無錫不銹鋼高溫變色

無錫不銹鋼表面的氧化膜是五色透明膜，其色澤可由光干涉原理來解釋。當(dāng)平行光照射到氧化膜表面時(shí)，一部分光線(L2)在氧化膜上表面發(fā)生鏡面反射(L5)的同時(shí)也發(fā)生折射(1)，進(jìn)入氧化膜，再從下表面反射回來(L4)；同理另一部分光線L1也發(fā)生上述反射與折射現(xiàn)象。光線L1的鏡面反射光與光線L2折射進(jìn)入氧化膜內(nèi)再從下表面反射回的光共同形成干涉光L6。當(dāng)兩者正好是波峰與波峰或波谷與波谷相重疊時(shí)，光波振動(dòng)增強(qiáng)；相反，當(dāng)兩者是波峰與波谷相重疊時(shí)，光波振動(dòng)減弱。白光是由紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種顏色組成的復(fù)合光，當(dāng)其產(chǎn)生上述干涉后，究竟何種顏色的光波被加強(qiáng)，主要取決于氧化膜的厚度。即當(dāng)白光通過某一厚度的氧化膜，使其中某一波長的光波振動(dòng)加強(qiáng)，氧化膜就呈現(xiàn)出該波長下所對應(yīng)光的顏色；當(dāng)白光通過另一厚度的氧化膜，使另一波長的光振動(dòng)加強(qiáng)，氧化膜就顯示出另一種顏色。

　　1、無錫不銹鋼高溫變色的試驗(yàn)研究

　　由上述的變色原理分析可知，變色根本原因是不銹鋼表面發(fā)生氧化，導(dǎo)致鈍化膜(氧化膜)厚度發(fā)生變化而引起的干涉色。故如何提高材料耐氧化性能是解決不銹鋼高溫變色的根本措施。

　　(1) 化學(xué)元素影響

　　不銹鋼含碳量低，在高溫環(huán)境中碳原子易在氧化過程中擴(kuò)散到不銹鋼基體中，故不銹鋼的氧化過程伴隨著滲碳過程，試驗(yàn)選擇鉻、硅、鎳等含量不同的鋼種進(jìn)行高溫循環(huán)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束后測量各鋼種的碳含量增加比例，以滲碳量判斷不銹鋼氧化程度。圖2為不同鋼種的滲碳試驗(yàn)結(jié)果。

　　為進(jìn)一步驗(yàn)證硅元素對耐滲碳性的影響，在SUS310S鋼種中只對硅元素進(jìn)行調(diào)整，然后進(jìn)行高溫循環(huán)試驗(yàn)。圖3表示含硅量對耐滲碳性的效果。兩組試驗(yàn)結(jié)果不難看出當(dāng)提高鉻元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)到22%以上或提高硅元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到2%以上，材料的耐高溫氧化性能得到明顯提高。

　　(2)氧化膜影響

　　無錫不銹鋼致密的氧化膜能防止氧化劑侵入不銹鋼亞表層而阻止氧化繼續(xù)發(fā)生，反之疏松的氧化膜將導(dǎo)致繼續(xù)氧化加厚。在連續(xù)生產(chǎn)線中通過連續(xù)酸洗方式對不銹鋼表面進(jìn)行強(qiáng)制氧化，從而提高不銹鋼表面氧化膜致密程度。對酸液濃度進(jìn)行相關(guān)調(diào)節(jié)后的產(chǎn)品進(jìn)行耐高溫氧化效果、氧化膜厚以及氧化膜化學(xué)構(gòu)成度進(jìn)行相關(guān)測試，結(jié)果如表3及圖4所示。分析結(jié)果表明：通過酸液濃度的調(diào)整，對氧化膜成分構(gòu)成、氧化膜厚度均無明顯影響。在較高溫度環(huán)境下使用仍然被加深氧化，出現(xiàn)變色現(xiàn)象。

　　(3)無錫不銹鋼表面粗糙度影響

　　高溫環(huán)境下無錫不銹鋼表面氧化導(dǎo)致表面氧化膜增厚。此現(xiàn)象與材料本身的耐氧化性及材質(zhì)吸熱能力都有直接關(guān)系，不銹鋼表面粗糙度、表面反色度等影響單位面積的吸熱量而造成不銹鋼變色程度，為驗(yàn)證二者對不銹鋼變色的影響程度，取不同表面狀態(tài)樣板進(jìn)行450℃烘烤試驗(yàn)，結(jié)果見表4。

　　試驗(yàn)表明當(dāng)表面粗糙度降到0.022μm以下的BA表面，材料吸熱能力大幅度降低，不銹鋼未進(jìn)一步氧化。當(dāng)氧化膜厚度基本維持原厚度，變色程度輕微。反之氧化膜厚度增加明顯，變色嚴(yán)重。

　　2、分析和討論

　　(1)無錫不銹鋼中鉻、硅元素含量的提高能明顯增強(qiáng)不銹鋼抗氧化性能，當(dāng)鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到22%或硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到2%以上能有效抑制高溫氧化變色現(xiàn)象的發(fā)生。

　　(2)在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)連續(xù)酸洗液濃度，不能使不銹鋼表面的鈍化膜的厚度、成分構(gòu)成、致密程度等發(fā)生改變，因而也不能防止不銹鋼高溫氧化變色現(xiàn)象的發(fā)生。

　　(3)無錫不銹鋼表面粗糙度和反色度也是影響高溫氧化變色的重要因素，試驗(yàn)表明當(dāng)表面粗糙度在0.022μm以下的BA產(chǎn)品在450℃下烘烤而不會發(fā)生變色。

　　(4)通過控制軋機(jī)最終道次工作輥、平整輥等的表面粗糙度，將不銹鋼產(chǎn)品表面粗糙度控制在0.022μm左右，且通過光亮退火保證其表面反色度，能有效降低不銹鋼高溫變色程度。