不锈钢餐具(勺子)制品生产过程中开裂原因

摘 要：为保证不锈钢制品的质量，分析其冲压开裂的原因十分关键。本文主要针对某工厂使用1Cr17不锈钢在生产不锈钢餐勺时，材料发生冲压开裂，利用SEM、光学显微镜、显微硬度测试仪等手段，对开裂处进行断口观察、金相分析、显微硬度测试。通过观察分析，找出了冲压开裂产生的原因，并对此提出建议。

关键词：冲压开裂；特征；组织观察；分析

引言

1Cr17不锈钢是钢材的一种，具有良好的耐蚀性，常用于建筑内装饰、家庭用具和家用电器部件等。不锈钢餐具制品具有美观的外形和优良的不锈性能，深受人们的喜爱。然而，在不锈钢餐具制品生产过程中，冲压开裂现象时有发生。引起开裂的原因有许多，如钢材基体中含有夹杂物、出现应力、加工过程中加工工艺不合适等。基于此，本文结合具体案例，对1Cr17不锈钢餐勺冲压开裂现象进行原因分析，为工艺优化提供参考借鉴。

1 试验方法

餐勺的加工工艺为落料―碾压―退火―冲压。在落料工序，使用分条、剪切技术将宽1.0m的卷板剪切成若干长150mm、宽10mm的窄条；在碾压工序，将窄条的一端前70mm利用模具进行厚度减薄，形成三角形状；之后进行去应力退火，最后在模具中进行冲压定型。开裂在冲压过程中产生，呈横向延伸，并沿厚度方向穿透，如图1所示。

采用FEINANO型扫描电子显微镜进行显微断口观察；采用LEICADM47M型光学显微镜进行金相组织观察，侵蚀剂为4%FeCl3溶液；采用FM-700显微硬度计进行显微硬度测试；采用THERMICAL相图软件计算相图。

2 试验结果

2.1 断口特征

开裂处位于勺头和勺柄连接处。沿着裂纹将餐勺开裂处打开，使断口暴露。宏观嗫诰哂薪鹗艄庠螅在阳光下转动断面，可看到闪闪发光的小刻面，如图2所示。

将断口部分置入丙酮溶液中进行超声波清洗之后，进行断口SEM观察。对断口进行不同倍数的观察后发现：断口为解理断口，在低倍断口上没有明显的裂纹源，放大后，观察到解理片，解理片无方向性，解理片之间无撕裂棱，断口面上无大颗粒夹杂物，说明断裂为瞬时的沿晶断裂，如图3所示。

2.2 组织观察

取垂直裂缝试样进行金相观察，对横向面进行抛光、侵蚀后使用光学显微镜观察。金相组织显示，材料基体是铁素体等轴晶，铁素体晶粒大小均匀，晶粒尺寸在30μm左右；此外，组织中有明显分布的板条状组织，疑为马氏体相。

利用显微硬度仪进行显微硬度分析。通过对不同点进行硬度测试后，发现无板条存在的等轴晶粒处硬度为HV251（如图4-4中1#处所示），在铁素体硬度范围内，存在板条的晶粒处硬度为HV329（如图4-1中2#处所示），已远远超出了铁素体的硬度范围。硬度测试结果显示，材料中出现了马氏体相。

3 分析与讨论

1Cr17不锈钢属于第一代铁素体不锈钢，常规组织由铁素体和碳化物组成。但是，在高温时存在α+γ双相区，最高γ相含量（质量分数）可达45%，冷却时会转变成α+M的双相组织。图5是Fe-Cr相图，相图中显示，1Cr17不锈钢在800℃时便有奥氏体析出，会进入奥氏体和铁素体双相区。在实际生产过程中，退火温度为810℃左右，显然已进入奥氏体和铁素体双相区。金相组织和硬度测试也表明退火后的材料内存在α+M的双相组织。所以，1Cr17不锈钢在冲压之前的退火工艺温度过高，使材料在退火加热时进入α+γ双相区，导致材料冷却到室温后其组织转变为α+M的双相组织。

马氏体组织有两种形态，分别是片状和板条状。板条状马氏体往往出现在低碳钢中，在1Cr17不锈钢中出现的马氏体应为板条状马氏体。板条状马氏体内存在高密度位错，产生亚结构强化，因此具有高的强度和硬度，而韧性塑性较差，最终导致材料整体的塑性下降。同时，发生马氏体转变后，由于奥氏体的密度较马氏体的密度大，因此马氏体转变会造成体积膨胀，从而在材料内产生内应力，加剧了材料的塑性降低，最终导致材料在冲压时发生开裂。

4 结论

综上所述，采用1Cr17不锈钢制作餐勺具有良好的耐蚀性，但在冲压过程中往往会出现开裂现象而无法使用，也使正常生产无法进行。为解决这一问题，本文开展了对冲压开裂现象形成原因的分析研究工作。结果表明，该产品冲压开裂的主要原因是不恰当的热处理导致1Cr17不锈钢在退火过程中进入α+γ双相区，最终在冷却到室温后出现马氏体相，马氏体大大降低了材料的塑性和韧性，导致了冲压开裂。因此建议降低退火温度至800℃以下。

参考文献：

[1] 赵航.1Cr17不锈钢带冷冲压裂纹的消除[J].物理测试.2004（5）：39-40

[2] 许恒庭，陈莉，肖美立，武英英.不锈钢导管开裂原因分析[J].全国失效分析学术会议.2013