專(zhuān)利名稱(chēng)：刀具用不銹鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于不銹鋼制造領(lǐng)域，具體涉及一種刀具用不銹鋼及其制造方法。

背景技術(shù)：
不銹鋼材料具有不生銹、耐用、美觀的特點(diǎn)，被刀具生產(chǎn)企業(yè)廣泛應(yīng)用于制作廚房刀具、剪刀及手術(shù)刀具。但常用的不銹鋼材料硬度低、耐磨性不夠理想，刀刃鋒利度差且保持時(shí)間短。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人們生活水平地提高，人們對(duì)刀具性能提出了更高的要求，因此，也有很多人在積極研發(fā)刀具用材料。
本發(fā)明之前，專(zhuān)利號(hào)為ZL 01126989.8的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)公開(kāi)了一種適用于刀具的銅合金材料，由Cu、Zn、Sn組成，其中按各原料的重量配比組成為60～90％Cu、5～20％Zn、其余為金屬Sn。該合金材料耐腐蝕耐磨，專(zhuān)用于制作食品餐飲類(lèi)刀具，包括各種規(guī)格的切菜刀、水果刀、熟食刀等。專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?00710011128.8的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)說(shuō)明書(shū)介紹了一種刀具專(zhuān)用鋼材，其各成分的重量百分比為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，其余為Fe以及不可避免的微量雜質(zhì)，該發(fā)明通過(guò)提高材料中碳的含量來(lái)提高鋼的強(qiáng)度和硬度。
以上技術(shù)中，前者文獻(xiàn)記載銅合金材料以銅為基體，生產(chǎn)成本高，而且熱加工性能差，需要采用粉末冶金方法制造，工藝復(fù)雜、生產(chǎn)效率低。后者文獻(xiàn)所介紹的不銹鋼材料為提高硬度，添加了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.7％以上的C，但是實(shí)踐證明不銹鋼中添加C含量超過(guò)0.7％就成為過(guò)共析鋼，將形成粗大的脆性共晶碳化物，使鋼材加工時(shí)易開(kāi)裂，并且做成刀具時(shí)極易崩口；并且該材料的Cr含量低，不能滿(mǎn)足不銹鋼所要求的最低12％Cr含量，其耐蝕性差、易生銹，而且淬火后還需經(jīng)-80℃的深冷處理，刀具殘余應(yīng)力高、變形大、易開(kāi)裂，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)也難以實(shí)現(xiàn)。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要提供一種刀具用不銹鋼及其制造方法，使用該不銹鋼加工成的刀具不易崩口，不卷刃，刀刃保持持久鋒利并更耐磨。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的刀具用不銹鋼，其化學(xué)組分按重量百分比為C0.20～0.65，Si0.10～0.50，Mn0.10～0.60，P0.010～0.030，S0.005～0.015，Cr14～17，Nb0.01～0.30，Ti0.005～0.025，W0.50～1.50，Al0.005～0.30，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；該鋼的化學(xué)組分還滿(mǎn)足Cr當(dāng)量為14.14～17.41，Ni當(dāng)量為6.30～19.63，其中 Cr當(dāng)量＝Cr％+Mo％+1.5×Si％+0.5×Nb％ Ni當(dāng)量＝Ni％+30×C％+0.5×Mn％。
進(jìn)一步地，本發(fā)明所提供的刀具用不銹鋼，其化學(xué)組分中還含有重量百分比為0.30～1.00的Mo，以代替部分Fe。
更進(jìn)一步地，本發(fā)明所提供的刀具用不銹鋼，其化學(xué)組分中還含有重量百分比為0.20～1.10的V，以代替部分Fe。
本發(fā)明的刀具用不銹鋼的制造方法，包括感應(yīng)爐煉鋼、澆注、軋制、堆冷和熱處理。其中所述感應(yīng)爐煉鋼的精煉時(shí)間控制在15～30min，出鋼溫度控制在1530～1580℃，出鋼前5～7min加鈦線；所述澆注是在出完鋼后鎮(zhèn)靜3～8min，再開(kāi)始澆注；所述軋制的開(kāi)軋溫度控制在1100～1250℃，終軋溫度控制在800～850℃，軋后堆冷；所述熱處理過(guò)程中，退火預(yù)處理的溫度控制在600～800，隨爐冷卻至室溫；淬火的溫度控制在950～1160℃，出爐空冷；回火的溫度控制在150～250，出爐空冷，最終獲得成品。
本發(fā)明的刀具用不銹鋼中各合金成分含量限定的原因及效果如下 碳(C)是決定鋼硬度和強(qiáng)度的主要元素，促進(jìn)形成碳化物和提高淬火馬氏體中的固溶碳量增加其畸變度，隨著C含量的增加，鋼的強(qiáng)度、硬度增加，而鋼的塑性和韌性下降。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含量過(guò)高，將形成粗大的脆性共晶碳化物，使鋼材加工時(shí)易開(kāi)裂，并且做成刀具時(shí)極易崩口。將C含量目標(biāo)值控制在0.20～0.65％范圍內(nèi)，既保障了鋼材的良好塑性和韌性，可保證刀具不崩口，又保持了刀具的鋒利度、耐磨性、能保持持久鋒利。
硅(Si)主要作為煉鋼時(shí)的脫氧元素，同時(shí)也具有一定的強(qiáng)化作用，但含量高時(shí)易促進(jìn)鋼中的碳形成石墨，從而造成鋼中的軟點(diǎn)存在，因此將Si含量目標(biāo)值控制在0.10～0.50％范圍內(nèi)。
錳(Mn)與上述Si一起添加發(fā)揮復(fù)合脫氧作用，同時(shí)也能與鋼中的S結(jié)合形成MnS，避免Fe與S結(jié)合形成低熔點(diǎn)的共晶FeS而產(chǎn)生熱脆性。但含量高時(shí)無(wú)顯著的有益作用，因此，本發(fā)明將Mn含量目標(biāo)值控制在0.10～0.60％范圍內(nèi)。
鉻(Cr)是不銹鋼的主要元素，其含量需高于13％才具有完全的防銹能力，Cr含量高、耐蝕性高，但含量高時(shí)易形成脆性Cr的金屬間化合物，因此將Cr含量目標(biāo)值控制在14～16％范圍內(nèi)。
鎢(W)作為強(qiáng)碳化物形成元素，易與C結(jié)合形成高熔點(diǎn)的硬質(zhì)WC質(zhì)點(diǎn)，增強(qiáng)刀具的鋒利度和耐用度，而且提高刀具的抗回火軟化能力，W優(yōu)選含量為0.5～1.5％。
鋁(Al)既是強(qiáng)脫氧劑，可對(duì)鋼液進(jìn)行深脫氧、減少鋼中非金屬夾雜物含量，又可有效的細(xì)化晶粒，從而提高了鋼的韌、塑性，Al優(yōu)選含量為0.005～0.30％。
鈮(Nb)和鈦(Ti)是為了形成細(xì)小的NbC和TiC第二相粒子，阻止鋼加熱時(shí)晶粒長(zhǎng)大，保證鋼中組織細(xì)化、提高強(qiáng)韌性，同時(shí)抑制Cr23C6碳化物在鋼中晶界上的析出，降低不銹鋼的晶間腐蝕敏感性。同時(shí)添加Ti還可提高鋼焊接性能。Nb和Ti復(fù)合添加時(shí)，Nb優(yōu)選含量為0.01～0.30％，Ti優(yōu)選含量為0.005～0.025％。
本發(fā)明中對(duì)鋼材限定Cr當(dāng)量在14.14～17.41、Ni當(dāng)量在6.30～19.63范圍的原因是，Cr是鐵素體形成元素，Ni是奧氏體形成元素，將其它的鐵素體形成元素和奧氏體形成元素按其作用大小分別折合成Cr含量和Ni含量，即所謂的Cr當(dāng)量和Ni當(dāng)量。Cr當(dāng)量過(guò)高而Ni當(dāng)量過(guò)低的不銹鋼，室溫組織是鐵素體組織，反之是奧氏體組織。本發(fā)明對(duì)Cr當(dāng)量和Ni當(dāng)量進(jìn)行限定，能盡量避免形成鐵素體，以期獲得馬氏體組織，同時(shí)保留有少量的未轉(zhuǎn)變成馬氏體的殘余奧氏體。
在本發(fā)明的刀具用不銹鋼中進(jìn)一步的添加鉬(Mo)后，能推遲鋼淬火冷卻時(shí)中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物珠光體的轉(zhuǎn)變，從而提高鋼產(chǎn)品的淬透性；另外，適量的Mo可有效抑制鋼的回火脆性，能使刀刃保持更持久鋒利。本發(fā)明中Mo優(yōu)選含量控制在0.30～1.00％。
在本發(fā)明的刀具用不銹鋼中進(jìn)一步的添加釩(V)后，能夠進(jìn)一步細(xì)化晶粒，改善鋼材強(qiáng)韌性，使刀具更不易崩口、不易卷刃。但是含量過(guò)高會(huì)降低鋼的淬透性能，本發(fā)明添加的V優(yōu)選含量為0.20～1.10％。
由上述化學(xué)組成和制造方法所獲得的刀具用不銹鋼具有“隱晶馬氏體+粒狀碳化物+殘余奧氏體”復(fù)合組織，而隱晶馬氏體和粒狀碳化物具有很高的硬度，可充分保證不卷刃、有很好的鋒利度、耐磨性，殘余奧氏體具有很高的韌性，可保證刀具不崩口、能保持持久鋒利。經(jīng)試驗(yàn)證明，本發(fā)明的鋼具有高硬度、高韌性和很好的耐腐蝕性，適用于制造廚房刀具、剪刀及手術(shù)。同時(shí)本發(fā)明的制造方法工藝性能優(yōu)良，生產(chǎn)操作簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量易控制，成材率高，成本低。

具體實(shí)施例方式 以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的刀具用不銹鋼及其制造方法作進(jìn)一步的詳細(xì)描述 本發(fā)明刀具用不銹鋼的12種具體實(shí)施例的化學(xué)成分依次列于表1中。這12種刀具用不銹鋼的制造方法如下 1)感應(yīng)爐煉鋼以軟鐵為主原料進(jìn)行配料，采用廢碳素電極作為增碳劑，渣料以CaO為主，精煉時(shí)間控制在15～30min，出鋼溫度控制在1530～1580℃，出鋼前5～7min加鈦線； 2)鋼錠模澆注在出完鋼后鎮(zhèn)靜3～8min開(kāi)始澆注，細(xì)流墊底，待鋼液鋪滿(mǎn)模底后，加大注速，保持鋼液平穩(wěn)上升，到冒口處改為細(xì)流填充；澆鑄完畢后立即加入發(fā)熱劑碳化稻殼； 3)軋制、堆冷采用可逆式軋機(jī)往返可逆軋制，開(kāi)軋溫度控制在1100℃～1250℃，終軋溫度控制在800～850℃，軋制過(guò)程嚴(yán)禁噴水，軋后堆冷； 4)熱處理退火預(yù)處理時(shí)溫度控制在600～800℃加熱保溫，隨爐冷卻至室溫；淬火時(shí)溫度控制在950～1160℃加熱保溫，出爐空冷；回火時(shí)溫度控制在150～250℃加熱保溫，出爐空冷，即得成品。
表1實(shí)施例1～12的刀具用不銹鋼中的化學(xué)成分(Wt，％) 對(duì)表1中實(shí)施例1～12的刀具用不銹鋼的力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果相應(yīng)列入表2 表2實(shí)施例1～12的刀具用不銹鋼力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果。
通過(guò)對(duì)上述12個(gè)實(shí)施例的產(chǎn)品進(jìn)行硬度和夏比沖擊吸收功等力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果分析表明本發(fā)明鋼的硬度/HRC值均超過(guò)55，20℃夏比沖擊吸收功均超過(guò)130J，證明本發(fā)明的刀具用不銹鋼具有很好的硬度和良好的韌性。
權(quán)利要求
1.一種刀具用不銹鋼，其特征在于該鋼所含化學(xué)組分的重量百分比為C0.20～0.65，Si0.10～0.50，Mn0.10～0.60，P0.010～0.030，S0.005～0.015，Cr14～17，Nb0.01～0.30，Ti0.005～0.025，W0.50～1.50，Al0.005～0.30，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；該鋼的化學(xué)組分還滿(mǎn)足Cr當(dāng)量為14.14～17.41，Ni當(dāng)量為6.30～19.63，其中
Cr當(dāng)量＝Cr％+Mo％+1.5×Si％+0.5×Nb％；
Ni當(dāng)量＝Ni％+30×C％+0.5×Mn％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刀具用不銹鋼，其特征在于該鋼的化學(xué)組分中還含有重量百分比為0.30～1.00的Mo。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的刀具用不銹鋼，其特征在于該鋼的化學(xué)組分中還含有重量百分比為0.20～1.10的V。
4.一種權(quán)利要求1所述刀具用不銹鋼的制備方法，包括感應(yīng)爐煉鋼、澆注、軋制、堆冷和熱處理，其特征在于
所述感應(yīng)爐煉鋼的精煉時(shí)間控制在15～30min，出鋼溫度控制在1530～1580℃，出鋼前5～7min加鈦線；
所述澆注是在出完鋼后鎮(zhèn)靜3～8min，再開(kāi)始澆注；
所述軋制的開(kāi)軋溫度控制在1100～1250℃，終軋溫度控制在800～850℃，軋后堆冷；
所述熱處理過(guò)程中，退火預(yù)處理的溫度控制在600～800℃，隨爐冷卻至室溫；淬火的溫度控制在950～1160℃，出爐空冷；回火的溫度控制在150～250℃，出爐空冷。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種刀具用不銹鋼及其制備方法。該鋼所含化學(xué)組分的重量百分比為C0.20～0.65，Si0.10～0.50，Mn0.10～0.60，P0.010～0.030，S0.005～0.015，Cr14～17，Nb0.01～0.30，Ti0.005～0.025，W0.50～1.50，Al0.005～0.30，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；該鋼的化學(xué)組分還滿(mǎn)足Cr當(dāng)量為14.14～17.41，Ni當(dāng)量為6.30～19.63。該鋼的制備方法包括感應(yīng)爐煉鋼、鋼錠模澆注、可逆式軋機(jī)軋制、軋后堆冷和熱處理等步驟。利用該鋼制造的刀具不崩口、能保持持久鋒利，適用于制造廚房刀具、剪刀及手術(shù)刀。本發(fā)明的制備方法性能優(yōu)良，生產(chǎn)操作簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量易控制，成本低。
文檔編號(hào)C22C38/50GK101643886SQ200910063770
公開(kāi)日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2009年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月31日
發(fā)明者范植金, 劉振清, 劉吉斌, 羅國(guó)華, 朱玉秀, 陳顏堂, 翔 嚴(yán), 朱叢茂 申請(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司