國內廚用刀具產業鏈現狀與發展前景分析

趙洪山 滕 歡 楊玉丹,2 劉 坤 朱嘉楠

(1.上海大學材料科學與工程學院，上海 200444；2.河南省濟源鋼鐵(集團)有限公司，河南 濟源 454650)

1 行業現狀與需求

我國廚用刀具行業發展迅速，刀具產量、種類等位于世界前列，年產值近千億元，已是世界上重要的廚用刀具生產基地。然而目前該行業發展已遭遇瓶頸，我國廚刀生產企業正面臨競爭激烈與利潤嚴重下滑的問題。以陽江刀剪企業情況為例，陽江市刀剪企業近2 000家，年產值超500億元、年營業額超億元的企業近170家；總產量、出口量約占國內總產量和總出口量的70%[1]。根據陽江市統計局發布的統計年鑒，歷年來陽江市日用不銹鋼產品產量和金屬制品業主要統計指標如圖1所示。可以看出，陽江市刀剪行業發展迅速，但近年來五金刀剪類金屬制品企業的利潤空間正在被壓縮，企業的盈利能力嚴重下降，該趨勢為刀剪生產行業的健康發展發出了警示[2]。以上情況應該主要與我國刀具產品結構特點有關。目前我國刀具產品生產技術儲備不足，因此低中端刀具產品多，競爭激烈，附加值低，且存在退貨或索賠等情況。為了解決該問題，需要加強產品的核心技術研發能力，加快開發、生產高端刀具產品，通過調整產品結構，提高產品附加值，避免惡性競爭，最終達到提高企業盈利能力的目的[3]。

圖1 陽江市歷年日用不銹鋼產品產量(a)及金屬制品(b)統計數據

生產高端刀具產品需要從材料、制造及評價3個方面協同合作。材料從設計到實驗室試制是從無到有的飛躍，從實驗室到產品則是另一種突破。批量生產的產品必須保證質量穩定性及成品率，受生產工藝、加工技術及設備影響很大。因此在實際生產中，需要對產品全鏈條、全流程各個環節都要有充足的認識和把控能力。所生產的產品將直接面向消費者，因此除從技術上確保產品生產外，還應進行嚴格的質量檢查，以保障消費者利益，建立口碑，打造國產品牌。我國高端刀具面臨的窘境是缺乏專門的刀具用鋼生產企業、現有牌號材料與國外同牌號質量差異明顯、新材料創新不足；刀具加工制造企業對材料及熱處理方面認知不足，尚處于仿制階段，無法給材料生產企業有效反饋；刀具服役評價方面無統一標準，檢測設備不足。

2 國內外刀具材料

刀具用馬氏體不銹鋼主要有20Cr13(420)、30Cr13(420)、40Cr13、50Cr15MoV、68Cr17(440A)、85Cr17(440B)、90Cr18MoV(440C)、108Cr17(440C)等[4-8]。各牌號的化學成分及熱處理制度符合以下3個標準：(1)GB/T 20878—2007《不銹鋼和耐熱鋼 牌號及化學成分》，(2)GB/T 4237—2015《不銹鋼熱軋鋼板和鋼帶》，(3)GB/T 3280—2015《不銹鋼冷軋鋼板和鋼帶》。此外，在國際上知名的鋼材生產廠商如瑞典山特維克(Sandvik)、奧地利伯樂(Bohler)、美國卡朋特科技(Carpenter Tech)等官網上均可以查到各自產品的簡要信息，包括成分、熱處理及性能特點等。

高端刀具用鋼主要為高碳馬氏體不銹鋼。國外刀具用材持續改進，新品種鋼材仍不斷發展。德系廚刀如雙立人、WMF等所采用的鋼材大都是1.4116(X50CrMoV15)，硬度為54～57 HRC，該鋼材生產的刀具強韌性匹配較好，有一定耐磨性和抗點蝕性能。此外，國外常采用航空發動機主軸軸承用鋼制造頂端廚刀，如Cronidur 30、BG-42等。該類鋼種具有優異的耐蝕性能、耐磨性能、韌性等，但熱處理工藝復雜且熱處理窗口較小，生產成本及技術難度較高[9]。日系(旬、藤次郎、Yaxell等)刀具材質有多種，其高端刀具普遍使用VG10/VG MAX兩種鋼。VG系列鋼材的硬度在60 HRC以上，高端粉末冶金鋼材的硬度最高可達62 HRC。該材料生產的刀具鋒利度與耐用度高，但日本有意限制其出口。國產廚刀知名品牌如十八子、張小泉、金輝刀剪等低中端用鋼主要為30Cr13、40Cr13，高端刀具也采用了50Cr15MoV(1.4116)等。

目前,國內高端刀具市場德系雙立人的占有率最高，日系刀具的市場占有率也在逐年提高，國產品牌刀具的市場占有率不斷被壓縮。一把德國進口雙立人廚刀與國內品牌刀價格相差幾十甚至幾百倍，反映出我國刀具在質量和品牌上與國際品牌相比存在較大差距。國產同牌號鋼刀具的純凈度、組織均勻性等，尤其是碳化物控制方面與國外差距較大[10]。但由于國外進口鋼材價格昂貴，國內刀具使用進口材料的較少。有意向制作高檔刀具的企業，無法接受進口材料高昂成本，同時國內供應的刀具材料又無法達到進口材料水平，限制了企業在制作高檔刀具方面的能力。

3 刀具材料的研究現狀及關鍵技術

3.1 研究現狀

國內刀具用鋼大部分來源于太原鋼鐵集團、寶武集團、東北特鋼集團、江浙地區鋼廠和陽江本地鋼廠。近年來，國內刀具企業在材料創新上做了一些工作，與鋼廠、高校、研究院所合作，研制或采用了一些適合刀具用的新材料。如重慶大足相關刀具企業與重慶大學合作，研制出了高硅含量的馬氏體不銹鋼，性價比較高[11]。陽江十八子與北京科技大學李晶教授團隊合作，通過電渣重熔、軋制與熱處理對80Cr13MoV馬氏體不銹鋼中碳化物進行優化，獲得了一次碳化物數量少、尺寸較小，且二次碳化物平均尺寸小于1 μm的不銹鋼[12]。太鋼從2004年起研發高碳馬氏體不銹鋼，通過優化連鑄、熱軋、熱處理工藝，已開發出多個牌號的高碳馬氏體不銹鋼，產品質量穩定性較高。上海大學董瀚教授團隊開發出了高純凈度、高均勻度和高組織度的60Cr16MoMA系列刀具用鋼，鋼材質量與性能已達到國外進口水平。另一方面，全面抗菌化也是目前高碳馬氏體不銹鋼合金設計的新方向，馬氏體抗菌不銹鋼及其產品越來越受到重視。目前主要通過添加具有抗菌性能的合金元素來實現。國內應用最廣泛的是Cu系抗菌馬氏體不銹鋼。然而銀的抗菌效果是銅的100倍，且兼具抗病毒效果。日本已開發出含銀馬氏體不銹鋼并用于刀具生產[13]，國內雖有含Ag抗菌馬氏體不銹鋼的相關專利，但尚未批量應用于刀具制造。此外，我國稀土資源豐富，國內已開展稀土馬氏體不銹鋼相關研究，以期開發特色刀具用馬氏體不銹鋼，如內蒙古科技大學姚迪[14]研究了鈰對20Cr13低碳馬氏體不銹鋼純凈度、夾雜物及晶粒尺寸的影響。北京科技大學李晶等研究了鈰對80Cr13MoV高碳馬氏體不銹鋼夾雜及碳化物的影響。上海大學董瀚團隊已開發出含銀及稀土的刀具用馬氏體不銹鋼[15]。但總體來看，材料創新和產品升級工作仍不夠理想。國內企業冶金設備、工藝和生產流程雖然與國外鋼廠基本一致，但在新產品開發、冶煉工藝、加工工藝、使用評價及優化等方面存在差距。

3.2 關鍵技術

影響刀具加工和使用性能的因素包括材料硬度、淬透性、強度、塑性、韌性、加工性，刀體鋒利度、耐用度、耐蝕性、耐磨性，材料性能主要與其冶金質量與微觀組織有關。馬氏體不銹鋼組織通常由馬氏體、殘留奧氏體及一定量的碳化物組成。馬氏體基體是決定材料強韌性的主要因素，受碳含量、板條尺寸等因素影響。殘留奧氏體主要影響材料的塑韌性，與碳及合金元素的含量等有關。這兩種相都會受碳化物的影響，碳化物的溶解及析出過程會影響基體中碳及合金元素的含量，進而影響強度、硬度、耐蝕性和耐磨性。高碳馬氏體不銹鋼中碳及合金元素含量較高，因此碳化物類型較多，組織變化更為復雜。隨著冶煉設備與技術的進步，不銹鋼純凈度的提高，高碳馬氏體不銹鋼中碳化物的含量、分布及尺寸逐步成為決定其性能的關鍵因素[16]。

碳化物的類型、大小、分布以及溶解和析出行為，不僅依賴于材料的成分，同時受凝固、熱變形及熱處理等工藝的影響。因此為進一步調控碳化物，需從全流程角度進行微觀組織調控，減少或消除一次共晶碳化物，優化二次碳化物組織特征，進而提高馬氏體不銹鋼的性能。馬氏體不銹鋼的生產大體可分為冶煉(煉鋼和澆鑄)與加工(開坯/鍛造、熱軋、冷軋)兩個階段，根據最終應用還需要通過適當的熱處理獲得匹配性能。冶煉凝固過程易形成一次碳化物，導致材料的強度、硬度、耐蝕性下降，因此要盡可能地減少或消除一次碳化物。加工與熱處理過程會析出二次碳化物，工藝得當可以獲得尺寸較小且分布較為均勻的二次碳化物，細小均勻分布的碳化物有利于材料的強度和耐磨性。然而碳與合金元素含量越高，二次碳化物粗化及偏聚傾向越大，調控難度也越大。通過對比，國內高碳馬氏體不銹鋼產品中一、二次碳化物含量、尺寸、均勻性均與國外產品有一定差距。

4 加工制造現狀與發展前景

廚刀的加工流程如圖2所示。打背是使背部拋光平滑，由人工觸摸檢驗；焊路退火主要是去除刀柄與刀身焊接應力，防止產生應力裂紋及應力腐蝕；磨斜口磨平面是刀身水磨工藝；機打柄是刀柄拋光工序；過光為刀面的拋光工序；利口和拋口為開刃工序。成品一般進行鋒利度、耐用度、耐蝕性測試，表面質量檢驗，刀柄強度、連接性、抗滲水性等檢驗。熱處理是影響材料性能的關鍵工序。在實際生產中，國內刀具生產廠對刀具加工過程較為熟悉，但對其熱處理過程知之甚少；刀具熱處理廠家也對刀具熱處理過程認識不足，還處于國外工藝仿制與經驗探索階段，嚴重制約了我國刀具性能優化與創新。因此除開發新型刀具材料外，熱處理工藝的研究也尤為重要。

圖2 廚刀加工流程圖

目前刀具熱處理設備主要有兩大類，網帶式氣氛爐與真空爐，網帶式氣氛爐又分水套箱水冷及風冷兩種，如圖3所示。圖3(a)為網帶式氣氛爐(滲氮爐)，是利用間歇前進的網帶將工件通過溫控的加熱區，然后通過水套箱水冷的連續式熱處理爐。熱處理過程中，網帶淬火爐能在可控氣氛中淬火，工件相互間無碰撞，均衡地通過爐膛加熱，加上可控氣氛的保護，阻止空氣進入爐內。因此，熱處理后的工件表面光潔、無脫碳、變形小、質量高。但由于水套箱的冷速較慢，對于淬硬性較高的高碳馬氏體不銹鋼而言冷速不足。此外采用該類設備進行熱處理時，需將多把刀坯捆扎后入爐，一方面是為了提高產量，另一方面是為了解決單把廚刀熱處理變形的問題，因此網帶式氣氛爐的產品質量不穩定，主要用于低端刀具生產。圖3(b)為風冷網帶式氣氛爐，該設備對熱處理工藝要求較高，需根據材料特性制定匹配的工藝條件，防止刀坯冷卻時變形。圖3(c)為真空熱處理爐，主要用于高端刀具生產，可實現快速升溫和降溫，產品無氧化、無脫碳、無滲碳，沒有氫脆危險，工藝的穩定性和重復性好。但由于真空熱處理的冷速較快，產品容易變形，因此對熱處理工藝及刀坯擺放要求較高。

圖3 廚刀熱處理設備

部分高端廚刀需要進行深冷處理，以進一步提高刀具的性能。目前國內主要使用深冷箱進行處理，雙立人等企業已采用超聲液氮霧化進行深冷處理，冷卻更均勻，刀具性能更穩定。此外，國內廚刀生產企業在熱處理時只要求產品達到工藝規定的硬度，而晶粒尺寸、微觀組織等往往被忽視，不利于產品質量及性能改進[17]。因此在熱處理設備、工藝、組織性能檢測等方面國內仍存在較大差距。

另一方面，我國刀具產品的設計能力嚴重不足，是材料應用與生產制造的瓶頸。刀具是民用品，其外形與功能非常重要，國內刀具企業對產品的自主設計和研發不夠重視，更多的是對國外或國內有設計能力企業產品的簡單模仿，形成了惡性循環。因此，應對現有產品的優缺點進行充分調研，針對性地進行自主設計或對現有產品優化改進，并對新品進行跟蹤調查，進一步收集改進意見，不斷優化與改進。

5 服役評價標準

我國刀具生產企業以中小型企業為主。該類企業缺乏標準化戰略意識，不重視自身的技術標準化工作，更沒有把采用高水平標準作為提高企業產品質量和市場競爭力的重要手段。目前廚用刀具標準主要包括QB/T 1924—1993 《菜刀》、QB/T 2141.1—1995 《日用小刀》和GB/T 15067—2016《不銹鋼餐具》。隨著材料升級與加工技術的進步，QB/T 1924—1993、QB/T 2141.1—1995已無法滿足廚刀發展的需要，而GB/T 15067—2016不具備針對性。因此，國內刀具廠商及用戶主要參考ISO 8442等相關標準進行刀具的試驗及檢驗，與國產刀具需求不能很好地匹配。國內知名刀具生產廠商如十八子、張小泉、金輝刀剪等都制定了各自的企業標準。由中國輕工業聯合會提出的國標《廚用刀具》目前正處于批準階段，計劃號為20130943-T-607。該標準的起草單位包括十八子、王麻子、金輝刀剪等刀具企業，中國質量認證中心及國家、地方質檢中心[18]。與QB/T 1924—1993相比，該標準將刃部硬度同把硬度差由≤4 HRC提升為≤3 HRC，添加了食品安全檢驗，明確了耐蝕性、鋒利度及耐用度的測試方法。這體現出企業對材料及熱處理工藝、食品安全及檢測方法的重視，及對刀具標準化戰略意識的提高。

6 結束語

我國五金刀剪產業面臨轉型升級的戰略需求，高端刀具用鋼市場容量及潛在需求量大。然而國內的刀具用鋼品種較少，目前高端刀具用鋼主要依靠進口。原因在于國內刀具用高碳馬氏體不銹鋼的相關研究缺乏系統性，高品質刀具的創新力度不足。另一方面行業對廚刀加工(尤其是熱處理)、刀具試驗及檢測評價方面重視程度不夠，導致產品質量穩定性和品質無法保證。這就需要從產業鏈出發，積極推動生產企業進行材料創新，提高材料質量穩定性與微觀組織調控技術；加強刀具生產企業從業人員熱處理工藝理論與實踐經驗；大力推進刀具產品服役評價標準制定與推廣。通過三方面協同合同共同促進我國廚用刀具行業的健康快速發展。