在醫(yī)用不銹鋼中,穩(wěn)定的奧氏體組織是進行外科植入所基本要求的。高氮無鎳奧氏體不銹鋼(HNS)是一種極具吸引力的、具有良好力學性能、耐腐蝕性能和生物兼容性的植入物材料。由于在室溫下具有穩(wěn)定的奧氏體組織,因此這種奇特的不銹鋼是無磁的,這一特點對于醫(yī)學應(yīng)用極為重要。
通常在下列情況下,鋼的無磁性會下降:1)在快速固溶過程中鋼中有δ鐵素體的殘余存在;2)在某些過程中(如冷加工、磨損、用氫離子進行輻照或達到深冷溫度時)發(fā)生了馬氏體相變;3)由于在一定溫度下加熱時析出了某些二次相。
中科院沈陽金屬研究所的研究人員為了獲得高氮含量的無鎳奧氏體不銹鋼(18.5%Cr,15.3%Mn,0.62%N,2.64%Mo,0.9%Cu,0.06%Si,0.02%C,余量Fe),采用了加壓電渣重熔工藝(PESR);通過吹氮進行合金化,并在常壓下添加氮化的鐵合金;將熔煉好的鋼進行鍛造并軋制;隨后在1373K下固溶處理達2小時,再水淬;然后將鋼冷軋并拉拔至直徑為2毫米、壁厚為1.2毫米的細管,并進一步氮化。
然而,在醫(yī)學應(yīng)用中有時卻發(fā)現(xiàn)用于心臟導管擴張的高氮無鎳奧氏體不銹鋼具有弱磁性。研究人員通過光學顯微鏡、X-射線衍射儀(XRD)、電子探針顯微分析儀(EPMA)和超導量子干擾儀(SQUID)可以測定出這種磁性。
研究結(jié)果表明,在高氮奧氏體不銹鋼中的化學偏析可能導致鐵素體形成元素(諸如Cr和Mo)的局部富集,從而造成一些鐵磁性的δ-相的形成,進而使鋼出現(xiàn)磁性。對鋼中一些化學元素的研究表明,在鐵素體相中Mn和N的濃度隨著Cr和Mo的增加而下降;而在鋼中,N是一種非常強的奧氏體穩(wěn)定化元素,它會阻止鐵素體的形成,并大大減少顯微組織中鐵素體的百分率;Mn會提高鋼中氮的溶解度并有助于奧氏體組織的穩(wěn)定化;Cr會導致鐵素體的大量形成;而Mo則會造成δ-鐵素體的形成。
高溫氣體氮化可能成為一種可供選擇的、通過急劇降低剩余磁性和使鋼的磁動量達到飽和來消除鋼中磁性的方法。(余冶)