کاربرد ورق استیل در ساخت تجهیزات پزشکی
فولاد زنگ نزن یا استنلس استیل یک عبارت کلی است که برای اشاره به دسته ای از فولادها استفاده می شود که به علت دارا بودن کروم، مقاومت خارق العاده ای در برابر زنگ زدگی و خوردگی دارند. از زمان ساخت پل ایدس (Eads bridge) بر روی رودخانه می سی سی پی در شهر سنت لوئیس، ایالت میسوری در سال 1872، همواره از مقادیر اندکی کروم برای افزایش استحکام فولاد استفاده شده است. اما فقط در قرن حاضر کشف شد که اگر بیش از 10% کروم به آهن اضافه شود و مقدار کربن تا حد ممکن پایین باشد، فولاد عملا ضدزنگ می شود. برای اولین بار از عبارت «ضدزنگ» در سال 1916 برای توصیف لوازم غذاخوری فولادی تولید شده در شهر شفیلد انگلستان استفاده شد. استیل L 316 برای اولین بار در سال 1913 ثبت اختراع شد و فولاد ضدزنگ دیگری متشکل از 18% کروم و 8% نیکل در سال 1926 توسعه یافت اما مقاومت چندانی در برابر خوردگی نداشت. این مشکل با افزودن 4-2% مولیبدن به فولاد برطرف شد. فولاد زنگ نزن را می¬توان به سه دسته اصلی فریتی، مارتنزیتی و آستنیتی تقسیم کرد. البته استنلس استیل های دوپلکس و رسوب سختی نیز دیگر گروه های آلیاژی در بین این فولاد ها هستند. اما در این مقاله به معرفی سه گروه ابتدایی پرداخته خواهد و در ادامه به کاربرد این فولادها در ساخت تجهیزات پزشکی پرداخته می شود:
ورق استیل فریتی:
آلیاژهای فریتی با افزودن کروم به آهن به منظور ایجاد خاصیت مقاومت در برابر خوردگی تولید می شوند. از ورق استیل فریتی عمدتا در ساختمان سازی و صنعت خودروسازی استفاده می شود. معروفترین رده آلیاژی در این گروه از استنلس استیل ها ورق استیل 430 (ورق استیل بگیر) می باشد.
ورق استیل مارتنزیتی:
آلیاژهای مارتنزیتی با افزودن کروم در حضور مقدار مشخصی کربن، تولید می شوند. این فولادها انواع گوناگونی دارند که ارزان¬ترین و پراستفاده¬ترین نوع آن ورق استیل 410 است. از گرید C-440 به علت سختی¬ بالا در ساخت چاقو و ابزار جراحی استفاده می شود.
ورق استیل آستنیتی:
نیکل پس از کروم، مهم¬ترین عنصر آلیاژی است و در آلیاژ معروف «8/18» (ورق استیل 304) %18 کروم و 8% نیکل وجود دارد. ساختار اتمی فولادهای آستنیتی بر خلاف فولادهای فریتی یا مارتنزیتی، از نوع مکعب مرکزی وجوه پر (FCC) است که با حضور نیکل پایدار می شود. این ویژگی به ورق استیل آستنیتی چقرمگی، کارپذیری و مقاومت فوق¬العاده ای در برابر خوردگی می دهد. ارزش والای فولادهای آستنیتی به دلیل همین ویژگی هاست. بهای نیکل تاثیر مستقیمی بر قیمت ورق استیل دارد. به همین دلیل ورق استیل آستنیتی در مقایسه با دیگر فولادها قیمت بالاتری دارند. بیشترین فروش در این گروه از فولادها به ورق استیل 304 تعلق دارد. پس از این گرید نیز ورق استیل 316 قرار دارد.
استانداردهای فولاد مورد استفاده در ساخت لوازم «جراحی»:
در برخی مقالات مربوط به سوراخ کاری بدن گزارش شده¬ است که اصلا چیزی به اسم فولاد «جراحی» وجود ندارد، اما از یکی از گریدهای فولاد در ساخت ایمپلنت یا کاربردهای «جراحی» استفاده می شود. در نتیجه می¬توانیم از عبارت «فولاد جراحی» ، علی رغم اینکه از نظر علمی کار درستی نیست، استفاده کنیم. زیرا استفاده از این عبارت بسیار راحت تر از آموزش انواع دسته بندی های پیچیده تر به مردم است.
از ورق استیل L 316 در ساخت تجهیزات سوراخ کننده بدن استفاده می شود زیرا استحکام بالایی دارد، کار با آن راحت است و مقاومتش در برابر خوردگی را در تمام مراحل تولید حفظ می کند. ورق استیل L 316 (L = کربن کم؛ %0.03)، گرید LVM 316 (کم¬کربن و تولیدشده در خلاء) و گرید 317 تنها گریدهای فولاد هستند که برای استفاده در ایمپلنت های جراحی مناسب به حساب می آیند.
دسته¬بندی تولیدکنندگان:
فولاد آلیاژهای بسیار متنوع و گوناگونی دارد و به همین دلیل، گروه¬های صنعتی یعنی SAE (انجمن مهندسان خودرو) و AISI (موسسه آهن و فولاد آمریکا) سیستمی برای شماره¬گذاری فولادها ابداع کرده-اند. مثلا ورق استیل L 316 را در نظر بگیرید. نام قدیمی این فولاد، L 316 و نام جدیدش L30316 است و در سیستم شماره¬گذاری یکپارچه (به اختصار UNI) برای این فولاد از نام 31603S استفاده می شود. اما نام قدیمی این فولاد ماندگار شده و بسیاری از سازندگان تجهیزاتسوراخ کاری بدن همچنان از این نام استفاده می کنند و به همین دلیل در این مقاله از این نام استفاده خواهد شد. در سراسر جهان استانداردهای گوناگونی برای فولادهای زنگ نزن وجود دارد و از طبقه بندی های مختلفی برای نام¬گذاری فولادهای «جراحی» استفاده می¬¬شود. متداول ترین نام¬گذاری ها در فهرست زیر ارائه شده¬اند.
شماره¬گذاری تولیدکنندگان
S.A.E. ASSAB SANDVIK
30316L 926L 3R60
شماره¬گذاری ملی
بریتانیا آلمان ژاپن ایالات متحده
شماره¬گذاری جدید، شماره در سیستم های DIN, WNr، JIS، UNS.NO، ASTM/AISI
(به ترتیب) 316S11، 1.4404 X2CrNiMi17 13 2، SU316L، S31603، 316L
ترکیب شیمیایی:
مقررات سخت گیرانه ای پیرامون تولید فولادهای «جراحی» وجود دارد. در این مقاله از استانداردهای انجمن آزمون و مواد آمریکا (ASTM)، یا به بیان دقیق تر، از استاندارد مشخصات ASTM F138 (1982) برای فولاد ضدزنگ مورد استفاده در ایمپلنت های جراحی (کیفیت ویژه) استفاده می¬ شود. البته چون بعضی از تجهیزات پزشکی از فولادهایی به غیر از استنلس استیل ها ساخته می شوند به همین دلیل از کلمه زنگ نزن در عبارت فولادهای جراحی استفاده نم شود. فولاد زمانی «ضدزنگ» می شود که مقدار کروم آن بیشتر از 5/10% باشد. کروم در تماس با هوا اکسید می شود و یک لایه بسیار نازک دی اکسید کروم بر روی سطح فولاد ایجاد می کند. لایه فیلم دی اکسید کروم بسیار نازک، غیرواکنشی، پیوسته، محکم و پایدار است و قابلیت خودترمیمی دارد. این لایه باعث می شود سطح ورق استیل (ورق استنلس استیل) در برابر بسیاری از واکنش های شیمیایی خنثی و در نتیجه، غیر واکنشی باشد. مقاومت خارق العاده ورق استیل در برابر خوردگی به ویژه در محیط های ارگانیک مانند داخل بدن انسان، به دلیل همین ویژگی است. مولیبدن باعث القای خاصیت مقاومت در برابر خوردگی حفره ای می شود.
ترکیب دقیق شیمیایی ورق استیل L 316 با آنالیز حرارتی به شرح زیر است:
کروم 17.00%
نیکل 12.00%
مولیبدن حداکثر 2.25%
منگنز حداکثر 2.00%
سیلیکون حداکثر 0.75%
مس حداکثر 0.50%
نیتروژن¬ حداکثر 0.10%
کربن حداکثر 0.03%
فسفر حداکثر 0.025%
گوگرد حداکثر 0.010%
آهن 65.345% (مقدار آهن از موازنه مقادیر بالا بدست می آید)
مظالعه بیشتر رابطه با ورق استیل 309
