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常用刀具钢材介绍(不定期更新)

         应小郭同学的一再要求,我决定开始搜集整理一些材料,写一篇有关常用的刀具钢材的文章。因为能力和时间有限,更新的周期可能不太稳定,还望大家包含。此外,这些资料的整理仅为供刀具爱好者交流而作,且资料来源的可靠性无暇考证,所以若有谬误或内容深度不足的情况还请理解。

        更新了一段时间,有很多朋友反映因为没有介绍钢材中元素对钢材性会造成何种影响,对阅读这篇文章造成了一定的阻碍,所以赶忙赶制了下面的内容献给大家,希望为时未晚。

化学元素对钢材性能的影响:

铝(Al):主要用作脱氧剂,防止钢材中铁被氧化。并且少量的铝还可以控制钢材中晶粒的大小。

硼(B):该元素在钢材中的标准范围应该在0.0005%-0.003%之间。硼元素可以提高钢的淬透性,尤其在低碳钢中最有效。

碳(C):在目前所有的制刀钢材中,碳是最重要的硬化元素。碳可以提高钢材的拉伸强度和边缘保持性,提高产品的耐磨性。但同时加入碳元素则会降低钢材的韧性。一般来说,我们都希望制刀级别的钢材中含碳量超过0.50%,即达到“高碳钢”范畴。而无论是低碳钢还是中碳钢,因为属于“软钢”而不适宜用于刀具制造。

铬(Cr):该元素的添加提高了钢材的耐磨损性,硬度,拉伸强度以及(最重要的)耐腐蚀性。铬在钢材中主要形成复杂的碳化物,而非以元素单质情况存在。一般来说,铬元素超过13%的钢材即被认为是“不锈”钢,而另一种说法则规定钢材中含有至少11.5%的自由铬元素(这与碳化物截然相反)即能被认为是“不锈钢”。尽管被称为是“不锈钢”,但事实上这些钢材只是比普通钢材在耐锈性上要好一些,如果保养不当的话所有的钢材都会生锈的。添加高量的铬会降低钢材总体的韧性,但碳化铬又为钢材增加了耐磨损性。

钴(Co):增加硬度,并使钢材拥有较高的淬火温度。在一些更复杂的钢材中添加钴元素则会加强某些方面的性能效果,添加过铬元素的合金钢,其耐磨性、硬度和红硬性都得到了极大的改善。

铜(Cu):钢材中若含有大量的铜会对性能造成不利的影响。一般来说,钢材中铜含量在0.2%到1%之间,这可以防止表面氧化。

铅(Pb) : 少量的添加可以明显改善钢材的机械加工特性。

锰(Mn):一种重要的元素,锰有助于钢材内部生成颗粒结构,并可改善钢材的淬透性,强度和耐磨性。在钢材生产(热加工和热轧)中,可以帮助脱氧,排气和提高钢材性能。目前绝大多数的刃具钢中都添加了锰元素,用来增加钢材的硬度和脆性。

钼(Mo):在钢材中主要以碳化物形式存在,主要作用是预防钢材过脆并能在高温时保持钢材的强度,还可以提高钢材的机械加工性和抗腐蚀性。在目前的很多钢材中,气冷硬化钢(如A2,ATS-34等)内总含有1%或更多的钼。

氮(N):在合金冶炼过程中,氮起到的作用与碳十分类似。在改善硬度方面,氮完全能代替少量的碳(甚至在现代技术下,可以代替大量的碳)。很显然,氮形成的是氮化物而非碳化物。像INFI钢中含氮,Sandvik公司甚至推出了含氮量达到3%的一流钢材,完全取代了固有碳元素的地位。但是可悲的是,这种钢材不适合普通刀匠进行锻造。由于氮化铬的形成较碳化铬更难,所以钢材中可以留下更多的自由铬,这样大大提高合金的耐腐蚀性。由于氮形成的氮化物化学性能不活泼,在增加钢材硬度的同时,不会像碳化物那样不断增加体积和重量,如Sandvik的14C28N钢。

铌(Nb):钢材中的铌和碳元素结合在一起,形成非常小颗粒,硬度极强的简单碳化物(NbC)。因为铌拥有细化钢中晶粒的能力,可极大的改善合金的延展性,硬度,耐磨性和耐腐蚀性。

镍(Ni):镍可以大大增加钢材的韧性,所以如L6,AUS6和AUS8等钢材中都会含有镍元素。在不锈钢中加入镍的话,可以增加其对硫酸,盐酸等酸性物质的耐腐蚀能力。此外,在锻造大马士革钢时也经常会添加镍,因为镍造就了大马钢鲜亮的一部分。

氧(O):一种在钢材中不受欢迎的元素,钢中的氧化物污染物会令钢材更容易出现腐蚀。所以从本质上来说,对于钢材来说氧是一种污染物。

磷(P):目前存在于绝大多数钢材中的微量元素之一,磷本质上是一种污染物,会降低钢材的韧性。但非常小量的该元素提高合金的强度可加工性,和硬度。

硫(S):刃具钢中不受欢迎的元素,与磷元素类似,虽然硫能提高钢材的可切削性,但却降低了韧性。

镁(Mg):在钢铁熔炼过程中,去氧时所添加的一种元素,在制刀钢材中除了L6、A2及CMP420V以外,几乎其他的合金都含有镁元素,能略微增加钢材的强度和耐磨耗性。

硅(Si):和锰一样,在熔炼金属时帮助进行脱氧,排气,柄有助于增强钢材的强度。

(Ti):用于控制钢材内晶粒大小,从而提高了韧性。同时也能将钢材中成球状结构的硫化物拉伸延长,再次提高了钢材的韧性和延展性。

钨(W):与碳结合形成的碳化物具有极佳的强度,增加了所制产品的耐磨性。当与铬或钼进行正确结合时,钨就令钢材变为高速钢。如高速钢M2中就含有大量的钨。

钒(V):钒是很强的碳化物形成元素,其碳化物的硬度非常高(事实上,碳化钒是最硬的碳化物),所以钢材中加入钒可以提高耐磨耗性和淬透性。此外,该元素还能细化钢材中晶粒的大小,这有助于提高钢材的强度和韧性,也可以让刀刃磨到非常锋利的程度。许多种钢材中都含有钒,而像M2, Vascowear及CPM 10V, S90V, S125V等中更是含有大量的钒元素。

锆(Zr):通常添加到低合金钢,低碳钢中,以提高球状结构的特性(将球状结构拉伸延长,提高钢材韧性和延展性)。

下面进入正式的钢材介绍

S30V:

        CPM S30V是一种具有耐磨损和抗腐蚀性的马氏体粉末不锈钢,是由坩埚材料公司的Dick Barber与刀匠Chris Reeve联合开发的优质钢材。这种钢材内部均匀的分布有碳化钒晶粒,这比普通材质中的碳化铬更硬也更具实用性,令碳化钒刀具比平常钢材更硬、更具切割能力。这些碳化钒晶体排列紧密且颗粒非常细小,能进一步的提高所造钢材的锋利度和韧性。尽管热处理工序仍然非常困难,但很多刀匠仍然喜欢使用CPM S30V,因为这种钢材比其他碳化物的粉末钢更易被研磨。S30V的组成成分:碳1.45%,铬14%,钒4%,钼2%。诸如Sal Glesser,Ernest Emerson,Tony Marfione,Phil Wilson,William Harsey Jr.,Tom Mayo,Jerry Hossom和Paul Bos等很多著名刀具制造者都热衷于使用S30V钢。

        CPM S30V钢被认为是一种优质级的制刀钢材,这种钢材昂贵的价格对刀具的价格造成了非常严重的影响。这种钢材主要被用来制作高端刀具,尤其是手工定制刀具。Buck刀具公司曾称其为“绝对是可用的最佳刀钢”。Joe Talmadge声称,它可能是最终极的高端不锈钢。这些结论是否正确我们无法确定,但可以确信的是与同级的其他钢材相比,S30V拥有更好的机械加工性和锋利度。

          从性能上比较,CPM S30V的韧性要超过440C和D2等高硬度钢,并在各种环境中的测试结果显示,其耐腐蚀性等同或优于440C。

        CPM(Crucible Particle Metallurgy)钢的制造方法,是先将合金钢水气雾化并随后形成粉末,对粉末进行筛选并在随后采用等静压成型粉末冶金方法,将粉末压制成钢材。CPM过程产出的钢材不会产生钢材的偏析,并且钢材中的碳化物分布非常均匀,并与传统工艺生产的钢材相比,其更具稳定性,可磨性和韧性的特色,同时还具有热处理变形小、锻轧性能和磨削性能良好等优点。

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