新型不锈钢刀剪材料的研发

论文摘要

刀剪产品是日用五金行业中的重点产品,是人们生活中不可缺少的工具。目前,我国刀剪生产企业绝大多数是民营企业,主要集中在广东、浙江两省。从整体上看,我国刀剪产品与国外发达国家相比,还停留在低档次低价位水平,面临众多国外优质品牌的竞争,只能以低价格争取市场。分析我国刀剪产品现状,主要存在以下几方面问题:（1）新材料的应用和高新材料生产技术还不成熟,缺乏相应的技术人材。（2）热处理设备及工艺落后,缺乏相关的研究工作。（3）磨削、抛光以及表面处理技术等生产工艺落后。本文立足国内外刀剪现状和重庆大足小五金刀剪企业实际,以开发新型刀剪材料和制定其热处理工艺技术两个方向为出发点。结合国外刀剪产品用材及发展趋势,根据金属学理论基础和不锈钢相关研究经验,设计了刀剪材料用CD-1钢,并结合实际进行了热处理工艺试验和关键性能的研究工作。CD-1钢突破了传统的不锈钢概念并将铬含量降低到10%左右,通过添加较高含量的Si和严格控制钢中C、P以及S含量,使钢在各方面性能上都较优良,这一设计理念为刀剪新材料的开发提供了新的思路。经三次热轧退火后得到h=3mm厚的热轧退火板,研究表明,板材组织晶粒细小均匀,在各方向上力学性能较均匀一致,强度和塑性较好。通过热处理工艺试验得出CD-1钢作为切片刀制造材料的淬火温度范围为10451060℃为宜,在此温度范围淬火组织为淬火马氏体+少量残余奥氏体;硬度为HRC60以上。淬火温度高于1060℃之后,组织粗化。为保持高硬度,回火温度不高于200℃,回火时间1.5h。经1060℃淬火+190℃低温回火后弯曲力学性能实验表明,CD-1钢σb达3600MPa以上,断裂挠度f bb大于11mm。弯曲断口的SEM形貌为混合型断口,同时具有塑性断裂和解理断裂特征。电化学腐蚀试验表明,在1060℃淬火+190℃回火1.5h和表面粗糙度相同条件下,4Cr13、CD-1钢以及5Cr15MoV三种钢的电化学腐蚀性能相比5Cr15MoV >4Cr13>CD-1,在对0Cr13、5Cr15MoV和CD-1钢在9001150℃范围加热15min的抗高温氧化实验表明,CD-1钢抗高温氧化能力明显优于0Cr13钢和5Cr15MoV钢,其单位面积失重速率远较另外两种钢小。用CD-1钢制作的厨用切片刀性能优良,用户好评如潮,表明其适合制作切片刀。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 背景
• 1.2 不锈钢
• 1.2.1 不锈钢的分类
• 1.2.2 国内外不锈钢的发展概况
• 1.3 马氏体不锈钢及其合金化原理
• 1.3.1 马氏体不锈钢概况
• 1.3.2 马氏体不锈钢的合金化原理
• 1.3.3 马氏体不锈钢的热处理
• 1.4 马氏体不锈钢的耐蚀性能
• 1.4.1 抗大气腐蚀性能
• 1.4.2 水溶液介质中的耐蚀性
• 1.4.3 化学成分对耐蚀性的影响
• 1.4.4 热处理对耐蚀性的影响
• 1.4.5 耐局部腐蚀性能
• 1.5 本课题的目的及主要研究内容
• 1.5.1 本课题研究目的
• 1.5.2 主要研究内容
• 2 CD-1 钢成分设计及冶炼
• 2.1 国内外不锈钢刀剪用材概况
• 2.1.1 国外不锈钢刀剪用材
• 2.1.2 国内不锈钢刀剪用材
• 2.2 国内外几种典型切片刀分析
• 2.3 新材料设计思路
• 2.4 新材料设计原理
• 2.4.1 合金元素对不锈钢组织的影响
• 2.4.2 主要合金元素对不锈钢组织的影响
• 2.4.3 主要合金元素对不锈钢耐蚀性能的影响
• 2.5 新材料的成分设计
• 2.6 CD-1 钢的冶炼及轧制
• 2.6.1 配料
• 2.6.2 CD-1 钢的冶炼
• 2.6.3 3mm 厚热轧板材的获得
• 2.7 CD-1 钢初步分析
• 2.8 本章小结
• 3 CD-1 钢热轧退火板组织和性能分析
• 3.1 引言
• 3.2 板材金相组织观察
• 3.3 EBSD 概述
• 3.3.1 CD-1 钢板材EBSD 技术分析
• 3.4 室温静拉伸试验
• 3.4.1 试验条件
• 3.4.2 试验结果
• 3.5 拉伸断口SEM 和EDS 分析
• 3.5.1 断口宏观分析
• 3.5.2 断口微观形貌及EDS 分析
• 3.6 本章小结
• 4 CD-1 钢热处理工艺试验
• 4.1 引言
• 4.2 淬火试验相关参数
• 4.2.1 CD-1 钢的物理常数
• 4.2.2 相关相变点和淬火加热理论
• 4.2.3 淬火加热缺陷及其防治
• 4.3 淬火工艺试验仪器及加热时间的确定
• 4.3.1 试验设备
• 4.3.2 淬火加热时间的确定
• 4.4 淬火试验
• 4.4.1 淬火硬度的测定
• 4.4.2 淬火微观组织
• 4.4.3 X 射线衍射分析
• 4.5 回火试验
• 4.5.1 回火硬度的测定
• 4.5.2 回火微观组织和X 射线衍射分析
• 4.6 本章小结
• 5 CD-1 钢弯曲力学性能
• 5.1 前言
• 5.2 弯曲试验装置及方法
• 5.3 实验结果
• 5.4 弯曲断口分析
• 5.5 钢中夹杂物的来源
• 5.6 本章小结
• 6 高温氧化和电化学腐蚀性能试验
• 6.1 研究金属高温氧化的意义
• 6.2 高温氧化试验
• 6.2.1 试验样品及试验设备
• 6.2.2 试验方法
• 6.2.3 试验结果
• 6.2.4 分析讨论
• 6.2.5 材料性质
• 6.2.6 氧化膜性质
• 6.2.7 其它
• 6.3 CD-1 钢电化学性能测试
• 6.3.1 概述
• 6.3.2 试验原理
• 6.3.3 试验准备及试验设备
• 6.3.4 试验方法
• 6.3.5 结果及讨论
• 6.4 本章小结
• 7 刀具制作工艺流程
• 7.1 工艺流程
• 7.2 刀具性能及用户意见
• 7.3 展望及前景
• 7.4 本章小结
• 8 结论及展望
• 8.1 主要结论
• 8.2 后续研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录