CN101643886A - 刀具用不锈钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刀具用不锈钢及其制备方法。该钢所含化学组分的重量百分比为：C：0.20～0.65，Si：0.10～0.50，Mn：0.10～0.60，P：0.010～0.030，S：0.005～0.015，Cr：14～17，Nb：0.01～0.30，Ti：0.005～0.025，W：0.50～1.50，Al：0.005～0.30，余量为Fe和不可避免的杂质；该钢的化学组分还满足：Cr当量为14.14～17.41，Ni当量为6.30～19.63。该钢的制备方法包括感应炉炼钢、钢锭模浇注、可逆式轧机轧制、轧后堆冷和热处理等步骤。利用该钢制造的刀具不崩口、能保持持久锋利，适用于制造厨房刀具、剪刀及手术刀。本发明的制备方法性能优良，生产操作简单，产品质量易控制，成本低。

Description

刀具用不锈钢及其制造方法

技术领域

本发明属于不锈钢制造领域，具体涉及一种刀具用不锈钢及其制造方法。

背景技术

不锈钢材料具有不生锈、耐用、美观的特点，被刀具生产企业广泛应用于制作厨房刀具、剪刀及手术刀具。但常用的不锈钢材料硬度低、耐磨性不够理想，刀刃锋利度差且保持时间短。随着经济的发展、人们生活水平地提高，人们对刀具性能提出了更高的要求，因此，也有很多人在积极研发刀具用材料。

本发明之前，专利号为ZL 01126989.8的中国发明专利说明书公开了一种适用于刀具的铜合金材料，由Cu、Zn、Sn组成，其中按各原料的重量配比组成为：60～90％Cu、5～20％Zn、其余为金属Sn。该合金材料耐腐蚀耐磨，专用于制作食品餐饮类刀具，包括各种规格的切菜刀、水果刀、熟食刀等。专利申请号为200710011128.8的中国发明专利申请公开说明书介绍了一种刀具专用钢材，其各成分的重量百分比为：0.85～0.95％C，0.4～0.5％Si，0.4～0.5％Mn，P≤0.03％，S≤0.02％，14.5～15.5％Cr，0.4～0.6％Mo，0.2～0.3％V，其余为Fe以及不可避免的微量杂质，该发明通过提高材料中碳的含量来提高钢的强度和硬度。

以上技术中，前者文献记载铜合金材料以铜为基体，生产成本高，而且热加工性能差，需要采用粉末冶金方法制造，工艺复杂、生产效率低。后者文献所介绍的不锈钢材料为提高硬度，添加了质量分数为0.7％以上的C，但是实践证明不锈钢中添加C含量超过0.7％就成为过共析钢，将形成粗大的脆性共晶碳化物，使钢材加工时易开裂，并且做成刀具时极易崩口；并且该材料的Cr含量低，不能满足不锈钢所要求的最低12％Cr含量，其耐蚀性差、易生锈，而且淬火后还需经-80℃的深冷处理，刀具残余应力高、变形大、易开裂，现场生产也难以实现。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种刀具用不锈钢及其制造方法，使用该不锈钢加工成的刀具不易崩口，不卷刃，刀刃保持持久锋利并更耐磨。

为实现上述目的，本发明所提供的刀具用不锈钢，其化学组分按重量百分比为：C：0.20～0.65，Si：0.10～0.50，Mn：0.10～0.60，P：0.010～0.030，S：0.005～0.015，Cr：14～17，Nb：0.01～0.30，Ti：0.005～0.025，W：0.50～1.50，Al：0.005～0.30，余量为Fe和不可避免的杂质；该钢的化学组分还满足：Cr当量为14.14～17.41，Ni当量为6.30～19.63，其中：

Cr当量＝Cr％+Mo％+1.5×Si％+0.5×Nb％

Ni当量＝Ni％+30×C％+0.5×Mn％。

进一步地，本发明所提供的刀具用不锈钢，其化学组分中还含有重量百分比为0.30～1.00的Mo，以代替部分Fe。

更进一步地，本发明所提供的刀具用不锈钢，其化学组分中还含有重量百分比为0.20～1.10的V，以代替部分Fe。

本发明的刀具用不锈钢的制造方法，包括感应炉炼钢、浇注、轧制、堆冷和热处理。其中：所述感应炉炼钢的精炼时间控制在15～30min，出钢温度控制在1530～1580℃，出钢前5～7min加钛线；所述浇注是在出完钢后镇静3～8min，再开始浇注；所述轧制的开轧温度控制在1100～1250℃，终轧温度控制在800～850℃，轧后堆冷；所述热处理过程中，退火预处理的温度控制在600～800，随炉冷却至室温；淬火的温度控制在950～1160℃，出炉空冷；回火的温度控制在150～250，出炉空冷，最终获得成品。

本发明的刀具用不锈钢中各合金成分含量限定的原因及效果如下：

碳(C)是决定钢硬度和强度的主要元素，促进形成碳化物和提高淬火马氏体中的固溶碳量增加其畸变度，随着C含量的增加，钢的强度、硬度增加，而钢的塑性和韧性下降。由于刀具要求材料具有良好的硬度，所以C含量不宜太低，但是如果C含量过高，将形成粗大的脆性共晶碳化物，使钢材加工时易开裂，并且做成刀具时极易崩口。将C含量目标值控制在0.20～0.65％范围内，既保障了钢材的良好塑性和韧性，可保证刀具不崩口，又保持了刀具的锋利度、耐磨性、能保持持久锋利。

硅(Si)主要作为炼钢时的脱氧元素，同时也具有一定的强化作用，但含量高时易促进钢中的碳形成石墨，从而造成钢中的软点存在，因此将Si含量目标值控制在0.10～0.50％范围内。

锰(Mn)与上述Si一起添加发挥复合脱氧作用，同时也能与钢中的S结合形成MnS，避免Fe与S结合形成低熔点的共晶FeS而产生热脆性。但含量高时无显著的有益作用，因此，本发明将Mn含量目标值控制在0.10～0.60％范围内。

铬(Cr)是不锈钢的主要元素，其含量需高于13％才具有完全的防锈能力，Cr含量高、耐蚀性高，但含量高时易形成脆性Cr的金属间化合物，因此将Cr含量目标值控制在14～16％范围内。

钨(W)作为强碳化物形成元素，易与C结合形成高熔点的硬质WC质点，增强刀具的锋利度和耐用度，而且提高刀具的抗回火软化能力，W优选含量为0.5～1.5％。

铝(Al)既是强脱氧剂，可对钢液进行深脱氧、减少钢中非金属夹杂物含量，又可有效的细化晶粒，从而提高了钢的韧、塑性，Al优选含量为0.005～0.30％。

铌(Nb)和钛(Ti)是为了形成细小的NbC和TiC第二相粒子，阻止钢加热时晶粒长大，保证钢中组织细化、提高强韧性，同时抑制Cr₂₃C₆碳化物在钢中晶界上的析出，降低不锈钢的晶间腐蚀敏感性。同时添加Ti还可提高钢焊接性能。Nb和Ti复合添加时，Nb优选含量为0.01～0.30％，Ti优选含量为0.005～0.025％。

本发明中对钢材限定Cr当量在14.14～17.41、Ni当量在6.30～19.63范围的原因是，Cr是铁素体形成元素，Ni是奥氏体形成元素，将其它的铁素体形成元素和奥氏体形成元素按其作用大小分别折合成Cr含量和Ni含量，即所谓的Cr当量和Ni当量。Cr当量过高而Ni当量过低的不锈钢，室温组织是铁素体组织，反之是奥氏体组织。本发明对Cr当量和Ni当量进行限定，能尽量避免形成铁素体，以期获得马氏体组织，同时保留有少量的未转变成马氏体的残余奥氏体。

在本发明的刀具用不锈钢中进一步的添加钼(Mo)后，能推迟钢淬火冷却时中温转变产物珠光体的转变，从而提高钢产品的淬透性；另外，适量的Mo可有效抑制钢的回火脆性，能使刀刃保持更持久锋利。本发明中Mo优选含量控制在0.30～1.00％。

在本发明的刀具用不锈钢中进一步的添加钒(V)后，能够进一步细化晶粒，改善钢材强韧性，使刀具更不易崩口、不易卷刃。但是含量过高会降低钢的淬透性能，本发明添加的V优选含量为0.20～1.10％。

由上述化学组成和制造方法所获得的刀具用不锈钢具有“隐晶马氏体+粒状碳化物+残余奥氏体”复合组织，而隐晶马氏体和粒状碳化物具有很高的硬度，可充分保证不卷刃、有很好的锋利度、耐磨性，残余奥氏体具有很高的韧性，可保证刀具不崩口、能保持持久锋利。经试验证明，本发明的钢具有高硬度、高韧性和很好的耐腐蚀性，适用于制造厨房刀具、剪刀及手术。同时本发明的制造方法工艺性能优良，生产操作简单，产品质量易控制，成材率高，成本低。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的刀具用不锈钢及其制造方法作进一步的详细描述：

本发明刀具用不锈钢的12种具体实施例的化学成分依次列于表1中。这12种刀具用不锈钢的制造方法如下：

1)感应炉炼钢：以软铁为主原料进行配料，采用废碳素电极作为增碳剂，渣料以CaO为主，精炼时间控制在15～30min，出钢温度控制在1530～1580℃，出钢前5～7min加钛线；

2)钢锭模浇注：在出完钢后镇静3～8min开始浇注，细流垫底，待钢液铺满模底后，加大注速，保持钢液平稳上升，到冒口处改为细流填充；浇铸完毕后立即加入发热剂碳化稻壳；

3)轧制、堆冷：采用可逆式轧机往返可逆轧制，开轧温度控制在1100℃～1250℃，终轧温度控制在800～850℃，轧制过程严禁喷水，轧后堆冷；

4)热处理：退火预处理时温度控制在600～800℃加热保温，随炉冷却至室温；淬火时温度控制在950～1160℃加热保温，出炉空冷；回火时温度控制在150～250℃加热保温，出炉空冷，即得成品。

表1实施例1～12的刀具用不锈钢中的化学成分(Wt，％)

实施例	C	Si	Mn	P	S	Cr	W	Ti	Nb	Al	Mo	V	Cr当量	Ni当量
															1	0.2	0.24	0.59	0.011	0.0076	16.52	0.9	0.017	0.079	0.045	0.99	0.5	16.92	6.30
2	0.32	0.29	0.34	0.010	0.006	15.5	0.5	0.016	0.01	0.008	0	0.2	15.99	9.77
															3	0.41	0.26	0.32	0.012	0.007	16.3	0.76	0.018	0.11	0.03	0.43	1.09	16.75	124.6
4	0.37	0.24	0.26	0.010	0.0091	16.73	1.11	0.025	0.12	0.005	0.56	0	17.15	11.23
															5	0.59	0.25	0.27	0.013	0.0098	16.66	0.82	0.016	0.091	0.017	0.44	0.38	17.08	17.84
6	0.62	0.27	0.60	0.012	0.0075	17.0	1.22	0.021	0.11	0.007	0.3	0.92	17.41	18.73

7	0.65	0.23	0.25	0.013	0.0093	16.68	1.1	0.014	0.073	0.005	0	1.10	17.06	19.63
															8	0.56	0.50	0.19	0.027	0.0027	15.37	1.5	0.009	0.19	0.3	0.63	0	16.26	16.90
9	0.53	0.10	0.3	0.030	0.015	14.00	0.69	0.006	0.21	0.26	0	0.61	14.14	16.05
															10	0.28	0.49	0.23	0.029	0.0083	16.36	1.28	0.0052	0.09	0.19	1.0	0.70	17.14	8.52
11	0.49	0.35	0.23	0.028	0.0076	15.95	1.23	0.005	0.19	0.11	1.0	0.75	16.57	14.82
															12	0.64	0.36	0.1	0.030	0.0076	15.84	1.16	0.008	0.3	0.15	0	0	16.53	19.25

对表1中实施例1～12的刀具用不锈钢的力学性能试验结果相应列入表2：

表2：实施例1～12的刀具用不锈钢力学性能检测结果。

实施例	试样规格	硬度/HRC	20℃夏比冲击吸收功AKu2/J
				1	10mm	55.2	186
2	10mm	56.1	164
				3	10mm	61.7	132
4	10mm	56.4	145
				5	10mm	57.0	156
6	10mm	58.6	153
				7	10mm	59.3	166
8	10mm	57.8	169
				9	10mm	58.7	144
10	10mm	55.1	142
				11	10mm	61.6	156
12	10mm	59.8	131

通过对上述12个实施例的产品进行硬度和夏比冲击吸收功等力学性能检测结果分析表明：本发明钢的硬度/HRC值均超过55，20℃夏比冲击吸收功均超过130J，证明本发明的刀具用不锈钢具有很好的硬度和良好的韧性。

Claims (4)

1.一种刀具用不锈钢，其特征在于：该钢所含化学组分的重量百分比为：C：0.20～0.65，Si：0.10～0.50，Mn：0.10～0.60，P：0.010～0.030，S：0.005～0.015，Cr：14～17，Nb：0.01～0.30，Ti：0.005～0.025，W：0.50～1.50，Al：0.005～0.30，余量为Fe和不可避免的杂质；该钢的化学组分还满足：Cr当量为14.14～17.41，Ni当量为6.30～19.63，其中：

Cr当量＝Cr％+Mo％+1.5×Si％+0.5×Nb％；

Ni当量＝Ni％+30×C％+0.5×Mn％。

2.根据权利要求1所述的刀具用不锈钢，其特征在于：该钢的化学组分中还含有重量百分比为0.30～1.00的Mo。

3.根据权利要求1或2所述的刀具用不锈钢，其特征在于：该钢的化学组分中还含有重量百分比为0.20～1.10的V。

4.一种权利要求1所述刀具用不锈钢的制备方法，包括感应炉炼钢、浇注、轧制、堆冷和热处理，其特征在于：

所述感应炉炼钢的精炼时间控制在15～30min，出钢温度控制在1530～1580℃，出钢前5～7min加钛线；

所述浇注是在出完钢后镇静3～8min，再开始浇注；

所述轧制的开轧温度控制在1100～1250℃，终轧温度控制在800～850℃，轧后堆冷；

所述热处理过程中，退火预处理的温度控制在600～800℃，随炉冷却至室温；淬火的温度控制在950～1160℃，出炉空冷；回火的温度控制在150～250℃，出炉空冷。