现代工厂如何打造一把好菜刀

在钢厂交流切割技术的李静(右)

人们把食物作为他们的第一要务，一把锋利而坚硬的菜刀对于三顿大餐来说是不可或缺的。然而，自从实现了菜刀的机械化生产以来，人们对菜刀提出了越来越多的质疑。"现在的菜刀不如以前的好."那么，工厂车间里的菜刀和铁匠铺里的菜刀有什么区别呢？大量手工锻造的圆形粉末菜刀有什么好处？最近，随着北京科技大学李晶教授科研成果的转化和应用，这个问题的答案已经逐渐明朗。

一千把锤子是一把好刀。

菜刀的锋利度是衡量其性能的核心评价指标。李晶表示，锐度直接与刀刃的几何形状和材料属性有关。材料的显微组织和碳化物越均匀、越细，洁净度越高，夹杂物越分散、分布越细。这种刀具通常更锋利。目前，与国外相比，国内刀剪用钢在夹杂物、材料结构均匀性、尺寸精度等方面存在差距。

如何弥补差距，做一把好的菜刀？"核心技术是材料选择和相应的热处理."李京这句话击中了地板。

他介绍说，现代刀剪的生产不同于传统的锻造工艺。在传统菜刀的锻造过程中，可以用一锤一锤将材料中的夹杂物推出表面，夹杂物随氧化层脱落或均匀分散在基体中，大大降低了夹杂物和碳化物的影响。此外，锻造还可以提高材料成分的均匀性，实现良好的内部组织，从而获得产品的最佳强度、韧性和优异的锋利度。

在现代刀剪产品的生产中，原材料的性能是由冶金和轧制工艺决定的。在刀剪制备过程中，原材料的原始结构通过固相转变热处理转变为马氏体结构，提供了刀剪产品的性能要求。

但是“炼铁”是一项艰苦的工作。俗话说，“炼铁首先需要一个坚硬的身体”，这是事实。火炉旁的燃烧，十几斤重的铁锤的摇动，铁花溅得到处都是...这意味着这项需要力量和勇气的工作很难回到现代生产现场。

不完美的替代品

有没有一种新材料可以代替钢刀？事实上，近年来钢刀有许多替代品。陶瓷刀具因其“卓越”的品质而成为最著名的刀具之一。

制作陶瓷刀具的材料来自生物医学领域。这种材料具有很强的化学稳定性，耐酸碱，不会生锈或变色，不会与食物发生反应，能保持食物原有的新鲜度和美味。因为它不含重金属元素，如镍和铬，接触皮肤时不会引起过敏。此外，在陶瓷材料中加入二氧化钛，可以有效抑制细菌。这些优点使得普通的铁制菜刀遥不可及。

陶瓷刀也有无法掩盖的缺点。首先，陶瓷刀片硬度很高，不适合切割骨头。第二，陶瓷刀非常脆弱，容易破碎。对于习惯使用不锈钢菜刀的专业人士来说，比如厨师，陶瓷刀具不能被重新研磨的特性也是一个缺点。没有理想的可再研磨性限制了陶瓷刀具的应用范围。

此外，他介绍说，不锈钢菜刀添加了适当的元素，如铜和银，有抑菌功能，抑菌不锈钢已应用到现实生活中很久。所谓的抑菌功能并不是陶瓷刀独有的。

要做一把刀，首先要做钢。

“老路”满是汗水，“新路”并不完美。研究人员已经将目光转向了刀和剪刀用钢的起源。

纵观全国，几乎所有的钢铁企业都无法提供符合要求的高质量的剪刀专用料，而国外的专用料价格昂贵。目前，马氏体不锈钢被广泛用作切割产品的原材料。马氏体不锈钢是一种机械性能可通过热处理进行调整的不锈钢，但其碳化物均匀性较差。

2008年，国际五金刀剪博览会在广东阳江举行，李晶也在展会现场。当地一家企业的一面旗帜吸引了他的注意力:“要做好刀具工作，就必须提炼钢材”。该企业为“阳江十八子集团”。从事专业研究多年的李静非常清楚，他遇到了一个知识渊博的人，并应邀参观了供应刀具用钢的钢厂。

事实上，18岁的孩子创建钢厂也是必要的。在建造钢铁厂之前，历史学家李良辉参观了许多特殊的钢铁厂，并想定制制造刀具的特殊钢材。然而，他没想到钢铁厂都认为菜刀行业对钢铁的需求很少，对材料的要求很高，没有经济效益。他不愿意投资研发和提供钢铁。为此，李良辉下定决心要做一把特殊的钢刀。

当李静来参观时，第十八精密特殊钢厂已经生产了第一批钢材。然而，由于缺乏技术和提高产品质量的需要，李良辉向李晶发出了合作邀请。结果，李静开始着手解决墙上的关键问题长达十多年。

对抗碳化物

事实证明，炼钢比炼铁困难得多。为了提高菜刀钢的性能，除了在实验室做实验外，李晶和他的团队还需要深入车间，结合菜刀钢的生产工艺，调整冶炼工艺参数、轧制和热处理工艺，以便及时分析产品质量。李京和他的团队每次在车间呆一两个月。

李晶说，所有工作的核心是“与碳化物作斗争”，研究钢的碳化物和显微组织控制。碳存在于所有钢中，是钢中最重要的硬化元素。这有助于提高钢的强度。一般来说，高质量的刀具级钢在中国有超过0.5%的碳，也称为高碳钢。为了获得高质量的刀具用钢，必须准确掌握钢中碳化物尤其是初生碳化物的析出量和大小。

在原材料的冶金过程中，通过调整和控制电渣重熔工艺参数，降低电渣锭中初生碳化物的体积分数，显著减小初生碳化物的尺寸，实现了熔化速度和冷却系统的动态控制。

在轧制过程中，经过热轧和开坯后，通过优化高温扩散退火工艺，促进了初生碳化物的溶解。在精轧过程中，通过控制精轧温度和累积变形，进一步降低了热轧卷中初生碳化物的体积分数。

与过去制作锋利、坚韧的好刀不同，现代大批量生产依靠铁匠的手艺和经验，不仅考验科研人员的智慧，也使李京和他的研究团队有了很好的眼力。调试后的调试过程和一批又一批样品刀具也使李晶的团队能够确定能够提高刀具和剪刀耐磨性和锋利度的碳化物类型。

通过热处理工艺的优化，李晶团队促进了钢中二次碳化物类型的转变，获得了高强度、高韧性、大比表面积的纳米级M7C3碳化物，提高了刀具的耐磨性和锋利度。

在获得“优质钢材”后，最关键的一步是在叶片上使用“优质钢材”。为此，研究小组对刀具用钢的复合轧制技术进行了研究。高碳优质不锈钢通过复合轧制嵌入多层低碳不锈钢中间。切割后，外露的高碳优质不锈钢用作切割刃。

阳江十八子集团的工作人员表示，与传统的单一材质的高碳不锈钢刀具相比，刀具边缘具有更高的硬度和锋利度，刀具本体的其他部分具有更好的韧性和耐腐蚀性。

李晶表示，厨房刀具用钢研发的初步成功只是牛肉刀具的一个小试验。目前，国内高端菜刀领域仍面临一片空白。其次，研究人员需要努力研究和开发高碳、高质量或氮取代的高强度、高耐磨性和高锋利度马氏体不锈钢品种。