手表用316不銹鋼性能研究

羅智駿　劉海華　趙可淪

摘 要：對手表用316不銹鋼的元素組成、表面維氏硬度、耐腐蝕性能及鎳釋放量進行了研究分析，結果表明：手表用316不銹鋼元素組成符合GB/T 20878-2007《不銹鋼和耐熱鋼 牌號及化學成分》中牌號為S31603不銹鋼化學成分指標要求，表面維氏硬度范圍為180HV～200HV，具有良好的耐人工汗及中性鹽霧腐蝕性能，其鎳釋放量符合歐洲EN 1811：2011+Al：2015標準。

關鍵詞：手表；不銹鋼；鎳釋放量；元素成分；耐腐蝕性

中圖分類號：TG142.7 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）04-0191-02

Abstract： The elemental composition， surface Vickers hardness， corrosion resistance and nickel release of 316 stainless steel used in watches were studied and analyzed. The composition of the stainless steel used in the watch conforms to the requirements of S31603 stainless steel chemical composition index as stated in GB/T 20878-2007 Stainless and Heat-resisting Steels ― Designation and Chemical Composition. The surface Vickers hardness is in the range of 180 HV-200 HV， and has good resistance to artificial sweating and neutral salt spray corrosion. Its nickel release is up to the European standard EN 1811：2011+Al：2015.

Keywords： watch； stainless steel； nickel release； elemental composition； corrosion resistance

1 概述

“不銹鋼”的定義：“不銹鋼”（Stainless Steel）是不銹耐酸鋼的簡稱，耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質或具有不銹性的鋼種稱為不銹鋼；而將耐化學腐蝕介質（酸、堿、鹽等化學浸蝕）腐蝕的鋼種稱為耐酸鋼。由于兩者在化學成分上的差異而使他們的耐蝕性不同，普通不銹鋼一般不耐化學介質腐蝕，而耐酸鋼則一般均具有不銹性。“不銹鋼”一詞不僅僅是單純指一種不銹鋼，而是表示一百多種工業不銹鋼，所開發的每種不銹鋼都在其特定的應用領域具有良好的性能。從不銹鋼的定義，我們不難發現我們誤解了不銹鋼，因為不銹鋼的定義告訴我們不銹鋼其實并不是完全“不銹”的；所謂的不銹鋼是指在特定條件下不發生腐蝕的鋼，而不是鋼如其名，在所有環境下不發生腐蝕——不銹。不銹鋼的得名則是人們對具有優良耐腐蝕性能的鋼的譽稱。

不銹鋼“不銹”的原理（關鍵因素）在于其表面具有一層自愈性的保護性氧化膜氧化鉻（Cr2O3）（它不象選擇性氧化而形成的那些保護性薄膜），致使不銹鋼能夠進行常規加工而不失去抗氧化性——不銹性。不銹鋼中必須含有足夠量的鉻（Cr）以形成基本上由Cr2O3組成的自愈性保護性氧化膜，以便當薄膜弄破時有足夠數目的鉻陽離子（Cr3+）重新形成薄膜。如果鉻（Cr）的比例低于完全保護所需要的比例，鉻（Cr）就溶解在基材表面形成的氧化物中而無法形成有效的保護膜。起完全保護作用所需的鉻（Cr）的比例取決于使用條件。在水溶液中，需要12%的鉻（Cr）產生自鈍化作用形成包含大量氧化鉻（Cr2O3）的保護膜。在氣態氧化條件下，低于1000℃時，12%的鉻（Cr）有很好的抗氧化性，在高于1000℃時，17%的鉻（Cr）也有很好的抗氧化性。當鋼材中含鉻（Cr）量不夠或某些原因造成不銹鋼晶界出現貧鉻（Cr）區時，就不能形成有效的保護性膜；該鋼材就不能稱為不銹鋼，不銹鋼的貧鉻（Cr）區發生腐蝕，即不銹鋼生銹。316不銹鋼是不銹鋼的一種，因添加了2%～3%的鉬（Mo）元素，使其耐腐蝕性能、和高溫強度有較大的提高，最高耐受溫度可達到1200～1300℃，可在苛刻的環境下使用。316不銹鋼為目前手表行業最常用的原材料。

2 元素組成

采用電感耦合等離子體發射光譜儀測定手表用316不銹鋼中的金屬元素及非金屬元素硅（Si）和磷（P）的組成：首先將手表用316不銹鋼試樣用硝酸+鹽酸混合溶液進行溶解，溶解完全后稀釋至確定的容積，隨后將試樣溶液放入電感耦合等離子體發射光譜儀（Inductively Coupled Plasma Optical Emission，英文簡稱ICP-OES）進行檢測，以確定手表用316不銹鋼中各金屬元素及非金屬元素硅（Si）和磷（P）的含量。依據GB/T 20123-2006《鋼鐵 總碳硫含量的測定 高頻感應爐燃燒后紅外吸收法（常規方法）》測定手表用316不銹鋼中的碳（C）和硫（S）的含量。如表1所示，手表用316不銹鋼中的各元素的含量均符合GB/T 20878-2007《不銹鋼和耐熱鋼 牌號及化學成分》中牌號為S31603不銹鋼化學成分指標要求。

3 硬度

采用HXD-1000TM/LCD型數字式顯微硬度計（上海泰明）對手表用316不銹鋼試驗進行表面維氏硬度檢測。試樣表面平坦光滑，無氧化皮及外來污，試樣面積為20mm×30mm，試驗力度9.807N（HV1）；試驗過程中，試樣表面與壓頭垂直，無沖擊和振動，加力過程5s，壓頭下降速度50μm/s，試驗力保持時間為10s。測試結果為，手表用316不銹鋼的表面維氏硬度范圍180HV～200HV。endprint

4 耐腐蝕性能

依次對手表用316不銹鋼表殼試樣進行24h人工腐蝕試驗和24h中性鹽霧腐蝕試驗，步驟如下：

4.1 人工汗腐蝕試驗

（1）檢測條件：HK-058型精密高溫烘箱（LXN-E-053）；人工汗溶液（新配制）；燒杯等玻璃儀器及塑料薄膜。

（2）試驗步驟：

a.容器（燒杯）內盛入深度大約為10mm的人工汗液，試樣懸掛在距液面和器壁至少30mm的玻璃鉤上。

b.將裝有人工汗液及試樣的容器（燒杯）放入40±2℃ HK-D58型精密高溫烘箱（東莞 華凱）中恒溫24 h后，取出試樣，并觀察試樣表面的腐蝕情況。

（3）評定標準：用清水沖洗后，試樣有效表面的總體顏色未發生變化，且試樣表面無鹽析和銹蝕。

（4）試樣后處理：試驗結束后取出試樣，用溫度不高于40℃的自來水以除去試樣表面殘留的人工汗溶液，接著在距離試樣約300mm處吹干后，放入干凈的樣品試樣袋內封存。

4.2 中性鹽霧試驗

（1）檢測條件：XB 60型鹽霧試驗機（LXN-E-033）；NaCl 50±10 g/L，pH值為6.5～7.2（中性鹽霧試驗NaCl溶液的配制參考LXN-SYS-111《中性鹽霧試驗氯化鈉溶液配制》作業指導書）。

（2）試驗步驟：

a.將試樣（表殼體及其附件）用細的塑料線懸掛于XB 60型鹽霧試驗機（LXN-E-033）內，距懸掛桿約30mm。

b.調節XB 60型鹽霧試驗機（LXN-E-033）試驗溫度為35±2℃，噴霧量：1～2mL/h，設定試驗時間24h，試驗24h后，取出試樣，并觀察試樣表面的腐蝕情況。

（3）判定標準：用清水沖洗后，試樣有效表面的總體顏色未發生變化，且試樣表面無鹽析和銹蝕。

（4）試樣后處理：試驗結束后取出試樣，用溫度不高于40℃的自來水以除去試樣表面殘留的鹽霧溶液，接著在距離試樣約300mm處用吹干后，放入干凈的樣品試樣袋內封存。

手表用316不銹鋼表殼試樣依次進行24h人工腐蝕試驗和24h中性鹽霧腐蝕試驗后，有效鍍層表面的總體顏色未發生變化，且試樣表面無鹽析和銹蝕。結果表明，手表用316不銹鋼耐人工汗及中性鹽霧腐蝕性能良好。

5 鎳釋放量

因手表為直接與人體皮膚接觸的裝飾物品，因此手表用316不銹鋼的鎳釋放量必須符合歐洲EN 1811：2011+Al：2015標準要求，以防顧客在佩戴316不銹鋼手表時發生過敏。將手表用316不銹鋼表殼試樣放入新配制的人工汗溶液中浸泡168h后，將浸泡溶液定容至確定體積，采用電感耦合等離子體發射光譜儀（Inductively Coupled Plasma Optical Emission，英文簡稱ICP-OES）進行檢測鎳釋放量的測定。測試結果如表2所示，手表用316不銹鋼鎳釋放量小于0.05μg/cm2/week遠低于歐洲EN 1811：2011+

Al：2015標準最嚴標準值（0.2μg/cm2/week）。結果表明，手表用316不銹鋼鎳釋放量符合歐洲EN 1811：2011+Al：2015標準。

6 結束語

手表用316不銹鋼的（1）元素組成為鐵（Fe）、鉻（Cr）、鎳（Ni）、鉬（Mo）、錳（Mn）、硅（Si）、磷（P）、碳（C）和硫（S），其含量均符合GB/T 20878-2007《不銹鋼和耐熱鋼 牌號及化學成分》中牌號為S31603不銹鋼化學成分指標要求；（2）表面維氏硬度范圍為180HV～200HV；（3）耐人工汗及中性鹽霧腐蝕性能良好；（4）鎳釋放量符合歐洲EN 1811：2011+Al：2015標準。

參考文獻：

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