手表行業(yè)是不銹鋼材料使用總量較少而產(chǎn)品功能提升顯著,亦能輔助提高產(chǎn)品附加值的民生鋼鐵應用領域之一,歷史上瑞士高級制表品牌就曾有過“鋼比金貴”的故事。手表外觀件通常使用的不銹鋼材料304、316L、904L都是奧氏體不銹鋼。
奧氏體不銹鋼(austenitic stainless steel)指室溫組織為穩(wěn)定的面心立方結(jié)構(gòu)的不銹鋼。奧氏體不銹鋼具有較高的耐腐蝕性和較好的綜合力學性能,包括適當?shù)膹姸?、良好的塑性、韌性及延展性,其冷、熱加工及成型性能都不錯。奧氏體不銹鋼無冷脆現(xiàn)象,具有良好的低溫性能和焊接性能,且一般情況下不具鐵磁性。奧氏體不銹鋼強度不高、切削性能不好的不足,可通過添加其他元素的辦法,以及冷作加工或金屬間化合物沉淀析出等工藝來改善和提高。
304不銹鋼是典型的18-8型鉻鎳奧氏體不銹鋼,也是最常用的工業(yè)品級不銹鋼,上世紀90年代起我國手表行業(yè)開始用其制造手表外觀件。304不銹鋼低碳(0.07%)、高鎳(8-10.5%)、高鉻(17.5-19.5%)的合金設計,使之具有良好力學性能和耐腐蝕性能,包括不銹、耐酸堿鹽等化學侵蝕性腐蝕和抗晶間腐蝕能力。
隨著超低碳316L不銹鋼的大量進口和國產(chǎn)化替代,千禧年后我國手表品牌也逐漸開始使用316L不銹鋼。316L不銹鋼以18-8型鉻鎳合金成分為基,降低碳含量(0.03%),略降鉻含量(16-18%),加大鎳含量(10-14%),增加鉬元素(2-3%),以增強其力學性能和耐點腐蝕、間隙腐蝕能力。1972年瑞士愛彼皇家橡樹面市,開創(chuàng)高級制表品牌使用316L優(yōu)質(zhì)不銹鋼替代貴金屬制作手表外觀件的先河,也間接傳播和提升了優(yōu)質(zhì)不銹鋼的價值。
業(yè)內(nèi)也有稱優(yōu)質(zhì)不銹鋼為“精鋼”的,實際上精鋼與優(yōu)質(zhì)不銹鋼無關。歷史上“精鋼”之稱始于西域。漢朝張騫出使西域時帶回了制作精鋼用的碳粉等物質(zhì),漢朝工匠使用當時領先于西方的煉鐵技術和鐵器鍛造技術,在鑄鐵時按比例添加碳粉等元素,去除無用雜質(zhì)得到比西域更優(yōu)良的精鋼,制作兵器裝備軍隊輔佐漢朝強盛于世。古時所說的精鋼就是鐵碳元素混合的、品質(zhì)優(yōu)于純鐵的合成金屬?,F(xiàn)代鋼鐵和學術領域也無“精鋼”之術語,工程上亦不用此稱。精鋼是對碳素工具鋼、碳素合金鋼的俗稱,而非指優(yōu)質(zhì)不銹鋼。
被稱為超級不銹鋼的904L則進一步降低碳含量(0.02%),加大鎳(24-26%)、鉻(19-21%)、鉬(4-5%)含量,同時增加銅(1-2%)、氮(0.1%)元素,減少磷、硫等雜質(zhì),從而進一步提升材料的力學性能和耐腐蝕能力,并使之具有抗菌功能。
瑞士勞力士品牌自1985年起使用904L全面替代316L制造手表外觀件,30多年來勞力士表超強的耐腐蝕性能和優(yōu)異的表面處理效果已成為品牌的重要特點和賣點,而含銅不銹鋼具有的抗菌功能則是在1996年日本致病性大腸桿菌0-157肆虐后才被發(fā)現(xiàn)的。銅作為合金元素加入不銹鋼中,不僅可提高強度和沖擊韌性,還能增強耐腐蝕性和抗菌性。理論上奧氏體不銹鋼的抗菌機制是在冶煉過程中通過合金化方式,添加銅元素并均勻彌散于材料中,再經(jīng)過時效熱處理析出富銅相而產(chǎn)生抗菌作用。
盡管316L和904L同屬18-8型奧氏體不銹鋼的衍生鋼種,但其內(nèi)涵和功能還是有區(qū)別的。前者隨著合金設計技術和精煉裝備的進步,有針對性地提升不銹鋼材料性能。而后者則在進一步提升不銹鋼材料性能的同時,賦予其全新的抗菌功能。作為與人體皮膚直接且長時間接觸的手表外觀件若能具備抗菌功能,更符合可穿戴產(chǎn)品的安全、環(huán)保需求,含銅抗菌超級不銹鋼具有巨大的潛在價值。
近十年來國內(nèi)外手表外觀件實驗性應用過的高氮鋼也屬于奧氏體不銹鋼。高氮鋼具有比300系不銹鋼更高的硬度和耐腐蝕性,更好的耐磨性和拋光效果,特別是其低鎳(1.8%-2%)或不含鎳的合金成分,使其具有良好的生物相容性和環(huán)境友好性。高氮鋼用于手表外觀件、首飾、皮帶扣和背包帶扣等與人體皮膚直接且長時間接觸的產(chǎn)品不易引發(fā)皮膚過敏現(xiàn)象,無鎳高氮鋼制品則完全不致敏,是一種應用前景可期的BIO不銹鋼材料。
竊以為,含銅超級不銹鋼、高氮鋼等目前還沒被國內(nèi)手表行業(yè)完整認知和積極應用的主要原因及應對有四點。其一,這些僅為少數(shù)國際品牌使用過,或尚處應用實驗階段的鋼種與316L等常用不銹鋼相比價格不具優(yōu)勢,而傳統(tǒng)手表企業(yè)對原材料價格的敏感遠遠超過對其性能的關注。這些材料的價格不僅與鎳、鉬等元素價格以及進口鋼材昂貴有關,也與其應用的廣泛性,即產(chǎn)量/消費量相關,物稀則貴。顯然,國內(nèi)相關研發(fā)的重點應放在實現(xiàn)性能和降低成本方面,而應用的前提則是制造商和消費者對其優(yōu)異性能的了解和共識。
其二,這些材料獨特的功能及價值,譬如含銅超級不銹鋼的抗菌乃至抗病毒功能、高氮鋼的防過敏乃至不過敏功能,還沒被制造商和市場完全了解而導致關注度不夠,應用積極性不高。上世紀九十年代日本發(fā)現(xiàn)致病性大腸桿菌傳染病后,日本鋼鐵行業(yè)和科技界著力研制并大力推廣應用含銅抗菌不銹鋼的歷史,也許可以啟迪或激發(fā)國內(nèi)市場和消費者在后新冠疫情時期,對有助人體安全、環(huán)境衛(wèi)生的抗菌不銹鋼的認識和需求。這類特鋼材料被廣泛應用而激活其潛在價值的機會已出現(xiàn)。
其三,通用不銹鋼手表外觀件的機加工工藝,包括沖壓、熱處理工藝以及刀具、加工裝備的選擇不能完全適應或符合高氮鋼、含銅超級不銹鋼的材料特性,導致現(xiàn)階段加工存在一定難度而加工成本偏高。而根據(jù)材料特性做好適應性工藝調(diào)整和改進后,加工應非難題,加工成本也將隨之降低。
其四,國內(nèi)手表行業(yè)與材料行業(yè)缺少有效地跨界溝通和合作。作為優(yōu)質(zhì)材料的生產(chǎn)商和手表制造商,雙方幾乎處于“雞犬之聲相聞,老死不相往來”的尷尬境地,很多優(yōu)質(zhì)材料“養(yǎng)在深閨人不知”。鋼鐵企業(yè)對用量小且非主流的特殊鋼種的生產(chǎn)及推廣不甚重視,院校和科研機構(gòu)對此也難做到持續(xù)的、有的放矢的針對性研發(fā),這些囿于產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)重點和商業(yè)主流價值的做法無可厚非,也很難徹底改變,國際高級制表品牌面對的大環(huán)境亦如此。
品牌競爭意識決定了國際高級制表企業(yè)發(fā)展、布局的前瞻性和高度,他們關注并重視材料應用帶來的獨特競爭優(yōu)勢,敢為人先并舍得投資材料研發(fā)和應用。相比之下國內(nèi)手表企業(yè),特別是頭部企業(yè)對材料應用的意義和作用重視不夠、投入不足,這是國產(chǎn)手表品牌與國際高級制表品牌在材料應用上差距不斷擴大的主要原因,也是中外手表企業(yè)技術能力和品牌價值差距越來越大的原因之一。
臨淵羨魚不如退而結(jié)網(wǎng)。我們在國產(chǎn)含銅抗菌超級不銹鋼用于手表外觀件的實驗中發(fā)現(xiàn)銅元素以固溶態(tài)均勻存在于合金中同樣具有較好的抗菌作用,其抗菌性能已達到進口材料抗菌水平,對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的抗菌率均可達到99.99%;其力學性能、耐腐蝕性能優(yōu)于316L,成型和加工性能與316L相當,符合手表外觀件的要求;與進口材料相比價格優(yōu)勢明顯,基本實現(xiàn)了階段性研發(fā)目標。進一步的應用試驗和擴展抗菌范圍的研發(fā)也在按既定方向進行中。