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(jiān)韌的菜刀，然而自從菜刀實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化大生產(chǎn)，人們對菜刀的質(zhì)疑聲也越來越多，“現(xiàn)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(qū)別？圈粉無數(shù)的手工鍛打菜刀究竟好在哪？日前，隨著北京科技大學(xué)教授李晶的科研成果走向轉(zhuǎn)化應(yīng)用，這一問題的答案逐漸清晰。

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千錘百煉出好刀

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廚刀的鋒利性能是衡量其使用性能的核心評價(jià)指標(biāo)。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(guān)。材料的微觀組織及碳化物越均勻細(xì)小，潔凈度越高，并且夾雜物彌散細(xì)小分布，這樣的刀剪往往更加鋒利。目前，國內(nèi)的刀剪用鋼與國外相比，存在鋼材內(nèi)部夾雜物、材料組織均勻性、尺寸精度等方面的差距。

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

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他介紹，現(xiàn)代刀剪產(chǎn)品生產(chǎn)與傳統(tǒng)的鍛造工藝不同。傳統(tǒng)菜刀的鍛造過程中，一錘子一錘子的敲打，能夠?qū)⒉牧现械膴A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(chǎn)生的影響，并且，鍛打還可以改善材料成分均勻性，實(shí)現(xiàn)細(xì)小的內(nèi)部組織，從而獲得產(chǎn)品的最佳強(qiáng)度、韌性及優(yōu)異的鋒利性能。

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現(xiàn)代刀剪產(chǎn)品的生產(chǎn)中，原材料性能由冶金及軋制過程決定，制備刀剪時(shí)通過熱處理的固態(tài)相變將原材料的原始組織轉(zhuǎn)變成馬氏體組織，以提供刀剪產(chǎn)品的性能所需。

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但“打鐵”是個(gè)力氣活，俗話說“打鐵先要身板硬”，就是這個(gè)道理。火爐旁的炙烤，掄動(dòng)十幾斤的鐵錘，四處濺落的鐵花......意味著這項(xiàng)需要力氣和膽量的工作難回現(xiàn)代生產(chǎn)場景中。

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不盡完美的替代品

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有沒有一種新材料能夠替代鋼刀呢？的確，近幾年出現(xiàn)了很多鋼刀的替代品，陶瓷刀因?yàn)槠洹皟?yōu)秀”的品質(zhì)，成為其中知名度頗高的一種。

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制作陶瓷刀的材料來自生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，這種材料化學(xué)穩(wěn)定性極強(qiáng)，耐酸堿，永不生銹變色，不會與食物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，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(chǎn)生過敏現(xiàn)象。并且，陶瓷材料中加入了二氧化鈦，能夠有效抑菌，這些優(yōu)點(diǎn)讓一般的鐵菜刀望塵莫及。

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陶瓷刀也有不能掩蓋的缺點(diǎn)。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(yè)人士，比如廚師來說，陶瓷刀不能復(fù)磨的這個(gè)特點(diǎn)也是缺點(diǎn)。沒有理想的可復(fù)磨性限制了陶瓷刀的適用范圍。

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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(yīng)用到實(shí)際生活中。所謂的抑菌功能，并非陶瓷刀所獨(dú)有。

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要做刀 先煉鋼

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

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放眼全國，幾乎所有鋼企還不能提供滿足要求的優(yōu)質(zhì)刀剪專用材料，而國外的專用材料價(jià)格高。目前，刀剪產(chǎn)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(diào)整其力學(xué)性能的不銹鋼，但其碳化物均勻性較差。

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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(xiàn)場，一家當(dāng)?shù)仄髽I(yè)的橫幅吸引了他的注意，“要做好刀，必須煉好鋼”，這家企業(yè)就是“陽江十八子集團(tuán)”。從事專業(yè)研究多年的李晶深知遇見了個(gè)懂行的，還應(yīng)邀參觀了為刀具供應(yīng)鋼材的鋼廠。

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其實(shí)，十八子創(chuàng)建鋼廠也是不得已而為之。創(chuàng)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(rèn)為廚刀行業(yè)對鋼材需求量少，而材質(zhì)要求又高，沒有經(jīng)濟(jì)效益，不愿意投入研發(fā)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。

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李晶來參觀時(shí)，十八子的精密特鋼廠已經(jīng)煉出第一爐鋼。但由于缺乏技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量需要提升，李良輝發(fā)出了對李晶的合作邀約。由此，李晶開始了長達(dá)十余年的面壁攻關(guān)。

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與碳化物作斗爭

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事實(shí)證明，煉鋼比打鐵難得多。提高廚刀用鋼性能，除了在實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，李晶及其團(tuán)隊(duì)還要深入車間，結(jié)合廚刀用鋼生產(chǎn)工藝流程，調(diào)冶煉工藝參數(shù)、軋制及熱處理工藝，及時(shí)分析產(chǎn)品的質(zhì)量。李晶和他的團(tuán)隊(duì)每次下車間，一待就是一兩個(gè)月。

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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(jìn)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(qiáng)度，一般國內(nèi)優(yōu)質(zhì)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(yōu)質(zhì)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。

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在原材料的冶金過程中，研究團(tuán)隊(duì)通過調(diào)控電渣重熔工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了熔速和冷卻制度的動(dòng)態(tài)控制，降低了電渣錠中一次碳化物體積分?jǐn)?shù)，顯著減小了一次碳化物尺寸。

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軋制過程中，熱軋開坯后，通過優(yōu)化高溫?cái)U(kuò)散退火工藝，促進(jìn)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?jǐn)?shù)進(jìn)一步降低。

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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(jīng)驗(yàn)不同，現(xiàn)代大生產(chǎn)不僅考驗(yàn)著科研人員的智慧，還造就了李晶及其科研團(tuán)隊(duì)的好眼力。一次次的調(diào)試過程，一批批的樣品刀，也讓李晶團(tuán)隊(duì)確定了提高刀剪耐磨性和鋒利度的碳化物類型。

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李晶團(tuán)隊(duì)通過熱處理工藝優(yōu)化，促進(jìn)了鋼中二次碳化物類型的轉(zhuǎn)變，獲得強(qiáng)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。

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獲得“好鋼”后，最關(guān)鍵的一步就是將“好鋼用在刀刃上”。為此研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了刀剪用鋼復(fù)合軋制工藝技術(shù)研究，通過復(fù)合軋制的方式將高碳優(yōu)質(zhì)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(yōu)質(zhì)不銹鋼當(dāng)做刀刃。

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陽江十八子集團(tuán)的工作人員介紹，相比于傳統(tǒng)單一材質(zhì)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。 ??

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李晶表示，廚刀用鋼研發(fā)初戰(zhàn)告捷，也只是小試牛刀。目前國內(nèi)高端廚刀領(lǐng)域仍面臨用鋼空白。接下來，研究人員需要在高強(qiáng)度、高耐磨性、高鋒利度的高碳優(yōu)質(zhì)或以氮代碳的馬氏體不銹鋼品種的研制上努力攻關(guān)。

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“來源：科學(xué)網(wǎng)”