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教你站在化學的高度認識刀具鋼材和熱處理

教你站在化學的高度認識刀具鋼材和熱處理


元素

首先呢,我們稍稍複習一點點高中化學知識,雖然這不是完全必要,但局座以為複習一下更好一點。如果您對中學化學老師存在過敏反應,前兩節內容跳著看也行,這些對我們講的東西不是特別必要,但弄懂的話肯定會收穫更多。

地球上的物質,有一個基本的單位,叫做原子。原子是由原子核和電子構成,原子核又由質子和中子構成,中子不帶電,對原子的性質影響不大,因此我們主要關心的是一個原子核中有幾個質子。質子數相同的一類原子,就叫做元素。比如,氫原子核只有1個質子,氫就是1號元素;氦原子核有兩個質子,氦就是2號元素,以此類推,一直到一百多號。


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這個化學元素周期表就像是一座大樓,所有的元素全都住在裡邊。我們這裡,不需要認識這麼多。鋼材,最基本的元素就是3樓26號的鐵先生和2樓6號的碳先生。人類使用這兩種元素已經至少2千多年歷史了。而現代鋼材,往往還需要一些合金元素,它們是:23號釩先生、24號鉻先生(這個字讀gè,但一邊工廠的人習慣性的讀成luò)、25號錳先生、27號鈷先生、28號鎳先生、41號鈮先生、42號鉬先生、74號鎢先生。其實一大半本來就是鐵先生的鄰居。對了,15號的磷小姐和16號的硫小姐經常會來搔擾,使鋼的性能下降,大家一定要注意。

這些合金元素價錢不一,大致如下:


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單位:元/公斤


有人說因為釩特別貴,所以加了釩的鋼就應該貴,的確,純的釩要兩三千元一公斤,但鍊鋼用不著純釩,直接用釩鐵合金就行了,釩鐵的價格要便宜得多。含70%的釩的話只需要大約300元一公斤。其他的也有鈮鐵、鎢鐵、鉬鐵等,也比純的便宜一些,但都遠沒有釩鐵差得這麼多,因此真正最貴的應該還是鈮。總的來說這幾種元素還是會提高鋼材成本的,好在含量都不需要太大。

50%的鉻鐵,也就是10元左右,換算成鉻成分差不多20元。但不鏽鋼中鉻往往含量在13%以上,還是比較大的。


碳鋼


在討論鋼之前,我們還需要先說說純鐵(Fe),純鐵在912℃以下,呈體心立方晶格,叫作α-Fe,在912~1394℃之間,為面心立方晶格,叫作γ-Fe;在1394℃以上,熔點1535℃以下,又成了體心立方晶格,叫作δ-Fe。什麼叫立方結構?形象來說,就好比是鐵原子排列成三維的方陣,那叫簡立方,如果每4個相鄰的鐵原子形成的正方形中間都再放一個鐵原子,那就叫面心立方;如果每8個相鄰的鐵原子的中間都再放一個鐵原子,就叫體心立方。


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這種圖只是表示相對位置,實際上原子之間不會離這麼遠,稍微寫實一點的是這樣的:


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面心立方的鐵原子堆積,實際的原子也不會正好是球體,只能說大致如此

鋼的本質,是鐵和碳和合金,碳原子比鐵原子要小得多,碳原子會盡量待在鐵原子的間隙當中,面心立方晶格的間隙比較大,可以容得下碳原子,碳原子存在於鐵原子的間隙中,就形成一種叫作「奧氏體」的結構。


1538℃以上為液態

1538℃ — 1394℃ 體心立方晶格 δ—Fe鐵

1394℃ — 912℃ 面心立方晶格 γ—Fe鐵

912℃以下至低溫 體心立方晶格 α—Fe鐵

在刀具鋼中,可以分為碳鋼和不鏽鋼兩大類。碳鋼比不鏽鋼便宜得多,但碳鋼在鋒利度上,要勝過不鏽鋼,其他如強度、韌性等,只要熱處理做得好,碳鋼也不差。碳鋼的惟一缺點就是會生鏽。

現代的碳鋼,實際上也含有少量的合金元素。即使日本武士刀這種純淬的傳統工藝,是最純粹的碳鋼,也難保裡面完全沒有別的元素。但我們認識鋼材,還需要從「純碳鋼」開始。

鋼的本質,是鐵和碳和合金,碳原子比鐵原子要小得多,碳原子會盡量待在鐵原子的間隙當中,面心立方晶格的間隙比較大,可以容得下碳原子,碳原子存在於鐵原子的間隙中,就形成一種叫作「奧氏體」的結構。奧氏體的特點是塑性非常好,因此要對鋼材進行鍛造,首先都要把它加熱到形成奧氏體的溫度。

而體心立方晶格,間隙半徑比較小,不能容下碳原子,只有在結構中有缺陷中可以使碳原子存在。如果碳的含量很少,可以全部存在於鐵的晶格缺陷當中,這種結構叫作鐵素體,性質和純鐵差不多,硬度、強度都比較低。

如果碳的含量比較多,多餘的碳就會擴散出鐵的晶格,形成Fe3C(碳化鐵)的結構,這種結構稱為滲碳體,比較複雜:


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滲碳體結構,這圖容易看得暈,可以忽略,我們知道是碳擴散形成的另一種結構,並且很硬就可以了。

印度古代所產的烏茲鋼,即「鑄造型天然結晶平面大馬士革鋼」。其獨特的花紋,雖然具體的成因還不明確,但在一點上研究者早已形成共識,就是烏茲鋼花紋是由大量的成排分布的滲碳體顆粒構成的。烏茲鋼所做的刀劍整體硬度並不高,但具有很高的微觀硬度,這使它具有非常好的切割性能。


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印度塔瓦 烏茲鋼 其花紋的白色部分即為滲碳體顆粒所形成。

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波斯卡德短刀 烏茲鋼

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極為名貴的一種烏茲鋼花紋——雙天梯與玫瑰

在碳含量為0.77%時,如果奧氏體緩慢冷卻,就形成一種鐵素體與滲碳體片層相間的組織,稱為珠光體,因為在顯微鏡下觀察有珍珠一樣的光澤而得名。珠光體強度高、韌性好、硬度適中。


鐵碳相圖

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這就是鐵碳合金的相圖,橫軸為含碳量,縱軸為溫度,在這張圖上,什麼含碳量的鋼材在什麼溫度下的形態都一目了然。我們只了解左下方就夠了,因為右邊碳含量在2.11以上的已經不是鋼了,而屬於鑄鐵;而最上方的L相是液態,都和我們這些玩刀的沒什麼關係。

此圖中的S點,叫作共析點,表示含碳量0.77%,這個含碳量的鋼叫共析鋼,含碳量小於0.77%的叫亞共析鋼,大於0.77%的叫過共析鋼。刀具鋼一般都是過共析鋼。因此,我們真正需要重點關注的只是紅圈裡面的部分:


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A:奧氏體,F:鐵素體,P:珠光體,Fe3C:滲碳體


在727℃,奧氏體開始向珠光體轉變。S點的上方,A就表示奧氏體,下方的P表示珠光體。在GPQ區域內,是鐵素體F區,GPS是奧氏全和鐵素體的混合區,QPS線的下方,是珠光體和鐵素體的混合區。也就是說,如果含碳量小於0.77%的鋼從奧氏體開始冷卻,會先部分形成鐵素體,然後到727℃,奧氏體再轉化為珠光體,形成珠光體和鐵素體的混合物,含碳量越低,鐵素體的比例就越高。

SE線右下方的區域,是奧氏體和滲碳體的混合物,到727℃以下,則形成珠光體和滲碳體的混合物,含碳量越高,滲碳體的比例就越高。

這個鐵碳相圖,也只不過是幫我們了解一點最基礎的知識。對於刀具鋼的熱處理來說,它用處不大。因為我們淬火,主要是為了得到馬氏體,而這張圖裡邊,根本沒有馬氏體。因為相圖中鋼的各種狀態都是平衡態,而馬氏體是非平衡態。我們從鐵碳相圖上能得到的有用信息,也就是形成奧氏體的溫度,因為淬火的前提是先把鋼加熱成奧氏體。



馬氏體與C曲線


在平衡狀態奧氏體向珠光體轉變的過程中,鐵原子重新排列,碳原子要擴散、改變位置。但如果快速冷卻,讓碳原子來不及擴散,新的鐵晶格空隙又容不下碳原子,形成一種過飽和固溶體,它的晶格已經不再是體心立方,而是發生了畸形變化,就是馬氏體,硬度很高,打個不太恰當的比喻,有時地鐵里特別擠的時候,每個人的姿態都發生畸形變化,這時外面的人也最難再擠進來,如果當成微觀結構看,就是這個人群的「硬度」很高。我們刀具鋼的淬火,目的就是得到更多的馬氏體。

在加熱到形成奧氏體的階段,溫度的掌握非常重要,在實際當中,要求溫度比奧氏體轉化溫度高出30~50℃,這是為了使其成分更為均勻。但也不能高出太多,否則會使奧氏體晶粒長大,淬火後的馬氏體脆性增大、裂紋增多。因此,對於碳鋼來講,淬火溫度一般就是在770℃左右。

如果其中加入了合金元素,由於合金元素在奧氏體中擴散比較慢,需要加熱到更高的溫度,一般都要加熱到1000℃以上,好在,大多數合金元素,除了錳以外,又有阻止奧氏體晶粒變大的作用。尤其以鈦、釩的作用最為顯著。

要了解馬氏體的轉變規律,我們需要引出真正的重點——C曲線圖。

C曲線不是特別好懂,但局座建議在這裡您要打起點精神來把它看懂,因為這個東西確實很重要。


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1095碳鋼的C曲線

此圖的標準名稱應該是TTT曲線,因為曲線的形狀像是字母「C」,因此又稱為C曲線。它的橫軸是時間(秒),它是以指數為標尺的,如果按正常比例的話,那就太長了,根本畫不下。

它的縱軸是溫度。這個溫度的意思,是把它瞬時降到某一個溫度,然後觀察鋼的成分隨時間的變化情況。圖的上方有一條As線,這就是奧氏體的轉變溫度,溫高如果高於As,無論時間多久,奧氏體都仍然是奧氏體,不會發生轉變。

在As線的下方,有兩條C形曲線,左邊那一條代表轉變開始時間,右邊代表轉變結束的時間。比如我們把一塊鋼材從奧氏體降到650℃,那麼它大概在第3秒開始轉變,到第30秒,轉化成珠光體。但也不會完全轉化,總會有些奧氏體留下來,這叫殘餘奧氏體。溫度再低一些的,還會形成貝氏體,這個和我們關係不大,就不管他了。

C曲線的下邊有一條Ms的水平線,大概對應的溫度是210℃,到這個溫度以下,才能有馬氏體形成,溫度越低,馬氏體形成的越多。我們可以看到下邊還有兩個溫度,際為M50、M90,分別指馬氏體形成到50%和90%的溫度。再往下,還會有一條Mz線,是馬氏體結束轉變的溫度,一般都在0℃以下。因此,用液氮做深冷處理,可以使馬氏體最大限度地形成。

但在實際當中,降溫不可能瞬時完成,總是需要一個過程,關鍵就是降溫的過程中,奧氏體不能轉變為珠光體。在這個降溫的過程中,C曲線最左側,俗稱「鼻尖」的部位,是危險區域,因為這個「鼻溫」下,奧氏體最容易轉化為珠光體,一旦轉化為珠光體,就不能再變為馬氏體,淬火即告失敗。這就好比說,你將來想要成為一名模特,那就要在成長過程中時刻注意,不要讓自己先變成一個胖子。最好的辦法就是長快點,身高長得快,也就來不及變胖。

我們看1095碳鋼C曲線的鼻尖,對應的時間約是1秒,對應溫度約為550℃,也就是說,我們的冷卻速度,必需保證在1秒鐘之內,降溫到550℃以下,否則就會有珠光體形成。這就是淬火的最關鍵所在。

既然如此,是不是降溫越快越好呢?那也不一定,降溫速度快,風險也隨之增加,比如可能出現開裂,也同樣會導致淬火失敗。日本武士刀由於是用水淬火,風險還是比較大的,一旦淬火失敗,就前功盡棄,這也是日本武士刀非常貴的原因。因此,好的淬火方式是既要保證繞開C曲線的鼻尖,又要儘可能地慢一點。

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

1095是一種非常優質的碳鋼,ABS的鍛造大師多喜歡採用。它的不幸是價錢便宜,因而經常被一些非常低檔的刀所採用,影響了它的名聲。


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卡巴9131(伊拉克海軍版)1095高碳鋼



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安大略RTAK 1095高碳鋼



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1084碳鋼的C曲線



1084:碳鋼同樣是做刀常用的鋼材,它的含碳量是0.84%,含錳0.75%,硬度HRC45~66;

我們可以看到1084碳鋼C曲線的「鼻溫」更低一些,和1095碳鋼的C曲線相比,形狀沒有區別,但稍稍偏左一點。這就意味著它的淬水需要冷卻得更快。


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美國ABS總裁、AKI成員哈維·迪安的博伊 1084碳鋼


除了碳的含量之外,合金元素對C曲線的影響更大。合金元素可以分為不形成碳化物的和形成碳化物的兩類。不形成碳化物的元素,是鎳、硅、鋁、錳(錳的含量不超過3%就不會形成碳化物),它們都可以使C曲線右移。

而形成碳化物的元素,有鉻、鉬、釩、鎢,它們不但使C曲線右移,還會使C曲線的形狀發生改變,比如鉻會使C曲線變成上下兩個「C」形。同時這幾種元素還可以使C曲線的「鼻溫」上升,「鼻溫」上升的結果,就是只需要下降較小的溫差,就可以繞過C曲線的鼻尖,和C曲線右移的較果是一樣的,都是提高了鋼的「淬透性」,也就是允許淬火時冷卻的速度慢一些,減小淬火失敗的風險。淬透性好,就相當於把模特的標準放寬了,本來腰圍必須兩尺以下,現在三尺也可以了。


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此為L6工具鋼的C曲線,它的合金元素還不太多,但C曲線的鼻尖已經右移到了10秒的位置

這裡邊只有鈷是個例外,它會使C曲線左移。和別人唱反調,使本來降低的淬火難度又提高了。但鈷、鎢都能提高刀的紅硬性。現在刀具鋼中加鈷的不多。常見的只有VG-10(1.5%)、N690(1.5%)、S125V(2.5%)。


52100鋼:碳0.98~1.1%;錳0.25~0.45%;鉻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%左右的鉻,這使它的淬透性更強。同時的結果就是它的硬度範圍窄了很多。


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ABS大師 J·尼爾森做的廚刀 52100碳鋼



冷卻的速度,一般都是能過不同的淬火介質實現的。常用的有水淬、油淬、風淬,水淬的冷卻速度最快,油淬慢一些,不同的油速度也不同,輕質油相對更快,水或油的溫度對冷卻速度也有影響。風淬就是在空氣中冷卻,這種最慢,如果用風扇吹,則會快一些,古代波斯刀匠淬火時是持加熱的刀騎快馬疾馳,算是一種最特別的風淬了。

一般來講,1084這樣較純的碳鋼應該水淬,合金鋼可以油淬甚至風淬,可以風淬的鋼又稱為風鋼或高速鋼。

但1095的含碳量較高,C曲線也相對比較偏右,也有人用油淬火。

總而言之,馬氏體形成全靠碳,碳是鋼的硬度的來源。



碳化物與耐磨性


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碳含量和硬度的關係,左側為維氏硬度,右側為洛氏硬度。

上圖是不同人所做的不同含碳量的鋼的淬火後的硬度。總的來說,在共析點(0.77%)以下,硬度隨含碳量上升而提高。達到共析點以後,不同人的熱處理方式不同,效果也就不同了。

既然碳含量到0.77%,硬度就到頂了,為什麼我們用的很多刀具鋼材含碳量都高於0.77%呢?這是因為,我們所測的洛氏硬度,是整體上的硬度。而含碳量高於0.77%的鋼,多餘的碳還是會形成滲碳體,也就是碳化鐵的顆粒。滲碳體的硬度,還要明顯高於馬氏體。滲碳體的硬度是微觀局部硬度,一般的硬度測量方法測不出來,它可以增強鋼的耐磨性,耐磨性好,做成刀的刃保持性就好。鋒利度可以保持更長的時間。但一般高碳鋼所形成的滲碳體,不會出現烏茲鋼那樣的花紋。

而加了合金元素以後又會形成合金元素的碳化物顆粒,它們比構成滲碳體的碳化鐵更硬。不同的合金元素形成碳化物的硬度也不同。比較順序為:

錳 < 鐵 < 鉻 < 釩 < 鉬 < 鎢 < 鈮

其顆粒硬度越高,鋼的耐磨性就越強。這裡邊錳是個例外,刀具鋼中,錳的含量很少超過1%。

但由於碳化鉻的晶粒比碳化鐵大,在刃口容易脫落,這使不鏽鋼達不到碳鋼那樣的極致鋒利度。



碳鋼與不鏽鋼


理想的刀應該是鋒利且不折不彎,鋒利需要硬度來保障;不彎,需要較高的強度;不折就需要較高的韌性,韌性特別好的強簧鋼,在彎曲以後還能自動恢復原來的形狀。馬氏體硬度很高,但韌性不好,珠光體硬度較低,但韌性非常好,彈簧鋼都是熱處理成珠光體或珠光體與鐵素體的結合。

最好的碳鋼刀,往往採用局部熱處理。比如日本武士刀,是通過覆土燒刃的技術,使刀刃部分形成馬氏體,刀背部分形成珠光體。現代刀中,瘋狗可算是碳鋼刀的頂級產品,它是通過局部回火,達到和日本武士刀同樣的目的。


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日本武士刀的淬火



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日本武士刀形成一條明顯的「刃紋」,刃的部分為馬氏體,刀背部分為珠光體。

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瘋狗 Taiho




碳鋼無限好,只是會生鏽。

通過局部熱處理,碳鋼中的馬氏體可以提供足夠的硬度和強度,珠光體可以提供足夠的韌性。至於生鏽的問題,可以通過表面氧化、塗層的方式解決。當然表面的抗氧化層如何保證不脫落,也需要很高的技術保障。

在刀具鋼來說,一般只分為碳鋼和不鏽鋼兩大類。不鏽鋼都是加了13%以上的鉻元素,因此鉻是不鏽鋼耐腐蝕作用的決定性元素,其他的都只是起輔助作用。沒有哪種不鏽鋼是不加鉻的。它的原理是加了鉻以後,鋼表面的氧化物會形成一層緻密的保護膜,阻止它進一步氧化,從而起到防鏽的效果。

初級刀迷往往有一個誤區,就是以鋼材的價格來判斷刀的價值,這種方法非常片面。不鏽鋼肯定比碳鋼貴,但在三十年前的美國,有一種觀點很流行,就是說碳鋼刀才真的牛,不鏽鋼都弱爆了。這個當然也比較片面,主要是因為那時候的不鏽鋼都不是為了做刀生產的,自然效果不佳。現在,有不少專門為做刀的不鏽鋼,效果好了很多。但即便在今天,碳鋼仍然可以通過高超的熱處理技術挑戰任何不鏽鋼的極限。

不鏽鋼的最大劣勢,就是不能像日本武士刀那樣做局部熱處理,因為它的C曲線右移太多,不鏽鋼要形成珠光體,需要幾分鐘,這樣無論你怎麼覆土,冷卻速度也下降不了那麼多,得到的仍然全是馬氏體。現在是鐵了心要讓你當模特,腰圍不超過6尺不許拒絕。因此,不鏽鋼如果和成功局部熱處理的碳鋼相比,一般是比不過的。它無法達到那種剛柔相濟的效果。


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即便不考慮局部熱處理,鉻對鋼的韌性也存在負面影響。至於說增加了硬度和強度,也只是相對於熱處理不好的碳鋼而言。實際上1095、1084碳鋼的硬度可達HRC66,而不鏽鋼的硬度一般最多也就是HRC62。

可以這麼說,碳鋼刀的價值主要在技術,不鏽鋼呢,一半在技術,一半在鋼材。因此,現在的量產刀,絕大多數都是不鏽鋼的,因為產量大,沒有條件做那麼精細的熱處理,用不鏽鋼至少可以保障一個基本的質量水平。而手工刀,不鏽鋼和碳鋼各佔半壁江山。手工刀用不鏽鋼的,多是追求完工度、藝術性。碳鋼的手工刀,主要是ABS這種鍛造工藝的崇尚者,因為不鏽鋼不適合鍛造。而在一部分不鏽鋼刀匠看來,有些熱衷鍛造的人只不過是在裝13。現代條件下,鍛造的確並不能使鋼材的性能有什麼提升,但鍛造有一個優勢就是可以鍛出獨特的大馬士革花紋。大馬士革鋼從理論上講,可以兼具兩種或三種鋼的性能優勢,但現在的大馬士革鋼主要還是為了好看。


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ABS大師J 尼爾森做的博伊 採用1095、5100、15N20三種鋼材鍛造大馬士革鋼



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ABS大師羅恩·牛頓的短劍 1095、15N20鍛造大馬士革鋼



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ABS大師羅恩·牛頓的短劍 15N20、15N20、1084 鍛造大馬士革鋼



不鏽鋼的真正好處,其實也就兩點,一是耐腐蝕,二是淬火技術容易掌握。還有一個是耐磨,如果是做機器零件,那麼耐磨性要重要得多,這直接決定它的使用壽命。但對做刀,這個要分兩方面說,耐磨對刃保持性有利,缺點是研磨比較費勁。但刃保持性並不完全取決於耐磨性,和淬火、刃口研磨的精度都有關係;而研磨費勁倒也不是大問題,選擇更好的磨石就行,比如金剛砂磨石。當然,耐磨性好,刀就不容易「變舊」,但這個指標,對實用性關係不大。而有些刀上配件,如襯鎖折刀的內襯簧片,每次開關都有磨損,所用材料對耐磨性要求也很高。



幾種常用不鏽鋼


440系列不鏽鋼: 錳1%;鉻16~18%;鉬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系列在刀具中應用極為廣泛,差不多可以看作基本的不銹刀具鋼。它通過添加鉻和鉬元素,使鋼材具有很好的耐磨性。在系列中從440A到440C耐磨性依次增強,但韌性、耐腐蝕性依次減弱。


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德國PUMA公司「大師」口袋折刀 440A不鏽鋼



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蜘蛛C129GP 440C不鏽鋼



154CM:碳1.05%,錳0.5%;鉻14%;鉬4%,硬度HRC58~63;

154CM實際上是改進的440C,減少了鉻,增加了鉬。但其中碳化鉻的顆粒反而增多,而碳化鉬比碳化鉻硬度更高,這使154CM在綜合性能上都超過了440C。154CM耐磨性非常出色,但由於其晶粒粗大,所做的刀往往刃口較脆。


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一代宗師R.W.拉威利斯的小刀 154CM不鏽鋼,他是最早用154CM的



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戈博銀色三叉戟 154CM不鏽鋼



在154CM之後,又有日本產的ATS34,成分完全相同,相當於日本版的154CM。又有美國坩堝公司的CPM-154CM,和瑞典的RWL34,都是用粉末冶金技術所生產的154CM,使基本性能得到較大提升。RWL34在其中又多加入了0.5%的釩,起到優化內部晶粒的作用。


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巴克/Strider折刀 ATS34不鏽鋼



傳統不鏽鋼的煉製,都是先把鋼加熱為液態,按比例添加各種合金元素,然後倒入鑄模,冷卻形成鋼錠。這裡的問題是,這種合金元素在冷卻過程中,會發生聚集。這就叫物以類聚、人以群分。一樣的東西容易聚到一塊。因為這種聚集的發生,鋼中的元素分布就不均勻了,使性能大打折扣。因此鍊鋼行業有「爐中是金,包中是銀,冷卻成屎」的說法。因為在鍊鋼爐的鋼水化學成分完全均勻,冷卻成鋼錠就不均勻了。

而粉末冶金,是用完全不同的方法。它是在無氧環境下,把液態的鋼水用氮氣鼓風,在最短的時間內吹成極為細小的粉末。這樣合金元素還沒有來得及聚集,就被強行分離了。然後再將粉末施以高溫高壓,保持一段時間,就形成粉末不鏽鋼。粉末不鏽鋼由於成分更為均勻合理,比相同成分的普通不鏽鋼性能會有明顯提升。

瑞典的DAMASTEEL公司,是以粉末技術製造大馬士革鋼,它不再使用傳統的摺疊鍛造方式,而是直接將兩種鋼材(RWL34和PMC27)的粉末層層疊加,再高溫高壓製成鋼材。因此DAMASTEEL是不鏽鋼的大馬士革,而傳統方法做大馬士革必須用碳鋼。但粉末不鏽鋼大馬士革的缺點是花紋品種有限,且價錢要貴得多。


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DAMASTEEL(瑞粉)大馬士革鋼



VG-10:碳0.95~1.05%,錳0.5%,鉻14.5~15.5,鉬0.9~1.2%,釩0.1~0.3%,鈷1.5%,硬度HRC58~62;

和154CM相比,VG-10減少了鉬,增加了一點釩和鈷,測驗表示VG-10在耐腐蝕性、鋒利程度、刃保持性方面都勝過ATS34。


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福克尼文H1直刀 VG-10不鏽鋼



BG42:碳1.15%,錳0.5%,鉻14.5%,鉬4%,釩1.2%,硅0.3%,硬度HRC55~62;BG42相對於154CM來說,主要就是增加了1.2%的釩,比VG-10的釩多了不少,性能也較154CM更佳,在耐腐蝕方面也勝過VG-10。它還具有非常好的耐高溫的性能。


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索格X-42偵察員戰術刀 BG42不鏽鋼



上面這些鋼材,實際上還都是在440C的基礎上做改進,也就是以高鉻含量為基礎,增加少量的鉬、釩等元素作調節,使其性能得到優化。


CPM-S30V:碳1.45%,鉻14%,鉬2%,釩4%,硬度:HRC58~60;

S30V是美國坩堝公司所做的一種全新的粉末刀具鋼。和上面的不同之處,就是它大大增加了釩的用量。但鋼材的規律並不是那麼簡單,釩雖然是好東西,但顯然它對性能的提高並不是簡單的正比關係。S30V的實際表現並不理想,主要問題是在硬度高60時刃口脆性高。雖然不是都有問題,但對它的名聲有不小影響。


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蜘蛛軍用折刀 S30V粉末不鏽鋼



S35VN:碳1.45%,鉻14%,鉬2%,釩3%,鈮0.5%,硬度:60-62;

S35VN是在S30V的基礎上,減少了1%的釩,增加了0.5%的鈮。使它更為易於打磨、韌性有所增強,較有效地解決了S30V的問題。現在S35VN已經成了非常常用的一種高端刀具不鏽鋼。硬度也有所提高。


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克利斯里夫綠貝雷直刀 S35VN不鏽鋼



我們可以看到1084、1095碳鋼的硬度都可以達到HRC66,而一般的不鏽鋼都達不到這個數值。說好的那些合金元素能提高硬度、強度呢?實際上,不鏽鋼還是被韌性拖了後腿,不鏽鋼不是達不到高硬度,再高一些的硬度,也可以通過改變熱處理參數達到。但太硬了以後,整體上就脆了,變得容易折斷。因此,一種鋼材給出的硬度值,是廠家考慮綜合性能而給的建議而已。

坩堝公司還有含釩更高的鋼材,S90V、S110V,含釩達9%;S125V,含釩高達11.85%。這使它們的耐磨性極高,由於釩對韌性有利,硬度也可以做高。S90V、S110V可達HRC62 ,S125V可達HRC64。


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蜘蛛FB36CFP S90V不鏽鋼



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范托尼 HB01 折刀 S125V不鏽鋼



CPM 3V:碳0.8%,鉻7.5%,鉬1.3%,釩2.75%,硬度:58-62;

CPM 3V鉻含量只有7.5%,不算不鏽鋼,它和一般碳鋼的區別是釩含量比較高。這使它熱處理為較高硬度的同時,也能保持極佳的韌性。


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蝴蝶200朴寇獵刀,最新出的芬蘭風格的獵刀,CPM 3V



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強力掰彎,並沒有折斷


CPM 3V這種,不是不鏽鋼,但說它是碳鋼也有點勉強,或許叫釩鋼比較準確,它應該還是算一種比較特別的刀具鋼。但它的兩個兄弟,就有點奇葩了。

CPM 10V:碳2.45%,錳0.5%,鉻5.25%,鉬1.3%,釩9.75%,硬度:58-64;

CPM 15V:碳3.4%,錳0.5%,鉻5.25%,鉬1.3%,釩14.5%,硬度:58-66;

這兩種鋼在3V的基礎上,繼續降低了鉬的含量,又瘋狂地增加了碳和釩。這種碳含量按說已經不是鋼了,而是達到了鑄鐵的數值。這樣的結果就是形成大量的碳化釩,耐磨性極高,同時韌性也還不錯,硬度也可以進一步提高。這個結果就是超強的刃保持性。它們的問題是不易加工,且熱處理時需要的溫度太高、耐腐蝕不行。因此用的並不多。



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美國加州刀匠菲爾·威爾森的直刀 CPM 10V



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蜘蛛K-2折刀,可能是量產刀里惟一用10V鋼的了。



合金元素對鋼材的影響,大致來說,鉻是耐腐蝕的基本保證,同時提高耐磨性,鉬可進一步提高耐磨性,如果再加入釩,可使被鉻、鉬搞壞了的韌性得以改善。鎢對鋼的耐高溫性作用最大,甚至燒紅了仍然可以保持硬度。同時所有合金元素都可提高鋼的淬透性。但實際當中還要複雜得多,特殊情況下還可能出現相反的效果,不可能看看鋼材的元素成分比例,就直接能知道它的性能如何,而只能是大致推測。做成之後,還需要各種測試,才能得出結論。

作者:青銅 來源:刀匠情報局

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