哪种钢是最好的厨刀材料？在中国金属学会的指导下，上海大学（浙江）高端装备基础件材料研究院（以下简称 ：上善院）与阳江合金材料实验室联合举办了“大云锻刀会”。自2024年1月10日启动到2025年1月9日举行闭幕式，“大云锻刀会”吸引了钢铁生产企业、科研院所推荐的碳钢、工模具钢、马氏体不锈钢和超高强度钢在内的42种材料参会。研究人员对这些材料进行了锻造刀坯、刀坯热处理、刀具加工、刀具性能检测后，取得了规律性的成果，为解答哪种钢是最好的厨刀材料提供了实践验证结果。为深入理解刀具用钢材的性能特点，“大云锻刀会”取得了哪些成果，世界金属导报记者专访了上善院院长董瀚。
记者：请问举办“大云锻刀会”的初衷是什么？
董瀚：刀与人类的发展和生活质量紧密相关，自古以来便是人类生活智慧的象征。制造一把刀具涉及冶炼、热加工、热处理与冷加工。从“好钢用在刀刃上”的传统，到现代先进工业生产流程制造，刀具承载着历史文化的传承，同时也体现了钢铁材料与加工技术的进步。
近年来，我国刀具行业发展迅速，刀具产量、种类等位于世界前列，已是世界重要的刀具生产基地。目前国内特钢企业虽可以生产高档刀剪不锈钢，如7Cr17MoV、8Cr13MoV、9Cr18MoV等，但在钢的洁净度、组织均匀性、碳化物控制方面，与国外钢厂相比还存在很大差距，致使国产刀具质量与进口产品相比存在较大差距，国内大部分刀具用钢依然依赖进口。
为进一步推动我国刀具用钢的技术进步，我们选择了厨刀进行测试，因为在众多刀具中，厨刀是家庭必备工具，不仅与民生密切相关，而且是钢铁行业优质材料性能的代表。厨刀被用来进行切割、削皮、剁碎等操作，常用的钢种有碳钢、马氏体不锈钢、工模具钢。这些材料在硬度、锋利度、防锈性能方面各有优势。那么哪种钢是最好的厨刀材料？为了回答这个问题，上善院和广东阳江合金材料实验室在中国金属学会的指导下举办了“大云锻刀会”，以刀会友。我们希望通过这一活动，加深对刀具钢的理解，对刀具服役性能的影响因素有进一步的认知，促进厨刀性能的改进，让钢铁科技的前沿技术真正服务于民生。
记者：请您介绍一下“大云锻刀会”的举办情况。
董瀚：本次“大云锻刀会”自2024年1月10日启动，2025年1月9日闭幕，历时一年。在开幕式上，我们邀请到了非遗“刘桥菜刀”的传承人，老铁匠马春芳进行首锤。马春芳工匠还进行了现场锻刀教学，向古代冶金工艺人致敬，寓意着锻刀文化的传承，深切感受锻刀传统文化之美。
本次活动吸引了来自科研院所、钢铁企业等33家单位与个人参与，提供的材料包括碳钢、马氏体不锈钢、工模具钢和超高强度钢四大类42种牌号，基本涵盖了所有刀具用钢。收集后的材料，经过刀坯锻造、刀坯热处理等工序，最后由阳江十八子集团有限公司进行刀具磨削加工和服役性能检测，获得了详细的数据和分析结果，为刀具材料性能优化奠定了基础。
记者：为什么选择上述四种材料来进行评价？
董 瀚：《GB/T 40356-2021厨用刀具》中对刀具提出了硬度、锋利度、耐用度的要求。我们根据刀具钢的性能需求选择合适的钢种。
为满足刀具最基础的性能要求，即硬度与锋利度，最直接的思路是选择具有一定碳含量的钢材。在不考虑其他性能需求的情况下，碳钢是最基础的刀具材料。制作刀具常用的碳钢中一般含有0.6%以上的碳，同时还会添加一定量的Cr、Mo、V、Nb、W等合金元素，总量不超过5%，其淬火后硬度可达60HRC。用作刀具钢时，一般采用低温回火。碳钢作为刀具钢的优势是：一方面，相较于同硬度级别的钢成本较低；另一方面，由于合金元素含量较少，更易于加工。因此手工刀匠常选用这类钢制作刀具，但与高合金钢相比，耐磨性相对较低。
除了硬度、锋利度、耐用度外，国标中还对厨用刀具提出了耐蚀性的要求，因此在选择厨刀材料时更多地选用不锈钢。不锈钢中一般含有13%以上的Cr，可以使其在氧化性介质中形成以Cr2O3为基体的表面防护膜，改善材料耐蚀性。刀具用马氏体不锈钢 （如2Cr13、4Cr14、9Cr18等）中含有一定量的碳，易与钢中的Cr结合形成硬质碳化物。这些碳化物具有非常高的硬度，分布在钢的基体中，显著提高了刀具的耐磨性和使用寿命。在切割和摩擦过程中，这些碳化物能够有效抵抗磨损，保持刀刃的锋利度，减缓钝化的速度。 当目标产品从厨用刀具拓展到特种刀具领域时，对刀具性能的要求显著提高，特别是在硬度和耐磨性方面，需要满足更加严苛的工作条件和使用环境。为实现这一目标，在材料选择上，工模具钢，特别是Cr-Mo-V系冷作模具钢成为理想材料。工模具钢如D2、M390等被广泛应用于生存刀、猎刀等特种刀具的制造。然而，工模具钢中的高碳含量和Cr含量会导致其在冶炼凝固过程中产生大量一次网状碳化物，需要通过后续锻打、热轧等工艺消除。对于高V含量的工模具钢，研究表明，V的质量分数每增加1%，耐磨性增加1倍左右。但这导致材料的可磨削性能降低，表现在刀具加工中开刃困难。
由于刀具对硬度有一定的需求，因此本次锻刀会还尝试了以超高强度钢为原材料锻造刀具。参与大云锻刀会的超高强度钢分为低合金超高强度钢、二次硬化超高强度钢、马氏体时效钢。
刀具钢中的主要合金元素包括Cr、Mo、V。此外，为了赋予产品额外性能，包括抗菌性、表面强度等，可能会添加适量的Ag、Co、W等合金元素。
记者：本次锻刀会上各种材料的实际表现如何？
董瀚：经过锻造、热处理、磨削加工后，由42种材料加工制成的厨刀表现出不同的服役性能。
锋利度指标方面，最优秀的是工模具钢制成的刀。与大众的认知不同，与马氏体不锈钢相比，碳钢的锋利度值在本次测试中并未表现出特别突出的优势，而超高强度钢的锋利度值整体较低。
耐用度指标方面，最优秀的是工模具钢制成的刀，其次是马氏体不锈钢，证明其中的微米以及亚微米级的硬质碳化物对耐用度起到了积极作用。而碳化物尺寸相对较小甚至完全没有的超高强度钢和碳钢的耐用度值整体较低。
通过对各种材料成分和服役性能进行分析，初步得出以下结论。
一是碳含量和锋利度之间呈现一定的正相关关系。一般认为刀具锋利度代表着刀具切割介质时受到的阻力。较高的碳含量可以提升钢材的硬度，从而提升材料的切割能力。硬度越高，代表着材料在切割过程中刀刃抗变形能力越强，更容易侵入被切割物体。但是这一指标除了受刀具材料自身性质的影响外，开刃角度等几何因素也会影响刀具锋利度，所以并不呈现完全的正比关系。
二是碳含量和耐用度之间呈现一定的正相关关系。较高的碳含量可以提升钢材的硬度，从而提升材料的耐磨性。高碳高合金钢相较于碳钢表现出更加优秀的耐用度，证明碳化物对于刀具耐磨性的提升具有积极作用。
三是硬度和锋利度、耐用度之间呈正相关关系，即硬度越高，锋利度和耐用度越高。一般认为硬度越高，材料在使用过程中耐磨性越好。然而高硬度的超高强度钢A800（硬度为60HRC）与BKD2400L（硬度为62HRC）在耐用度方面并未表现出优势。因此对于刀具的耐用度而言，硬度并非其唯一的影响因素。
四是韧性与锋利度、耐用度似乎呈现负相关关系，但却不能简单下定论。因为同一韧性等级的材料（例如：马氏体不锈钢）在锋利度与耐用度方面并没有呈现完全的规律性，因此韧性与刀具服役性能的关系仍需继续探究。
五是碳化物。碳化物是提升刀具服役性能重要的第二相。通过对这次锻刀会表现较好的刀具的微观组织分析可以发现，这些刀具的碳化物有几个共同特点：一是与基体结合能力强，不容易脱落；二是硬度足够高且具有一定尺寸；三是碳化物自身性质足够稳定不易开裂。
六是夹杂物对于刀具服役性能的影响基本上是负面的。氧化物夹杂是由于炼钢过程中的氧化反应形成的。部分氧化物夹杂呈尖角形态，容易成为应力集中点引发裂纹，导致刀具的崩损。
记者：下一步有什么计划？
董瀚：2024年举办的“大云锻刀会”，从最初的设想、方案制定、材料锻造、刀具加工和性能测试等环节，到最终顺利地将流程走通，并取得了阶段性的成果，总计评估了42种刀具材料的性能特点，加深了对刀具钢的理解，推动了现代钢铁领域在理论和实践层面的协同发展。
在各单位的大力支持下，“大云锻刀会”拟于2026年再次举行。我们将在刀具用钢材制备、刀具加工和刀具服役上持续耕耘，为中国刀钢材料发展贡献力量！（张京萍 赵洪山）
