高氮无镍不锈钢性能研究

李达++杨丽++钟飞++邬治平

摘 要：经过工艺、硬度、耐磨性、耐腐蚀性测试，研究新型高氮无镍不锈钢的性能，并与传统316不锈钢对比、分析。结果表明，与传统316不锈钢相比，新型高氮无镍不锈钢具有无害、制造成本低、综合性能好等优点，具体表现为其硬度值高，耐磨性能好。但是，它的耐腐蚀性能比316不锈钢差。

关键词：高氮无镍不锈钢；316不锈钢；硬度；耐磨性

中图分类号：TF306 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.01.022

近年来，镍价格走高，奥氏体不锈钢的价格不断上涨，降低成本成为企业生存、发展的途径之一。镍离子是一种潜在的致敏因子，在生物体植入物附近可诱发毒性效应，出现细胞被破坏和发炎反应，对生物体有致畸、致癌的危害。调查表明，有10%～20%的妇女和2%的男士受镍离子的影响，所以吗，采用以氮代镍，开发高性能无镍不锈钢是手表行业发展的趋势。

目前，市场上不锈钢表壳的生产过程一般为设计模具—采购钢板料—开料—精切、冲孔—反复挤压、清洗、氮化—获得表壳的坯料—后续的CNC加工—打磨—抛光/拉丝/喷砂—电镀—检验—制成品，过程烦琐，生产周期长，成本高。而采用粉末冶金注射成型高氮无镍不锈钢的方法，不但能够降低成本，提高产品质量，还大大缩短了生产周期。现阶段，对高氮无镍不锈钢的研究还比较少，因此，本文就高氮无镍的性能与316不锈钢进行对比、分析。

1 试验

1.1 试样制备

传统316不锈钢试样由市场采集钢板，后经机加工、抛光制得。高氮无镍不锈钢采用模具设计、制造—制粉—喂料—注射成型—脱脂—烧结—等静压等工艺制得。

制得试样材质经合金分析仪（NITON XL2-800）测得的各元素组成和含量如表1所示。

1.2 性能表征

1.2.1 维氏硬度测试

利用维氏显微硬度计（HXD-1000TMC/LCD）检测试样的维氏硬度，测试条件为：载荷25 N，保荷时间10 s，选取3个不同的点测量。

1.2.2 人工汗试验

根据ISO 3160-2：2003的要求，对2种不锈钢试样进行耐人工汗腐蚀性能试验。人工汗液的成分为氯化钠20 g/L、氯化铵17.5 g/L、尿素5 g/L、醋酸2.5 g/L、乳酸17.5 g/L，用质量浓度为80 g/L的氢氧化钠将溶液pH值调整到4.7.试验温度为（40±2）℃，观察是否有锈蚀、盐析、气泡和变色等情况发生。

1.2.3 中性盐雾试验

根据GB/T 10125—2012《人造气氛腐蚀试验-盐雾试验》的要求，委托华测检测对2种不锈钢试样进行中性盐雾试验（NSS）。其中，试验箱温度为35 ℃，饱和器温度为47 ℃，溶液的质量分数为5%NaCl（质量比），溶液pH值为6.5（25 ℃时），盐雾沉降量为1～2 mL/80 cm2/h，测试时间48 h。

1.2.4 镀层与基体的结合力

1.2.4.1 热震试验

将试样在300 ℃高温炉中保温30 min后，放入常温水中骤冷，擦干后用3M胶纸紧贴试样表面，保持10 s，以90°角迅速撕起，观察试样是否出现电镀层脱落的情况。

1.2.4.2 弯曲试验

根据ISO 27874：2008的要求，将2种不锈钢电镀试样弯曲至90°，再恢复至原来状态，往复3次，然后用三维数码显微镜

（VHX-5000）观察试样弯曲处的电镀层有无起皮和脱落现象。

1.2.5 耐磨性

采用双头皮带摩擦测试机（WF-250）配合400目01#W28砂纸对2种不锈钢试样进行耐磨对比测试，单次试验循环5 000次，后重新更换砂纸进行下一试验，共进行65 000次循环。

2 试验结果及分析

2.1 维氏硬度

对不锈钢试样进行维氏硬度测试，结果如表2所示。

从表2中可以看出，高氮无镍不锈钢的维氏硬度要比316不锈钢的维氏硬度平均高77.6.这是因为氮是间隙元素，能明显提高不锈钢的屈服强度。例如，在退火固溶状态下，一般奥氏体不锈钢的0.2%屈服强度约为200 MPa，含0.5%N的不锈钢其0.2%屈服强度达到500 MPa，含0.9%N的不锈钢其0.2%屈服强度则达到800 MPa，同时，钢的韧性不降低。

2.2 人工汗试验

对不锈钢试样进行耐人工汗腐蚀试验，结果如表3所示。316不锈钢试样侧面形貌如图1所示，高氮无镍不锈钢试样侧面形貌如图2所示。

由表3可知，2种不锈钢试样经过72 h人工汗腐蚀试验后，均未出现锈蚀、盐析等情况，颜色也未发生改变。这说明，它们耐人工汗腐蚀性能良好。但是，当试验进行到384 h时，高氮无镍不锈钢开始出现锈蚀的情况。

2.3 中性盐雾盐雾试验

经过48 h的中性盐雾试验（NSS），试验结果如表4所示。316不锈钢盐雾试验形貌如图3所示，高氮无镍不锈钢盐雾试验形貌如图4所示。

2.4 镀层与不锈钢的结合力

2.4.1 热震试验

对2份试样进行热震试验，结果表明，高氮无镍不锈钢和传统316不锈钢试样均未出现电镀层脱落的情况。

2.4.2 弯曲试验

对2份试样进行弯曲试验，结果表明，高氮无镍不锈钢和传统316不锈钢试样均未出现电镀层脱落的情况。

这些表明，2种不锈钢试样的镀层与基体结合力均良好。

2.5 耐磨性能

对2种不锈钢试样进行循环耐磨试验，试样质量损失与摩擦循环次数的关系如图5所示。

从图5中可以看出，在相同工况条件下，316不锈钢比高氮无镍不锈钢的质量损失大，所以，高氮无镍不锈钢的耐磨性能更好。

3 结论

试验表明，与传统316不锈钢相比，新型高氮无镍不锈钢有其自身的优点和缺点，具体表现为：①有近净成型，加工成本低，工艺简单等优点；②避免了316不锈钢中Ni元素对人体的伤害，更适合贴身佩戴；③高氮无镍不锈钢具有较高的硬度，而且其耐磨性能比普通316不锈钢好；④对于离子电镀层结合力而言，二者均表现良好；⑤对于耐腐蚀性而言，316不锈钢要比高氮无镍不锈钢好。

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〔编辑：白洁〕