316L 水杯用途改善

浦項(xiàng)（張家港）不銹鋼股份有限公司 江蘇蘇州 215600

1 背景

隨著社會(huì)進(jìn)步及人民生活水平的提高，不銹鋼的應(yīng)用越來(lái)越普及。日常家用材料從最初的200 系逐步過(guò)渡到食品級(jí)的304 鋼種，目前部分高端客戶要求使用316L 的材料制作保溫杯等廚具。我司與日本著名保溫杯客戶長(zhǎng)期合作，主要提供304 材料。該客戶使用進(jìn)口的316L 材料做高端水杯。為擴(kuò)大市場(chǎng)，我們研發(fā)316L 薄料提供該客戶，用于制作高端保溫杯。目前客戶的保溫杯作工藝主要是兩種，水漲工藝及拉伸成型[1]。

因國(guó)內(nèi)用于制作保溫杯的316L 薄料并不成熟，我們與客戶供貨過(guò)程中也是屬于先期試用，客戶試用一定的量且品質(zhì)穩(wěn)定后，再長(zhǎng)期穩(wěn)定供貨。初次發(fā)貨后，在客戶使用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)拉伸工藝及水漲工藝均存在問(wèn)題。以下為問(wèn)題點(diǎn)

（1）拉伸開(kāi)裂樣片，客戶在拉伸時(shí)，發(fā)生月牙狀開(kāi)裂。客戶的加工供應(yīng)為鋼卷分切落圓片，然后進(jìn)行拉伸。一般保溫杯客戶要進(jìn)行四到五道次的拉伸，根據(jù)自身工藝中間增加一次退火，以確保材料的性能。此次開(kāi)裂在中間拉伸道次就有開(kāi)裂跡象。客戶停止使用，查找原因。

圖1

（2）水漲工藝的開(kāi)裂，開(kāi)裂率頗高。客戶的加工流程為分條、焊管、分段、水漲。在焊接后水漲時(shí)開(kāi)裂，開(kāi)裂時(shí)杯體未到最終尺寸，部分開(kāi)裂嚴(yán)重直接爆裂。

2 產(chǎn)品缺陷分析

2.1 拉伸開(kāi)裂的分析

分析方法是，首先根據(jù)公司的出鋼工藝及后續(xù)冷熱軋生產(chǎn)工藝初步判斷，然后了解客戶的大概生產(chǎn)工藝及可能產(chǎn)品缺陷的工藝，最后對(duì)缺陷樣片進(jìn)行試驗(yàn)分析，綜合幾個(gè)方面的分析，會(huì)最終給出結(jié)論。

公司內(nèi)部生產(chǎn)工藝詳細(xì)了解，整個(gè)過(guò)程工藝無(wú)特別正常。隨后對(duì)缺陷樣進(jìn)行對(duì)比分析。該缺陷樣機(jī)械性能正常，延伸率、拉伸性能等均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。后進(jìn)行微觀確認(rèn)，杯體缺陷表現(xiàn)為分層現(xiàn)象，外層大裂紋擴(kuò)展方向與拉伸方向垂直，內(nèi)層有沿拉伸方向分布的多條微裂紋[2]。

內(nèi)層裂紋擴(kuò)展路徑上有夾雜分布，夾雜為Ca、Si 類非金屬夾雜物。后再次確認(rèn)，內(nèi)層開(kāi)裂區(qū)域Al、Mg 較少，Ca、Si 類夾雜物沿裂紋擴(kuò)展方向線性分布，在缺陷部位附近大量堆集。

截面金相觀察發(fā)現(xiàn)在厚度方向中間部位分布著條帶狀黑線組織。這種組織狀態(tài)在加工過(guò)程中產(chǎn)生分層的可能性大，即分層缺陷與該組織關(guān)系較大。

綜合判斷，該缺陷由于加工過(guò)程中材料分層所致，與Ca、Si類氧化物夾雜有關(guān)。

2.2 水漲開(kāi)裂分析

材料在水漲過(guò)程中發(fā)生開(kāi)裂，開(kāi)裂位置為非焊縫位置，開(kāi)裂位置發(fā)生了塑性變形，斷口存在大量小韌窩，判斷為韌性斷裂。

通過(guò)原來(lái)工藝確認(rèn)，出鋼材料成分、熱退火工藝正常、冷軋樣品材質(zhì)滿足基準(zhǔn)要求。但冷軋退火作業(yè)過(guò)程中，因前面厚度不同，銜接過(guò)程中出現(xiàn)溫度波動(dòng)，未及時(shí)進(jìn)行速度調(diào)整。由于退火溫度低，材質(zhì)會(huì)相偏硬，影響后續(xù)的加工性。因退火溫度較低，需進(jìn)一步確認(rèn)材料的金相組織[3]。

通過(guò)確認(rèn)樣片的金相發(fā)現(xiàn)，材料晶粒度偏大，約9.5-10 級(jí)，晶粒偏細(xì)。退火溫度偏低導(dǎo)致材料退火不完全，材料的晶粒度偏高。材料的晶粒過(guò)細(xì)，r 值會(huì)減小，材料的屈服強(qiáng)度和屈強(qiáng)比都會(huì)增大，從而不利于成型[1]，客戶在脹形量大的時(shí)候容易發(fā)生開(kāi)裂

2.3 截面微觀EPMA 分析

綜上幾個(gè)方面的分析，退火溫度偏低，晶粒度高，晶粒偏細(xì)，導(dǎo)致材料加工性能差，在較高的脹形率加工條件下發(fā)生脹形開(kāi)裂。

3 新用途產(chǎn)品導(dǎo)出

基于客戶工藝對(duì)產(chǎn)品的使用反饋及需求，我們后期提供的產(chǎn)品需要純凈度的提高和穩(wěn)定的生產(chǎn)工藝。通過(guò)一系列的討論和調(diào)試，我們決定在現(xiàn)有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，從出鋼到冷軋工藝，全面改善，力求推出全新的一款產(chǎn)品，專門針對(duì)316L 水杯用途.

首先是產(chǎn)品純凈度的提高.在現(xiàn)有出鋼的基礎(chǔ)上加嚴(yán)一個(gè)檔次，調(diào)整出鋼的產(chǎn)品，在冷軋自動(dòng)檢測(cè)線通過(guò)確認(rèn)夾雜物情況，實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行樣品分析確認(rèn)。滿足客戶要求后，制定新的出鋼方案，以減少客戶使用過(guò)程的開(kāi)裂發(fā)生。

其次是工藝的穩(wěn)定性。生產(chǎn)該類產(chǎn)品時(shí)，務(wù)必在生產(chǎn)線穩(wěn)定的情況下進(jìn)行，特別是冷退火生產(chǎn)線狀態(tài)，線速度溫度等保持穩(wěn)定。必要時(shí)，爐溫在原來(lái)的基準(zhǔn)上提高，保證材料的性能。

4 客戶用途反饋

通過(guò)三個(gè)月的試用，客戶反饋開(kāi)裂明顯改善，逐步用我司材料替代進(jìn)口材料。另外，通過(guò)另外四家客戶試用反饋，漲形及拉伸開(kāi)裂明顯減少，目前316L 保溫杯用途我司占絕對(duì)的市場(chǎng)份額，為公司增加了較高的收益。