現代工廠如何打造一把好菜刀

在鋼廠交流制刀工藝的李晶(右)



民以食為先,飽食三餐離不開一把鋒利而堅韌的菜刀,然而自從菜刀實現了機械化大生產,人們對菜刀的質疑聲也越來越多,“現在的菜刀不如以前的好用了”。那么,工廠車間里的菜刀和鐵匠鋪的菜刀究竟有什么區別?圈粉無數的手工鍛打菜刀究竟好在哪?日前,隨著北京科技大學教授李晶的科研成果走向轉化應用,這一問題的答案逐漸清晰。

 

千錘百煉出好刀

 

廚刀的鋒利性能是衡量其使用性能的核心評價指標。李晶介紹,鋒利性能與刃口的幾何形貌和刃口材料性直接相關。材料的微觀組織及碳化物越均勻細小,潔凈度越高,并且夾雜物彌散細小分布,這樣的刀剪往往更加鋒利。目前,國內的刀剪用鋼與國外相比,存在鋼材內部夾雜物、材料組織均勻性、尺寸精度等方面的差距。

 

怎樣彌補差距,制作出一把好菜刀呢?“核心技術在選材及對應的熱處理。”李晶這一句話擲地有聲。

 

他介紹,現代刀剪產品生產與傳統的鍛造工藝不同。傳統菜刀的鍛造過程中,一錘子一錘子的敲打,能夠將材料中的夾雜物排擠出表面,隨氧化層脫落,或彌散均勻分布在基體中,大大降低夾雜物及碳化物產生的影響,并且,鍛打還可以改善材料成分均勻性,實現細小的內部組織,從而獲得產品的最佳強度、韌性及優異的鋒利性能。

 

現代刀剪產品的生產中,原材料性能由冶金及軋制過程決定,制備刀剪時通過熱處理的固態相變將原材料的原始組織轉變成馬氏體組織,以提供刀剪產品的性能所需。

 

但“打鐵”是個力氣活,俗話說“打鐵先要身板硬”,就是這個道理?;馉t旁的炙烤,掄動十幾斤的鐵錘,四處濺落的鐵花......意味著這項需要力氣和膽量的工作難回現代生產場景中。

 

不盡完美的替代品

 

有沒有一種新材料能夠替代鋼刀呢?的確,近幾年出現了很多鋼刀的替代品,陶瓷刀因為其“優秀”的品質,成為其中知名度頗高的一種。

 

制作陶瓷刀的材料來自生物醫學領域,這種材料化學穩定性極強,耐酸堿,永不生銹變色,不會與食物發生化學反應,可以保持食物原本的新鮮和美味。由于不含鎳、鉻等重金屬元素,與肌膚接觸也不會產生過敏現象。并且,陶瓷材料中加入了二氧化鈦,能夠有效抑菌,這些優點讓一般的鐵菜刀望塵莫及。

 

陶瓷刀也有不能掩蓋的缺點。首先,陶瓷刀片的硬度很高,不適宜用來斬切骨頭;其次,陶瓷刀很脆弱,易折斷。對于用慣了不銹鋼菜刀的專業人士,比如廚師來說,陶瓷刀不能復磨的這個特點也是缺點。沒有理想的可復磨性限制了陶瓷刀的適用范圍。

 

此外,他介紹,不銹鋼廚刀在加入合適的元素,例如銅、銀元素后,也有抑菌的功能,并且抑菌不銹鋼早已應用到實際生活中。所謂的抑菌功能,并非陶瓷刀所獨有。

 

要做刀 先煉鋼

 

“老路”布滿汗水,“新路”也并非完美。研究人員紛紛又將目光轉向了刀剪用鋼的原點。

 

放眼全國,幾乎所有鋼企還不能提供滿足要求的優質刀剪專用材料,而國外的專用材料價格高。目前,刀剪產品普遍采用馬氏體不銹鋼為原材料。馬氏體不銹鋼是通過熱處理可以調整其力學性能的不銹鋼,但其碳化物均勻性較差。

 

2008年,國際五金刀剪博覽會在廣東陽江舉行,李晶也在展覽現場,一家當地企業的橫幅吸引了他的注意,“要做好刀,必須煉好鋼”,這家企業就是“陽江十八子集團”。從事專業研究多年的李晶深知遇見了個懂行的,還應邀參觀了為刀具供應鋼材的鋼廠。

 

其實,十八子創建鋼廠也是不得已而為之。創史人李良輝在建鋼廠之前,走訪了很多特鋼廠,想定制做刀的專用特殊鋼,但沒料到鋼廠都認為廚刀行業對鋼材需求量少,而材質要求又高,沒有經濟效益,不愿意投入研發精力和提供鋼材。為此,李良輝才下決心自己煉出特鋼做好刀。

 

李晶來參觀時,十八子的精密特鋼廠已經煉出第一爐鋼。但由于缺乏技術和產品質量需要提升,李良輝發出了對李晶的合作邀約。由此,李晶開始了長達十余年的面壁攻關。

 

與碳化物作斗爭

 

事實證明,煉鋼比打鐵難得多。提高廚刀用鋼性能,除了在實驗室做實驗,李晶及其團隊還要深入車間,結合廚刀用鋼生產工藝流程,調冶煉工藝參數、軋制及熱處理工藝,及時分析產品的質量。李晶和他的團隊每次下車間,一待就是一兩個月。

 

李晶介紹,所有工作的核心是“與碳化物作斗爭”,對鋼材碳化物和組織控制進行研究。碳存在于所有的鋼材中,是鋼材最重要的硬化元素。有助于增加鋼材的強度,一般國內優質刀具級別的鋼材擁有0.5%以上的碳,也稱為高碳鋼。要想獲得優質的刀具用鋼,就需要精確掌握鋼中碳化物的析出量和尺寸,特別是一次碳化物。

 

在原材料的冶金過程中,研究團隊通過調控電渣重熔工藝參數,實現了熔速和冷卻制度的動態控制,降低了電渣錠中一次碳化物體積分數,顯著減小了一次碳化物尺寸。

 

軋制過程中,熱軋開坯后,通過優化高溫擴散退火工藝,促進一次碳化物溶解。精軋過程中,通過控制終軋溫度和累積變形量,使熱軋卷中一次碳化物體積分數進一步降低。

 

與以往打造一把兼具鋒利與韌性的好刀,依靠鐵匠手藝和經驗不同,現代大生產不僅考驗著科研人員的智慧,還造就了李晶及其科研團隊的好眼力。一次次的調試過程,一批批的樣品刀,也讓李晶團隊確定了提高刀剪耐磨性和鋒利度的碳化物類型。

 

李晶團隊通過熱處理工藝優化,促進了鋼中二次碳化物類型的轉變,獲得強韌性兼具,且比表面積大的納米級M7C3碳化物,提高了刀剪的耐磨性和鋒利度。

 

獲得“好鋼”后,最關鍵的一步就是將“好鋼用在刀刃上”。為此研究團隊進行了刀剪用鋼復合軋制工藝技術研究,通過復合軋制的方式將高碳優質不銹鋼鑲嵌在多層低碳不銹鋼中間,開刃后,將裸露出來的高碳優質不銹鋼當做刀刃。

 

陽江十八子集團的工作人員介紹,相比于傳統單一材質的高碳不銹鋼刀具,該刀具刃部具有較高的硬度和鋒利度,刀身其他部位又具有較好的韌性和耐腐蝕性。   

 

李晶表示,廚刀用鋼研發初戰告捷,也只是小試牛刀。目前國內高端廚刀領域仍面臨用鋼空白。接下來,研究人員需要在高強度、高耐磨性、高鋒利度的高碳優質或以氮代碳的馬氏體不銹鋼品種的研制上努力攻關。

 

 


 

  

“來源:科學網”

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