Понимание медицинской нержавеющей стали: свойства и применение

Хотя нержавеющая сталь широко используется в непромышленных областях, таких как пищевая промышленность и здравоохранение, благодаря своей коррозионной стойкости и высокой прочности, она не является полностью устойчивой к ржавчине, а различные марки нержавеющей стали существенно различаются по своим эксплуатационным характеристикам. 

Таким образом, не каждый тип нержавеющей стали подходит для использования в здравоохранении и хирургии. В настоящее время только несколько избранных марок рекомендуются для использования в медицинской сфере. 

Продолжайте читать нашу статью, чтобы узнать о характеристиках, типах и наиболее популярных марках медицинской нержавеющей стали, а также о том, как выбрать подходящую для медицинских целей.

Что такое медицинская нержавеющая сталь?

Медицинская нержавеющая сталь, включая хирургическую нержавеющую сталь, состоит из железа 60-70%, хрома не менее 16%, никеля 8-10% и других элементов. Обычно она классифицируется в соответствии со стандартами AISI, такими как AISI 304 и 316L, в то время как ASTM определяет ее эксплуатационные характеристики. С аустенитной микроструктурой, обычно используемой для медицинских целей. Известный своей коррозионной стойкостью, долговечностью и биосовместимостью, этот материал часто формуют с помощью таких методов, как горячая прокатка, чтобы достичь своей окончательной формы.

Свойства медицинской нержавеющей стали

Медицинская нержавеющая сталь разработана для удовлетворения строгих требований здравоохранения, обеспечивая безопасность, долговечность и производительность. Давайте рассмотрим ее химический состав, а также ее физические и механические характеристики.

Химические свойства

Химический состав медицинской нержавеющей стали разработан для обеспечения оптимальной коррозионной стойкости, прочности и биосовместимости, что идеально подходит для медицинского применения.

Коррозионная стойкость

Нержавеющая сталь для медицинских целей обладает выдающимися коррозионная стойкость. Это имеет решающее значение для сохранения стерильности хирургических инструментов и имплантатов. Высокое содержание хрома создает защитный слой, который предотвращает повреждение от телесных жидкостей и чистящих средств.

Требования к составу

1. Хром (Cr): Должен быть выше 16%, чтобы обеспечить отличную коррозионную стойкость, необходимую для поддержания стерильности в медицинских помещениях.
2. Никель (Ni): Обычно около 8-10%, что способствует как прочности, так и повышенной коррозионной стойкости.
3. Молибден (Mo): Присутствует в 2-3%, улучшает защиту от точечной и щелевой коррозии.
4. Углерод (С): Необходимо поддерживать температуру ниже 0,08% для предотвращения хрупкости и сохранения пластичности.
5. Фосфор (P): Ограничено до значения ниже 0,045% для обеспечения долговечности и предотвращения хрупкости.
6. Сера (S): Ограничено значением ниже 0,03% для сохранения общей прочности и биосовместимости материала.

Эти регулируемые количества гарантируют безопасность и эффективность материала для применения в медицинских учреждениях.

Физические свойства

Физические свойства медицинской нержавеющей стали определяют ее пригодность для медицинских применений. Следующие диапазоны физических свойств типичны для медицинской нержавеющей стали, хотя они могут немного отличаться в зависимости от марки.

• Плотность: Диапазон от 7,93 до 7,98 г/см³. Более высокая плотность улучшает долговечность и ощущение медицинских устройств.
• Температура плавления: 1400-1450°C. Обеспечивает материалу возможность выдерживать высокие температуры во время стерилизации.
• Теплопроводность: Около 10–30 Вт/м·К. Влияет на то, как материал справляется с изменениями температуры.
• Модуль упругости: Приблизительно 200 ГПа. Отражает жесткость материала, имеющую решающее значение для обеспечения поддержки и сопротивления деформации.
• Удельная теплоемкость: 500 Дж/кг·К. Показывает, насколько хорошо материал сохраняет стабильность при колебаниях температуры.

Плотность медицинской нержавеющей стали влияет на долговечность. Высокая температура плавления препятствует стерилизации. Теплопроводность влияет на температурный отклик. Модуль упругости показывает жесткость. Удельная теплоемкость указывает на температурную стабильность. Они обеспечивают надежную медицинскую эффективность.

Механические свойства

Механические свойства медицинской нержавеющей стали имеют решающее значение для обеспечения долговечности и функциональности в условиях нагрузок в медицинских целях.

Прочность и твердость

Медицинская нержавеющая сталь обеспечивает высокую прочность и твердость, которые имеют решающее значение для выдерживания механических нагрузок и износа. Его прочные свойства гарантируют, что хирургические инструменты и имплантаты сохранят свою форму и функциональность под давлением. Эта прочность помогает предотвратить деформацию и повреждение во время использования, в то время как твердость способствует долговечности материала и его устойчивости к истиранию.

Плотность

Медицинская нержавеющая сталь имеет относительно высокую плотность, обычно в диапазоне от 7,7 до 8,0 г/см³. Это способствует его прочности и стабильности, гарантируя, что медицинские устройства и имплантаты долговечны и обеспечивают ощущение прочности, что важно для их производительности и надежности в медицинских применениях.

Температурная стойкость

Медицинская нержавеющая сталь обладает хорошей термостойкостью, что позволяет ей выдерживать высокие и низкие температуры без потери своих свойств. Это делает ее пригодной для автоклавирования и других процессов стерилизации, которые связаны с экстремальным нагревом. Ее стабильность при различных температурах обеспечивает надежную работу в различных медицинских условиях.

Пластичность и прочность

Медицинская нержавеющая сталь обладает высокой пластичностью и прочностью. Она может деформироваться без разрушения, что помогает ей поглощать удары и напряжение. Это свойство гарантирует, что хирургические инструменты и имплантаты смогут выдерживать требования медицинских процедур и оставаться функциональными с течением времени.

Медицинская нержавеющая сталь устойчива к коррозии, обладает высокой биосовместимостью и имеет превосходные механические свойства, включая высокую прочность, твердость и термостойкость. Это делает ее незаменимой в медицинской промышленности.

Другие важные свойства медицинской нержавеющей стали

Биосовместимость

Медицинская нержавеющая сталь обладает высокой биосовместимостью. Она разработана для безопасного взаимодействия с тканями человека, не вызывая побочных реакций, таких как воспаление, аллергические реакции или токсичность. Это делает ее пригодной для имплантатов и устройств, которые остаются внутри тела в течение длительного времени.

Воздействие материала на организм зависит от следующих факторов:

• Состав: Конкретный сплав и его химические элементы.
• Отделка поверхности: Гладкость и чистота поверхности материала.
• Продолжительность использования: Продолжительность контакта материала с тканями.
• Взаимодействие с жидкостями организма: Как материал взаимодействует с жидкостями и состояниями организма.

Для обеспечения безопасности необходимо строго соблюдать эти спецификации. Кроме того, правильная стерилизация и обращение во время производства и использования играют решающую роль в поддержании биосовместимости и предотвращении потенциальных проблем.

Как производится медицинская нержавеющая сталь

Медицинская нержавеющая сталь проходит точный процесс производства, чтобы соответствовать строгим стандартам, требуемым для медицинских применений. В отличие от стандартной нержавеющей стали, варианты медицинской стали требуют дополнительных этапов для обеспечения биосовместимости и производительности.

Процесс производства:

1. Выбор сырья: Используется только высокочистое сырье, чтобы свести к минимуму содержание загрязняющих веществ, которые могут повлиять на биосовместимость.
2. Контролируемое плавление: Сталь плавится в вакуумной или аргоно-кислородной печи обезуглероживания (АОД) для снижения содержания углерода и других примесей, что обеспечивает получение высококачественного сплава.
3. Сплавление и смешивание: Определенные легирующие элементы добавляются в точных количествах для достижения желаемых механических свойств и коррозионной стойкости.
4. Литье и формовка: Сталь отливается в формы, а затем формуется с использованием таких методов, как горячая прокатка или ковка. Этот этап тщательно контролируется для поддержания однородных свойств.
5. Термическая обработка: Медицинская нержавеющая сталь проходит термическую обработку для улучшения механических свойств и снятия остаточных напряжений. Это обеспечивает оптимальную производительность и стабильность.
6. Отделка поверхности: Поверхность стали полируется и очищается для удаления любых загрязнений и придания ей гладкости, что имеет решающее значение для гигиены и биосовместимости.
7. Проверка качества: Для обеспечения соответствия стали медицинским стандартам проводятся строгие испытания, включая испытания на коррозионную стойкость, механические свойства и биосовместимость.

Эти дополнительные этапы гарантируют, что медицинская нержавеющая сталь безопасна, надежна и пригодна для использования в медицинских устройствах и имплантатах.

Свойства обработки медицинской нержавеющей стали

Медицинская нержавеющая сталь может подвергаться термической обработке, холодной обработке, механической обработке, сварке, формовке и поверхностной обработке благодаря своей превосходной пластичности и формуемости. Эти процессы гарантируют, что материал соответствует высоким стандартам, требуемым для медицинских приборов.

Термическая обработка

• Цель: Для регулировки твердости, прочности и коррозионной стойкости.
• Методы: Отжиг на твердый раствор с последующим быстрым охлаждением обычно применяется для таких марок, как 316L, чтобы восстановить пластичность и повысить коррозионную стойкость.
• Соображения: Необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать осаждения карбидов, которое может снизить коррозионную стойкость.

Холодная обработка

• Цель:
  • Повышение прочности и твердости, необходимых для имплантатов.
  • Улучшить механические свойства, такие как пластичность.
• Методы:
  • Холодная прокатка: Производит высокопрочные листы с деформацией около 20%.
  • Холодное волочение: Повышает прочность стержней и трубок.
  • Холодная ковка: Используется для формирования сложных медицинских деталей.
• Соображения:
  • Контролируйте деформацию до уровня около 20%, чтобы сбалансировать прочность и пластичность.
  • Избегайте концентрации напряжений, чтобы предотвратить коррозию.
  • Для снятия напряжений и повышения коррозионной стойкости может потребоваться последующая термическая обработка.

Обрабатываемость

• Цель: Для придания материалу точной формы медицинских компонентов.
• Методы: Необходимы острые режущие инструменты с низкой скоростью резания, особенно для стали 316L, которую сложнее обрабатывать, чем 304.
• Соображения: Избегайте чрезмерного упрочнения при обработке; следите за остротой инструментов, чтобы предотвратить их износ.

Свариваемость

• Цель: Для соединения деталей медицинских устройств, таких как имплантаты или хирургические инструменты.
• Методы: Распространены сварка TIG и лазерная сварка, особенно для нержавеющей стали 316L.
• Соображения: Для снятия напряжений и предотвращения коррозии в сварных соединениях может потребоваться термообработка после сварки.

Формуемость

• Цель: Для создания сложных форм, необходимых для медицинских инструментов и имплантатов.
• Методы: Распространенными методами являются глубокая вытяжка, гибка и штамповка.
• Соображения: Обеспечьте равномерную деформацию, чтобы избежать ослабления конструкции.

Характеристики обработки поверхности

• Цель: Повышение коррозионной стойкости, биосовместимости и гладкости для медицинских применений.
• Методы:
  • Электрополировка: Выравнивает поверхность и повышает коррозионную стойкость.
  • Пассивация: Удаляет свободное железо и укрепляет слой оксида хрома, повышая коррозионную стойкость.
  • Взрывные работы: Для получения матовой поверхности путем удаления поверхностных загрязнений можно использовать пескоструйную или дробеструйную обработку.
• Соображения: Обработка поверхности должна быть свободной от загрязняющих веществ, чтобы обеспечить биосовместимость и стерильность. Электрополировка также снижает шероховатость поверхности, что имеет решающее значение для имплантатов, чтобы предотвратить бактериальную адгезию.

Разница между медицинской нержавеющей сталью (хирургической сталью) и обычной нержавеющей сталью

Медицинская нержавеющая сталь и обычная нержавеющая сталь на первый взгляд могут показаться похожими, но они существенно различаются как по составу, так и по свойствам.

Итак, каковы наиболее заметные различия между медицинской нержавеющей сталью и обычной нержавеющей сталью?

Состав:

1. Коррозионная стойкость: Медицинская нержавеющая сталь сводит к минимуму высвобождение ионов металлов и предотвращает межкристаллитную и стрессовую коррозию, обеспечивая безопасность имплантатов в организме человека.
2. Элементарный состав: Содержит более высокие уровни никеля (Ni) и хрома (Cr), достигающие верхних пределов обычной нержавеющей стали, что повышает коррозионную стойкость.
3. Примеси: Медицинская нержавеющая сталь имеет более строгие ограничения по содержанию серы (S) и фосфора (P), в то время как обычная нержавеющая сталь имеет относительно более высокий уровень этих примесей.
4. Неметаллические включения: Медицинская нержавеющая сталь требует строгого контроля размера включений (<115-го класса для мелкозернистых, <1-го класса для крупнозернистых), тогда как обычная нержавеющая сталь не предъявляет строгих требований.
5. Обычная нержавеющая сталь: Содержит меньше хрома и никеля, не имеет строгого контроля над размером включений и содержит больше примесей, чем медицинская сталь.

Коррозионная стойкость:

• Медицинская нержавеющая сталь обеспечивает превосходную устойчивость к коррозии, что крайне важно для стерильных сред.
• Обычная нержавеющая сталь может легче подвергаться коррозии в суровых условиях.

Биосовместимость:

• Нержавеющая сталь медицинского класса разработана с учетом совместимости с биологическими тканями, что свидетельствует о ее возможности безопасного взаимодействия с тканями человека.
• Обычная нержавеющая сталь не всегда является биосовместимой и может вызывать побочные реакции при использовании в медицинских учреждениях.

Обработка:

• Нержавеющая сталь медицинского класса проходит строгую обработку, чтобы гарантировать ее соответствие строгим критериям чистоты и эффективности.
• Обычная нержавеющая сталь обрабатывается для общего использования и не требует такого же уровня очистки.

Приложения:

• Нержавеющая сталь медицинского класса используется в медицинских инструментах, имплантатах и других важных медицинских устройствах.
• Обычная нержавеющая сталь используется в повседневных предметах, таких как кухонная утварь, строительные материалы и промышленное оборудование.

Расходы:

• Медицинская нержавеющая сталь обычно стоит дороже из-за своих особых свойств и процесса производства.
• Обычная нержавеющая сталь более экономична для немедицинских применений.

Тип медицинской нержавеющей стали

Медицинские нержавеющие стали бывают разных типов, каждый из которых предназначен для определенных применений в медицинской сфере. Понимание этих типов помогает гарантировать выбор правильного материала для оптимальной производительности и безопасности медицинских устройств и имплантатов.

Нержавеющая сталь для имплантатов

Используется для имплантатов, которые остаются в организме в течение длительного времени, например, из нержавеющей стали 316L. Он обеспечивает высокую биосовместимость и устойчивость к жидкостям организма, гарантируя безопасность и долговечность внутри организма.

Хирургический инструмент из нержавеющей стали

Разработан для инструментов, используемых в хирургии, например, из нержавеющей стали марки 420. Эта марка обеспечивает исключительную прочность, остроту и коррозионную стойкость, гарантируя точность и надежность во время медицинских процедур.

Нержавеющая сталь общего назначения для медицинских приборов

Подходит для различных медицинских устройств, при этом обычным выбором является нержавеющая сталь марки 304. Он сочетает в себе стоимость и производительность с коррозионной стойкостью и долговечностью, что делает его универсальным для различных медицинских применений.

Стоматологические инструменты из нержавеющей стали

Специально для стоматологических инструментов, часто с использованием нержавеющей стали 440C. Этот тип обеспечивает отличную твердость и коррозионную стойкость, гарантируя, что инструменты остаются эффективными и надежными в стоматологических процедурах.

Медицинские нержавеющие стали предназначены для определенных целей. Каждый тип выбирается по своим особым качествам, чтобы гарантировать наилучшую производительность и безопасность в медицинских целях. Для получения дополнительной информации о марках и их применении, пожалуйста, продолжайте читать.

Прочитайте эту статью, чтобы узнать полную классификацию нержавеющей стали!

Обычная медицинская нержавеющая сталь

Для медицинского применения нержавеющая сталь доступна в определенных марках, наиболее распространенными из которых являются 316L и 304 из-за их коррозионной стойкости и биосовместимости. Серии 440 и 420 также используются в некоторых инструментах из-за их твердости и износостойкости.

SAE 304 и 304L

САЕ 304: SAE 304, известный своей превосходной коррозионной стойкостью, химически инертный, то есть он не реагирует во время процессов санитарии или стерилизации. Он долговечен и может выдерживать суровые условия как хирургических процедур, так и повседневного использования, что делает его надежным выбором для медицинских приборов.

SAE 304L: Эта низкоуглеродистая версия SAE 304 имеет лучшую коррозионную стойкость и пониженную сенсибилизацию. Она идеально подходит для медицинских устройств и имплантатов, которые контактируют с телом. SAE 304L можно сваривать без отжига, что делает ее пригодной для костных винтов и пластин. Это сводит к минимуму образование вредных карбидов во время сварки.

SAE 316 и 316L

САЕ 316: Этот сорт имеет отличную коррозионную стойкость, особенно в хлоридной среде. Он используется в медицинских имплантатах и хирургических инструментах из-за своей прочности и устойчивости к химикатам. SAE 316 выдерживает автоклавирование, обработку химическими дезинфицирующими средствами и другие методы стерилизации, обеспечивая безопасность и эффективность устройства.

SAE316L: Низкоуглеродистая версия SAE 316, SAE 316L, обеспечивает еще большую коррозионную стойкость и меньше дефектов сварки. Помимо высокой прочности и стойкости к стерилизации, SAE 316L также сохраняет стабильность в средах с высоким содержанием хлоридов, что делает его идеальным для сложных медицинских применений.

САЕ 410

САЕ 410: Этот тип нержавеющей стали известен своей прочностью и долговечностью. SAE 410 используется там, где требуется высокая износостойкость и умеренная коррозионная стойкость. необходимы, например, в некоторых хирургических и стоматологических инструментах. Он также обеспечивает хорошую обрабатываемость и экономическую эффективность.

САЕ 420

SAE 420: Эта мартенситная нержавеющая сталь обеспечивает более высокую твердость и износостойкость по сравнению с SAE 410. Она используется в областях, где требуется как высокая коррозионная стойкость, так и высокая долговечность, например, хирургические лезвия и стоматологические инструменты. SAE 420 также отличается превосходной чистотой и однородностью., повышая его производительность и надежность.

Степени имплантации в разных странах

Нержавеющая сталь для имплантатов регулируется различными стандартами в разных странах для обеспечения безопасности и надежности. В таблице ниже приведены основные стандарты и применимые марки из США, Японии, ЕС и Китая.

Распространенные области применения медицинской нержавеющей стали

Медицинские нержавеющие стали выбираются для определенных применений на основе их уникальных свойств. Вот разбивка их распространенных применений.

Будущие разработки в области медицинской нержавеющей стали

Область медицинской нержавеющей стали быстро меняется из-за новых технологий и растущего мирового спроса. Ключевые будущие тенденции включают:

1. Рост рынка и спрос: Ожидается, что мировой рынок медицинской нержавеющей стали значительно вырастет, что обусловлено возросшим спросом на медицинские изделия, особенно после пандемии COVID-19.
2. Достижения в области 3D-печати и кастомизации: Интеграция нержавеющей стали с технологией 3D-печати упрощает производство индивидуальных и сложных медицинских имплантатов, улучшая индивидуальные решения для пациентов.
3. Улучшенные материалы и свойства: Исследования сосредоточены на разработке нержавеющих сталей с наноструктурами для повышения прочности, коррозионной стойкости и биосовместимости, а также на изучении сплавов без никеля для решения проблем, связанных с аллергией.
4. Устойчивое производство: Предпринимаются усилия по повышению устойчивости производства за счет сокращения потребления энергии, минимизации отходов и использования переработанных материалов.
5. Умные и функциональные материалы: Изучается возможность внедрения интеллектуальных технологий и адаптивных материалов в нержавеющую сталь с целью повышения функциональности устройств и улучшения результатов лечения пациентов.

Эти разработки позволят повысить производительность, безопасность и экологичность медицинской нержавеющей стали, что принесет пользу как отрасли здравоохранения, так и пациентам.

Из чего сделана хирургическая сталь?

Хирургическая сталь обычно содержит железо марки 60-70%, не менее 16% хрома, 8-10% никеля и иногда молибден для коррозионной стойкости.

Нержавеющая сталь — это то же самое, что и хирургическая сталь?

Нет, хирургическая сталь — это разновидность нержавеющей стали, специально разработанная для медицинского применения с повышенной коррозионной стойкостью и биосовместимостью.

Какого класса хирургическая нержавеющая сталь?

Распространенными марками являются 316L и 304, причем для имплантатов предпочтительнее использовать марку 316L из-за ее более высокой коррозионной стойкости.

Магнитится ли медицинская нержавеющая сталь?

Нержавеющая сталь марки 316L немагнитна, в то время как некоторые другие виды медицинской стали, например, серии 400, могут быть слегка магнитными.

В чем разница между медицинской нержавеющей сталью 304 и 316?

Главное отличие заключается в том, что 316 содержит молибден (2-3%), который обеспечивает лучшую коррозионную стойкость, особенно к хлоридам, что делает его более подходящим для имплантатов. 304 более экономичен, но имеет более низкую коррозионную стойкость.

Заключительные мысли о медицинской нержавеющей стали

Выбор правильной нержавеющей стали для медицинских целей имеет решающее значение. Понимание уникальных свойств и марок медицинской нержавеющей стали имеет важное значение для обеспечения безопасности, долговечности и производительности в медицинских учреждениях. По мере развития отрасли передовые технологии формируют будущее медицинской нержавеющей стали.

В Группа SteelPRO, наша нержавеющая сталь соответствует стандартам SAE, AISI и ASTM, признанным в медицинской сфере. Мы можем адаптировать нашу продукцию под ваши точные требования. Для получения дополнительной информации посетите наш страница блога и свяжитесь с нашими экспертами для получения наилучшего предложения!