими сталями, в частности, лучше свариваются. Они, как и хромистые, коррозионностойки в окислительных средах.

Прокат из хромоникелевых сталей изготавливается практически любой формы и размера. Вместе с тем хромоникелевые коррозион-ностойкие стали относительно дороги и дефицитны.

Поскольку до сих пор в ЛПУ и учебных учреждениях находятся медицинские инструменты, изготовленные до принятия новых стандартов и ГОСТ 30208-94 (ИСО 7153-1-88)/ ГОСТ Р 50328.1-92 (ИСО 7153-1-88) Инструменты хирургические. Металлические материалы. Часть 1. Нержавеющие стали, то ниже приведены назначения как наиболее часто применявшиеся в 1970—1990 гг. марки нержавеющих сталей (табл. 17.5), так и рекомендуемые новым международным стандартом (табл. 17.6).Дополнительное легирование хромоникелевых сталей молибденом и медью повышает их коррозионную стойкость и кислотостой- кость.

Качество углеродистых и легированных сталей в зависимости от марки значительно отличается, поэтому их принято классифицировать и по этому показателю:

• стали обыкновенного качества содержат углерода до 0,6% и вредные примеси S (до 0,06%) и Р (до 0,07%). Их прочность невысока, поэтому они редко применяются для изготовления ответственных медицинских инструментов;

• к качественным относят углеродистые и легированные стали, в которых колебания в содержании углерода не превышает 0,08%, а содержание вредных примесей равно или менее 0,035%;

• к высококачественным относят, главным образом, легированные стали, в которых содержание углерода не превышает 0,07%, а содержание вредных примесей менее 0,025%;

• к особо высококачественным относят стали, содержащие менее 0,2% углерода. Среди них выделяют следующие разновидности: высокопрочные, жаропрочные, жаростойкие, износостойки, нержавеющие. Особо выделяются среди этого вида сталей нержавеющие, которые наиболее широко применяют для изготовления медицинских инструментов.

Резюмируя сказанное (см. табл. 17.7), следует сделать вывод, что на основе железоуглеродистых материалов получают черные метал-лы и их сплавы с широким диапазоном свойств: от очень хрупких — чугуны, до эластичных — легированные стали.

Латуни — медные сплавы, в которых основным легирующим элементом является цинк (от 4—50%). При содержании цинка до 32% латуни однофазны, а 32—50% — двухфазны. Однофазные латуни характеризуются высокой пластичностью; двухфазные — имеют более высокую прочность и меньшую пластичность, чем однофазные.

Большинство латуней хорошо обрабатывается давлением. Особенно пластичны однофазные латуни. Они деформируются при низких и при высоких температурах.

Латуни двойные (содержащие только два химических элемента Си и Zn) маркируют буквой Л и числом, указывающим среднее содержание меди, например маркировка Л62-1 означает, что это Л — латунь, 62 — содержание меди 62%. Если необходимо, содержание цинка определяется вычитанием из 100% содержания меди. Так, в приведенном примере цинка 100—62 = 38%. Эти латуни применяют при изготовлении пластинок для отделения внутренностей, канюлей для прокола желудочков мозга, катетеров, зондов, бужей, держателей для ваты, стерилизаторов и др.

Латуни сложного состава маркируют буквой Л, затем буквой легирующего элемента, а затем числами — содержание меди и легирующего элемента, например маркировка Л062-1 означает, что это Л — латунь, О — олово, 62 — содержание меди 62%, 1 — содержание олова 1%. Если необходимо, содержание цинка определяется вычитанием из 100% содержания меди и олова. Так, в приведенном примере цинка 100—62—1 = 37%.

Свинцовые латуни марки ЛС59-1 (59% меди, 1% свинца и 37% цинка) хорошо обрабатываются резанием и их применяют для де-талей, изготавливаемых горячим прессованием. В частности, из них изготавливают металлические детали шприцов, канюли игл и троакаров.

Потребительные свойства латуней определяются в основном соотношением меди и цинка. Латуни, содержащие более 20% цинка и особенно более 30% цинка, проявляют склонность в деформированных изделиях к растрескиванию при хранении во влажной атмосфере и, особенно, в атмосфере, содержащей следы аммиака (так называемое «сезонное растрескивание»). Сущность такого явления заключается в коррозии по границам зерен.

Латуни обладают низкой коррозионной стойкостью и поэтому для защиты от коррозии на них наносят электрохимические по-крытия, чаще всего никелевые. Поэтому, хотя латуни желтоватого цвета, изделия из них все равно имеют стальной блеск. Только в случае нарушения адгезии покрытия к изделию можно наблюдать появление под ним металла желтоватого цвета. На это очень важно обращать внимание при проведении товароведческого анализа медицинских инструментов, изготовленных из латуни.

Медно-никелевые сплавы выпускают нескольких видов: Мельхиоры, содержащие помимо меди Ni (20—30%) и легирующие элементы Fe, Мп, и др.; нейзильбер, содержащий помимо меди Ni (5—35%), Zn (12—46%) и др. Из нейзильбера изготавливают трахеотомические трубки, канюли, глазные ложки, зонды и др.

Потребительные свойства медно-никелевых сплавов определяются способностью никеля с медью образовывать ряд твердых растворов. Введение никеля повышает помимо коррозионной стойкости, твердость, прочность, модуль упругости и температуру плавления сплава, понижает его теплопроводность, электрическую проводимость и температурный коэффициент электрического сопротивления. Такие сплавы хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии.

Бронзы — сплавы меди, где легирующим элементом может быть любой химический элемент, кроме Zn и Ni. Для изделий медицинского назначения чаще всего используют бронзы, содержащие олово (около 19%), алюминий (4-11%), бериллий (около 2%), кремний и др.

Потребительные свойства бронзы определяются составом легирующих добавок. Все бронзы обладают хорошими литейными свойствами, их усадка при литье в три раза меньше, чем у отливок из других сплавов меди. Некоторые из них имеют достаточно высокую пластичность и хорошо обрабатываются давлением и резанием. Большинство — превосходят чистую медь по антикоррозионным свойствам, и имеет хорошую коррозионную стойкость. Их широко используют как антифрикционные сплавы.

Бронзам присваивается марка, где указывается: на первом месте заглавные буквы, обозначающие сплав (Б — бронза), затем заглавные буквы, обозначающие легирующие добавки (О — олово, Мц — марганец и т.д.), а после каждой буквы — цифры, указывающие содержание этих добавок. Содержание меди определяется по разности от 100%.

Различают алюминиевые, оловянистые, кремнистые, бериллиевые бронзы. Первые наиболее дешевые.

В медицине используют алюминиевую бронзу с содержанием А1 9—11% при изготовлении проволоки для сшивания тканей. Этот материал обладает хорошими технологическими и механическими свойствами и не содержит дефицитных элементов.

Дата добавления: 2015-10-13