羅智駿　劉海華　趙可淪

摘 要：對(duì)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(jìn)行了研究分析，結(jié)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(hào)及化學(xué)成分》中牌號(hào)為S31603不銹鋼化學(xué)成分指標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：手表；不銹鋼；鎳釋放量；元素成分；耐腐蝕性

中圖分類號(hào)：TG142.7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(jiǎn)稱，耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質(zhì)或具有不銹性的鋼種稱為不銹鋼；而將耐化學(xué)腐蝕介質(zhì)（酸、堿、鹽等化學(xué)浸蝕）腐蝕的鋼種稱為耐酸鋼。由于兩者在化學(xué)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(xué)介質(zhì)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(yè)不銹鋼，所開(kāi)發(fā)的每種不銹鋼都在其特定的應(yīng)用領(lǐng)域具有良好的性能。從不銹鋼的定義，我們不難發(fā)現(xiàn)我們誤解了不銹鋼，因?yàn)椴讳P鋼的定義告訴我們不銹鋼其實(shí)并不是完全“不銹”的；所謂的不銹鋼是指在特定條件下不發(fā)生腐蝕的鋼，而不是鋼如其名，在所有環(huán)境下不發(fā)生腐蝕——不銹。不銹鋼的得名則是人們對(duì)具有優(yōu)良耐腐蝕性能的鋼的譽(yù)稱。

不銹鋼“不銹”的原理（關(guān)鍵因素）在于其表面具有一層自愈性的保護(hù)性氧化膜氧化鉻（Cr2O3）（它不象選擇性氧化而形成的那些保護(hù)性薄膜），致使不銹鋼能夠進(jìn)行常規(guī)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(hù)性氧化膜，以便當(dāng)薄膜弄破時(shí)有足夠數(shù)目的鉻陽(yáng)離子（Cr3+）重新形成薄膜。如果鉻（Cr）的比例低于完全保護(hù)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(wú)法形成有效的保護(hù)膜。起完全保護(hù)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(chǎn)生自鈍化作用形成包含大量氧化鉻（Cr2O3）的保護(hù)膜。在氣態(tài)氧化條件下，低于1000℃時(shí)，12%的鉻（Cr）有很好的抗氧化性，在高于1000℃時(shí)，17%的鉻（Cr）也有很好的抗氧化性。當(dāng)鋼材中含鉻（Cr）量不夠或某些原因造成不銹鋼晶界出現(xiàn)貧鉻（Cr）區(qū)時(shí)，就不能形成有效的保護(hù)性膜；該鋼材就不能稱為不銹鋼，不銹鋼的貧鉻（Cr）區(qū)發(fā)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(qiáng)度有較大的提高，最高耐受溫度可達(dá)到1200～1300℃，可在苛刻的環(huán)境下使用。316不銹鋼為目前手表行業(yè)最常用的原材料。

2 元素組成

采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)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(jìn)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(fā)射光譜儀（Inductively Coupled Plasma Optical Emission，英文簡(jiǎn)稱ICP-OES）進(jìn)行檢測(cè)，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(jù)GB/T 20123-2006《鋼鐵 總碳硫含量的測(cè)定 高頻感應(yīng)爐燃燒后紅外吸收法（常規(guī)方法）》測(cè)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(hào)及化學(xué)成分》中牌號(hào)為S31603不銹鋼化學(xué)成分指標(biāo)要求。

3 硬度

采用HXD-1000TM/LCD型數(shù)字式顯微硬度計(jì)（上海泰明）對(duì)手表用316不銹鋼試驗(yàn)進(jìn)行表面維氏硬度檢測(cè)。試樣表面平坦光滑，無(wú)氧化皮及外來(lái)污，試樣面積為20mm×30mm，試驗(yàn)力度9.807N（HV1）；試驗(yàn)過(guò)程中，試樣表面與壓頭垂直，無(wú)沖擊和振動(dòng)，加力過(guò)程5s，壓頭下降速度50μm/s，試驗(yàn)力保持時(shí)間為10s。測(cè)試結(jié)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(duì)手表用316不銹鋼表殼試樣進(jìn)行24h人工腐蝕試驗(yàn)和24h中性鹽霧腐蝕試驗(yàn)，步驟如下：

4.1 人工汗腐蝕試驗(yàn)

（1）檢測(cè)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(yàn)步驟：

a.容器（燒杯）內(nèi)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(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：用清水沖洗后，試樣有效表面的總體顏色未發(fā)生變化，且試樣表面無(wú)鹽析和銹蝕。

（4）試樣后處理：試驗(yàn)結(jié)束后取出試樣，用溫度不高于40℃的自來(lái)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(nèi)封存。

4.2 中性鹽霧試驗(yàn)

（1）檢測(cè)條件：XB 60型鹽霧試驗(yàn)機(jī)（LXN-E-033）；NaCl 50±10 g/L，pH值為6.5～7.2（中性鹽霧試驗(yàn)NaCl溶液的配制參考LXN-SYS-111《中性鹽霧試驗(yàn)氯化鈉溶液配制》作業(yè)指導(dǎo)書(shū)）。

（2）試驗(yàn)步驟：

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

b.調(diào)節(jié)XB 60型鹽霧試驗(yàn)機(jī)（LXN-E-033）試驗(yàn)溫度為35±2℃，噴霧量：1～2mL/h，設(shè)定試驗(yàn)時(shí)間24h，試驗(yàn)24h后，取出試樣，并觀察試樣表面的腐蝕情況。

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

（4）試樣后處理：試驗(yàn)結(jié)束后取出試樣，用溫度不高于40℃的自來(lái)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(nèi)封存。

手表用316不銹鋼表殼試樣依次進(jìn)行24h人工腐蝕試驗(yàn)和24h中性鹽霧腐蝕試驗(yàn)后，有效鍍層表面的總體顏色未發(fā)生變化，且試樣表面無(wú)鹽析和銹蝕。結(jié)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(biāo)準(zhǔn)要求，以防顧客在佩戴316不銹鋼手表時(shí)發(fā)生過(guò)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(fā)射光譜儀（Inductively Coupled Plasma Optical Emission，英文簡(jiǎn)稱ICP-OES）進(jìn)行檢測(cè)鎳釋放量的測(cè)定。測(cè)試結(jié)果如表2所示，手表用316不銹鋼鎳釋放量小于0.05μg/cm2/week遠(yuǎn)低于歐洲EN 1811：2011+

Al：2015標(biāo)準(zhǔn)最嚴(yán)標(biāo)準(zhǔn)值（0.2μg/cm2/week）。結(jié)果表明，手表用316不銹鋼鎳釋放量符合歐洲EN 1811：2011+Al：2015標(biāo)準(zhǔn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

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(hào)及化學(xué)成分》中牌號(hào)為S31603不銹鋼化學(xué)成分指標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)。

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