教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

2018年9月11日12:41:56 评论 5,381
装备博客

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

元素

首先呢,我们稍稍复习一点点高中化学知识,虽然这不是完全必要,但局座以为复习一下更好一点。如果您对中学化学老师存在过敏反应,前两节内容跳着看也行,这些对我们讲的东西不是特别必要,但弄懂的话肯定会收获更多。

地球上的物质,有一个基本的单位,叫做原子。原子是由原子核和电子构成,原子核又由质子和中子构成,中子不带电,对原子的性质影响不大,因此我们主要关心的是一个原子核中有几个质子。质子数相同的一类原子,就叫做元素。比如,氢原子核只有1个质子,氢就是1号元素;氦原子核有两个质子,氦就是2号元素,以此类推,一直到一百多号。

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

这个化学元素周期表就像是一座大楼,所有的元素全都住在里边。我们这里,不需要认识这么多。钢材,最基本的元素就是3楼26号的铁先生和2楼6号的碳先生。人类使用这两种元素已经至少2千多年历史了。而现代钢材,往往还需要一些合金元素,它们是:23号钒先生、24号铬先生(这个字读gè,但一边工厂的人习惯性的读成luò)、25号锰先生、27号钴先生、28号镍先生、41号铌先生、42号钼先生、74号钨先生。其实一大半本来就是铁先生的邻居。对了,15号的磷小姐和16号的硫小姐经常会来搔扰,使钢的性能下降,大家一定要注意。

这些合金元素价钱不一,大致如下:

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

单位:元/公斤

有人说因为钒特别贵,所以加了钒的钢就应该贵,的确,纯的钒要两三千元一公斤,但炼钢用不着纯钒,直接用钒铁合金就行了,钒铁的价格要便宜得多。含70%的钒的话只需要大约300元一公斤。其他的也有铌铁、钨铁、钼铁等,也比纯的便宜一些,但都远没有钒铁差得这么多,因此真正最贵的应该还是铌。总的来说这几种元素还是会提高钢材成本的,好在含量都不需要太大。

50%的铬铁,也就是10元左右,换算成铬成分差不多20元。但不锈钢中铬往往含量在13%以上,还是比较大的。

碳钢

在讨论钢之前,我们还需要先说说纯铁(Fe),纯铁在912℃以下,呈体心立方晶格,叫作α-Fe,在912~1394℃之间,为面心立方晶格,叫作γ-Fe;在1394℃以上,熔点1535℃以下,又成了体心立方晶格,叫作δ-Fe。什么叫立方结构?形象来说,就好比是铁原子排列成三维的方阵,那叫简立方,如果每4个相邻的铁原子形成的正方形中间都再放一个铁原子,那就叫面心立方;如果每8个相邻的铁原子的中间都再放一个铁原子,就叫体心立方。

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

这种图只是表示相对位置,实际上原子之间不会离这么远,稍微写实一点的是这样的:

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

面心立方的铁原子堆积,实际的原子也不会正好是球体,只能说大致如此

钢的本质,是铁和碳和合金,碳原子比铁原子要小得多,碳原子会尽量待在铁原子的间隙当中,面心立方晶格的间隙比较大,可以容得下碳原子,碳原子存在于铁原子的间隙中,就形成一种叫作“奥氏体”的结构。

1538℃以上为液态

1538℃ — 1394℃ 体心立方晶格δ—Fe铁

1394℃ — 912℃面心立方晶格γ—Fe铁

912℃以下至低温体心立方晶格α—Fe铁

在刀具钢中,可以分为碳钢和不锈钢两大类。碳钢比不锈钢便宜得多,但碳钢在锋利度上,要胜过不锈钢,其他如强度、韧性等,只要热处理做得好,碳钢也不差。碳钢的惟一缺点就是会生锈。

现代的碳钢,实际上也含有少量的合金元素。即使日本武士刀这种纯淬的传统工艺,是最纯粹的碳钢,也难保里面完全没有别的元素。但我们认识钢材,还需要从“纯碳钢”开始。

钢的本质,是铁和碳和合金,碳原子比铁原子要小得多,碳原子会尽量待在铁原子的间隙当中,面心立方晶格的间隙比较大,可以容得下碳原子,碳原子存在于铁原子的间隙中,就形成一种叫作“奥氏体”的结构。奥氏体的特点是塑性非常好,因此要对钢材进行锻造,首先都要把它加热到形成奥氏体的温度。

而体心立方晶格,间隙半径比较小,不能容下碳原子,只有在结构中有缺陷中可以使碳原子存在。如果碳的含量很少,可以全部存在于铁的晶格缺陷当中,这种结构叫作铁素体,性质和纯铁差不多,硬度、强度都比较低。

如果碳的含量比较多,多余的碳就会扩散出铁的晶格,形成Fe3C(碳化铁)的结构,这种结构称为渗碳体,比较复杂:

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

渗碳体结构,这图容易看得晕,可以忽略,我们知道是碳扩散形成的另一种结构,并且很硬就可以了。

印度古代所产的乌兹钢,即“铸造型天然结晶平面大马士革钢”。其独特的花纹,虽然具体的成因还不明确,但在一点上研究者早已形成共识,就是乌兹钢花纹是由大量的成排分布的渗碳体颗粒构成的。乌兹钢所做的刀剑整体硬度并不高,但具有很高的微观硬度,这使它具有非常好的切割性能。

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

印度塔瓦 乌兹钢 其花纹的白色部分即为渗碳体颗粒所形成。

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

波斯卡德短刀 乌兹钢

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

极为名贵的一种乌兹钢花纹——双天梯与玫瑰

在碳含量为0.77%时,如果奥氏体缓慢冷却,就形成一种铁素体与渗碳体片层相间的组织,称为珠光体,因为在显微镜下观察有珍珠一样的光泽而得名。珠光体强度高、韧性好、硬度适中。

铁碳相图

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

这就是铁碳合金的相图,横轴为含碳量,纵轴为温度,在这张图上,什么含碳量的钢材在什么温度下的形态都一目了然。我们只了解左下方就够了,因为右边碳含量在2.11以上的已经不是钢了,而属于铸铁;而最上方的L相是液态,都和我们这些玩刀的没什么关系。

此图中的S点,叫作共析点,表示含碳量0.77%,这个含碳量的钢叫共析钢,含碳量小于0.77%的叫亚共析钢,大于0.77%的叫过共析钢。刀具钢一般都是过共析钢。因此,我们真正需要重点关注的只是红圈里面的部分:

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

A:奥氏体,F:铁素体,P:珠光体,Fe3C:渗碳体

在727℃,奥氏体开始向珠光体转变。S点的上方,A就表示奥氏体,下方的P表示珠光体。在GPQ区域内,是铁素体F区,GPS是奥氏全和铁素体的混合区,QPS线的下方,是珠光体和铁素体的混合区。也就是说,如果含碳量小于0.77%的钢从奥氏体开始冷却,会先部分形成铁素体,然后到727℃,奥氏体再转化为珠光体,形成珠光体和铁素体的混合物,含碳量越低,铁素体的比例就越高。

SE线右下方的区域,是奥氏体和渗碳体的混合物,到727℃以下,则形成珠光体和渗碳体的混合物,含碳量越高,渗碳体的比例就越高。

这个铁碳相图,也只不过是帮我们了解一点最基础的知识。对于刀具钢的热处理来说,它用处不大。因为我们淬火,主要是为了得到马氏体,而这张图里边,根本没有马氏体。因为相图中钢的各种状态都是平衡态,而马氏体是非平衡态。我们从铁碳相图上能得到的有用信息,也就是形成奥氏体的温度,因为淬火的前提是先把钢加热成奥氏体。

马氏体与C曲线

在平衡状态奥氏体向珠光体转变的过程中,铁原子重新排列,碳原子要扩散、改变位置。但如果快速冷却,让碳原子来不及扩散,新的铁晶格空隙又容不下碳原子,形成一种过饱和固溶体,它的晶格已经不再是体心立方,而是发生了畸形变化,就是马氏体,硬度很高,打个不太恰当的比喻,有时地铁里特别挤的时候,每个人的姿态都发生畸形变化,这时外面的人也最难再挤进来,如果当成微观结构看,就是这个人群的“硬度”很高。我们刀具钢的淬火,目的就是得到更多的马氏体。

在加热到形成奥氏体的阶段,温度的掌握非常重要,在实际当中,要求温度比奥氏体转化温度高出30~50℃,这是为了使其成分更为均匀。但也不能高出太多,否则会使奥氏体晶粒长大,淬火后的马氏体脆性增大、裂纹增多。因此,对于碳钢来讲,淬火温度一般就是在770℃左右。

如果其中加入了合金元素,由于合金元素在奥氏体中扩散比较慢,需要加热到更高的温度,一般都要加热到1000℃以上,好在,大多数合金元素,除了锰以外,又有阻止奥氏体晶粒变大的作用。尤其以钛、钒的作用最为显著。

要了解马氏体的转变规律,我们需要引出真正的重点——C曲线图。

C曲线不是特别好懂,但局座建议在这里您要打起点精神来把它看懂,因为这个东西确实很重要。

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

1095碳钢的C曲线

此图的标准名称应该是TTT曲线,因为曲线的形状像是字母“C”,因此又称为C曲线。它的横轴是时间(秒),它是以指数为标尺的,如果按正常比例的话,那就太长了,根本画不下。

它的纵轴是温度。这个温度的意思,是把它瞬时降到某一个温度,然后观察钢的成分随时间的变化情况。图的上方有一条As线,这就是奥氏体的转变温度,温高如果高于As,无论时间多久,奥氏体都仍然是奥氏体,不会发生转变。

在As线的下方,有两条C形曲线,左边那一条代表转变开始时间,右边代表转变结束的时间。比如我们把一块钢材从奥氏体降到650℃,那么它大概在第3秒开始转变,到第30秒,转化成珠光体。但也不会完全转化,总会有些奥氏体留下来,这叫残余奥氏体。温度再低一些的,还会形成贝氏体,这个和我们关系不大,就不管他了。

C曲线的下边有一条Ms的水平线,大概对应的温度是210℃,到这个温度以下,才能有马氏体形成,温度越低,马氏体形成的越多。我们可以看到下边还有两个温度,际为M50、M90,分别指马氏体形成到50%和90%的温度。再往下,还会有一条Mz线,是马氏体结束转变的温度,一般都在0℃以下。因此,用液氮做深冷处理,可以使马氏体最大限度地形成。

但在实际当中,降温不可能瞬时完成,总是需要一个过程,关键就是降温的过程中,奥氏体不能转变为珠光体。在这个降温的过程中,C曲线最左侧,俗称“鼻尖”的部位,是危险区域,因为这个“鼻温”下,奥氏体最容易转化为珠光体,一旦转化为珠光体,就不能再变为马氏体,淬火即告失败。这就好比说,你将来想要成为一名模特,那就要在成长过程中时刻注意,不要让自己先变成一个胖子。最好的办法就是长快点,身高长得快,也就来不及变胖。

我们看1095碳钢C曲线的鼻尖,对应的时间约是1秒,对应温度约为550℃,也就是说,我们的冷却速度,必需保证在1秒钟之内,降温到550℃以下,否则就会有珠光体形成。这就是淬火的最关键所在。

既然如此,是不是降温越快越好呢?那也不一定,降温速度快,风险也随之增加,比如可能出现开裂,也同样会导致淬火失败。日本武士刀由于是用水淬火,风险还是比较大的,一旦淬火失败,就前功尽弃,这也是日本武士刀非常贵的原因。因此,好的淬火方式是既要保证绕开C曲线的鼻尖,又要尽可能地慢一点。

1095:含有0.9~1%碳,和0.3~0.5%的锰,几乎不含硫、磷,硬度HRC45~66;

1095是一种非常优质的碳钢,ABS的锻造大师多喜欢采用。它的不幸是价钱便宜,因而经常被一些非常低档的刀所采用,影响了它的名声。

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

卡巴9131(伊拉克海军版)1095高碳钢

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

安大略RTAK 1095高碳钢

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

1084碳钢的C曲线

1084:碳钢同样是做刀常用的钢材,它的含碳量是0.84%,含锰0.75%,硬度HRC45~66;

我们可以看到1084碳钢C曲线的“鼻温”更低一些,和1095碳钢的C曲线相比,形状没有区别,但稍稍偏左一点。这就意味着它的淬水需要冷却得更快。

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理美国ABS总裁、AKI成员哈维·迪安的博伊 1084碳钢

除了碳的含量之外,合金元素对C曲线的影响更大。合金元素可以分为不形成碳化物的和形成碳化物的两类。不形成碳化物的元素,是镍、硅、铝、锰(锰的含量不超过3%就不会形成碳化物),它们都可以使C曲线右移。

而形成碳化物的元素,有铬、钼、钒、钨,它们不但使C曲线右移,还会使C曲线的形状发生改变,比如铬会使C曲线变成上下两个“C”形。同时这几种元素还可以使C曲线的“鼻温”上升,“鼻温”上升的结果,就是只需要下降较小的温差,就可以绕过C曲线的鼻尖,和C曲线右移的较果是一样的,都是提高了钢的“淬透性”,也就是允许淬火时冷却的速度慢一些,减小淬火失败的风险。淬透性好,就相当于把模特的标准放宽了,本来腰围必须两尺以下,现在三尺也可以了。

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

此为L6工具钢的C曲线,它的合金元素还不太多,但C曲线的鼻尖已经右移到了10秒的位置

这里边只有钴是个例外,它会使C曲线左移。和别人唱反调,使本来降低的淬火难度又提高了。但钴、钨都能提高刀的红硬性。现在刀具钢中加钴的不多。常见的只有VG-10(1.5%)、N690(1.5%)、S125V(2.5%)。

52100钢:碳0.98~1.1%;锰0.25~0.45%;铬1.3~1.6%;硅0.15~0.3%,

硬度HRC58~62;

和1095相比,52100主要就是增加了1.5%左右的铬,这使它的淬透性更强。同时的结果就是它的硬度范围窄了很多。

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

ABS大师J·尼尔森做的厨刀 52100碳钢

冷却的速度,一般都是能过不同的淬火介质实现的。常用的有水淬、油淬、风淬,水淬的冷却速度最快,油淬慢一些,不同的油速度也不同,轻质油相对更快,水或油的温度对冷却速度也有影响。风淬就是在空气中冷却,这种最慢,如果用风扇吹,则会快一些,古代波斯刀匠淬火时是持加热的刀骑快马疾驰,算是一种最特别的风淬了。

一般来讲,1084这样较纯的碳钢应该水淬,合金钢可以油淬甚至风淬,可以风淬的钢又称为风钢或高速钢。

但1095的含碳量较高,C曲线也相对比较偏右,也有人用油淬火。

总而言之,马氏体形成全靠碳,碳是钢的硬度的来源。

碳化物与耐磨性

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

碳含量和硬度的关系,左侧为维氏硬度,右侧为洛氏硬度。

上图是不同人所做的不同含碳量的钢的淬火后的硬度。总的来说,在共析点(0.77%)以下,硬度随含碳量上升而提高。达到共析点以后,不同人的热处理方式不同,效果也就不同了。

既然碳含量到0.77%,硬度就到顶了,为什么我们用的很多刀具钢材含碳量都高于0.77%呢?这是因为,我们所测的洛氏硬度,是整体上的硬度。而含碳量高于0.77%的钢,多余的碳还是会形成渗碳体,也就是碳化铁的颗粒。渗碳体的硬度,还要明显高于马氏体。渗碳体的硬度是微观局部硬度,一般的硬度测量方法测不出来,它可以增强钢的耐磨性,耐磨性好,做成刀的刃保持性就好。锋利度可以保持更长的时间。但一般高碳钢所形成的渗碳体,不会出现乌兹钢那样的花纹。

而加了合金元素以后又会形成合金元素的碳化物颗粒,它们比构成渗碳体的碳化铁更硬。不同的合金元素形成碳化物的硬度也不同。比较顺序为:

锰 < 铁 < 铬 < 钒 < 钼 < 钨 < 铌

其颗粒硬度越高,钢的耐磨性就越强。这里边锰是个例外,刀具钢中,锰的含量很少超过1%。

但由于碳化铬的晶粒比碳化铁大,在刃口容易脱落,这使不锈钢达不到碳钢那样的极致锋利度。

碳钢与不锈钢

理想的刀应该是锋利且不折不弯,锋利需要硬度来保障;不弯,需要较高的强度;不折就需要较高的韧性,韧性特别好的强簧钢,在弯曲以后还能自动恢复原来的形状。马氏体硬度很高,但韧性不好,珠光体硬度较低,但韧性非常好,弹簧钢都是热处理成珠光体或珠光体与铁素体的结合。

最好的碳钢刀,往往采用局部热处理。比如日本武士刀,是通过覆土烧刃的技术,使刀刃部分形成马氏体,刀背部分形成珠光体。现代刀中,疯狗可算是碳钢刀的顶级产品,它是通过局部回火,达到和日本武士刀同样的目的。

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

日本武士刀的淬火

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

日本武士刀形成一条明显的“刃纹”,刃的部分为马氏体,刀背部分为珠光体。

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

疯狗 Taiho

碳钢无限好,只是会生锈。

通过局部热处理,碳钢中的马氏体可以提供足够的硬度和强度,珠光体可以提供足够的韧性。至于生锈的问题,可以通过表面氧化、涂层的方式解决。当然表面的抗氧化层如何保证不脱落,也需要很高的技术保障。

在刀具钢来说,一般只分为碳钢和不锈钢两大类。不锈钢都是加了13%以上的铬元素,因此铬是不锈钢耐腐蚀作用的决定性元素,其他的都只是起辅助作用。没有哪种不锈钢是不加铬的。它的原理是加了铬以后,钢表面的氧化物会形成一层致密的保护膜,阻止它进一步氧化,从而起到防锈的效果。

初级刀迷往往有一个误区,就是以钢材的价格来判断刀的价值,这种方法非常片面。不锈钢肯定比碳钢贵,但在三十年前的美国,有一种观点很流行,就是说碳钢刀才真的牛,不锈钢都弱爆了。这个当然也比较片面,主要是因为那时候的不锈钢都不是为了做刀生产的,自然效果不佳。现在,有不少专门为做刀的不锈钢,效果好了很多。但即便在今天,碳钢仍然可以通过高超的热处理技术挑战任何不锈钢的极限。

不锈钢的最大劣势,就是不能像日本武士刀那样做局部热处理,因为它的C曲线右移太多,不锈钢要形成珠光体,需要几分钟,这样无论你怎么覆土,冷却速度也下降不了那么多,得到的仍然全是马氏体。现在是铁了心要让你当模特,腰围不超过6尺不许拒绝。因此,不锈钢如果和成功局部热处理的碳钢相比,一般是比不过的。它无法达到那种刚柔相济的效果。

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

里克·巴瑞特的折刀 1095高碳钢局部热处理。

即便不考虑局部热处理,铬对钢的韧性也存在负面影响。至于说增加了硬度和强度,也只是相对于热处理不好的碳钢而言。实际上1095、1084碳钢的硬度可达HRC66,而不锈钢的硬度一般最多也就是HRC62。

可以这么说,碳钢刀的价值主要在技术,不锈钢呢,一半在技术,一半在钢材。因此,现在的量产刀,绝大多数都是不锈钢的,因为产量大,没有条件做那么精细的热处理,用不锈钢至少可以保障一个基本的质量水平。而手工刀,不锈钢和碳钢各占半壁江山。手工刀用不锈钢的,多是追求完工度、艺术性。碳钢的手工刀,主要是ABS这种锻造工艺的崇尚者,因为不锈钢不适合锻造。而在一部分不锈钢刀匠看来,有些热衷锻造的人只不过是在装13。现代条件下,锻造的确并不能使钢材的性能有什么提升,但锻造有一个优势就是可以锻出独特的大马士革花纹。大马士革钢从理论上讲,可以兼具两种或三种钢的性能优势,但现在的大马士革钢主要还是为了好看。

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

ABS大师J 尼尔森做的博伊 采用1095、5100、15N20三种钢材锻造大马士革钢

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

ABS大师罗恩·牛顿的短剑 1095、15N20锻造大马士革钢

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

ABS大师罗恩·牛顿的短剑15N20、15N20、1084 锻造大马士革钢

不锈钢的真正好处,其实也就两点,一是耐腐蚀,二是淬火技术容易掌握。还有一个是耐磨,如果是做机器零件,那么耐磨性要重要得多,这直接决定它的使用寿命。但对做刀,这个要分两方面说,耐磨对刃保持性有利,缺点是研磨比较费劲。但刃保持性并不完全取决于耐磨性,和淬火、刃口研磨的精度都有关系;而研磨费劲倒也不是大问题,选择更好的磨石就行,比如金刚砂磨石。当然,耐磨性好,刀就不容易“变旧”,但这个指标,对实用性关系不大。而有些刀上配件,如衬锁折刀的内衬簧片,每次开关都有磨损,所用材料对耐磨性要求也很高。

几种常用不锈钢

440系列不锈钢: 锰1%;铬16~18%;钼0.75%;而碳的含量不同,

440A 0.6~0.75%;

440B 0.75~0.95%;

440C 0.95~1.2% ;

440系列在刀具中应用极为广泛,差不多可以看作基本的不锈刀具钢。它通过添加铬和钼元素,使钢材具有很好的耐磨性。在系列中从440A到440C耐磨性依次增强,但韧性、耐腐蚀性依次减弱。

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

德国PUMA公司“大师”口袋折刀 440A不锈钢

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

蜘蛛C129GP 440C不锈钢

154CM:碳1.05%,锰0.5%;铬14%;钼4%,硬度HRC58~63;

154CM实际上是改进的440C,减少了铬,增加了钼。但其中碳化铬的颗粒反而增多,而碳化钼比碳化铬硬度更高,这使154CM在综合性能上都超过了440C。154CM耐磨性非常出色,但由于其晶粒粗大,所做的刀往往刃口较脆。

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

一代宗师R.W.拉威利斯的小刀 154CM不锈钢,他是最早用154CM的

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

戈博银色三叉戟 154CM不锈钢

在154CM之后,又有日本产的ATS34,成分完全相同,相当于日本版的154CM。又有美国坩埚公司的CPM-154CM,和瑞典的RWL34,都是用粉末冶金技术所生产的154CM,使基本性能得到较大提升。RWL34在其中又多加入了0.5%的钒,起到优化内部晶粒的作用。

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

巴克/Strider折刀 ATS34不锈钢

传统不锈钢的炼制,都是先把钢加热为液态,按比例添加各种合金元素,然后倒入铸模,冷却形成钢锭。这里的问题是,这种合金元素在冷却过程中,会发生聚集。这就叫物以类聚、人以群分。一样的东西容易聚到一块。因为这种聚集的发生,钢中的元素分布就不均匀了,使性能大打折扣。因此炼钢行业有“炉中是金,包中是银,冷却成屎”的说法。因为在炼钢炉的钢水化学成分完全均匀,冷却成钢锭就不均匀了。

而粉末冶金,是用完全不同的方法。它是在无氧环境下,把液态的钢水用氮气鼓风,在最短的时间内吹成极为细小的粉末。这样合金元素还没有来得及聚集,就被强行分离了。然后再将粉末施以高温高压,保持一段时间,就形成粉末不锈钢。粉末不锈钢由于成分更为均匀合理,比相同成分的普通不锈钢性能会有明显提升。

瑞典的DAMASTEEL公司,是以粉末技术制造大马士革钢,它不再使用传统的折叠锻造方式,而是直接将两种钢材(RWL34和PMC27)的粉末层层叠加,再高温高压制成钢材。因此DAMASTEEL是不锈钢的大马士革,而传统方法做大马士革必须用碳钢。但粉末不锈钢大马士革的缺点是花纹品种有限,且价钱要贵得多。

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

DAMASTEEL(瑞粉)大马士革钢

VG-10:碳0.95~1.05%,锰0.5%,铬14.5~15.5,钼0.9~1.2%,钒0.1~0.3%,钴1.5%,硬度HRC58~62;

和154CM相比,VG-10减少了钼,增加了一点钒和钴,测验表示VG-10在耐腐蚀性、锋利程度、刃保持性方面都胜过ATS34。

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

福克尼文H1直刀 VG-10不锈钢

BG42:碳1.15%,锰0.5%,铬14.5%,钼4%,钒1.2%,硅0.3%,硬度HRC55~62;BG42相对于154CM来说,主要就是增加了1.2%的钒,比VG-10的钒多了不少,性能也较154CM更佳,在耐腐蚀方面也胜过VG-10。它还具有非常好的耐高温的性能。

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

索格X-42侦察员战术刀 BG42不锈钢

上面这些钢材,实际上还都是在440C的基础上做改进,也就是以高铬含量为基础,增加少量的钼、钒等元素作调节,使其性能得到优化。

CPM-S30V:碳1.45%,铬14%,钼2%,钒4%,硬度:HRC58~60;

S30V是美国坩埚公司所做的一种全新的粉末刀具钢。和上面的不同之处,就是它大大增加了钒的用量。但钢材的规律并不是那么简单,钒虽然是好东西,但显然它对性能的提高并不是简单的正比关系。S30V的实际表现并不理想,主要问题是在硬度高60时刃口脆性高。虽然不是都有问题,但对它的名声有不小影响。

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

蜘蛛军用折刀 S30V粉末不锈钢

S35VN:碳1.45%,铬14%,钼2%,钒3%,铌0.5%,硬度:60-62;

S35VN是在S30V的基础上,减少了1%的钒,增加了0.5%的铌。使它更为易于打磨、韧性有所增强,较有效地解决了S30V的问题。现在S35VN已经成了非常常用的一种高端刀具不锈钢。硬度也有所提高。

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

克利斯里夫绿贝雷直刀 S35VN不锈钢

我们可以看到1084、1095碳钢的硬度都可以达到HRC66,而一般的不锈钢都达不到这个数值。说好的那些合金元素能提高硬度、强度呢?实际上,不锈钢还是被韧性拖了后腿,不锈钢不是达不到高硬度,再高一些的硬度,也可以通过改变热处理参数达到。但太硬了以后,整体上就脆了,变得容易折断。因此,一种钢材给出的硬度值,是厂家考虑综合性能而给的建议而已。

坩埚公司还有含钒更高的钢材,S90V、S110V,含钒达9%;S125V,含钒高达11.85%。这使它们的耐磨性极高,由于钒对韧性有利,硬度也可以做高。S90V、S110V可达HRC62 ,S125V可达HRC64。

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

蜘蛛FB36CFP S90V不锈钢

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

范托尼 HB01 折刀 S125V不锈钢

CPM 3V:碳0.8%,铬7.5%,钼1.3%,钒2.75%,硬度:58-62;

CPM 3V铬含量只有7.5%,不算不锈钢,它和一般碳钢的区别是钒含量比较高。这使它热处理为较高硬度的同时,也能保持极佳的韧性。

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

蝴蝶200朴寇猎刀,最新出的芬兰风格的猎刀,CPM 3V

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

强力掰弯,并没有折断

CPM 3V这种,不是不锈钢,但说它是碳钢也有点勉强,或许叫钒钢比较准确,它应该还是算一种比较特别的刀具钢。但它的两个兄弟,就有点奇葩了。

CPM 10V:碳2.45%,锰0.5%,铬5.25%,钼1.3%,钒9.75%,硬度:58-64;

CPM 15V:碳3.4%,锰0.5%,铬5.25%,钼1.3%,钒14.5%,硬度:58-66;

这两种钢在3V的基础上,继续降低了钼的含量,又疯狂地增加了碳和钒。这种碳含量按说已经不是钢了,而是达到了铸铁的数值。这样的结果就是形成大量的碳化钒,耐磨性极高,同时韧性也还不错,硬度也可以进一步提高。这个结果就是超强的刃保持性。它们的问题是不易加工,且热处理时需要的温度太高、耐腐蚀不行。因此用的并不多。

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

美国加州刀匠菲尔·威尔森的直刀 CPM 10V

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

蜘蛛K-2折刀,可能是量产刀里惟一用10V钢的了。

合金元素对钢材的影响,大致来说,铬是耐腐蚀的基本保证,同时提高耐磨性,钼可进一步提高耐磨性,如果再加入钒,可使被铬、钼搞坏了的韧性得以改善。钨对钢的耐高温性作用最大,甚至烧红了仍然可以保持硬度。同时所有合金元素都可提高钢的淬透性。但实际当中还要复杂得多,特殊情况下还可能出现相反的效果,不可能看看钢材的元素成分比例,就直接能知道它的性能如何,而只能是大致推测。做成之后,还需要各种测试,才能得出结论。

金钱有价 情报无价

情报持续更新中

......

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理

识别图中二维码关注

接通·【刀剑情报局】·特工密电

教你站在化学的高度认识刀具钢材和热处理


想要了解更多刀剑情报,

可留言给【刀剑情报局】

  • 我的微信
  • 755913834
  • weinxin
  • 我的微信公众号
  • gerbogcom
  • weinxin
装备博客
匿名

发表评论

匿名网友 填写信息

:?: :razz: :sad: :evil: :!: :smile: :oops: :grin: :eek: :shock: :???: :cool: :lol: :mad: :twisted: :roll: :wink: :idea: :arrow: :neutral: :cry: :mrgreen: