CN114054759A - 高端厨刀用复合板材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及高端厨刀用复合板材及其制备方法。本发明所解决的技术问题是提供高端厨刀用复合板材及其制备方法，所述复合板材包括外包套、第一外层、第二外层、第一内层和第二内层，第一外层、第二外层、第一内层和第二内层均设置在外包套中，第二内层设置在第一内层上，第一外层、第二外层分别设置在第一内层和第二内层的两侧；该复合钢板材备方法包括以下步骤：原料准备、组料与焊接、热等静压、加热、锻造开坯、加热及轧制、退火处理、热处理、精整。本发明所制备的复合板材具有高硬度、高耐磨性和高耐蚀性，且生产成本低、易规模化生产。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及高端厨刀用复合板材及其制备方法。
背景技术
厨刀是人们日常生活的必备物品，随着人们生活水平的提高，对厨刀的要求越来越高，不仅需要外形美观，最主要的要具备耐用、耐蚀、防菌等功能。目前，国内高端厨刀市场德系双立人的占有率最高，日系刀具的市场占有率也在逐年提高，国产品牌刀具的市场占有率不断被压缩。一把德国进口双立人厨刀与国内品牌刀价格相差几十甚至几百倍，反映出我国厨刀用钢在质量上与国际品牌相比存在较大差距。但由于国外进口钢材价格昂贵，国内刀具使用进口材料的较少。有意向制作高档刀具的企业，无法接受进口材料高昂成本，同时国内供应的刀具材料又无法达到进口材料水平，限制了企业在制作高档刀具方面的能力。
CN 101804767 A公开了一种刀具用花纹复合钢板及其生产方法，该花纹复合钢板包括有刀刃钢构成的基层，所述基层的两侧风暴覆盖有装饰层。该花纹复合钢板的生产方法步骤包括凹式切削、切割、脱碳、喷焊、叠焊和压延。由于采用上述的结构和方法，与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、使得用该花纹复合钢板制成的刀具里外、通体都有持久性的花纹，该花纹不仅耐磨，色彩丰富；2、制造成本较低。
CN 1562628A公开一种多层复合不锈花纹钢及其制造方法。其要点分别是：在不锈钢层间设有镍金属层。多层复合工序包括在若干块不锈钢板间夹叠镍金属板，并将其定位在一起，用融合温度压延至所需厚度；表面制花工序包括利用磨、挖、钻等方法在压延至所需厚度的多层复合不锈钢花纹钢的表面上进行深层磨、挖、钻，然后利用滚轧使磨、挖、钻后的断面层界线浮现在表平面上。不仅能根据需要在表面上制作花纹且不易生锈、耐腐蚀，还具有花纹清晰美观，丰富多彩、多变，使用范围广泛等有点，特别适合用来制作食物用具和刀具。本发明的制作方法还能生产面积大，便于规模生产的多层复合不锈花纹钢，还具有劳动强度小，省力、省时、省事等优点。
CN 108085585 A一种高强耐蚀复合花纹钢及其制造方法，本发明公开了一种高强耐蚀复合花纹钢，包括基板和单面或双面轧制复合于基板上的花纹复层；所述基板的化学元素质量百分比为：C：0.01～0.20％、Si：0.10～0.5％、Mn：0.5～2.0％、Al：0.02～0.04％、Ti：0.005～0.018％、N b：0.005～0.020％、0＜B≤0.0003％、N≤0.006％，余量为铁和其他不可避免杂质。相应地，本发明还公开了一种上述的高强耐蚀复合花纹钢的制造方法。本发明所述的高强耐蚀复合钢板强度高，耐蚀性强，其屈服强度≥470MPa，抗拉强度≥610MPa，剪切强度≥410MPa，延伸率≥40％。CN 109532144 A一种超级双相不锈钢复合钢板及其制造方法，一种超级双相不锈钢复合钢板及其生产方法，其为四层结构，其中，中间两层为双相不锈钢，上下两层为碳钢；所述双相不锈钢的成分重量百分比为：C≤0.0 3％，Mn≤1.20％，Si≤0.80％，Cr：24.0-26.0％，Ni：6.0-8.0％，Mo：3.0-5.0％，N：0.24-0.32％，余Fe及不可避免杂质；所述碳钢的成分重量百分比为：C：0.03～0.12％，Si0.10～0.45％，Mn：0.70-1.60％，P＜0.020％；S＜0.025％，Cu：0～0.35％，Cr：0～0.40％，Ni：0～0.40％，Nb：0～0.05％，Mo：0～0.40％，Ti：0～0.018％，Al：0.015～0.045％，余Fe及不可避免杂质。本发明复合钢板可获得良好的结构强度与耐蚀性能；该复合钢板为轧制复合板，能够实现覆层与基层材料的冶金结合，从而获得良好的结合力。
以上刀具用钢虽然在强度、耐磨性或耐蚀性上有一定的提高，但是国内大型钢铁企业的生产量与刀具行业的钢铁用量不成比例，加之工艺要求高，成本高，大型的钢铁企业不愿投入过多的技术力量和资金研发，使刀具原材料的开发研究一直处于停滞状态。
目前，对于如何通过合理的工艺制备得到高硬度、高耐磨性和高耐蚀性的高档厨刀用钢，尤其是通过低成本规模化制造高档厨刀用钢，国内尚无有效的解决方法。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种高端厨刀用复合板材，所述复合板材包括外包套、第一外层、第二外层、第一内层和第二内层，第一外层、第二外层、第一内层和第二内层均设置在外包套中，第二内层设置在第一内层上，第一外层、第二外层分别设置在第一内层和第二内层的两侧；
其中，第一外层、第二外层和第一内层均为奥氏体不锈钢，第二内层为金属粉末，外包套为低合金结构钢。
优选的，外包套、第一外层、第二外层、第一内层和第二内层的形状均为矩形，第一内层和第二内层的高度和宽度相等，且第一外层厚度：第一内层厚度：第二外层厚度＝1：2:1。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述高端厨刀用复合板材的制备方法，依次包括原料准备、组料与焊接、热等静压、加热、锻造开坯、加热及轧制、退火处理、热处理、精整步骤，即得高端厨刀用复合板材。
进一步的是，在原料准备中，第一外层、第二外层和第一内层均为304不锈钢，第二内层为M390金属粉末，外包套为Q345低合金结构钢；
进一步的是，在组料与焊接中，采用真空电子束焊箱进行密封焊接，真空度＜10- 2Pa；
热等静压工艺为：坯料装炉后，温度≥1150℃，压力≥130MPa，时间≥100min。
进一步的是，加热采用分段式加热，加热工艺为：装炉后随炉升温到550±10℃，保温时间≤120min，然后以≤120℃/h的升温速度升温至860±10℃，保温时间为≤150min，最后以≤120℃/h的升温速度升温至1280±10℃，保温≥120min后出炉。
进一步的是，锻造开坯时，待坯料表面温度降至1050℃～1100℃时再开始锻造开坯，下砧子采用大平台，上砧子采用宽平砧，整体变形；
采用“轻-重-轻”变形工艺，轻变形率为≤8％，重变形率≥18％，终锻温度≥870℃，终锻后坑冷。
进一步的是，在加热及轧制中，加热采用分段式加热，加热工艺为：装炉后随炉升温到550±10℃，保温时间≤30min，然后以≤120℃/h的升温速度升温至860±10℃，保温时间≤60min，最后以≤100℃/h的升温速度升温至1280±10℃，保温≤180min后出炉；
轧制通过辊式轧机轧制，轧制工艺为：轧制中连续三道次变形量≥20％，终轧温度≥800℃，当中间坯料规格为3～6mm，空冷至常温。
进一步的是，在退火处理中，以≤120℃/h的升温速度升温至860±10℃，保温时间≤5h，随炉冷却至≤350℃后出炉空冷。
进一步的是，在热处理中，淬火温度1050±10℃，保温时间≤45min，油冷；然后回火，回火温度≤220℃，保温≥120min后出炉空冷，经≤-100℃深冷处理，保温时间≥180min。
以上发明内容，仅为本发明的示意性描述，本领域技术人员应该知道，在不偏离本发明的工作原理的基础上，可以对本发明作出多种改进，这均属于本发明的保护范围。
本发明的有益效果：本发明高端厨刀用复合板材，所述复合板材包括外包套、第一外层、第二外层、第一内层和第二内层，第一外层、第二外层、第一内层和第二内层均设置在外包套中，第二内层设置在第一内层上，第一外层、第二外层分别设置在第一内层和第二内层的两侧。第一外层、第二外层位于外侧，第一外层、第二外层为奥氏体不锈钢，增加厨刀表面的抗腐蚀性能，第一内层和第二内层位于内侧，第一内层为奥氏体不锈钢，第二内层为金属粉末，奥氏体不锈钢和金属粉末相结合，芯部无块状碳化物，热处理后具有硬度＞61HRC，经深冷处理后硬度≥63HRC，具有优异的高硬度、高耐磨性和高持久性，使用时不容易崩角，同时表面具有优良的耐腐蚀性，解决了国内高端厨刀刀刃团块状碳化物问题。在高端厨刀用复合板材制备方法中，利用真空电子束焊箱的焊接密封，避免后序工序加热时接触面产生氧化，影响接触面的焊合；在锻造开坯时，首先采用高温加热，使各层材料间发生金属扩散，拔长时采用宽平砧下平台整体变形，为各层材料焊合提供有利条件，完成各层材料接近冶金结合，而且可实现规模化生产，降低高端厨刀用板材的生产成本，提供产品市场竞争力。
附图说明
图1为本发明高端厨刀用复合板材的截面结构示意图；
图中标记为：外包套1、第一外层2、第二外层3、第一内层4、第二内层5。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种高端厨刀用复合板材，所述复合板材包括外包套1、第一外层2、第二外层3、第一内层4和第二内层5，第一外层2、第二外层3、第一内层4和第二内层5均设置在外包套1中，第二内层5设置在第一内层4上，第一外层2、第二外层3分别设置在第一内层4和第二内层5的两侧；
其中，第一外层2、第二外层3和第一内层4均为奥氏体不锈钢，第二内层5为金属粉末，外包套1为低合金结构钢。
为了便于制备，保证高端厨刀用复合板材的使用特性，再如图1所示，外包套1、第一外层2、第二外层3、第一内层4和第二内层5的形状均为矩形，第一内层4和第二内层5的高度和宽度相等，且第一外层2厚度：第一内层4厚度：第二外层3厚度＝1：2:1。
本发明提供上述述的高端厨刀用复合板材的制备方法，依次包括原料准备、组料与焊接、热等静压、加热、锻造开坯、加热及轧制、退火处理、热处理、精整步骤，即得高端厨刀用复合板材。
在原料准备中，第一外层2、第二外层3和第一内层4优选均为304不锈钢，第二内层5优选为M390金属粉末，外包套1为Q345低合金结构钢，304不锈钢、M390金属粉末、Q345低合金结构钢按国家标准生产或外购，在使用前，清除表面氧化铁皮并去油脂。外包套1的形状为矩形，外包套1的厚度为3～5mm，外包套1先焊接成三面密封、一面开口的凹形槽，再次清除内表面，确保无赃物、油污。
在组料与焊接中，首先将304不锈钢按照要求掉入外包套1的凹形槽中，平齐摆放；然后将外包套1的另一面和其中一端焊接；再然后从未封闭的外包套1一端装入金属粉末，边装入边震动，装满后先点焊密封；最后将点焊牢固的组件送至真空电子束焊箱对密封面进行密封焊接，真空度＜10-2Pa。
热等静压工艺条件为：坯料装炉后，温度≥1150℃，压力≥130MPa，时间≥100min。
加热采用台车式加热炉加热，采用分段式加热，加热工艺为：装炉后随炉升温到550±10℃，保温时间≤120min，然后以≤120℃/h的升温速度升温至860±10℃，保温时间为≤150min，最后以≤120℃/h的升温速度升温至1280±10℃，保温≥120min后出炉并迅速转移至锻造工位。
锻造开坯时，待坯料表面温度降至1050℃～1100℃时再开始锻造开坯，使用45MN锻机拔长开坯，下砧子采用大平台，上砧子采用宽平砧，整体变形；
采用“轻-重-轻”变形工艺，轻变形率为≤8％，重变形率≥18％，终锻温度≥870℃，终锻后坑冷；坯料上下表面整体修磨，得到表面平整且无氧化铁皮的中间坯料。
在加热及轧制中，加热采用分段式加热，加热工艺为：装炉后随炉升温到550±10℃，保温时间≤30min，然后以≤120℃/h的升温速度升温至860±10℃，保温时间≤60min，最后以≤100℃/h的升温速度升温至1280±10℃，保温≤180min后出炉；
轧制通过辊式轧机轧制，轧制工艺为：轧制中连续三道次变形量≥20％，终轧温度≥800℃，当中间坯料规格为3～6mm，空冷至常温。
在退火处理中，采用台车式加热炉加热，以≤120℃/h的升温速度升温至860±10℃，保温时间≤5h，随炉冷却至≤350℃后出炉空冷。
在热处理中，淬火温度1050±10℃，保温时间≤45min，油冷；然后回火，回火温度≤220℃，保温≥120min后出炉空冷，经≤-100℃深冷处理，保温时间≥180min。
将热处理后的复合板材采用辊式矫直机矫直，探伤确定复合板材边界位置，切除多余基板的边界，即可得到高端厨刀用复合板材。
综上所述，本发明高端厨刀用复合板材，所述复合板材包括外包套1、第一外层2、第二外层3、第一内层4和第二内层5，第一外层2、第二外层3、第一内层4和第二内层5均设置在外包套1中，第二内层5设置在第一内层4上，第一外层2、第二外层3分别设置在第一内层4和第二内层5的两侧；第一外层2、第二外层3位于外侧，第一外层2、第二外层3为奥氏体不锈钢，增加厨刀表面的抗腐蚀性能，第一内层4和第二内层5位于内侧，第一内层4为奥氏体不锈钢，第二内层5为金属粉末，奥氏体不锈钢和金属粉末相结合，芯部无块状碳化物，热处理后具有硬度＞61HRC，经深冷处理后硬度≥63HRC，具有优异的高硬度、高耐磨性和高持久性，使用时不容易崩角，同时表面具有优良的耐腐蚀性，解决了国内高端厨刀刀刃团块状碳化物问题。在高端厨刀用复合板材制备方法中，利用真空电子束焊箱的焊接密封，避免后序工序加热时接触面产生氧化，影响接触面的焊合；在锻造开坯时，首先采用高温加热，使各层材料间发生金属扩散，拔长时采用宽平砧下平台整体变形，为各层材料焊合提供有利条件，完成各层材料接近冶金结合，而且可实现规模化生产，降低高端厨刀用板材的生产成本，提供产品市场竞争力。
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
本实施例采用以304不锈钢板与M390金属粉末生产6.0mm厚高端厨刀用复合板材，所需材料明细与生产工艺见表一：
表一
其步骤包括：
A：原料准备
a.外购符合成分要求的材料，清除表面氧化铁皮并去油脂；
b.将外包套材料内根据基板尺寸将外包套材料焊接成三面密封、一面开口的凹形槽，再次清除内表面，确保无赃物、油污。
B：组料与焊接
a.将304不锈钢按照要求掉入外包套1的凹形槽中，平齐摆放；
b.将外包套1的另一面和其中一端焊接；再然后从未封闭的外包套1一端装入金属粉末，边装入边震动，装满后先点焊密封；
c.将点焊牢固的组件送至真空电子束焊箱对密封面进行密封焊接，真空度0.05Pa。
C：热等静压处理
热等静压工艺条件为：温度1180±10℃，压力130～140MPa，时间210min。
D：加热
采用台车式加热炉加热，坯料装炉后采用分段式加热，随炉升温到550±10℃，保温时间60min，然后以100～120℃/h的升温速度缓慢升温至860±10℃，保温时间为90min，再然后以80～100℃/h的升温速度升温至1280±10℃，保温210min，最后出炉并迅速转移至锻造工位。
E：锻造开坯
a.坯料出炉后先迅速转移至锻造工位，采用高温测温仪测量钢锭表面温度为1050℃～1100℃时开始锻造；
b.使用45MN锻机拔长开坯，下砧子采用大平台，上砧子采用宽平砧，整体变形，采用“轻-重-轻”变形工艺，轻变形率为≤5％，重变形率≥20％，终锻温度≥870℃，开坯厚度80mm，终锻后吊到沙坑缓冷；
c.坯料上下表面整体修磨，得到表面平整且无氧化铁皮的中间坯料。
F：加热及轧制
a.采用台车式加热炉加热，坯料装炉后采用分段式加热，随炉升温到550±10℃，保温时间70min，然后以100～120℃/h的升温速度缓慢升温至860±10℃，保温时间为90min，再然后以80～100℃/h的升温速度升温至1280±10℃，保温150min，最后出炉；
b.采用辊式轧机大压下轧制，连续三道次变形量≥20％，终轧温度≥800℃，成品板材规格为3.0mm，空冷至常温。
G：退火处理
采用台车式加热炉加热，以60～120℃/h的升温速度升温至860±10℃，保温时间为2小时，随炉冷却至350±10℃后出炉空冷。
H：热处理
a.将复合板材按以下热处理：淬火温度1050±10℃，保温时间45min，油冷，回火温度180±10℃，保温2.5h后出炉空冷，检测基层硬度为61.6HRC、62.1HRC和62.2HRC；
b.经-75±5℃进行深冷处理，保温时间120min，检测基层硬度为63.9HRC、63.5HRC和63.2HRC。
G：精整
a.将热处理后的复合板材采用辊式矫直机矫直；
b.探伤确定复合板材边界位置，切除多余基板的边界，即可得到高端厨刀用复合板材。
实施例2
本实施例采用以304不锈钢板与M390金属粉末生产3.0mm厚高端厨刀用复合板材，所需材料明细与生产工艺见表二：
表二
其步骤包括：
A：原料准备
a.外购符合成分要求的材料，清除表面氧化铁皮并去油脂；
b.将外包套材料内根据基板尺寸将外包套材料焊接成三面密封、一面开口的凹形槽，再次清除内表面，确保无赃物、油污。
B：组料与焊接
b.将304不锈钢按照要求掉入外包套1的凹形槽中，平齐摆放；
b.将外包套1的另一面和其中一端焊接；再然后从未封闭的外包套1一端装入金属粉末，边装入边震动，装满后先点焊密封；
c.将点焊牢固的组件送至真空电子束焊箱对密封面进行密封焊接，真空度0.05Pa。
C：热等静压处理
热等静压工艺条件为：温度1180±10℃，压力130～140MPa，时间150min。
D：加热
采用台车式加热炉加热，坯料装炉后采用分段式加热，随炉升温到550±10℃，保温时间40min，然后以100～120℃/h的升温速度缓慢升温至860±10℃，保温时间为80min，再然后以80～100℃/h的升温速度升温至1280±10℃，保温180min，最后出炉并迅速转移至锻造工位。
E：锻造开坯
a.坯料出炉后先迅速转移至锻造工位，采用高温测温仪测量钢锭表面温度为1050℃～1100℃时开始锻造；
b.使用45MN锻机拔长开坯，下砧子采用大平台，上砧子采用宽平砧，整体变形，采用“轻-重-轻”变形工艺，轻变形率为≤5％，重变形率≥20％，终锻温度≥870℃，开坯厚度50mm，终锻后吊到沙坑缓冷；
c.坯料上下表面整体修磨，得到表面平整且无氧化铁皮的中间坯料。
F：加热及轧制
a.采用台车式加热炉加热，坯料装炉后采用分段式加热，随炉升温到550±10℃，保温时间50min，然后以100～120℃/h的升温速度缓慢升温至860±10℃，保温时间为70min，再然后以80～100℃/h的升温速度升温至1280±10℃，保温120min，最后出炉；
b.采用辊式轧机大压下轧制，连续三道次变形量≥20％，终轧温度≥800℃，成品板材规格为3.0mm，空冷至常温。
G：退火处理
采用台车式加热炉加热，以60～120℃/h的升温速度升温至860±10℃，保温时间为1.5小时，随炉冷却至350±10℃后出炉空冷。
H：热处理
a.将复合板材按以下热处理：淬火温度1050±10℃，保温时间30min，油冷，回火温度180±10℃，保温100min后出炉空冷，检测基层硬度为63.2HRC、63.5HRC和63.1HRC；
b.经-75±5℃进行深冷处理，保温时间120min，检测基层硬度为64.1HRC、64.3HRC和64.3HRC。
G：精整
a.将热处理后的复合板材采用辊式矫直机矫直；
b.探伤确定复合板材边界位置，切除多余基板的边界，即可得到高端厨刀用复合板材。
Claims (10)
1.高端厨刀用复合板材，其特征在于：所述复合板材包括外包套(1)、第一外层(2)、第二外层(3)、第一内层(4)和第二内层(5)，第一外层(2)、第二外层(3)、第一内层(4)和第二内层(5)均设置在外包套(1)中，第二内层(5)设置在第一内层(4)上，第一外层(2)、第二外层(3)分别设置在第一内层(4)和第二内层(5)的两侧；
其中，第一外层(2)、第二外层(3)和第一内层(4)均为奥氏体不锈钢，第二内层(5)为金属粉末，外包套(1)为低合金结构钢。
2.如权利要求1所述的高端厨刀用复合板材，其特征在于：外包套(1)、第一外层(2)、第二外层(3)、第一内层(4)和第二内层(5)的形状均为矩形，第一内层(4)和第二内层(5)的高度和宽度相等，且第一外层(2)厚度：第一内层(4)厚度：第二外层(3)厚度＝1：2:1。
3.权利要求1或者2所述的高端厨刀用复合板材的制备方法，其特征在于：依次包括原料准备、组料与焊接、热等静压、加热、锻造开坯、加热及轧制、退火处理、热处理、精整步骤，即得高端厨刀用复合板材。
4.如权利要求3所述的高端厨刀用复合板材的制备方法，其特征在于：在原料准备中，第一外层(2)、第二外层(3)和第一内层(4)均为304不锈钢，第二内层(5)为M390金属粉末，外包套(1)为Q345低合金结构钢。
5.如权利要求3所述的高端厨刀用复合板材的制备方法，其特征在于：在组料与焊接中，采用真空电子束焊箱进行密封焊接，真空度＜10-2Pa；
热等静压工艺为：坯料装炉后，温度≥1150℃，压力≥130MPa，时间≥100min。
6.如权利要求3所述的高端厨刀用复合板材的制备方法，其特征在于：加热采用分段式加热，加热工艺为：装炉后随炉升温到550±10℃，保温时间≤120min，然后以≤120℃/h的升温速度升温至860±10℃，保温时间为≤150min，最后以≤120℃/h的升温速度升温至1280±10℃，保温≥120min后出炉。
7.如权利要求3所述的高端厨刀用复合板材的制备方法，其特征在于：锻造开坯时，待坯料表面温度降至1050℃～1100℃时再开始锻造开坯，下砧子采用大平台，上砧子采用宽平砧，整体变形；
采用“轻-重-轻”变形工艺，轻变形率为≤8％，重变形率≥18％，终锻温度≥870℃，终锻后坑冷。
8.如权利要求3所述的高端厨刀用复合板材的制备方法，其特征在于：在加热及轧制中，加热采用分段式加热，加热工艺为：装炉后随炉升温到550±10℃，保温时间≤30min，然后以≤120℃/h的升温速度升温至860±10℃，保温时间≤60min，最后以≤100℃/h的升温速度升温至1280±10℃，保温≤180min后出炉；
轧制通过辊式轧机轧制，轧制工艺为：轧制中连续三道次变形量≥20％，终轧温度≥800℃，当中间坯料规格为3～6mm，空冷至常温。
9.如权利要求3所述的高端厨刀用复合板材的制备方法，其特征在于：在退火处理中，以≤120℃/h的升温速度升温至860±10℃，保温时间≤5h，随炉冷却至≤350℃后出炉空冷。
10.如权利要求3至9任意一项所述的高端厨刀用复合板材的制备方法，其特征在于：在热处理中，淬火温度1050±10℃，保温时间≤45min，油冷；然后回火，回火温度≤220℃，保温≥120min后出炉空冷，经≤-100℃深冷处理，保温时间≥180min。
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| PB01 | Publication | ||
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