赞！一等奖！国际领先！

我校“高品质民用刀具材料制备

关键技术及应用”成果

获中国商业联合会科学技术奖一等奖

并获得了5项专利授权和2项软件著作权

此外，他们还参与制定了1项国家标准

发表了20余篇学术论文

并分别出版了1部中文和1部英文专著

厨房刀具、剃须刀、水果刀、指甲刀等是人们日常生活中不可或缺的刀具，其制造质量与生活品质息息相关，刀具的稳定性、防护性和舒适性更直接影响到每个人的健康和安全。在国家层面，若一个国家过度依赖刀具材料的进口，那么在供应链出现干扰或中断时，其制造业和其他重要行业将面临重大风险。

我国国产民用刀具在价格、性能、使用寿命等方面与进口刀具存在显著差距，而国产刀具的低价销售模式又使得相关企业缺乏足够的资金进行设备的升级和新产品的研发，如何打破这种恶性循环是一个待解的难题。面对这一挑战，北京科技大学李晶教授带领“高品质刀剪材料制备的工艺创新及产品研发团队”与阳江十八子集团合作，坚持自主研发国产高品质民用刀具材料。经过十多年的不懈努力和钻研，最终形成“高品质民用刀具材料制备关键技术及应用”成果。

风雨十年的炼钢史

由于其出色的强度、硬度和良好的耐蚀性，高碳马氏体不锈钢常被选作制造高品质民用刀具的理想材料。国内高品质民用刀具通常采用碳含量0.6%以上的高碳马氏体不锈钢制作，目前这种钢材的生产大多通过电渣重熔工艺来完成。然而，团队进行初次的组织、性能对比分析后发现，材料制备工艺的不完善和热处理过程的问题，造成国产刀具品质粗劣。这些问题表现为：在国产刀具中残留着大量大尺寸共晶碳化物、二次碳化物数量多且分布不均匀、以及钢材洁净度较低等，从而影响刀具的锋利性能，导致其在使用过程中出现断裂、生锈等问题。

为了解决上述问题，李晶教授及其团队长期驻扎在阳江十八子的精密特钢厂，调研了炼钢原料、生产设备、生产工艺、工人操作等各个可能影响钢材质量的环节，一堆堆废钢原料中有害元素含量的分析、一个个300公斤级电渣锭的解抛观察以及一份份的现场记录和实验报告诉说着他们对高品质刀具用钢的坚持。研究发现，高碳马氏体不锈钢中碳化物的控制对于刀具的性能和寿命至关重要。

团队以碳化物的控制为突破口，展开了深入细致的研究。在材料制备阶段，他们通过模拟和现场试验相结合的方式，精细调整电渣重熔工艺参数，一组电渣重熔参数的模拟通常需要一周甚至几周的时间来完成，而确定一个有效的工艺参数，往往需要多组的模拟和现场实验。通过精确的工艺参数调控，他们成功优化了熔速、充填比和冷却制度，在一次碳化物生成的“源头”上取得了突破，显著降低了电渣锭中一次碳化物体积分数，有效减小了一次碳化物尺寸，并提升了一次碳化物分布均匀性。团队长时间守在加热炉前，连续数十个小时进行取样分析，最终在热处理方面取得了突破。在轧制过程中，热轧开坯后，通过优化高温扩散退火工艺，促进了一次碳化物溶解；精轧过程中，通过控制终轧温度和累积变形量，进一步降低了热轧卷中一次碳化物尺寸，减轻了其对刀具性能的危害；球化退火过程中，通过控制等温温度、时间和冷却速度，促使二次碳化物大量析出且均匀分布，并在淬、回火热处理过程中使其部分溶解，最终成功研发出了组织、性能优异的高品质民用刀具。

历经十余年的研发，李晶教授团队成功研制出了具有自主知识产权的国产刀具用钢，但国内在高品质民用刀具领域仍面临用钢材料缺乏的窘境。因此，开发性能更佳、成本更低的高品质民用刀具材料成为团队新的研究目标。

高碳马氏体不锈钢中一次碳化物析出机理是其控制的基础，经过十余年的深入研究，他们阐明了高碳马氏体不锈钢中不同形貌和生长方向的一次碳化物的聚合长大机理。在一次碳化物控制方面，团队尝试了多种方法，新提出的原位转变思路在更高碳、铬含量马氏不锈钢(10Cr15MoVCo)中成功应用，为该类钢中难溶解一次碳化物的消除提供了“窗口”，有效解决了在高温扩散退火过程中一次碳化物溶解有限的问题，减少了轧制过程中的开裂，提升了刀具的性能。另外，针对高端刀具用高碳马氏体不锈钢采用“以氮代碳”保证性能，为一次碳化物控制提供了有效方法。

高端刀具用高碳马氏体不锈钢的热处理也是团队面临的巨大挑战，特别是低温回火工艺。为了降低低温回火对硬度的影响，进一步提升刀具用钢的强韧性，团队采用了延长保温时间的策略，在长达30个小时的保温过程中CrFe7C0.45纳米相的析出可以为刀具带来二次硬化的效果，有助于高品质刀具材料性能更进一步的提升。

本项目成果被中国商业联合会鉴定为国际先进水平，其中共晶碳化物原位转变工艺技术和辊锻淬回火技术达到国际领先水平。关键技术已在阳江十八子集团得到应用，生产的刀具锋利度和锋利耐用度达到了国际先进水平。这极大促进了阳江地区刀剪行业的发展，为发展和树立国产高品质民用刀具品牌起到了积极推动作用，产生了显著的经济效益和社会效益。

周而复始的模拟

通宵达旦的实验

他们坚持不懈

一次次挑战新难题

一次次突破新技术

他们精益求精

他们诉说着十年风雨炼钢史

展示了科研人员的“工匠精神”

让世界看到中国高端制造业正在崛起

USTB | 北京科技大学

出品：新媒体中心

来源：科转院

编辑：韩琰森

校审：薛浪

责编：杨美偲

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