复合刀坯及其制备方法与流程

1.本发明涉及民用厨刀领域，特别地，涉及一种复合刀坯。此外，本发明还涉及一种包括上述复合刀坯的制备方法。


背景技术：

2.我国是厨刀生产大国，据中金企信国际咨询公布的《2020-2026年中国厨用刀具行业市场调查研究及投资潜力预测报告》统计数据显示：到2020年中国厨用刀具产业市场规模达到439亿元，中国占全球中低端刀剪市场95％以上的份额，然而，高端刀剪则被日本(50％)、德国(20％)、瑞士、意大利、瑞典、美国、韩国等国瓜分。
3.我国厨用刀具行业发展迅速，刀具产量、种类等位于世界前列，已是世界上重要的厨用刀具生产基地。然而目前行业发展已遭遇瓶颈，厨刀生产企业正面临竞争激烈与利润严重下滑的问题。目前，刀具产品生产技术储备不足，因此低中端刀具产品多，竞争激烈，附加值低，利润率逐年下降。国内没有专门生产高端、优质刀具材料的大钢厂，主要的刀具材料还是2cr13、3cr13(420)、4cr13、5cr15等，高端材料仍然需要进口。
4.采用普通材料生产的厨刀，很难满足既有好的锋利度和锋利度持久性，又有好的耐腐蚀性、且价格便宜的要求。如市面上最常用的厨刀材料2cr13、3cr13、4cr13等不锈钢制造的刀具，虽然解决了防锈的问题，但是刀具的硬度不符合要求，一般的不锈钢淬火后硬度在hrc40～55之间，刀具的锋利度和锋利度持久性较差，且在切削较硬的物品时容易出现卷刃现象。高碳钢刀需然有好的锋利度和锋利持久性，但耐腐蚀性能很差，很容易生锈。粉末不锈钢具有耐腐蚀、高的锋利度和锋利度持久性、高硬度等特点，但其价格昂贵，很难被大众所接受。因此，研发一种具有高锋利度、高硬度、好耐腐蚀性能且价格便宜的刀坯材料成为本领域亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种复合刀坯及其制备方法，以解决如何获得一种具有高锋利度、高硬度、好耐腐蚀性能且价格便宜的刀坯的技术问题。
6.本发明采用的技术方案如下：
7.一种复合刀坯，包括刀身，刀身的前端设有刀刃；刀身采用2cr13不锈钢或3cr13不锈钢制备而成；刀刃采用10cr15mov合金粉末制备而成；刀身至少三面包裹刀刃，刀刃与刀身冶金结合。
8.进一步地，10cr15mov合金粉末材料包括1.0％～1.2％的c、0.2％～0.6％的si、0.2％～0.55％的mn、13％～15％的cr、2.5％～4％的mo、1.5％～2％的v，余量为fe及不可避免的杂质构成。
9.进一步地，刀刃采用10cr15mov合金粉末的含氧量≤200ppm；和/或，刀刃采用10cr15mov合金粉末的粒度≤250μm；和/或，刀刃的厚度为刀身厚度的20％～30％，且不少于0.5mm。
10.根据本发明的另一方面，还提供了一种包括上述复合刀坯的制备方法，包括以下步骤：
11.刀身加工：采用2cr13不锈钢或3cr13不锈钢加工制成板坯；
12.刀刃加工：在板坯侧壁沿水平方向开设凹槽或盲孔，将10cr15mov合金粉末填装于凹槽或盲孔内，将盖板盖合在凹槽或盲孔开口处，再进行抽真空处理以使得凹槽或盲孔内部形成真空，再将盖板与凹槽或盲孔密封连接，形成复合坯料；
13.热轧：将复合坯料进行热轧，轧制成厚度为2mm～5mm的复合刀料；
14.后处理：将复合刀料前端的盖板去除，露出刀刃，获得复合刀坯。
15.进一步地，板坯的长度为3m～6m，宽度为70mm～120mm，厚度为30mm～60mm。
16.进一步地，凹槽采用矩形凹槽，盲孔采用矩形盲孔；矩形凹槽或矩形盲孔的长度比板坯的长度小2mm，厚度为10mm～15mm，深度为10mm～20mm。
17.进一步地，在刀刃加工过程中，将10cr15mov合金粉末填装于凹槽或盲孔内，还包括振实凹槽或盲孔内的10cr15mov合金粉末；10cr15mov合金粉末的振实密实度为6.5g/cm3～7.5g/cm3。
18.进一步地，在刀刃加工过程中，抽真空处理后凹槽内部的真空度为0.001pa～0.01pa；和/或，在刀刃加工过程中，盖板与凹槽或盲孔密封连接采用电子束焊、激光焊或氩弧焊中的一种将盖板与凹槽或盲孔密封连接。
19.进一步地，盖板采用2cr13不锈钢或3cr13不锈钢制备而成；盖板的厚度为1mm～2mm。
20.进一步地，热轧具体包括：板坯的加热温度控制在1200℃～1250℃，加热保温时间6h～8h，开轧温度为1050℃～1200℃，轧制过程中控制第一道轧制变形量大于等于20％，板料的终轧温度≥950℃。
21.本发明具有以下有益效果：
22.本发明的复合刀坯，包括刀身和布设在刀身前端的刀刃，刀刃采用10cr15mov合金粉末，具有高的硬度和耐磨性，刀身用3cr13或2cr13材料制备，有好耐腐蚀性和韧性，刀身与刀刃冶金复合，使得该双金属的复合刀坯，充分发挥低碳不锈钢材料和合金粉末材料的优势，既有好的耐腐蚀性能，又有好的锋利度且锋利持久性，且仅刀刃使用10cr15mov合金粉末，降低了复合刀坯的成本，且能实现大批量生产。
23.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
24.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
25.图1是本发明优选实施例的开设有凹槽的刀身的右视图；
26.图2是本发明优选实施例的开设有凹槽的刀身的正视图；
27.图3是本发明优选实施例的装填有10cr15mov合金粉末的刀身示意图；
28.图4是本发明优选实施例的去除盖板的复合刀坯；以及
29.图5是本发明优选实施例的复合刀坯研磨后的制备成的厨刀。
具体实施方式
30.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
31.如图4所示，本实施例的复合刀坯，包括刀身，刀身的前端设有刀刃；刀身采用2cr13不锈钢或3cr13不锈钢制备而成；刀刃采用10cr15mov合金粉末制备而成；刀身至少三面包裹所述刀刃，刀刃与刀身冶金结合。
32.本发明的复合刀坯，包括刀身和布设在刀身前端的刀刃，刀刃采用10cr15mov合金粉末，具有高的硬度和耐磨性，刀身用3cr13或2cr1 3材料制备，有好耐腐蚀性和韧性，刀身与刀刃冶金复合，使得该双金属的复合刀坯，充分发挥低碳不锈钢材料和合金粉末材料的优势，既有好的耐腐蚀性能，又有好的锋利度且锋利持久性，且仅刀刃使用10cr15mov合金粉末，降低了复合刀坯的成本，且能实现大批量生产。
33.本实施例中，10cr15mov合金粉末材料包括1.0％～1.2％的c、0.2％～0.6％的si、0.2％～0.55％的mn、13％～15％的cr、2.5％～4％的mo、1.5％～2％的v，余量为fe及不可避免的杂质构成。10cr15mov合金粉末采用真空气雾化制粉工艺生产。
34.本实施例中，刀刃采用10cr15mov合金粉末的含氧量≤200ppm。刀刃采用10cr15mov合金粉末的粒度≤250μm。刀刃的性能指标主要有三个，一是防腐性能，二是锋利度和锋利保持性，三是韧性指标。影响防腐性能的主要是合金成分，合金成分里cr含量越高，防腐性能越好。另碳含量越低，防腐性能也越好，但降低碳含量会影响硬度和锋利度。影响锋利度、锋利保持性和韧性的主要是合金成分、合金的纯净度及组织晶粒度，合金成分里cr、mo、v及碳c含量越高，则硬度越高，耐磨性越好，对应的就是利度和锋利保持性越好。但合金含量高韧性就会变差；合金成分越纯净、组织晶粒尺寸越小，则合金的韧性就越好。可以理解为，含氧量越低，所生产的合金纯净度越高，韧性越好。粒度越小，所生产的合金显微组织的晶粒尺寸也越小，性韧也越好。因此，上述刀刃采用10cr15mov合金粉末的含氧量≤200ppm，粒度≤250μm，以获得高韧性、强防腐性能和高锋利度和锋利保持性的刀刃。优选地，刃的厚度为刀身厚度的20％～30％，且不少于0.5mm。
35.如图1、2、3和图4所示，根据本发明的另一方面，还提供了一种包括上述复合刀坯的制备方法，包括以下步骤：
36.刀身加工：采用2cr13不锈钢或3cr13不锈钢加工制成板坯；
37.刀刃加工：在板坯侧壁沿水平方向开设凹槽或盲孔，将10cr15mov合金粉末填装于凹槽或盲孔内，将盖板盖合在凹槽或盲孔开口处，再进行抽真空处理以使得凹槽或盲孔内部形成真空，再将盖板与凹槽或盲孔密封连接，形成复合坯料；
38.热轧：将复合坯料进行热轧，轧制成厚度为2mm～5mm的复合刀料；
39.后处理：将复合刀料前端的盖板去除，露出刀刃，获得复合刀坯。
40.本发明的复合刀坯的制备方法，采用2cr13或3cr13板料加工成板坯，并在板坯上开设凹槽或盲孔，以将10cr15mov合金粉末填装于凹槽或盲孔内，将盖板盖合在凹槽或盲孔开口处，进行抽真空和热轧处理，再将盖板去除，露出刀刃。上述复合刀坯的制备方法，将板坯加工成半包围的凹槽或盲孔，便于填装合金粉末，同时只要焊接一个面的盖板就能形成封闭的腔体，方便生产制做。10cr15mov合金粉末与2cr13或3cr13板料两种金属结合，在净界面的条件下，两种不同材料在高温高压的作用下产生扩散连接，达到冶金结合的目的。其
中抽真空的目的是保证两种材料的净界面，不被污染而影响结合强度，也防止后有续加热轧制过程中表面氧化影响结合质量。热轧包括加热和轧制两道工艺，加热的目的是金属加热后硬度下降，塑性变好，减少后面的轧制力和方便两种金属热扩散结合。轧制的目的是对金属施加压力让其变形、变薄，同时有助于两种金属结合。
41.本实施例中，板坯的长度为3m～6m，宽度为70mm～120mm，厚度为30mm～60mm。
42.本实施例中，凹槽采用矩形凹槽，盲孔采用矩形盲孔。矩形凹槽或矩形盲孔的长度比板坯的长度小2mm，厚度为10mm～15mm，深度为10mm～20mm。
43.上述凹槽或盲孔的长度方向比板坯的长度小2mm，为了方便加工凹槽或盲孔。厚度为10mm～15mm，深度为10mm～20mm是保证轧制成刀坯后刀刃的尺寸，满足刀刃厚度为刀身厚度的20％～30％，且不少于0.5mm的要求。刀刃尺寸太小，后续生产成品刀开刃时不便于工业化生产，太大则增加成本。对板坯进行加工，去掉板坯部分基体，以形成凹槽或盲孔用于填装10cr15mov合金粉末，凹槽或盲孔加工完成后，内表要清理干净，不能有油污、杂质和氧化物等。优选地，矩形凹槽或矩形盲孔的长度比板坯的长度小2mm，也可认为矩形凹槽或矩形盲孔的长度方向的壁厚为1mm，因此，在加工凹槽或盲孔时注意长度方向的凹槽或盲孔壁的加工，防止出现裂纹或裂缝。
44.本实施例中，在刀刃加工过程中，将10cr15mov合金粉末填装于凹槽内，还包括振实凹槽或盲孔内的10cr15mov合金粉末。10cr15mov合金粉末的密实度为6.5g/cm3～7.5g/cm3。
45.本实施例中，在刀刃加工过程中，抽真空处理后凹槽或盲孔内部的真空度为0.001pa～0.01pa。和/或，在刀刃加工过程中，盖板与凹槽或盲孔密封连接采用电子束焊、激光焊或氩弧焊中的一种将盖板与凹槽或盲孔密封连接。上述在在刀刃加工过程中，先将盖板盖合在在凹槽或盲孔开口处，此处盖板盖合一方面，阻止10cr15mov合金粉末掉落，也防止外界气体的进入凹槽或盲孔内与10cr15mov合金粉末发生氧化反应；另一方面，此阶段盖板盖合在凹槽或盲孔开口处，并非完全盖合，还留有一定的间隙，因此，在后续抽真空过程中，以将凹槽或盲孔内的大部分空气抽走，以使得在后续加热时，大部分空气已经被抽走，因此在加热过程中不会产生二次氧化。
46.优选地，盖板采用2cr13不锈钢或3cr13不锈钢制备而成。盖板的厚度为1mm～2mm。上述盖板作为一个辅助件，在热轧处理之后，需要将盖板去除，以露出刀刃。盖板的去除可以用冲床加工、线割加工、激光切割等各种方法。
47.本实施例中，热轧具体包括：板坯的加热温度控制在1200℃～1250℃，加热保温时间6h～8h，开轧温度为1050℃～1200℃，轧制过程中控制第一道轧制变形量大于等于20％，板料的终轧温度≥950℃。
48.还包括，将上述制备获得的复合刀坯与刀柄连接。或者，复合刀坯与刀柄一体成型。按照厨刀的尺寸和形状进行加工，再进行热处理，热处理后按传统厨刀生产工艺对厨刀进行研磨和开刃，使生产出的厨刀的刀刃为高硬度高耐磨的合金粉末，刀身为耐腐蚀性好的低碳不锈钢。
49.实施例
50.实施例1
51.10cr15mov合金粉末材料包括1.2％的c、0.5％的si、0.3％的mn、15％的cr、3％的
mo、2％的v，余量为fe及不可避免的杂质构成，10cr15mov合金粉末的含氧量为170ppm。10cr15mov合金粉末的粒度≤200μm。
52.复合刀坯的制备方法，
53.刀身加工：采用选用30mm宽
×
100mm高
×
3m长的3cr13不锈钢加工制成矩形板坯；
54.刀刃加工：在矩形板坯的30mm宽
×
3m长的一面加工矩形凹槽，矩形凹槽为10mm宽
×
25mm厚
×
2.998m长，将10cr15mov合金粉末填装于矩形凹槽内，振实，振实密实度为6.5g/cm3，将2mm厚度的3cr13不锈钢盖板盖合在凹槽开口处，再一起移入真空箱内，启动真空系统，进行抽真空处理，以使得凹槽内部形成真空，抽真空处理后凹槽内部的真空度为0.01pa，再用电子束焊将盖板与凹槽密封连接，形成复合坯料；
55.热轧：将复合坯料进行热轧，热轧包括：板坯的加热温度控制在1200℃，加热保温时间6h，开轧温度为1050℃，板料的终轧温度1000℃，轧制成厚度为3mm、宽度100mm、长度为30m的复合刀料；
56.后处理：将复合刀料前端的盖板去除，露出刀刃，获得复合刀坯。
57.实施例2
58.10cr15mov合金粉末材料包括1％的c、0.4％的si、0.4％的mn、14.3％的cr、2.8％的mo、2％的v，余量为fe及不可避免的杂质构成，10cr15mov合金粉末的含氧量为160ppm，10cr15mov合金粉末的粒度≤250μm。
59.复合刀坯的制备方法，
60.刀身加工：采用选用30mm宽
×
100mm高
×
3m长的3cr13不锈钢加工制成矩形板坯；
61.刀刃加工：在矩形板坯的30mm宽
×
3m长的一面加工矩形凹槽，矩形凹槽为10mm宽
×
20mm厚
×
2.998m长，将10cr15mov合金粉末填装于矩形凹槽内，振实，振实密实度为7g/cm3，将2mm厚度的3cr13不锈钢盖板盖合在凹槽开口处，再一起移入真空箱内，启动真空系统，进行抽真空处理，以使得凹槽内部形成真空，抽真空处理后凹槽内部的真空度为0.01pa，再用电子束焊将盖板与凹槽密封连接，形成复合坯料；
62.热轧：将复合坯料进行热轧，热轧包括：板坯的加热温度控制在1180℃，加热保温时间6h，开轧温度为1050℃，板料的终轧温度980℃，轧制成厚度为3mm、宽度100mm、长度为30m的复合刀料；
63.后处理：将复合刀料前端的盖板去除，露出刀刃，获得复合刀坯。
64.实施例3
65.10cr15mov合金粉末材料包括1.1％的c、0.4％的si、0.5％的mn、14.5％的cr、3.2％的mo、2％的v，余量为fe及不可避免的杂质构成，10cr15mov合金粉末的含氧量为155ppm，10cr15mov合金粉末的粒度≤250μm。
66.复合刀坯的制备方法，
67.刀身加工：采用选用30mm宽
×
100mm高
×
3m长的3cr13不锈钢加工制成矩形板坯；
68.刀刃加工：在矩形板坯的30mm宽
×
3m长的一面加工矩形凹槽，矩形凹槽为10mm宽
×
25mm厚
×
2.998m长，将10cr15mov合金粉末填装于矩形凹槽内，振实，振实密实度为7g/cm3，将1mm厚度的3cr13不锈钢盖板盖合在凹槽开口处，再一起移入真空箱内，启动真空系统，进行抽真空处理，以使得凹槽内部形成真空，抽真空处理后凹槽内部的真空度0.01pa，再用电子束焊将盖板与凹槽密封连接，形成复合坯料；
69.热轧：将复合坯料进行热轧，热轧包括：板坯的加热温度控制在1200℃，加热保温时间5h，开轧温度为1050℃，板料的终轧温度950℃，轧制成厚度为3mm、宽度100mm、长度为30m的复合刀料；
70.后处理：将复合刀料前端的盖板去除，露出刀刃，获得复合刀坯。
71.对比例1
72.刀坯包括刀身和刀刃，刀身与刀刃均采用3cr13一体制备而成。
73.对比例2
74.刀坯包括刀身和刀刃，刀身与刀刃均采用4cr13一体制备而成。
75.将上述实施例1获得的复合刀坯和对比例1与2的刀坯中的刀刃，进行锋利度、锋利持久度、硬度、结合界面剪切强度进行测试，测试结果如表1所示。
76.表1实施例1、对比例1和对比例2中的刀刃的测试结果
[0077][0078]
由表1可知，本发明获得复合刀坯的刀刃的锋利度、锋利持久度、硬度均优于对比例1和对比例2，且结合界面剪切强度高。
[0079]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。