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율 어금
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1 Biomaterials Research (2000) 4(3) : Biomaterials Research 7 The Korean Society for Biomaterials ü l p Properties of Orthodontic Super Austenitic Stainless Steel Wires k 1* Áy 2 Á½ û 1 Keun-Taek Oh 1, Chung-Ju Hwang 2 and Kyoung-Nam Kim 1 * 1 Š x Š x g Š, 2 Š x Š hš 1 Research Institute of Dental Materials, College of Dentistry, Yonsei University 2 Department of Orthodontics, College of Dentistry, Yonsei University (Received, 1999/Accepted 2000) Generally, the orthodontic stainless steel wires are made with 302 or 304 stainless steel, but because the low localized corrosion resistance of these steels, such as the pitting and crevice corrosion, in a solution with chloride ions, the probability of the corrosion in an oral cavity is high. It is necessary to have high corrosion resistance and optimum biomechanical properties to use the wires in an oral cavity. In this study, inch rectangular wire were made with super stainless steel (UNS No. S32050) the drawing process, and Remanium used Permachrome and Colboloy were used as a comparison material. The microstructure and phase fraction of the wires used in this study were examined, and the surface morphology and corrosion resistance were evaluated. Subsequently it was discussed, whether or not, S32050 wire has the optimum properties as orthodontic wire. The orthodontic wires showed the fibrous structure formed by the cold drawing, the wires used as a comparative material formed twinned martensite by stressinduced transformations in severely deformed grains, but S32050 wire did not. Therefore, S32050 did not react to the magnet. S32050 showed the low current density of about 1 µa/cm 2 and the stable passive region in an artificial saliva solution, at 37 o C. But the comparative wires showed high current density because of the pitting occurred at a certain potential. Conclusively, S32050 wire with high corrosion resistance to inhibit the release of metallic ions in an oral cavity that the localized corrosion environment existed is considered to satisfy with a requisite of the orthodontic wire. Key words : Super stainless steel, Orthodontic wires, Localized corrosion, Corrosion resistance f *sf hf hf x Œ~ f eš d hd g h f Œ~ ihš eš Œ~. f Š hd g d Š, h h ƒ f d Š ƒ ~ Š, ~ u Ž f d i hšš Š Ž f d Š, g x d ƒ f. f f hd g f f h jd d f l Š l l hd gf d d fi Š g Š d hˆ j hf f hf d hd gf f f hf. d f d i hd g Š ~f hd g h hf Š f Š f lš f Edward H. Angle 1,2) fš sf hgxf d gold g hd g d l f hrf Š, h ƒ f iš d l. h hrf Š f h Š f f g hd g d f f Š Œ Š 1950 f f lš. hd f g Š, Funk 3), Backofen Gales 4), Kohl 5), Howe 6) f f. f g hdf g f d ff, f Š u f l f. 7)f hd f gf h l Š ŠŠ, 8) f f hd gf h l Š ŠŠ, e 9) hd s f fgƒ Š, f 10) f hd gf s Š, 11) f s e hd gf ƒ Š Š f. 100

2 hd t f gf ƒ 101 hd f gf Š lš f f, h x dœ Š f h f. h d hˆ flš f hf. hd f g f hf f f hf ff f Š if f f Œ ƒ f hš f d f f f f h f. dš eš f h ŠdŠ Š h ƒ f eš f Š. f f t f (UNS No. S32050)f inch rectangular g hiš, g Remanium, Permachrome Colboloy ~Š. S32050 gf il, Œ, e, h ƒ f Š hd g f hšš ƒ f l rš f Š. S32050 g l 6.4mmf d g (wire rod) f fš inch Œf h i. d g Š zf f f f f f, s hf Š. f drawing pass ef 12~15% Š f, f 18m/min Š. pass Œ s ŠŠ gf f Š. uihf f Š eœ f 4 Š ui hˆf f d r ± mm h Š. f d f hd f g j, inch standard Œ g Remanium (Dentaurum, Ispringen, Germany), Permachrome (3M Unitek, Monrovia, US) Colboloy (G&H, Greenwood, US) ~Š. f f 304 fƒ f f Fe-18Cr-8Ni(wt%)f i f. S32050f ŒŠ i f Table 1 ~. il rf eš h f i f mountingš SiC l 2000 grit l, diamond paste fdš ui Š. z tf sf ŠŠ, i ~ methanolic aqua regia(10 ml methanol+10 ml HNO ml HCl) d x ~ Š f fdš ilf rš. j hf (S-2700 model, Hitachi, Japan)f f ~ i Š, XRD(D-Max Rint 2400 model, Rigaku, Japan), Table 1. Chemical composition of S32050 (unit : wt%) C Si Ni Cr Mo N Fe d e ~21 20~23 5~7 0.2~0.3 Bal. i Bal. whi Bal. l (EDS, Kevex Superdry model, USA), Š. ƒ ~ Œ f e CS (CS-200 model, LECO, US) fdš Š. XRD Cu targetf K α f fdš scan range 30 o ~95 o, scan rate 4 o /minf f ŠŠ. XRD fdš ef lh 12) f fdš Š. f ƒ f h ŒŠh f Š h hf Š eš f ŠŠ. 4 cm h f f hf lf xš hf f hš. j f Potentiostat(Model 263, EG&G, US) Š 37 o Cf f ~ Š. jh (reference electrode)f Œ h (saturated calomel electrode, SCE)f dš, Œ f f f h Š eš -600mVf f he f Š 10 h ŒeŠ he ~ 10 elš. f he f 1mV/secf j he l ~ f ŠŠ. S32050 g Œ g hfš eš f hf t. f hi g d gf Œ f Fig. 1 ~. i Œ gf e Š h f ~Š Œ f j f. t f g g f hd f gf ilf Fig. 2 ~. i l r, S32050f 304 g Š h rf e. hf f x d Š f f eš f, x fš h f rf el Š Œ fš gf j Œ f f f. d f g f f il l e ilf f, il h f j Š Œ f Š h je f hf f ~Œ f f. f h fš h f } Œ h Œ f Š j Œ f f rš f. f f il l h ŠŠ jf f i lf h f e fš Œ hœ fƒ. h f g f f h ~ f d Fig. 3 f Remanium, Permachrome Colboloy h gf f f e fƒ f f ƒ f ~ f, S32050f Œ f f i hf il f } Œ. S32050f 23Cr-21Ni-6.2Mo-0.28Nf i f l f. d hd gf i f 18Cr-8Nif i f f f, ~ Š f f f. Remaniumf 18.7Cr-8.3Nif i f, Perma- Vol. 4, No. 3

오근택 황충주 김경남 102 Figure 1. Scanning electron micrographs of S32050 and the orthodontic wires. Figure 2. Microstructural photographs of S32050 and the commonly used orthodontic wires. chrome은 19.9Cr-9.

08% 이하의 탄소 함량을 가지고 있었으므로 304 스테 인리스강 선재로 분류할 수 있다. 그리고 S32050 선재는 0.03% 이하의 탄소함량을 가지고 있었다. 황 성분 분석 결과 는 Remanium이 0.006%로 가장 높았고, 나머지 선재는 Biomaterials Research 2000 0.004% 이하의 황 성분을 함유한 것으로 나타났다.

3 오근택 황충주 김경남 102 Figure 1. Scanning electron micrographs of S32050 and the orthodontic wires. Figure 2. Microstructural photographs of S32050 and the commonly used orthodontic wires. chrome은 19.9Cr-9.0Ni의 조성을, Colboloy는 19.7Cr-8.7Ni 의 조성을 가지고 있었다. 탄소 함량 분석 결과, Remanium은 0.112%의 탄소를 함유하고 있어 304 스테인리스강의 탄소함 량 최대한도인 0.08% 이상인 것으로 보아 302 스테인리스강 으로 분류될 수 있다. 나머지 Permachrome, Colboloy는 각 각 0.08% 이하의 탄소 함량을 가지고 있었으므로 304 스테 인리스강 선재로 분류할 수 있다. 그리고 S32050 선재는 0.03% 이하의 탄소함량을 가지고 있었다. 황 성분 분석 결과 는 Remanium이 0.006%로 가장 높았고, 나머지 선재는 Biomaterials Research % 이하의 황 성분을 함유한 것으로 나타났다. 상분석 결과를 보면, S32050 선재의 회절선에서는 오스테나 이트 회절선만이 관찰되었으며, 마르텐사이트 회절선이 보이지 않았다. 하지만 상용 교정용 선재의 회절선에서는 오스테나이 트 회절선 이외에 마르텐사이트 회절선이 관찰되었다. Remanium과 Permachrome은 오스테나이트가 높은 회절강도 를 보인 반면, Colboloy는 마르텐사이트 강도가 높게 나타났다. 그리고 교정용 선재의 종류에 따라 오스테나이트와 마르텐사이 트의 상분율 변화가 있었다. Remanium(79.9 ± 2.78%)과 Per-

$4, 5). 각기 다른 상분율을 가지고 있던 선재들은 완전 소둔에 의해 오스테나이트 회절선이 상대 적으로 마르텐사이트 회절선보다 높게 나타났다. 완전 소둔에 의한 마르텐사이트상이 오스테나이트로 역변태되어 마르텐사이 X-ray diffraction pattern of S32050 and conventionally used wires.$ (a) as received (b) as annealed wire. 트 회절선의 강도가 낮아졌음을 알 수 있다. 상용 선재의 경우는 마르텐사이트 형성으로 인해 자기적 특 성을 보였지만, S32050 선재의 경우는 마르텐사이트 형성이 이루어지지 않아 자기적 특성을 보이지 않았다. 1050 C에서 6분간 유지시켜 소둔시킨 선재의 경도시험 결과 를 Fig.

(a) as received (b) as annealed wire. 트 회절선의 강도가 낮아졌음을 알 수 있다. 상용 선재의 경우는 마르텐사이트 형성으로 인해 자기적 특 성을 보였지만, S32050 선재의 경우는 마르텐사이트 형성이 이루어지지 않아 자기적 특성을 보이지 않았다. 1050 C에서 6분간 유지시켜 소둔시킨 선재의 경도시험 결과 를 Fig.

4 교정용 초내식성 스테인리스강 선재의 특성 Figure Microstructural photographs of the fully annealed wires. machrome(76.3 ± 2.62%)은 오스테나이트 상분율이 높았고, Colboloy(42.8 ± 2.44%)는 오스테나이트 상분율이 마르텐사이 트 상분율보다 낮았다(Figs. 4, 5). 각기 다른 상분율을 가지고 있던 선재들은 완전 소둔에 의해 오스테나이트 회절선이 상대 적으로 마르텐사이트 회절선보다 높게 나타났다. 완전 소둔에 의한 마르텐사이트상이 오스테나이트로 역변태되어 마르텐사이 X-ray diffraction pattern of S32050 and conventionally used wires. (a) as received (b) as annealed wire. 트 회절선의 강도가 낮아졌음을 알 수 있다. 상용 선재의 경우는 마르텐사이트 형성으로 인해 자기적 특 성을 보였지만, S32050 선재의 경우는 마르텐사이트 형성이 이루어지지 않아 자기적 특성을 보이지 않았다 C에서 6분간 유지시켜 소둔시킨 선재의 경도시험 결과 를 Fig. 6에 나타내었다. 모든 선재의 경도가 완전 소둔에 의 해 감소하였으며, S32050이 완전소둔 후의 경도가 가장 높았 다. 열처리 후 오스테나이트 상분율은 재질에 따라서 차이가 있겠지만, 결과적으로 완전소둔 열처리에 의해 상당량의 마르 텐사이트가 감소하였음을 알 수 있다. 교정용 선재의 인공타액 내에서의 내식성 평가 결과를 Fig. 7에 나타내었다. S32050 선재는 인공 타액 내에서 낮은 부동 태 전류 밀도와 전위 상승에 따른 공식의 발생이 없었지만, 기 o Figure 4. Figure 5. The austenitic phase fractions (%) of the orthodontic wires. Vol. 4, No. 3

104 ~ÁŒvjÁ Figure 6. Hardness (Hv) of the fully annealed orthodontic wires Figure 7. Anodic polarization curves of S32050 and conventionally use wires i d gf d f Š, he rf f f. gf f ~ f h f f } l Š.

5 104 ~ÁŒvjÁ Figure 6. Hardness (Hv) of the fully annealed orthodontic wires Figure 7. Anodic polarization curves of S32050 and conventionally use wires i d gf d f Š, he rf f f. gf f ~ f h f f } l Š. Remaniumf f g f h j f, he Š g f f ~. S32050 g Permachrome, Colboloy g 1µA/cm 2 fšf h l Remaniumf 10 µa/cm 2 f h. š g d if d f f Š f f super stainless steel, high performance stainless steel f Š. ƒ, f,, w f f f hš f ff f x Š Š ~, f, fƒ il, h ~ Š f. ƒ Š ~ f Œ f f ƒ Š hš f f f f f h Š j. ~ Œ hhf Š Cr, Mo fd l Š f l ~ f } Œ ~ f h f. Rockel 13) f P.R.E(Pitting resistance equivalent) d l l Š f 30 Š Š f. Š Ujiro 14) f FeCl 3 d f ƒ (% Cr+3 %Mo+70 %N) Š Š f, Š l f Mo iš Š ~ f. f P.R.E f hdš, f f 40 f f f Š f ƒ f f l f h. Mo Nf Š f if f e f P.R.E f 40 f f f t f f j f. ƒ fƒ f f e h ƒ f fš g j f. S32050f 6% Mo 0.25% Nitrogenf Š i Š fš Mo Nf (synergistic effect) ~ f Œ ƒ hš f if d glf 316L f Š 100 h f t fƒ f f. u l ŠeŠ f f t g f Š f lj ~ ff, l f t fš Š f hš f f dvf h z thš f ~, Š h ƒ f ~ f f 15). d Š, f, e f ƒ f t f f Š i f fdš hd g hfš, if hdf d f f g Š, t f g hd g hššl. x z f r r f j hd g f jdš d i f. x f d z f r l fš gf f fš x f f f Š h x hššl Š. g hi ~Š f hiš f Š hf. S32050 gf d i g e Š x f. hd g, f f fš hf e il f ilf, h e Œ Š hš f Œ f f. e il h e g f ŒŠh i jf s fš ui gf il h e h, f Š df f g f h ƒ f x. f hf f h he l ~, fh, f ef f h Šf l ~, f f fš h f e fš fƒ Œ f. f Š eff fš g f Š. f hf g f g f f Š g Œ fhf ~ e ~ Š f ~ 16). h ui gf Biomaterials Research 2000

6 hd t f gf ƒ 105 h ƒ f Š rf f f, i rf fš h ƒ f rf Š f. d gf d, h ƒ f f ~ f, h gf d e Š f i f l fl ui gf h ƒ x f h j s } i d f. Š, h ƒ f x hš hšš h s fdš gf h ƒ f ihš f f. Šl h ~ f S32050 gf g f f xœœ dt xfœ dtf f Š t fš l. xfœ dt Œ e f 0.25% l t f Š S32050f 304, 316 L f Š f. Š l f t fš ef f f elš. 0.1% l t fš 50 MPaf h lf f 17). ui gf hf d hd gf f hi f. S32050f fš Œ Šl, l d g fƒ fƒ f igš. Remanium (79.9 ± 2.78%) Permachrome (76.3Á2.62%)f fƒ ef fƒ e f f ~, Colboloy (42.8 ± 2.44%) f e fƒ ef fƒ e f f ~. f fƒ i f f f Š fš f f f e fƒ Œ f. f e fš ~ f fƒ ef Colboloy h f f. j h ~f fƒ f (304 f )f ef 20% Š Š 40%f fƒ ef Œ ~ f f 18). 304 t fƒ f f i fƒ ~hf Š f. t fƒ f f 304 Š e f f Cr, Ni, N Š e f hf. fƒ hœ e f Ni, Nf Š f f ~ fƒ f Ms 19), bcc i f ~ Š t fƒ f fƒ Œ Š f hf el. Š fƒ hœ e f Cr, Mo h f fƒ Œ Š f f Ms 20), hf j h f fƒ f ~. t f (S32050)f fdš hd g hfš, i f g ƒ f Š f f f. 1. t f gf Œ f i hd g e Š ~ Œ f f ~, f h Š f scratch f Šf r l. 2. e, t f g fƒ f igš g f e f Š ~ fƒ ef ~. f Š Œ fƒ r l f h ƒ f Š f. 3., f ~ t f f f f. 1µA/cm 2 fšf f ~ h, he f hš ~ f l f. Šl g f he f f h, ƒ Remaniumf g f he f h g f f f ~. t f g f Œ fš f h ƒ f Šl, fš v Š h ƒ f hiš f. ƒ f f eš f ƒ f fš f dvf h hd g t d Š ƒ f f. f f 2000 Š 21 feš fš le f. š x 1. W. J. O'Brien and G. Ryge, An Outline of dental materials, W. B. Saunders Co. Philadelphia, pp B. Schwaniger and N. K. Sarkar, Effect of long-term immersion corrosion on the flexural properties of nitinol, Am. J. Orthod., 82, 45-49(1982). 3. A. C. Funk, Heat treatment of stainless steel, Angle Orthod., 21, (1951). 4. W. A. Backofen and G. F. Gales, Heat treating stainless steel for orthodontics, Am. J. Orthod., 38, (1952). 5. R. W. Kohl, Metallurgy in orthodontics, Angle Orthod., 24, (1964). 6. G. L. Howe, E. H. Greener, D. S. Crimms, Mechanical properties and stress relief of stainless steel orthodontic wire, Angle Orthod., 38, (1968). 7. e, Œ, hd f gf h l Š, Šx hš l, 15, (1985). 8. g, e,, f, f hd gf h l Š, Šx h Š l, 19, 7-24 (1989). 9. Š, e, hd s f fgƒ Š, x l, 3, (1985). 10. f, Œ, hd gf s Š Vol. 4, No. 3

7 106 ~ÁŒvjÁ h, Šx hš l, 22, (1992). 11. ~, d, f,,, f h s i f hd f gf ƒ x, Šx gš l, 27, (2000). 12. B. D. Cullity, Elements of X-ray diffraction 2nd Edition. Addison- Wesley, California, 1978, pp M. B. Rockel, W. Herda and U. Brill, Two new austenitic special stainless steels with high molybdenum content and nitrogen additions, Proceedings of international conference on stainless steels, ISIJ, Chiba, 1991, pp T. Ujiro, K. Yoshioka, O. Hashimoto, T. Kawasaki, S. Fuyuki, S. Amano. Development of high-alloy stainless steels with corrosion resistance to seawater environment, Proceedings of international conference on stainless steels, ISIJ, in Chiba, 1991, pp K. T. Oh, C. S. Kim, G. Khang and Y. S. Park, Biocompatibility of super stainless steel (S32050) for biomedical applications, Biomaterials Res., 2, (1998). 16., hd ~ g ~ f g, Š h Š l, 2, (1995). 17. A. Cigada, G. Rondelli, B. Vicentini and G. Dallaspezia, Corrosion bahavior of high nitrogen stainless steels for biomedical applications, Proceedings of NACE, in Houston, 1993, pp T. Handa, Y. Miyata, H. Takazawa, Effect of cold-working on the crevice corrosion of austenitic stainless steels, NACE, in Houston, 1993, pp A. K. Jena and M. C. Chaturvedi, Phase Transformation in Materials, Prentice-Hall, Inc., 1992, pp G. Krauss, Steels: Heat Treatment and Processing Principles, ASM International, 1990, pp Biomaterials Research 2000

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untitled [ ] œwz, 21«6y(2008) J. of the Korean Society for Heat Treatment, Vol. 21, No. 6, (2008) pp. 300~306 š y w p x*, **Á **Áy y* * ** w œ w œw, w» gœ Solid State Diffusion Brazing of the Aluminum Alloy Castings