手表用316不锈钢性能研究

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/T 20878-2007《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EN 1811：2011+Al：2015标准。

标签：手表；不锈钢；镍释放量；元素成分；耐腐蚀性

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

“不銹钢”的定义：“不锈钢”（Stainless Steel）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（Inductively Coupled Plasma Optical Emission，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/T 20123-2006《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/T 20878-2007《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9.807N（HV1）；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±2℃ HK-D58型精密高温

烘箱（东莞 华凯）中恒温24 h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：XB 60型盐雾试验机（LXN-E-033）；NaCl 50±10 g/L，pH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XB 60型鹽雾试验机（LXN-E-033）内，距悬挂杆约30mm。

b.调节XB 60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EN 1811：2011+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（Inductively Coupled Plasma Optical Emission，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EN 1811：2011+

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EN 1811：2011+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/T 20878-2007《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EN 1811：2011+Al：2015标准。

参考文献：

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