高氮無鎳不銹鋼性能研究

李達(dá)++楊麗++鐘飛++鄔治平

摘 要：經(jīng)過工藝、硬度、耐磨性、耐腐蝕性測試，研究新型高氮無鎳不銹鋼的性能，并與傳統(tǒng)316不銹鋼對比、分析。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)316不銹鋼相比，新型高氮無鎳不銹鋼具有無害、制造成本低、綜合性能好等優(yōu)點(diǎn)，具體表現(xiàn)為其硬度值高，耐磨性能好。但是，它的耐腐蝕性能比316不銹鋼差。

關(guān)鍵詞：高氮無鎳不銹鋼；316不銹鋼；硬度；耐磨性

中圖分類號：TF306 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.01.022

近年來，鎳價(jià)格走高，奧氏體不銹鋼的價(jià)格不斷上漲，降低成本成為企業(yè)生存、發(fā)展的途徑之一。鎳離子是一種潛在的致敏因子，在生物體植入物附近可誘發(fā)毒性效應(yīng)，出現(xiàn)細(xì)胞被破壞和發(fā)炎反應(yīng)，對生物體有致畸、致癌的危害。調(diào)查表明，有10%～20%的婦女和2%的男士受鎳離子的影響，所以嗎，采用以氮代鎳，開發(fā)高性能無鎳不銹鋼是手表行業(yè)發(fā)展的趨勢。

目前，市場上不銹鋼表殼的生產(chǎn)過程一般為設(shè)計(jì)模具—采購鋼板料—開料—精切、沖孔—反復(fù)擠壓、清洗、氮化—獲得表殼的坯料—后續(xù)的CNC加工—打磨—拋光/拉絲/噴砂—電鍍—檢驗(yàn)—制成品，過程煩瑣，生產(chǎn)周期長，成本高。而采用粉末冶金注射成型高氮無鎳不銹鋼的方法，不但能夠降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，還大大縮短了生產(chǎn)周期。現(xiàn)階段，對高氮無鎳不銹鋼的研究還比較少，因此，本文就高氮無鎳的性能與316不銹鋼進(jìn)行對比、分析。

1 試驗(yàn)

1.1 試樣制備

傳統(tǒng)316不銹鋼試樣由市場采集鋼板，后經(jīng)機(jī)加工、拋光制得。高氮無鎳不銹鋼采用模具設(shè)計(jì)、制造—制粉—喂料—注射成型—脫脂—燒結(jié)—等靜壓等工藝制得。

制得試樣材質(zhì)經(jīng)合金分析儀（NITON XL2-800）測得的各元素組成和含量如表1所示。

1.2 性能表征

1.2.1 維氏硬度測試

利用維氏顯微硬度計(jì)（HXD-1000TMC/LCD）檢測試樣的維氏硬度，測試條件為：載荷25 N，保荷時(shí)間10 s，選取3個(gè)不同的點(diǎn)測量。

1.2.2 人工汗試驗(yàn)

根據(jù)ISO 3160-2：2003的要求，對2種不銹鋼試樣進(jìn)行耐人工汗腐蝕性能試驗(yàn)。人工汗液的成分為氯化鈉20 g/L、氯化銨17.5 g/L、尿素5 g/L、醋酸2.5 g/L、乳酸17.5 g/L，用質(zhì)量濃度為80 g/L的氫氧化鈉將溶液pH值調(diào)整到4.7.試驗(yàn)溫度為（40±2）℃，觀察是否有銹蝕、鹽析、氣泡和變色等情況發(fā)生。

1.2.3 中性鹽霧試驗(yàn)

根據(jù)GB/T 10125—2012《人造氣氛腐蝕試驗(yàn)-鹽霧試驗(yàn)》的要求，委托華測檢測對2種不銹鋼試樣進(jìn)行中性鹽霧試驗(yàn)（NSS）。其中，試驗(yàn)箱溫度為35 ℃，飽和器溫度為47 ℃，溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%NaCl（質(zhì)量比），溶液pH值為6.5（25 ℃時(shí)），鹽霧沉降量為1～2 mL/80 cm2/h，測試時(shí)間48 h。

1.2.4 鍍層與基體的結(jié)合力

1.2.4.1 熱震試驗(yàn)

將試樣在300 ℃高溫爐中保溫30 min后，放入常溫水中驟冷，擦干后用3M膠紙緊貼試樣表面，保持10 s，以90°角迅速撕起，觀察試樣是否出現(xiàn)電鍍層脫落的情況。

1.2.4.2 彎曲試驗(yàn)

根據(jù)ISO 27874：2008的要求，將2種不銹鋼電鍍試樣彎曲至90°，再恢復(fù)至原來狀態(tài)，往復(fù)3次，然后用三維數(shù)碼顯微鏡

（VHX-5000）觀察試樣彎曲處的電鍍層有無起皮和脫落現(xiàn)象。

1.2.5 耐磨性

采用雙頭皮帶摩擦測試機(jī)（WF-250）配合400目01#W28砂紙對2種不銹鋼試樣進(jìn)行耐磨對比測試，單次試驗(yàn)循環(huán)5 000次，后重新更換砂紙進(jìn)行下一試驗(yàn)，共進(jìn)行65 000次循環(huán)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 維氏硬度

對不銹鋼試樣進(jìn)行維氏硬度測試，結(jié)果如表2所示。

從表2中可以看出，高氮無鎳不銹鋼的維氏硬度要比316不銹鋼的維氏硬度平均高77.6.這是因?yàn)榈情g隙元素，能明顯提高不銹鋼的屈服強(qiáng)度。例如，在退火固溶狀態(tài)下，一般奧氏體不銹鋼的0.2%屈服強(qiáng)度約為200 MPa，含0.5%N的不銹鋼其0.2%屈服強(qiáng)度達(dá)到500 MPa，含0.9%N的不銹鋼其0.2%屈服強(qiáng)度則達(dá)到800 MPa，同時(shí)，鋼的韌性不降低。

2.2 人工汗試驗(yàn)

對不銹鋼試樣進(jìn)行耐人工汗腐蝕試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。316不銹鋼試樣側(cè)面形貌如圖1所示，高氮無鎳不銹鋼試樣側(cè)面形貌如圖2所示。

由表3可知，2種不銹鋼試樣經(jīng)過72 h人工汗腐蝕試驗(yàn)后，均未出現(xiàn)銹蝕、鹽析等情況，顏色也未發(fā)生改變。這說明，它們耐人工汗腐蝕性能良好。但是，當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行到384 h時(shí)，高氮無鎳不銹鋼開始出現(xiàn)銹蝕的情況。

2.3 中性鹽霧鹽霧試驗(yàn)

經(jīng)過48 h的中性鹽霧試驗(yàn)（NSS），試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。316不銹鋼鹽霧試驗(yàn)形貌如圖3所示，高氮無鎳不銹鋼鹽霧試驗(yàn)形貌如圖4所示。

2.4 鍍層與不銹鋼的結(jié)合力

2.4.1 熱震試驗(yàn)

對2份試樣進(jìn)行熱震試驗(yàn)，結(jié)果表明，高氮無鎳不銹鋼和傳統(tǒng)316不銹鋼試樣均未出現(xiàn)電鍍層脫落的情況。

2.4.2 彎曲試驗(yàn)

對2份試樣進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，結(jié)果表明，高氮無鎳不銹鋼和傳統(tǒng)316不銹鋼試樣均未出現(xiàn)電鍍層脫落的情況。

這些表明，2種不銹鋼試樣的鍍層與基體結(jié)合力均良好。

2.5 耐磨性能

對2種不銹鋼試樣進(jìn)行循環(huán)耐磨試驗(yàn)，試樣質(zhì)量損失與摩擦循環(huán)次數(shù)的關(guān)系如圖5所示。

從圖5中可以看出，在相同工況條件下，316不銹鋼比高氮無鎳不銹鋼的質(zhì)量損失大，所以，高氮無鎳不銹鋼的耐磨性能更好。

3 結(jié)論

試驗(yàn)表明，與傳統(tǒng)316不銹鋼相比，新型高氮無鎳不銹鋼有其自身的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，具體表現(xiàn)為：①有近凈成型，加工成本低，工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)；②避免了316不銹鋼中Ni元素對人體的傷害，更適合貼身佩戴；③高氮無鎳不銹鋼具有較高的硬度，而且其耐磨性能比普通316不銹鋼好；④對于離子電鍍層結(jié)合力而言，二者均表現(xiàn)良好；⑤對于耐腐蝕性而言，316不銹鋼要比高氮無鎳不銹鋼好。

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〔編輯：白潔〕