高氮無鎳不銹鋼性能研究

李達++楊麗++鐘飛++鄔治平

摘 要：經過工藝、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316不銹鋼對比、分析。結果表明，與傳統316不銹鋼相比，新型高氮無鎳不銹鋼具有無害、制造成本低、綜合性能好等優點，具體表現為其硬度值高，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 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.01.022

近年來，鎳價格走高，奧氏體不銹鋼的價格不斷上漲，降低成本成為企業生存、發展的途徑之一。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毒性效應，出現細胞被破壞和發炎反應，對生物體有致畸、致癌的危害。調查表明，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，開發高性能無鎳不銹鋼是手表行業發展的趨勢。

目前，市場上不銹鋼表殼的生產過程一般為設計模具—采購鋼板料—開料—精切、沖孔—反復擠壓、清洗、氮化—獲得表殼的坯料—后續的CNC加工—打磨—拋光/拉絲/噴砂—電鍍—檢驗—制成品，過程煩瑣，生產周期長，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，提高產品質量，還大大縮短了生產周期。現階段，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不銹鋼進行對比、分析。

1 試驗

1.1 試樣制備

傳統316不銹鋼試樣由市場采集鋼板，后經機加工、拋光制得。高氮無鎳不銹鋼采用模具設計、制造—制粉—喂料—注射成型—脫脂—燒結—等靜壓等工藝制得。

制得試樣材質經合金分析儀（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（HXD-1000TMC/LCD）檢測試樣的維氏硬度，測試條件為：載荷25 N，保荷時間10 s，選取3個不同的點測量。

1.2.2 人工汗試驗

根據ISO 3160-2：2003的要求，對2種不銹鋼試樣進行耐人工汗腐蝕性能試驗。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，用質量濃度為80 g/L的氫氧化鈉將溶液pH值調整到4.7.試驗溫度為（40±2）℃，觀察是否有銹蝕、鹽析、氣泡和變色等情況發生。

1.2.3 中性鹽霧試驗

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

1.2.4 鍍層與基體的結合力

1.2.4.1 熱震試驗

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，觀察試樣是否出現電鍍層脫落的情況。

1.2.4.2 彎曲試驗

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

（VHX-5000）觀察試樣彎曲處的電鍍層有無起皮和脫落現象。

1.2.5 耐磨性

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

2 試驗結果及分析

2.1 維氏硬度

對不銹鋼試樣進行維氏硬度測試，結果如表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.這是因為氮是間隙元素，能明顯提高不銹鋼的屈服強度。例如，在退火固溶狀態下，一般奧氏體不銹鋼的0.2%屈服強度約為200 MPa，含0.5%N的不銹鋼其0.2%屈服強度達到500 MPa，含0.9%N的不銹鋼其0.2%屈服強度則達到800 MPa，同時，鋼的韌性不降低。

2.2 人工汗試驗

對不銹鋼試樣進行耐人工汗腐蝕試驗，結果如表3所示。316不銹鋼試樣側面形貌如圖1所示，高氮無鎳不銹鋼試樣側面形貌如圖2所示。

由表3可知，2種不銹鋼試樣經過72 h人工汗腐蝕試驗后，均未出現銹蝕、鹽析等情況，顏色也未發生改變。這說明，它們耐人工汗腐蝕性能良好。但是，當試驗進行到384 h時，高氮無鎳不銹鋼開始出現銹蝕的情況。

2.3 中性鹽霧鹽霧試驗

經過48 h的中性鹽霧試驗（NSS），試驗結果如表4所示。316不銹鋼鹽霧試驗形貌如圖3所示，高氮無鎳不銹鋼鹽霧試驗形貌如圖4所示。

2.4 鍍層與不銹鋼的結合力

2.4.1 熱震試驗

對2份試樣進行熱震試驗，結果表明，高氮無鎳不銹鋼和傳統316不銹鋼試樣均未出現電鍍層脫落的情況。

2.4.2 彎曲試驗

對2份試樣進行彎曲試驗，結果表明，高氮無鎳不銹鋼和傳統316不銹鋼試樣均未出現電鍍層脫落的情況。

這些表明，2種不銹鋼試樣的鍍層與基體結合力均良好。

2.5 耐磨性能

對2種不銹鋼試樣進行循環耐磨試驗，試樣質量損失與摩擦循環次數的關系如圖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量損失大，所以，高氮無鎳不銹鋼的耐磨性能更好。

3 結論

試驗表明，與傳統316不銹鋼相比，新型高氮無鎳不銹鋼有其自身的優點和缺點，具體表現為：①有近凈成型，加工成本低，工藝簡單等優點；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對于離子電鍍層結合力而言，二者均表現良好；⑤對于耐腐蝕性而言，316不銹鋼要比高氮無鎳不銹鋼好。

參考文獻

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〔編輯：白潔〕