Стали

Стали — общее название группы сплавов на основе железа, содержащих до 2% углерода, а также Si, Mn и вредные примеси S и P.

Потребительные свойства сталей определяются их химическим составом, состоянием углерода и железа в металлической матрице, количеством и составом примесей, способом получения, процессами разливки и дальнейшей переработки слитков — формования и последующей прокатки.

Уменьшение содержания углерода и введение различных легирующих добавок позволяет получить легированные  стали  с  высокой твердостью, износостойкостью и достаточными прочностью, ударной вязкостью, тепло- и коррозионностойкостью, по сравнению с обычными углеродистыми сталями.

Кроме химического состава на качество сталей оказывает влияние технология ее получения. Например, наименьшее число примесей содержится в электролитической стали, т. е. полученной выплавкой в электрических печах.

Поэтому стали классифицируют помимо химического состава по таким показателям, как технология производства, содержание примесей, назначение и т. п.

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 свойства определяются количеством углерода и присутствием в них примесей, которые взаимодействуют и с углеродом, и с железом.

Провизорам 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 стали (хрупкость при температурах более 900 ^◦С), а — хладоломкость стали.

Как видно из табл. 11.1, 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 (троакары, пилы, фрезы и др.), а также режущих и долбящих инструментов, требующих при повышенной твердости достаточной вязкости из-за ударных нагрузок, во избежание выкрашивания и образования зазубрин на лезвии (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.).

Кроме того, эти стали 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 не более 1,5-2,0%, а также различное количество специальных легирующих химических элементов: Co, Cr, Ni, V, W, Al, Mn, Si, Mo и др.

Поэтому такие стали чаще всего классифицируют исходя из названия легирующих элементов: стали хромистые, хромоникелевые, хромоникельмолибденовые и т.д.

Их маркируют сочетанием цифр и букв: первые две цифры показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, следующие за ними буквы обозначают легирующие химические элементы (хром — Х, 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 ставят после соответствующей буквы в целых единицах.

Например, сталь марки 12Х18Н9 содержит около 0,12 С;18% Cr и 9% Ni.

Если же содержание легирующего химического элемента в сплаве менее 1,5%, то цифру после буквы, обозначающей этот элемент, не ставят. Например, сталь марки 18ХГТ содержит около 0,18% С; 1% Cr; 1% Mn и около 1% Ti.

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 элементов, стали условно подразделяют на: низколегированные (содержат в общем 1–5% легирующих элементов), среднелегированные (до 10%) и высоколегированные, или нержавеющие (более 10%).

По назначению легированные стали подразделяют на три 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 (коррозионно стойкие) стали — это стали, стойкие против атмосферной коррозии. В них Cr — 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 (Cr₂O₃).

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

Нержавеющие хромоникелевые стали содержат в качестве легирующих добавок хром (13–30%) и никель (7–20%). Последний дополнительно повышает технологические свойства и коррозионную стойкость этих сталей.

Потребительные свойства легированных сталей определяются не только числом легирующих компонентов и степенью легирования, но и рациональной термической обработкой.