一種刀劍用花紋鋼的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種花紋鋼，其主要由含有以下組分：C、Cr、S、Ni、Mn、Mo、V、Fe等組分；還含有Mg和Zn。本發(fā)明中的刀劍用花紋鋼具有堅韌耐磨的特性；具有抗菌抑菌的作用，可以保持所制得刀劍的鋒利，不因微生物腐蝕而降低切削性能；含硫量低，使其具有更加優(yōu)秀的韌性；添加有納米氧化鋁顆粒，可以提高刀劍用花紋鋼的回彈性能，提高其硬度。
【專利說明】
一種刀劍用花紋鋼
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及合金鋼制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種刀劍用花紋鋼?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]在我國漫長的歷史歲月中，劍起初作為一種高級冷兵器，主要被用于戰(zhàn)場上的殺戮，之后由于社會安定，作為高級兵器的劍成為了上層貴族的配飾，成為一種身份的象征， 之后也成為文人墨客用于標(biāo)榜自己身份的象征，漸漸的劍在較多的時間內(nèi)成為了一種象征身份的配飾。雖然，隨著技術(shù)的進(jìn)步，制作刀劍的合金鋼具有了較強的抗銹性能，而且制作的刀劍也具有良好的切削性能，韌性和硬度也相當(dāng)?shù)牟诲e;但是在刀劍材料發(fā)展的過程中仍舊有一些問題沒有解決，例如刀劍的抗菌功能，刀劍缺乏相應(yīng)的抗菌性能會造成以下幾點危害:1.刀劍表面存在的微生物會在代謝過程中分泌對劍身有害的腐蝕性物質(zhì)，這些物質(zhì)的腐蝕性比傳統(tǒng)的腐蝕具有更強的破壞性，會使劍身更快的腐蝕，某些腐蝕性分泌物，即使是在普通不銹鋼的表面也會發(fā)生腐蝕;2.如今的刀劍早已不是遠(yuǎn)古時期用來殺戮的武器，而更多的是用來觀賞和把玩，在把玩時難免會發(fā)生劃傷等危險事故，由于刀劍較鋒利， 劃傷后的傷口較深，如果劍身上有大量的有害微生物，會對人身健康造成不可挽回的損失。
[0003]中國專利公布號CN1158363和CN1504588A，分別在1997年9月3日和2004年6月16 日，公開了具有抗菌功能的不銹鋼，其都是在不銹鋼中適當(dāng)添加Cu，利用Cu具有的抗菌性能增進(jìn)不銹鋼的抗菌性能，但是這種即使方案存在以下缺點:1.Cu的價格高，添加Cu必然會大大的增加成本，經(jīng)濟性較差;2.如果將在奧氏體不銹鋼中添加Cu的技術(shù)移植到刀劍用花紋鋼中，Cu的添加會引起花紋鋼性能的大大降低，會降低花紋鋼的韌性和耐磨性能，反而降低了刀劍用花紋鋼的性能。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種堅韌耐磨，不易生銹而且具有抗菌功能的刀劍用花紋鋼。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0006]—種刀劍用花紋鋼，含有以下組分:C1.8?2.2wt%，Cr23?28wt%，Si0.6? 0 ? 8wt%，N1 ? 3?0 ? 5wt%，MnO ? 1 ?0 ? 2wt%，M〇0 ? 1 ?0 ? 3wt%，V0 ? 1 ?0 ? 2wt%，余量為Fe。
[0007]該刀劍用花紋鋼中C含量稍高于普通花紋鋼2?4wt%，是為了可以在冶煉之后的鍛打工藝中利用C脫除合金中不利元素0,使所制得的花紋鋼具有更優(yōu)良的性能。
[0008]作為優(yōu)選，花紋鋼中S<0.002wt%。
[0009]S元素作為花紋鋼的有害元素，要是其含量盡量少，雖然在合金鋼冶煉中會適當(dāng)添加脫硫劑，但是在冶煉中的脫硫效果一般，只能將硫含量控制在0.01?0.03wt %的較高范圍內(nèi)，高硫含量會使得所制得的花紋鋼更加的脆，所制得的刀劍也會更脆，影響其切削性能。[0〇10] 作為優(yōu)選，還添加有以下組分:CaOO ? 3?0 ? 4wt %，Al2〇3〇 ? 2?0 ? 4wt %。
[0011]CaO和Al2〇3在花紋鋼鍛打及熱處理環(huán)節(jié)中加入到花紋鋼中，可以起到脫除花紋鋼中硫元素的作用，可以增加花紋鋼的韌性降低其脆性，使制得的刀劍不易折斷，更經(jīng)久耐用；同時，由于在花紋鋼中添加CaO的同時，意外的增加了氧元素的含量，因此需要將花紋鋼中的C含量提高0.4?0.6wt%，以利于在鍛打過程中可以除去多余的氧元素，使氧元素的不良影響降低到最低;Al2〇3具有協(xié)同CaO降低花紋鋼中硫含量的同時，還可以提高花紋鋼的回彈性能，并適當(dāng)?shù)脑黾踊y鋼的硬度，提高所制得刀劍的切削性能。
[0012]作為優(yōu)選，CaO和Al2〇3粒徑為10?100nm。
[0013]控制所添加入CaO和A1203的粒徑，使所添加的CaO和A1203粒徑為納米級，可以使其在添加及后續(xù)加工時能更均勻的分布在花紋鋼中，同時也使其在脫硫過程中具有更高的脫硫效率。
[0014]作為優(yōu)選，還含有以下組分:ZnO ? 5?0 ? 6wt %，Mg0 ? 3?0 ? 5wt %。
[0015]作為優(yōu)選，Mg呈點狀均勻分散于基體內(nèi)。
[0016]作為優(yōu)選，花紋鋼內(nèi)部含ZnO ? 3?0 ? 4wt %，表面含ZnO ? 55?0 ? 65wt %。[〇〇17]作為優(yōu)選，花紋鋼中的Zn為點狀分布的納米級析出相Zn。
[0018]適量Mg的加入可以提高花紋鋼的韌性和耐磨性能，可以使的所制得的花紋鋼更加的堅韌和耐磨;添加Zn能起到優(yōu)化花紋鋼物理性能的同時，還可以使花紋鋼具有抗菌性能； Zn是一種極易被氧化成氧化物的活潑金屬，分布在花紋鋼表面的金屬Zn會被空氣中氧氣氧化成ZnO,而ZnO具有抗菌抑菌的作用，可以保護(hù)花紋鋼不會被有害微生物侵蝕；由于花紋鋼中的Zn雖然按照表面濃度大內(nèi)部濃度減小的趨勢分布，但是其表面積內(nèi)部都具有相當(dāng)量的 Zn，無論是經(jīng)過侵蝕還是拋光等工藝處理，在花紋鋼及刀劍的表面都分布有大量的Zn，這些 Zn被氧化后形成具有抗菌作用的ZnO均勻分布在花紋鋼的表面，保護(hù)花紋鋼不會發(fā)生因微生物侵而產(chǎn)生性能降低的不良情形，保證花紋鋼具有優(yōu)良的性能；同時，分布在花紋鋼表面的Mg也會被氧化，形成同樣具有抗菌抑菌作用的MgO,雖然抗菌抑菌效果稍弱于ZnO,但是仍可以增強花紋鋼的抗菌性能。由于Mg主要是為了增進(jìn)花紋鋼整體的韌性和耐磨性能，因此需要在花紋鋼中均勻分布，而Zn主要是為了增強花紋鋼的表面抗菌性能，因此需要花紋鋼表面的濃度大于內(nèi)部的濃度，由于花紋鋼制成刀劍等具體用具還需要進(jìn)行磨切和拋光等工藝步驟，因此內(nèi)部也需要含有一定量的Zn以保證磨切等加工后表面仍舊含有一定量的Zn。
[0019]因此，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0020](1)本發(fā)明中的刀劍用花紋鋼具有堅韌耐磨的特性；
[0021](2)本發(fā)明中的刀劍用花紋鋼具有抗菌抑菌的作用，可以保持所制得刀劍的鋒利， 不因微生物腐蝕而降低切削性能；[〇〇22](3)本發(fā)明中的刀劍用花紋鋼含硫量低，使其具有更加優(yōu)秀的韌性；
[0023](4)本發(fā)明中的刀劍用花紋鋼添加有納米氧化鋁顆粒，可以提高刀劍用花紋鋼的回彈性能，提高其硬度?！揪唧w實施方式】[〇〇24]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。
[0025]下述實施例中除特殊說明，刀劍用花紋鋼按照合金冶煉，鍛打成型，熱輥成型，冷車L，熱處理，拋光的工藝步驟進(jìn)行制作，其中采用的技術(shù)除特殊說明外均采用本技術(shù)領(lǐng)域公知技術(shù)
[0026]實施例1
[0027]—種刀劍用花紋鋼，含有以下組分:Cl.8wt%，Cr23wt%，Si0.6wt%，Ni0.3wt%， Mn0.lwt%，M〇0.lwt%，V0.lwt%，F(xiàn)e74wt%。
[0028]在鍛打成型階段向冶煉所得的花紋鋼中添加以下組分:CaO0.3wt%， Al2〇30.2wt% ;從而控制花紋鋼中S<0.002wt% ;其中在鍛打成型階段添加的CaO和Al2〇3粒徑為l〇nm。[〇〇29] 實施例2[〇〇3〇] 一種刀劍用花紋鋼，含有以下組分:C2wt %，Cr25 ? 6wt %，S1 ? 7wt %，N1 ? 4wt %， Mn0.15wt%，M〇0.19wt%，V0.16wt%，F(xiàn)e70.8wt%。
[0031]在鍛打成型階段向冶煉所得的花紋鋼中添加以下組分:CaO0.36wt%， Al2〇30.32wt% ;從而控制花紋鋼中S<0.002wt% ;其中在鍛打成型階段添加的CaO和Al2〇3 粒徑為66nm。[〇〇32] 實施例3[〇〇33] 一種刀劍用花紋鋼，含有以下組分:C2 ? 2wt %，Cr28wt %，S1 ? 8wt %，N1 ? 5wt %， Mn0.2wt%，M〇0.3wt%，V0.2wt%，F(xiàn)e67.8wt%。[〇〇34] 在鍛打成型階段向冶煉所得的花紋鋼中添加以下組分:Ca00.4wt%， Al2〇3〇.4wt% ;從而控制花紋鋼中S<0.002wt% ;其中在鍛打成型階段添加的CaO和Al2〇3粒徑為l〇〇nm
[0035]實施例4
[0036]一種刀劍用花紋鋼，含有以下組分:Cl.8wt%，Cr23wt%，Si0.6wt%，Ni0.3wt%， MnO ? lwt%，M〇0 ? lwt%，V0 ? lwt%，F(xiàn)e73 ? 2wt%，Zn0 ? 5wt%，Mg0 ? 5wt% ;此處各元素含量為內(nèi)部花紋鋼和表面花紋鋼融合后花紋鋼的元素含量。
[0037]在花紋鋼冶煉過程中，分別冶煉內(nèi)部花紋鋼和表面花紋鋼，其中內(nèi)部花紋鋼含 Zn0.3?4wt %，表面花紋鋼含Zn0.55?0.65wt %，兩部分花紋鋼以內(nèi)部花紋鋼為里、表面花紋鋼為表的順序在鍛打成型階段融合在一起；[〇〇38]其中，內(nèi)部花紋鋼和表面花紋鋼中的Zn均為為點狀分布的納米級析出相Zn，Mg呈點狀均勻分散于基體內(nèi)。[〇〇39] 實施例5[〇〇4〇] 一種刀劍用花紋鋼，含有以下組分:C2wt %，Cr25 ? 6wt %，S1 ? 7wt %，N1 ? 4wt %， Mn0.15wt%，M〇0.19wt%，V0.16wt%，F(xiàn)e70.21wt%，Zn0.55wt%，Mg0.4wt% ;此處各元素含量為內(nèi)部花紋鋼和表面花紋鋼融合后花紋鋼的元素含量。[0041 ]在花紋鋼冶煉過程中，分別冶煉內(nèi)部花紋鋼和表面花紋鋼，其中內(nèi)部花紋鋼含 Zn0.37wt %，表面花紋鋼含Zn0.59wt %，兩部分花紋鋼以內(nèi)部花紋鋼為里、表面花紋鋼為表的順序在鍛打成型階段融合在一起；[〇〇42]其中，內(nèi)部花紋鋼和表面花紋鋼中的Zn均為為點狀分布的納米級析出相Zn，Mg呈點狀均勻分散于基體內(nèi)。
[0043]實施例6
[0044]一種刀劍用花紋鋼，含有以下組分:C2 ? 2wt %，Cr28wt %，S1 ? 8wt %，N1 ? 5wt %，MnO ? 2wt%，M〇0 ? 3wt %，VO ? 2wt %，F(xiàn)e66 ? 7wt %，ZnO ? 6wt %，MgO ? 5wt % ;此處各元素含量為內(nèi)部花紋鋼和表面花紋鋼融合后花紋鋼的元素含量。
[0045]在花紋鋼冶煉過程中，分別冶煉內(nèi)部花紋鋼和表面花紋鋼，其中內(nèi)部花紋鋼含 Zn0.4wt %，表面花紋鋼含Zn0.65wt %，兩部分花紋鋼以內(nèi)部花紋鋼為里、表面花紋鋼為表的順序在鍛打成型階段融合在一起；[〇〇46]其中，內(nèi)部花紋鋼和表面花紋鋼中的Zn均為為點狀分布的納米級析出相Zn，Mg呈點狀均勻分散于基體內(nèi)。[〇〇47] 實施例7
[0048] 一種刀劍用花紋鋼，含有以下組分:Cl.8wt%，Cr23wt%，Si0.6wt%，Ni0.3wt%， MnO ? lwt%，M〇0 ? lwt%，V0 ? lwt%，F(xiàn)e73 ? 2wt%，ZnO ? 5wt%，MgO ? 5wt% ;此處各元素含量為內(nèi)部花紋鋼和表面花紋鋼融合后花紋鋼的元素含量。
[0049]在花紋鋼冶煉過程中，分別冶煉內(nèi)部花紋鋼和表面花紋鋼，其中內(nèi)部花紋鋼含 Zn0.3wt %，表面花紋鋼含Zn0.55wt %，兩部分花紋鋼以內(nèi)部花紋鋼為里、表面花紋鋼為表的順序在鍛打成型階段融合在一起；
[0050]其中，內(nèi)部花紋鋼和表面花紋鋼中的Zn均為為點狀分布的納米級析出相Zn，Mg呈點狀均勻分散于基體內(nèi)。
[0051]在鍛打成型階段向冶煉所得的花紋鋼中添加以下組分:Ca00.3wt%， AI2O3O ? 2wt %，CaO和AI2O3粒徑為10nm;從而控制花紋鋼中S彡0 ? 002wt % ;
[0052] 實施例8
[0053] 一種刀劍用花紋鋼，含有以下組分:C2wt %，Cr25 ? 6wt %，S1 ? 7wt %，N1 ? 4wt %， Mn0.15wt%，M〇0.19wt%，V0.16wt%，F(xiàn)e70.21wt%，Zn0.55wt%，Mg0.4wt% ;此處各元素含量為內(nèi)部花紋鋼和表面花紋鋼融合后花紋鋼的元素含量。
[0054]在花紋鋼冶煉過程中，分別冶煉內(nèi)部花紋鋼和表面花紋鋼，其中內(nèi)部花紋鋼含 Zn0.37wt %，表面花紋鋼含Zn0.59wt %，兩部分花紋鋼以內(nèi)部花紋鋼為里、表面花紋鋼為表的順序在鍛打成型階段融合在一起；[〇〇55]其中，內(nèi)部花紋鋼和表面花紋鋼中的Zn均為為點狀分布的納米級析出相Zn，Mg呈點狀均勻分散于基體內(nèi)。
[0056]在鍛打成型階段向冶煉所得的花紋鋼中添加以下組分:Ca00.36wt%， Al2〇3〇.32wt%，Ca0和AI2O3粒徑為66nm;從而控制花紋鋼中S<0.002wt% ;
[0057] 實施例9
[0058] 一種刀劍用花紋鋼，含有以下組分:C2 ? 2wt %，Cr28wt %，S1 ? 8wt %，N1 ? 5wt %， MnO ? 2wt%，M〇0 ? 3wt %，V0 ? 2wt %，F(xiàn)e66 ? 7wt %，Zn0 ? 6wt %，Mg0 ? 5wt % ;此處各元素含量為內(nèi)部花紋鋼和表面花紋鋼融合后花紋鋼的元素含量。
[0059]在花紋鋼冶煉過程中，分別冶煉內(nèi)部花紋鋼和表面花紋鋼，其中內(nèi)部花紋鋼含 Zn0.4wt %，表面花紋鋼含Zn0.65wt %，兩部分花紋鋼以內(nèi)部花紋鋼為里、表面花紋鋼為表的順序在鍛打成型階段融合在一起；
[0060]其中，內(nèi)部花紋鋼和表面花紋鋼中的Zn均為為點狀分布的納米級析出相Zn，Mg呈點狀均勻分散于基體內(nèi)。
[0061]在鍛打成型階段向冶煉所得的花紋鋼中添加以下組分:Ca00.4wt%，Al2〇3〇.4wt%，CaO和Al2〇3粒徑為lOOnm;從而控制花紋鋼中S彡0.002wt% ;
[0062]抗菌測試:[〇〇63]將制得的各實施例的花紋鋼分別制成4 X 4cm的樣品，并以實施例1為對照組，實驗用微生物采用金黃葡萄球菌和大腸桿菌;將培養(yǎng)后的菌種稀釋到2000/ml，將花紋鋼樣品在高溫121°C下滅菌20分鐘后，涂覆稀釋后的菌種，并在35°C培養(yǎng)箱放置48小時，然后在塑料培養(yǎng)皿中計算細(xì)菌數(shù)，并計算殺菌率，殺菌率計算公式為:
[0064]殺菌率(％) = (對照組生菌數(shù)-除對照組外花紋鋼生菌數(shù))八對照組生菌數(shù))X 100%
[0065]上述對照組生菌數(shù)是對照組(即實施例1所得花紋鋼)進(jìn)行抗菌試驗后的活菌數(shù)， 而除對照組外花紋鋼生菌數(shù)是指除對照組外花紋鋼實驗后的活菌數(shù)。[〇〇66]實驗結(jié)果:本發(fā)明中實施例4-9所制得的花紋鋼的殺菌率都為96%及以上，部分實施例可達(dá)99 %以上，實施例1?3所制得的花紋鋼的殺菌率都在50 %以下。[〇〇67]本發(fā)明還具有的技術(shù)效果:[〇〇68](1)彈性彎度達(dá)92及以上；
[0069](2)硬度(HRC):65 以上；[〇〇7〇](3)利用本發(fā)明中的花紋鋼制得的劍身鋒利度彡10_。
【主權(quán)項】
1.一種刀劍用花紋鋼，其特征在于含有以下組分:C1.8?2.2wt%，Cr23?28wt%，510.6?0.8￥七％，附0.3?0.5界七％，]\1110.1?0.2￥七％，]\1〇0.1?0.3￥七％，￥0.1?0.2￥七％，余量為Fe。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種刀劍用花紋鋼，其特征在于:所述花紋鋼S<0.002wt %。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種刀劍用花紋鋼，其特征在于還添加有以下組分:CaO0.3?0 ? 4wt%，Al2〇3〇 ? 2?0 ? 4wt%。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種刀劍用花紋鋼，其特征在于:所述的CaO和Al2〇3粒徑為10 ?100nm〇5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種刀劍用花紋鋼，其特征在于還含有以下組分:Zn0.5? 0 ? 6wt%，MgO ? 3 ?0 ? 5wt%。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種刀劍用花紋鋼，其特征在于:所述的Mg呈點狀均勻分散于 基體內(nèi)。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種刀劍用花紋鋼，其特征在于:所述花紋鋼內(nèi)部含Zn0.3? 0 ? 44wt %，表面含ZnO ? 55?0 ? 65wt %。8.根據(jù)權(quán)利要求5或7所述的一種刀劍用花紋鋼，其特征在于:所述花紋鋼中的Zn為點 狀分布的納米級析出相Zn。
【文檔編號】C22C38/44GK106086707SQ201610398654
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月6日
【發(fā)明人】季忠
【申請人】浙江精龍刀劍有限公司