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手表用316不锈钢性能研究

对手表用316不锈钢的元素组成、表面维氏硬度、耐腐蚀性能及镍释放量进行了研究分析,结果表明:手表用316不锈钢元素组成符合GB/T20878-2007《不锈钢和耐热钢牌号及化学成分》中牌号为S31603不锈钢化学成分指标要求,表面维氏硬度范围为180HV~200HV,具有良好的耐人工汗及中性盐雾腐蚀性能,其镍释放量符合欧洲EN1811:2011+Al:2015标准。

1概述

“不锈钢”的定义:“不锈钢”(StainlessSteel)是不锈耐酸钢的简称,耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质或具有不锈性的钢种称为不锈钢;而将耐化学腐蚀介质(酸、碱、盐等化学浸蚀)腐蚀的钢种称为耐酸钢。由于两者在化学成分上的差异而使他们的耐蚀性不同,普通不锈钢一般不耐化学介质腐蚀,而耐酸钢则一般均具有不锈性。“不锈钢”一词不仅仅是单纯指一种不锈钢,而是表示一百多种工业不锈钢,所开发的每种不锈钢都在其特定的应用领域具有良好的性能。从不锈钢的定义,我们不难发现我们误解了不锈钢,因为不锈钢的定义告诉我们不锈钢其实并不是完全“不锈”的;所谓的不锈钢是指在特定条件下不发生腐蚀的钢,而不是钢如其名,在所有环境下不发生腐蚀———不锈。不锈钢的得名则是人们对具有优良耐腐蚀性能的钢的誉称。

不锈钢“不锈”的原理(关键因素)在于其表面具有一层自愈性的保护性氧化膜氧化铬(Cr2O3)(它不象选择性氧化而形成的那些保护性薄膜),致使不锈钢能够进行常规加工而不失去抗氧化性———不锈性。不锈钢中必须含有足够量的铬(Cr)以形成基本上由Cr2O3组成的自愈性保护性氧化膜,以便当薄膜弄破时有足够数目的铬阳离子(Cr3+)重新形成薄膜。如果铬(Cr)的比例低于完全保护所需要的比例,铬(Cr)就溶解在基材表面形成的氧化物中而无法形成有效的保护膜。起完全保护作用所需的铬(Cr)的比例取决于使用条件。在水溶液中,需要12%的铬(Cr)产生自钝化作用形成包含大量氧化铬(Cr2O3)的保护膜。在气态氧化条件下,低于1000℃时,12%的铬(Cr)有很好的抗氧化性,在高于1000℃时,17%的铬(Cr)也有很好的抗氧化性。当钢材中含铬(Cr)量不够或某些原因造成不锈钢晶界出现贫铬(Cr)区时,就不能形成有效的保护性膜;该钢材就不能称为不锈钢,不锈钢的贫铬(Cr)区发生腐蚀,即不锈钢生锈。316不锈钢是不锈钢的一种,因添加了2~3%的钼(Mo)元素,使其耐腐蚀性能、和高温强度有较大的提高,最高耐受温度可达到1200~1300℃,可在苛刻的环境下使用。316不锈钢为目前手表行业最常用的原材料。

2元素组成 

采用电感耦合等离子体发射光谱仪测定手表用316不锈钢中的金属元素及非金属元素硅(Si)和磷(P)的组成:首先将手表用316不锈钢试样用硝酸+盐酸混合溶液进行溶解,溶解完全后稀释至确定的容积,随后将试样溶液放入电感耦合等离子体发射光谱仪(InductivelyCoupledPlasmaOpticalEmission,英文简称ICP-OES)进行检测,以确定手表用316不锈钢中各金属元素及非金属元素硅(Si)和磷(P)的含量。依据GB/T20123-2006《钢铁总碳硫含量的测定高频感应炉燃烧后红外吸收法(常规方法)》测定手表用316不锈钢中的碳(C)和硫(S)的含量。如表1所示,手表用316不锈钢中的各元素的含量均符合GB/T20878-2007《不锈钢和耐热钢牌号及化学成分》中牌号为S31603不锈钢化学成分指标要求。

3硬度

采用HXD-1000TM/LCD型数字式显微硬度计(上海泰明)对手表用316不锈钢试验进行表面维氏硬度检测。试样表面平坦光滑,无氧化皮及外来污,试样面积为20mm×30mm,试验力度9.807NHV1);试验过程中,试样表面与压头垂直,无冲击和振动,加力过程5s,压头下降速度50μm/s,试验力保持时间为10s。测试结果为,手表用316不锈钢的表面维氏硬度范围180HV~200HV

4耐腐蚀性能

依次对手表用316不锈钢表壳试样进行24h人工腐蚀试验和24h中性盐雾腐蚀试验,步骤如下:

4.1人工汗腐蚀试验

(1)检测条件:HK-058型精密高温烘箱(LXN-E-053);人工汗溶液(新配制);烧杯等玻璃仪器及塑料薄膜。(2)试验步骤:a.容器(烧杯)内盛入深度大约为10mm的人工汗液,试样悬挂在距液面和器壁至少30mm的玻璃钩上。b.将装有人工汗液及试样的容器(烧杯)放入40±2HK-D58型精密高温烘箱(东莞华凯)中恒温24h后,取出试样,并观察试样表面的腐蚀情况。(3)评定标准:用清水冲洗后,试样有效表面的总体颜色未发生变化,且试样表面无盐析和锈蚀。(4)试样后处理:试验结束后取出试样,用温度不高于40℃的自来水以除去试样表面残留的人工汗溶液,接着在距离试样约300mm处吹干后,放入干净的样品试样袋内封存。

4.2中性盐雾试验

1)检测条件:XB60型盐雾试验机(LXN-E-033);NaCl50±10g/LpH值为6.5~7.2(中性盐雾试验NaCl溶液的配制参考LXN-SYS-111《中性盐雾试验氯化钠溶液配制》作业指导书)。(2)试验步骤:a.将试样(表壳体及其附件)用细的塑料线悬挂于XB60型盐雾试验机(LXN-E-033)内,距悬挂杆约30mmb.调节XB60型盐雾试验机(LXN-E-033)试验温度为35±2℃,喷雾量:1~2mL/h,设定试验时间24h,试验24h后,取出试样,并观察试样表面的腐蚀情况。(3)判定标准:用清水冲洗后,试样有效表面的总体颜色未发生变化,且试样表面无盐析和锈蚀。(4)试样后处理:试验结束后取出试样,用温度不高于40℃的自来水以除去试样表面残留的盐雾溶液,接着在距离试样约300mm处用吹干后,放入干净的样品试样袋内封存。手表用316不锈钢表壳试样依次进行24h人工腐蚀试验和24h中性盐雾腐蚀试验后,有效镀层表面的总体颜色未发生变化,且试样表面无盐析和锈蚀。结果表明,手表用316不锈钢耐人工汗及中性盐雾腐蚀性能良好。

5镍释放量

因手表为直接与人体皮肤接触的装饰物品,因此手表用316不锈钢的镍释放量必须符合欧洲EN1811:2011+Al:2015标准要求,以防顾客在佩戴316不锈钢手表时发生过敏。将手表用316不锈钢表壳试样放入新配制的人工汗溶液中浸泡168h后,将浸泡溶液定容至确定体积,采用电感耦合等离子体发射光谱仪(InductivelyCoupledPlas-maOpticalEmission,英文简称ICP-OES)进行检测镍释放量的测定。测试结果如表2所示,手表用316不锈钢镍释放量小于0.05μg/cm2/week远低于欧洲EN1811:2011+Al:2015标准最严标准值(0.2μg/cm2/week)。结果表明,手表用316不锈钢镍释放量符合欧洲EN1811:2011+Al:2015标准。

6结束语

手表用316不锈钢的(1)元素组成为铁(Fe)、铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Mo)、锰(Mn)、硅(Si)、磷(P)、碳(C)和硫(S),其含量均符合GB/T20878-2007《不锈钢和耐热钢牌号及化学成分》中牌号为S31603不锈钢化学成分指标要求;(2)表面维氏硬度范围为180HV~200HV;(3)耐人工汗及中性盐雾腐蚀性能良好;(4)镍释放量符合欧洲EN1811:2011+Al:2015标准。

文章作者:不锈钢管|大口径不锈钢管|不锈钢厚壁管|大口径厚壁钢管|厚壁不锈钢管

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