医用高氮无镍不锈钢的研究及应用现状
生物金属材料在骨科的应用及发展
此文 将分 别讨论 这 四种 主要 的生物金 属材料 在骨科 应用 中的优 势和 缺 点 ，包 括 从化 学 、物理 和力 学属 性等 方 面 。
１ 不锈钢生物金属材料
不锈 钢 作为 最早 应用 于骨 科 的植入 材料 ， 相 比其 他 的生
生物金属材料在骨科 临床 的应用存在着较 多的问题 ，
关 节 假体 植 入 失败 的 原 因往往 是 无菌 性 松动 ，而骨 折 固 定
物 应 用 失败 的 原 因是 固定 物 的断Biblioteka 裂和 固 定物 拆 除后 的再 骨
致 固定 后骨 折 愈合后 期骨 重建 和骨 构 型 的异常 ， 从 而使 得 固
定物拆除后再骨折的发生。 高弹性模量的不锈钢 固定物引起
的应力 遮挡 效应 一 定程度 上 限制 了不 锈钢 材料 应用 。 我 们知 道 ， 镍元 素 易引起 组织 的过 敏 反应 ， 而不 锈钢 材 料 中含 有 １ ０ ％～ １ ４ ％的镍元 素 ，这 也是 不锈 钢材 料 引起 组织
使用。 根据应用方面的不同， 材料的选择和加工设计存在着较
大的差 异，但无论应用于哪一方面 ，都需要均衡考虑材料 的属
性 （ 生物 学属性和力学属性）和材料的加工制作成本 ，毫无 疑 问， 拥 有 良好的骨组织传导性 、 骨 组织诱导性和骨组织相容 性
的低成 本生物金属材料是较理想 的临床 应用材料之一 。
折。 通 常 认 为 以下两 种 因素 导致 了金属 材 料 固定 物 的失败 ： （ １ ）力 学缺 陷 ，即 植入 物 与 骨之 间 的相对 微 动 及 植 入 物造 成 的应 力遮 挡 效 应 ；（ ２ ）生物 学缺 陷 ，即植 入 物 的 磨损 碎
我国钢铁冶金业发展及现状分析
我国钢铁冶金业发展及现状分析[摘要]：钢铁冶金业是我国国民经济的重要基础产业。
本文基于我国钢铁冶金业发展及现状对该产业主要面临问题进行研究，并分析其未来发展趋势。
[关键词]：钢铁冶金业历史现状问题发展趋势钢铁冶金业是我国国民经济的重要基础产业，为我国用钢行业的高速增长提供了有力的原材料保障，为国民经济持续、稳定、健康发展做出了重要贡献，并为推动世界钢铁工业发展做出了巨大贡献。
然而，我国的钢铁冶金业发展的道路并不是一帆风顺的，在过去是如此，在现在也面临着更严峻的挑战。
一、我国钢铁冶金业的过去19世纪下半叶清政府发展近代军事工业，制造枪炮、战舰，大量输入西方国家生产的钢铁。
1867年进口钢约8250t，1885年约9万t，1891年增加到170万担(约13万t)。
进口钢逐渐占领了中国的市场，使传统的冶铁业难以维持生产，而国内钢铁消耗量又不断增加。
因此近代钢铁工业的兴起就成为时代的需要。
1871年(清同治十三年)，直隶总督李鸿章、船政大臣沈葆桢请开煤铁，以济军需，上允其请，命于直隶磁州、福建、台湾试办。
1875年，直隶磁州煤铁矿向英国订购熔铁机器，因运道艰远未能成交。
此事表明，当时已开始注重举办新式钢铁事业。
1886年，贵州巡抚潘蔚创办钢铁厂，先用土炉，后从英国订购炼铁、炼钢设备，1888年安装完毕。
终因清廷腐败，缺乏资金、煤和铁矿石，加上不善管理，无人精通技术，而于1893年停办。
这是兴办近代钢铁厂的一次尝试。
1890年，湖广总督张之洞主持兴建湖北汉阳铁厂和大冶铁矿，它的建设标志中国近代钢铁工业的兴起。
1908年，汉阳铁厂、大冶铁矿和萍乡煤矿联合组成汉冶萍煤铁厂矿公司。
这是中国近代第一个钢铁联合企业，也是当时远东第一流的钢铁联合企业。
第一次世界大战后，除汉冶萍有较大的发展外，本溪、鞍山、上海、阳泉、武汉和石景山等地的钢铁工厂也先后起步。
以上钢铁企业建立后，1920年全国生铁产量达43万t，钢产量达6.8万t。
高铬铁素体不锈钢在硫酸和湿法磷酸生产中的应用
［ 周建刚 ， ２一 沈颐身 ， 马恩泽． 粉体 高浓度 气力输送 控制 分配技 ｊ 术： Ｍ：北京 ： 冶金Ｔ业Ｈ 版社 ，９ ６ １２—１５ ｛ １９ ：１ １
３： 赵 军 ， 宗 明 ， 海 东 ， 粉 煤 灰 浓 相 气 力 输 送 系 统 的研 究 刘 陆 等．
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２０ ０ ６年 第 ５期
刘慎安 ， 等 高铬铁 不锈钢在硗酸和湿法磷酸生产 中的应用 ｝俸
・３ ３・
《 锈钢在 硫酸 和磷酸 中的耐懵蚀 性能 仃／ 利影 响 １ 『 ｆ
表 １ 超 低 碳高 铬铁 素体 不 锈钢 点蚀 指数 与 其他 合金 的 比较
５ 结 论
通过 对炭 黑住 水平 管道 、 垂直 管道 、 弯管 等 不同 型管道 中进 行 气力 输 送 试 验 ， 析 了 它在 不 同气 分 力输 送 系统 中不 同管 段 的 压 力 损失 ， 得 到 了炭 黑 并 分别在这 二种 输送 管 道 中的 压 力损 失 的计 算 公 式
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硫 磷 设 计 与 粉 体 工 程
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２０ ０ ６年 第 ５期
高铬 铁 素 体 不 锈 钢 在 硫 酸 和 湿 法磷 酸 生产 中的应 用
酸 生 产 设 备 中的 应 用 情 况
关 键 词 ： 素 体 不锈 钢 ＋高铬 ； 酸 生 产 ； 酸 生产 ； 用 铁 硫 磷 应 中 图 分 类 号 ：Ｑ ５ ． １ Ｔ ０ ０ ４ 文献 标 识 码 ： Ｂ 文章 编 号 ：０９—１０ （０ ６ ０ ０ ３ ０ １０ ９ ４ ２０ ）５— ０ ２— ５
长春工大校字[号
长春工大校字[号————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：长春工大校字［2009］37号关于表彰2009年“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛获奖集体及个人的决定各部门、各单位：2009年“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛各级赛事已经全部结束。
在今年的竞赛过程中，各级领导高度重视，相关部门密切配合，全校师生通力合作，锐意创新。
成功举办了我校第三届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛。
在2009’“挑战杯”吉林省大学生课外学术科技作品竞赛中取得突破性成绩，捧得省级竞赛优胜杯。
在第十一届“挑战杯”全国竞赛中，首次捧得全国“挑战杯”竞赛优胜杯，首次获得全国“挑战杯”竞赛特等奖一项，团体总分位列全国第12名，获得全国“挑战杯”竞赛高校优秀组织奖，再次成为全国“挑战杯”竞赛发起高校，取得了我校自参加全国竞赛以来的最好成绩。
为表彰先进，鼓励创新，按照《长春工业大学“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛奖励办法》，经学校研究决定，对在全国、省、校级“挑战杯”竞赛中获奖的集体及个人给予表彰奖励。
授予化学工程学院谭志勇等10名教师长春工业大学2009年“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛优秀指导教师称号；授予电气与电子工程学院等8个单位长春工业大学2009年“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛突出贡献单位及优秀组织单位称号；对材料科学与工程学院教师于燕、化学工程学院肖凌寒等在2009年“挑战杯”全国、省、校级竞赛中获奖的师生给予表彰奖励。
希望全校师生以此次竞赛为契机，积极参加“挑战杯”各项竞赛。
努力营造我校“崇尚科学、追求真知、勤奋学习、锐意进取、迎接挑战”的科技创新氛围。
为推动我校大学生科技创新活动的蓬勃发展，实现我校由教学型向教学研究型大学的转变贡献力量。
附件：1.第十一届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛获奖作品名单2.2009年“挑战杯”吉林省大学生课外学术科技作品竞赛获奖作品名单3.第三届“挑战杯”长春工业大学大学生课外学术科技作品竞赛获奖作品名单4.长春工业大学2009年“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛优秀指导教师名单5.长春工业大学2009年“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛突出贡献单位、优秀组织单位名单长春工业大学2009年12月23日附件1：第十一届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛获奖作品名单作品名称奖项指导教师参赛选手选送学院连续本体法PMMA树脂聚合工艺特等奖谭志勇肖凌寒周明明崔蓉蓉吴迪李霜兵蒋芝蔡兴茂杨思佳化学工程学院高强度冲焊桥壳钢板应用技术开发一等奖于燕杨再道黄达吕建海薛丽贞牛胜杰高艳鹏王佐东刘洋材料科学与工程学院东北亚能源合作系统研究三等奖郭晓立吴琼杨特李雪松刘磊刘明艳沈中旭郭倩倩徐沛工商管理学院汽车离合器综合性能试验台三等奖张邦成高智王志伟胡晶张征石磊高楠机电工程学院地下水污染问题中的数学模型与数值方法研究三等奖王新民张超张婧冯兰张钊耿莹基础科学学院7附件2：2009年“挑战杯”吉林省大学生课外学术科技作品竞赛获奖作品名单作品名称奖项指导教师参赛选手选送学院连续本体法PMMA树脂聚合工艺一等奖谭志勇肖凌寒周明明崔蓉蓉吴迪李霜兵蒋芝蔡兴茂杨思佳化学工程学院高强度冲焊桥壳钢板应用技术开发一等奖于燕杨再道黄达吕建海薛丽贞牛胜杰高艳鹏王佐东刘洋材料科学与工程学院冶金企业能源计量管理系统二等奖邱东王威张广来王子健段然高洪朋高磊电气与电子工程学院汽车离合器综合性能试验台二等奖张邦成高智王志伟胡晶张征石磊高楠机电工程学院东北亚能源合作系统研究二等奖郭晓立吴琼杨特李雪松刘磊刘明艳沈中旭郭倩倩徐沛工商管理学院地下水污染问题中的数学模型与数值方法研究二等奖王新民张超张婧冯兰张钊耿莹基础科学学院8作品名称奖项指导教师参赛选手选送学院高氮无镍奥氏体不锈钢的研发三等奖季长涛王淮丛山胡水李佳丹冯亮姜武亮李小鹏季华实李任伟材料科学与工程学院基于构件的中间件平台三等奖胡明李佳伦刘乐刘田胡洁珺肖丰奇计算机科学与工程学院单悬臂梁式焊缝自动跟踪埋弧焊专机三等奖陈华刘岩陈星婷李海波李鑫晶杨立博刘琨王西倡材料科学与工程学院无线温度传感超声波新型热表研制三等奖马海涛郝睿郭晋男杨天乙电气与电子工程学院环境友好水性防锈切削液的制备优秀奖吴广峰袁程程王硕韩澍迟金龙王家欣林微秦英化学工程学院自动罐装机偏心桶口视觉定位机器人优秀奖岳晓峰高学亮孙岳杨宏昌白雪机电工程学院从药食同源的中草药中提取复配食品抗氧化剂优秀奖邱芳萍汪长钢侯君邢东旭苑艳纳钱懿刘洋化学与生命科学学院9附件3：第三届“挑战杯”长春工业大学大学生课外学术科技作品竞赛获奖作品名单一等奖作品名称指导教师参赛选手选送学院汽车离合器综合性能试验台张邦成高智王志伟胡晶张征石磊高楠机电工程学院无线温度传感超声波新型热表研制马海涛郝睿郭晋男杨天乙电气与电子工程学院单悬臂梁式焊缝自动跟踪埋弧焊专机陈华刘岩陈星婷李海波李鑫晶杨立博刘琨王西倡材料科学与工程学院基于构件的中间件平台胡明李佳伦刘乐刘田胡洁珺肖丰奇计算机科学与工程学院纯天然、高效复配型食品抗氧化剂的研究邱芳萍汪长钢侯君邢东旭苑艳纳钱懿刘洋化学与生命科学学院10作品名称指导教师参赛选手选送学院连续本体法PMMA树脂聚合工艺谭志勇肖凌寒周明明崔蓉蓉吴迪李霜兵化学工程学院蒋芝蔡兴茂杨思佳工商管理学院东北亚能源合作系统研究郭晓立吴琼杨特李雪松刘磊刘明艳沈中旭郭倩倩徐沛二等奖作品名称指导教师参赛选手选送学院自动罐装机偏心桶口视觉定位机器人岳晓峰高学亮孙岳杨宏昌白雪机电工程学院新型太阳能双轴自动跟踪系统魏巍朱述永王娇李秀旗电气与电子工程学院矿石物料直线电机驱动器的设计薛鹏耿聪李亚杰谢涛石磊电气与电子工程学院基于CPLD和单片机的综合实训系统宋宇赵旭徐培鑫尹宏录于雷张泽宇计算机科学与工程学院地下水污染问题中的数学模型与数值方法研究王新民张超张婧冯兰基础科学学院张钊耿莹11作品名称指导教师参赛选手选送学院玉米秸秆发酵法制备麦角酵研究薛冬桦潘安龙宋公明吴洪发闫边尹兆钊化学与生命科学学院高强度冲焊桥壳钢板应用技术开发于燕杨再道黄达吕建海薛丽贞牛胜杰高艳鹏王佐东刘洋材料科学与工程学院高氮无镍奥氏体不锈钢的研发季长涛王淮丛山胡水李佳丹冯亮姜武亮李小鹏季华实李任伟材料科学与工程学院环境友好水性防锈切削液的制备吴广峰袁程程王硕韩澍迟金龙王家欣林微秦英化学工程学院三维网状超分子化合物提纯淫羊藿研究李桂娟李媛王琦张祥强俞晓敏李琪毕野化学工程学院新型改性环氧树脂灌封料张龙冯文平丛晓亮洪博王晓霞王耀萱崔才武李国强化学工程学院一种防止精密铸钢件表面脱碳的措施陈莉韩泉涌吴守奇刘博姜平张龙刘红春杨春祥材料科学与工程学院吉林油田远程计量系统完善项目方案王涛李长明王增海宋昌松蔡喜艳王鹏工商管理学院中国本土广告公司生存状况和人才需求情况调查沈月娥李岩陈庆葛新人文学院12三等奖作品名称指导教师参赛选手选送学院智能在线电池巡检器赵斌陈亮刘岩金晶杨志李丽锋苏龙保电气与电子工程学院基于正向仿真的混合动力汽车能源管理测试平台张袅娜许祥军梁豪赵莹电气与电子工程学院一线制汽车总线与CAN总线互联通信网关控制器谢慕君俞雪林余光伟王晓明电气与电子工程学院园林树干养护溶液喷施机李奇涵孙向宇王泽龙周亮王昭宇赵晶机电工程学院城市落叶收集处理拖动装置王立威孙长宏牛明李树明李盼盼刘静机电工程学院ATM系统多通道自动识别及监控功能的研究与实现杨丽梅白宇新廖俐许祖锋孔凡茂张自强张玥机电工程学院彩信监控报警器刘钢孙丽超塔怀达许志辉郑伟林计算机科学与工程学院洞穴散射问题的一种数值计算方法杨孝英段玉维鞠伟龙代云超何大强基础科学学院13作品名称指导教师参赛选手选送学院不完全理性条件下进化博弈分析及其在中日韩经济合作中的应用刘庆怀鲁伟娄东何哲楠宫亚坤基础科学学院玉米皮渣发酵制备微生物油脂的研究薛冬桦邢大辉马丽娟潘安龙王晶孟祥玉化学与生命科学学院封闭多微胞结构金属陶瓷复合材料赵占奎冯亚宾李超杰刘博朴景远王录标王焕刘云志李筱隆材料科学与工程学院三聚氰胺-甲醛树脂包覆红磷微胶囊无纺布阻燃剂的制备唐淑娟苏晓磊纺织服装学院试制塞络纺装置王亚丽潘刚伟占志锋薛航张翔王超洋纺织服装学院安全防火节能的发泡酚醛树脂建筑保温板材赵占奎兰亚永刘威花成龙付海亮许博文李慧菊妍李思材料科学与工程学院新型旋风分离器的除尘及应用研究王承学周翔张嘉琦孙洪信化学工程学院搞好和谐社区建设为和谐社会奠基——建国六十年发展成就调查暨长春市和谐社区建设基本情况调查唐冰开王欣光政治与行政学院理工科大学生人文素质教育现状、问题与对策研究姜键陈岩刘文婷政治与行政学院14作品名称指导教师参赛选手选送学院基于网络数字电视教学发展趋势研究管媛辉李枫泉袁野曹震秦波胡海龙信息传播工程学院大学生就业技能掌握情况与就业率之间的调查研究管媛辉周鑫尧曾超王力民信息传播工程学院优秀奖作品名称指导教师参赛选手选送学院智能负载识别器郭昕刚王健孙强李兆阳孟婕张继武计算机科学与工程学院基于Linux的嵌入式POS系统潘超梁宏伟隋晓雪高健刘青竹李飞计算机科学与工程学院双九滴胶网络销售系统于立凌宗阳高金波于洋刘洋贾福双工商管理学院网络环境下的任务型教学法软件平台韩立权张晓宇辛叶强苏帅韩晓彤崔海龙计算机科学与工程学院长春工业大学教材征订系统吴德胜李海君周街京张阳蔡际科夏莉莉尹洪亮李同张雪信息传播工程学院15作品名称指导教师参赛选手选送学院长春水产网吴德胜王国辉刘放刘婷婷王辉寇玉红初政杨惠琦张阳信息传播工程学院长春工业大学继续教育学院成绩管理系统吴德胜刘放陈刚夏莉莉张健伟戴奇卉李猛普俊超朱双鹏信息传播工程学院吉林大学胸外科室病例管理系统吴德胜陈刚刘放靳锁利于鸿海黄倩影王卫东许世松宫坚信息传播工程学院长白山野生蓝靛果有效成分分离纯化工艺研究高冷韩雪李宁王谷媛牛雪龚殿鹏鲍磊化学与生命科学学院制备甘油二酯的脂肪酶的筛选王红蕾玉丽波化学与生命科学学院固体酸催化混合C4合成醋酸仲丁酯杜长海邢华琼刘春丽张家传孙鹏化学工程学院聚乳酸纤维试制工艺研究王亚丽张相宇王亚丽金菊花纺织服装学院纳米银微胶囊的抗菌处理高冬梅金菊花纺织服装学院我国农民工工会的合法性研究樊金娥王松孙文贝荣满赖科龙人文学院16作品名称指导教师参赛选手选送学院长春市高校师生宗教信仰问题现状调研曲海峰王弘羽王晶瀛孙冰冰唐婕人文学院韩明友徐培刚黄琪吴洋人文学院思想认知发展心理机制视野下的大学生品德教育模式创新论大学生行为选择模式的理性化构建郑二为牛乐庞海轮郭惠靖人文学院非政府组织化解公共危机的优势分析王乐芝郭磊宁洁李晶晶张文利人文学院概念隐喻在大学生英语词汇学习中的作用刘冬林腾芸郝建军外国语学院关于提高大学生英语自主学习能力方法的研究赵红路马博汪晓外国语学院关于大学生翻译过程的理论探索和经验总结万莉尤佳孙亚杰外国语学院1718附件4：长春工业大学2009年“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛优秀指导教师名单化学工程学院谭志勇材料科学与工程学院于燕工商管理学院郭晓立机电工程学院张邦成基础科学学院王新民电气与电子工程学院邱东材料科学与工程学院季长涛计算机科学与工程学院胡明材料科学与工程学院陈华电气与电子工程学院马海涛附件5：长春工业大学2009年“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛突出贡献单位、优秀组织单位名单突出贡献单位电气与电子工程学院优秀组织单位材料科学与工程学院化学工程学院机电工程学院计算机科学与工程学院化学与生命科学学院工商管理学院基础科学学院。
现代不锈钢和耐热钢中的铌
现代不锈钢和耐热钢中的铌1、现代不锈钢生产概况（1）世界不锈钢的产量和消费不锈钢大量生产与应用始于二战后50年代末,而现代不锈钢则应该说是由于60年代末期几乎是同时出现的VOD(Vacuum Oxygen Decarbu rization)和AOD(Argon Oxygen Decarbu rization)法的发明,使钢中的间隙元素大幅度降低,不锈钢发生了质的飞跃。
从而进入了现代不锈钢的发展进程。
随后发展起来的连铸﹑森机米尔轧机问世以及炼钢工艺中部分的用铬﹑镍精矿入炉，使生产成本显著下降，性能·价格比不断上升。
因此，不锈钢产品的应用领域不断扩大。
产量逐渐增加。
到1995年，世界不锈钢年产量达1570万吨，比上一年增加12.7%，比70年代末增加4倍。
日本是不锈钢生产第一大国，其次是美国﹑德国﹑南韩，详见表1。
1993年世界人均不锈钢消费量已经超过2Kg，发达国家在7Kg以上。
（2）不锈钢的生产工艺现代不锈钢主要由AOD和VOD工艺生产。
设备不断更新，工艺不断改进，川崎制铁公司发展的K-OBM-S(以铁水为原料，两座转炉优化炼钢)工艺向AOD提出严重挑战。
目前，不锈钢的主要精炼法的效能﹑成本﹑高纯化能力以及高纯化水平列于表2。
从表中数据看SS-VOD纯度高，AOD-VDR和RH-KTB综合效果最好。
1995年日本不同工艺生产不锈钢构成比为AOD工艺占63%，VOD占28%，其它9%。
当今不锈钢以板材为主，其次是管﹑型﹑棒﹑线，其构成比为冷轧薄板占55-60%，热轧板10-11%，型﹑棒15%，线材8-10%，其它8%。
（3）不锈钢钢类﹑钢种产量比例在统计不同钢种产量比例时，日本以Cr系和Cr-Ni系分两类，其产量比Cr系占25%，Cr-Ni占75%；美国以含镍和无镍分两类，1993年不锈钢总产量为1749500吨，其中含镍不锈钢1178813吨占67%，无镍不锈钢为570687吨占33%。
纳米技术生产医用不锈钢
纳米技术生产医用不锈钢
佚名
【期刊名称】《金属功能材料》
【年(卷),期】2005(12)4
【摘要】据《Advanced Materials ＆ Processes），2005，163（4）报道，瑞典的Sandvik Bioline公司新近运用纳米技术生产成功一种性能更加优越的高强度、高韧性、高度生体相容性的医用不锈钢“Sandvik Bioline IRK91”。
这种不锈钢
经过实验证实它不具有任何细胞毒性，所以它可以与人体组织、体液或血液直接接触使用是很安全的。
因为这种钢通过时效硬化处理后具有很高的强度，所以其用途是十分广泛的。
【总页数】1页(P24-24)
【关键词】纳米技术;不锈钢;医用;Advanced;细胞毒性;人体组织;直接接触;硬化处理;高韧性
【正文语种】中文
【中图分类】TQ320.5;TB383
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辽宁省自然科学奖推荐项目公示【模板】
学术贡献：在“以氮代镍”的创新设计思想指导下，设计和制备出中国首个高氮无镍医用奥氏体不锈钢新材料，并研究了高氮不锈钢的结构稳定性、高氮不锈钢的抗凝血行为及相关机制、氮对高氮不锈钢中的力学行为等。该创新性研究工作极大地推进了高氮无镍不锈钢的临床应用进程。
第5完成人：XXX
学术贡献：通过纯净化手段制备出多种强度级别的马氏体时效钢，发展出目前国内强度级别最高的2800MPa级马氏体时效钢。在形变诱发马氏体时效钢的研究基础上，提出了马氏体时效钢梯度组织强化的创新性强韧化机制。另外，还提出了控制马氏体时效钢中析出相尺寸等级来提高马氏体时效钢的疲劳强度的创新性思想。
0.14
2011
/ Volume: 18
/Pages: 143-147 Supplement: 1
Part: Part 1
MAY2011
Zhang Wen-feng
是
3பைடு நூலகம்
Effect of the Small Reaustenized Grains on the Mechanical Properties of a HSLA Steel/JOURNAL OF IRON AND STEEL RESEARCH INTERNATIONAL/Zhao, LY (Zhao Lian-yu); Wei, Y (Wei Yan); Shan, YY (Shan Yi-yin); Yang, K (Yang Ke)
辽宁省自然科学奖推荐项目公示
项目名称
新型钢铁材料的设计、制备和性能研究
推荐单位
（或推荐专家）
中国科学院沈阳分院
（柯伟院士，翁宇庆院士）
项目简介
（项目所属科学技术领域、主要内容、特点及应用推广情况）
高氮奥氏体钢中氮析出和溶解的热力学与动力学研究
冶 金 丛 刊
Ｍ ＥＴＡＬＬＵＲＧＩ ＣＡＬ ＣＯＬＬＥＣＴＩ ＯＮＳ
Ｓｕ ． ｍ ２０１
ＮＯ． ５
０ｃｏ ｅ ２ Ｏ ｌ ｔｂ ｒ ２
高氮 奥 氏体 钢 中氮 析 出和 溶 解 的热 力 学 与动 力 学 研 究
何 提 高氮 含 量 成 为 了研 究 的焦 点 。本 文 介 绍 了 氮 在 高 氮 奥 氏 体 钢 中的 作 用 ， 析 了氮 在 高 氮 钢 中析 出 和 溶 解 的热 分 力学 原 理 ， 增 压 提 高 氮 含量 的措 施 提 供 了理 论 基 础 ； 时 分 析 了 其 动 力 学 原 理 ， 讨 了 钢 液 吸 氮 和 脱 氮 的 限制 性 为 同 探 环节 。此 外 ， 文 还从 微 观 角 度 ， 本 即从 形 核 机 理 阐述 了高 氮 奥 氏体 钢 氮 析 出 和 溶 解 的 新 的 研究 方 向 。
能。
＾ Ｐ ／。
公式 （ ） 右两边 取对数 ， ： ３左 得
ｌ％ ： ÷（ 一 （ ｇ Ｎ ｌ＋ ｌ ［ ｇ ｇ ｌ ４ ） ）
对 于 多组元 铁合金 稀溶 液 ，
Ｎ 。＝Ｎ ＋ ． Ｍ ｉ 。 ｉ ０ Ｉ ｎ一０ Ｏ Ｍｎ ． ｌ ＋１ Ｎ＋３ Ｃ （ ） ８ ０ １
曹春 磊 周 俐
（ 徽工业 大学 冶金与 资源 学院 ， 安 安徽 马 鞍 山 ２ ３ ０ ） ４ ０ ２
摘 要 常压 下 氮 在 钢 中 的溶 解 度 遵 循 Ｓｅｅ ｓ 律 ， 解 度 较 低 （ 常 低 于 ０ ３ ） 因此 ， 高 氮 钢 的冶 炼 中 ， ｉ ｒ定 ｖｔ 溶 通 ．％ ， 在 如
研究 指 出 ， 和 锰 可 替 代 镍 稳 定 奥 氏 体 组 氮
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医用高氮无镍不锈钢的研究及应用现状作者：任伊宾来源：《新材料产业》 2015年第7期文/任伊宾中国科学院金属研究所医用不锈钢是最早开发应用的医用金属材料之一，其加工性能优异、制造技术成熟、价格低廉，因而在临床上被广泛应用于加工各种器件或植入件。
医用不锈钢的发展一直和工业不锈钢的发展同步，不锈钢在1913年发明后，304不锈钢在1926年就开始用作人体骨科植入材料，同时随着耐蚀性更好的316不锈钢的发明，临床上从20世纪50年代开始用316不锈钢逐渐取代了304不锈钢。
在20世纪60年代，冶金技术的进步使316不锈钢中的碳（C）含量降低到0.03%以内，不仅解决了不锈钢的晶间腐蚀问题，而且具有优异的生物相容性，从此超低碳的316L不锈钢在医学领域被广泛应用[1]。
近几十年由于氮（N)能显著提高不锈钢的力学性能和耐蚀性，氮强化的医用不锈钢以及无镍(Ni）的高氮不锈钢也开始应用于临床。
目前用于临床的医用不锈钢按其组织主要包括医用马氏体不锈钢、医用奥氏体不锈钢和少量医用沉淀硬化型不锈钢3种类型，其中医用马氏体不锈钢和沉淀硬化型不锈钢具有高硬度和高强度，多用于制作外科手术器械，而医用奥氏体不锈钢具有良好的力学性能、耐腐蚀性能和优良的生物相容性，已经广泛应用于医疗领域，316L不锈钢为其典型代表。
目前，以316L或317L为代表的医用奥氏体不锈钢被广泛用来制作各种人工关节、骨折内固定器械和心血管支架等高端医疗器械产品。
但是医用不锈钢植入人体以后，由于不可避免的微量腐蚀或磨损，必然使其中含有的金属离子溶出，可能引起水肿、过敏、感染、组织坏死等不良组织学反应[2]。
其中316L不锈钢中含镍10%以上，临床研究已经证明，医用金属材料中镍离子的溶出，除引起致敏和发炎反应外，还可能会诱发肿瘤或血栓的形成[3]。
因此近年来，除了继续优化冶金制备技术和表面改性技术来改善和解决现有医用不锈钢临床应用问题外，研究开发新型医用无镍不锈钢已经成为医用不锈钢主要的发展趋势。
美国ASTM标准中外科植入用不锈钢化学成分的变化则充分体现了医用不锈钢的发展趋势，表1列出了ASTM标准中几种外科植入用奥氏体不锈钢。
从20世纪70年代初期高镍含量的Fe-18Cr-14Ni-2.5Mo奥氏体不锈钢（316L或317L，等同于ISO5832-1，GB4234）逐渐发展到21世纪初期的无镍高氮高锰奥氏体不锈钢Fe-21Cr-23Mn-1Mo-1N（ASTMF2229）和高碳含量的Fe-17Cr-11Mn-3Mo-0.5N（ASTMF2581），其中经历了20世纪90年代初期的Fe-22Cr-11Ni-5Mn-2.5Mo-0.3N（ASTMF1314）和20世纪90年代中期的Fe-21Cr-10Ni-3Mn-2.5Mo-0.4N（ASTMF1586）。
国际标准中尚未有医用无镍不锈钢，目前仅IS05832-9（等同于ASTMF1586）规范了一种低镍氮强化奥氏体不锈钢，而中国在医用不锈钢的应用一直跟随国际标准，2007年才跟进修订了外科植入高氮低镍不锈钢的标准YY0605.9-2007（等同于ISO5832-9）。
医用不锈钢以氮和锰（Mn）代替镍的发展趋势不仅仅避免了镍元素的潜在危害，更重要的是高氮含量的无镍奥氏体不锈钢具有优良的力学性能和生物相容性。
一、医用高氮不锈钢的合金化优势医用不锈钢的发展趋势是降低和去除不锈钢中的镍含量以及提高氮和锰的含量，但是医用奥氏体不锈钢中镍具有形成和稳定奥氏体微观组织，以及避免铁素体形成的作用，同时优化不锈钢的强度、塑性和韧性。
和其他金属元素一样，镍也是一种必需的微量元素，参与多种酶蛋白的组成[4]。
但是由于人体新陈代谢所需的镍量微小，通常不会发生缺镍的情况，但是镍摄入量过多，容易导致癌变和其他病变。
镍是一种潜在的致敏因子，统计表明最近几十年随着现代工业的发展，对镍过敏的人数显著增多。
根据世界著名杂志Nature报道[5]，由于欧共体使用的部分欧元硬币含有5%以上的镍元素，导致其中镍元素的释放可以超过欧盟限制镍含量的240～320倍，因此可使镍过敏倾向患者接触过程中引起强烈的过敏反应。
目前冠脉内支架逐渐成为介入心血管疗法的一种主要手段，大量临床研究表明含镍金属支架植入人体后，镍离子的缓慢溶出对血管内膜的造成的发炎或过敏性反应以及相关组织反应和血管再狭窄是否存在关联一直存在争议[6-9]。
研究表明，316L不锈钢板或螺钉在植入人体组织后，由于不可避免的腐蚀反应，溶出的镍离子逐渐富集在植入体周围，浓度可以达到116～1200mg/L，而在病人体内含镍合金逐渐腐蚀导致的镍离子的释放率可以达到20μg/（kg·day）[10]。
Ralf等人研究认为含镍不锈钢支架中镍离子引起的过敏反应加重了血管内膜的发炎[8]，导致支架周围血管内膜组织增生，从而增加了血管支架术后再狭窄的风险。
由于含镍医用不锈钢或其他金属材料对人体健康可能造成潜在危害，除了尽量避免接触含镍金属外，最有效最安全的方法就是严格禁止或限制植入人体或接触人体的金属材料中的镍含量，如外科植入物、齿科修复材料、与人体接触的各种饰品等。
1994年颁布的欧洲议会标准94/27/EC标准，建议植入材料、矫形假牙等植入人体内的材料，其中镍含量应低于0.05%。
锰也是生命体必需微量元素，能够促进骨骼的生长发育、维持正常的糖代谢和脂肪代谢和抗氧化损伤等[4]。
世界卫生组织认为锰对心血管是极为有益的元素，动物实验观察到锰能防止实验动物发生动脉粥样硬化，临床研究也表明锰能改善动脉粥样硬化病人的脂质代谢，故锰对心血管疾病的防治具有极为重要的意义。
医用不锈钢316L中锰含量低于2%，但是随着医用不锈钢的发展，其中锰含量直接提高，目前美国医用材料标准ASTM-F2229中所规范的外科植入不锈钢的锰含量达到23%。
氮是人体必需的常量元素，参与人体的大多数新陈代谢。
在工程领域，氮有效地提高不锈钢的力学性能和耐蚀性能。
而在临床上，前期的研究结果表明随着高氮无镍不锈钢中氮含量的提高，高氮不锈钢的耐体液腐蚀性能和生物相容性均得到明显提高。
二、医用高氮无镍不锈钢的研究由于医用铬镍不锈钢存在的镍危害和氮在钢中的有益作用，早在20世纪90年代国内外就开始了医用无镍奥氏体不锈钢的研究和开发工作，在1995年召开的第四届高氮钢国际会议上（HNS95），瑞士的Uggowitzer和Speidel等人介绍了一种新型的无镍奥氏体不锈钢[11]，含有15%～18%铬,3%～6%钼（Mo),10%～12%锰和约0.9%氮，这种无镍不锈钢具有优良的力学性能和耐蚀性能，可以有效避免镍过敏现象。
在这届会议上，德国的Menzel等人建议开发Fe-15Cr-(10～15)Mn-4Mo-0.9N用于生物医学应用[12]，并全面研究和分析了无镍高氮不锈钢Fe-18Cr-18Mn-2Mo-1N的组织和性能。
从HNS95这次高氮钢会议以后，大量的学者开始集中研究Fe-Cr-Mn-Mo-N不锈钢在模拟体液以及动物体内外的生物腐蚀性能和生物相容性等性能。
1999年Thomann等人研究了PANACEAP558(Fe-17Cr-10Mn-3Mo-0.49N-0.16C)高氮无镍不锈钢在37℃Hank’s液中的耐磨蚀性能[13]，结果表明P558不锈钢具有优良的耐磨损性能，可以替代现有的医用不锈钢材料用于制作外科植入器械。
在1999年美国CARPENTER公司也研究开发了一种新型的医用高氮无镍奥氏体不锈钢（Fe-21Cr-22Mn-1Mo-1N），并命名为BioDur?108合金[14]，这种新型医用不锈钢具有优良的生物相容性，而且力学性能明显由于传统的316L不锈钢，美国ASTM标准在2002将这种新型高氮无镍不锈钢列入了ASTM标准中（F2229-02）。
2001年德国的Kraft等人研究Biodur?108不锈钢植入物对金仓鼠骨骼肌的影响[15]，发现相比高镍含量的316L不锈钢，无镍的Biodur?108不锈钢表现出更低的发炎反应。
2002年来自德国的M?lderandFischer等人采用MC3T3-E1成骨细胞评价了高氮无镍不锈钢X13CrMnMoN18-14-3的生物相容性[16]，结果表明细胞生长的数量和形貌与对照组聚苯乙烯几乎没有区别。
2003年开始，意大利的学者MFini等人研究了P558高氮无镍不锈钢在体外细胞培养及植入绵羊胫骨后的生物相容性[17]，高氮无镍不锈钢植入样品和对比用钛合金样品表现出相近的骨组织相容性，作为骨科植入材料具有潜在和美好的前景，有望替代传统的医用316L不锈钢和医用Ti6Al4V钛合金。
2005年来自意大利的Montanaro等人继续研究表明P558高氮无镍不锈钢没有基因毒性和致畸变性能[18]。
日本的Kuroda等人在2004年采用高温渗氮处理的方法制备了高氮含量的不锈钢材料Fe24Cr2Mo(0.62～0.92)N[19]，其中不含镍元素同时也不含锰元素，其细胞毒性评价结果优于医用316L不锈钢。
后来在2009年日本的Alvarez等人将多孔的高氮无镍不锈钢植入大鼠[20]，结果表明多孔的高氮无镍不锈钢允许骨细胞等组织长入孔内，表现出优良的生物相容性和力学稳定性。
表2列出了近几年研究中常用的医用高氮无镍奥氏体不锈钢材料的化学成分及性能。
新开发的医用高氮无镍奥氏体不仅具有高强度和高硬度（和医用钴基合金接近），而且还具有比传统铬镍医用不锈钢和钴基合金更优异的耐体液腐蚀性能及生物相容性，因此非常有希望成为新一代的低成本医用植入不锈钢，逐步替代医用铬镍不锈钢和医用钴基合金。
我国含氮钢的研究开始于20世纪50年代。
20世纪70年代，中国科学院金属研究所就成功地开发出含氮无镍双相不锈钢（0Cr17Mn14Mo2N），并获得了一定应用。
从21世纪初开始，中国科学院金属研究所在国家十五“863”项目以及国家基金等相关国家项目的支持下，开发出一种新型医用高氮无镍奥氏体不锈钢BIOSSN4（名义成分是Fel7Cr15Mn2MoN(0.5～1.0)）[21-23]，在材料、材料制造及相关植入器件方面已获得4个国家发明专利授权（ZL02132853.6、ZL03110896.2、ZL200710012804.3、ZL201310150983.2），并且早在2008年就由中国科学院金属研究所修订发布了医用高氮不锈钢的企业标准（Q/KJ.05.10-2008，外科植入用高氮无镍不锈钢）。
这种新型医用高氮无镍不锈钢在北京国家药品生物制品检定中心通过了全身毒性、血栓形成、遗传毒性、溶血、细胞毒性、致敏性等3类外科植入物要求的全部生物相容性检验，其强度、耐蚀性和生物学性能均优于316L不锈钢[21-28]，科学时报在2010年1月18日对中国科学院金属研究所在高氮无镍不锈钢方面的研究进展做了“医用植入不锈钢迎来无镍时代”的特别报道。