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關於常用刀具的鋼材介紹

關於常用刀具的鋼材介紹



一、S30V:

CPM S30V是一種具有耐磨損和抗腐蝕性的馬氏體粉末不鏽鋼,是由坩堝材料公司的Dick Barber與刀匠Chris Reeve聯合開發的優質鋼材。這種鋼材內部均勻的分布有碳化釩晶粒,這比普通材質中的碳化鉻更硬也更具實用性,令碳化釩刀具比平常鋼材更硬、更具切割能力。這些碳化釩晶體排列緊密且顆粒非常細小,能進一步的提高所造鋼材的鋒利度和韌性。儘管熱處理工序仍然非常困難,但很多刀匠仍然喜歡使用CPM S30V,因為這種鋼材比其他碳化物的粉末鋼更易被研磨。S30V的組成成分:碳1.45%,鉻14%,釩4%,鉬2%。諸如Sal Glesser,Ernest Emerson,Tony Marfione,Phil Wilson,William Harsey Jr.,Tom Mayo,Jerry Hossom和Paul Bos等很多著名刀具製造者都熱衷於使用S30V鋼。


CPM S30V鋼被認為是一種優質級的制刀鋼材,這種鋼材昂貴的價格對刀具的價格造成了非常嚴重的影響。這種鋼材主要被用來製作高端刀具,尤其是手工定製刀具。Buck刀具公司曾稱其為「絕對是可用的最佳刀鋼」。Joe Talmadge聲稱,它可能是最終極的高端不鏽鋼。這些結論是否正確我們無法確定,但可以確信的是與同級的其他鋼材相比,S30V擁有更好的機械加工性和鋒利度。


從性能上比較,CPM S30V的韌性要超過440C和D2等高硬度鋼,並在各種環境中的測試結果顯示,其耐腐蝕性等同或優於440C。


CPM(Crucible Particle Metallurgy)鋼的製造方法,是先將合金鋼水氣霧化並隨後形成粉末,對粉末進行篩選並在隨後採用等靜壓成型粉末冶金方法,將粉末壓製成鋼材。CPM過程產出的鋼材不會產生鋼材的偏析,並且鋼材中的碳化物分布非常均勻,並與傳統工藝生產的鋼材相比,其更具穩定性,可磨性和韌性的特色,同時還具有熱處理變形小、鍛軋性能和磨削性能良好等優點。

二、440:


雖然440鋼實際上指的是440A,440B和440C等鋼材組成的鋼材體系,但從製作刀具來說,一般而言所說的440鋼指的是440C。


440C不鏽鋼是一種現代化鋼材,在所有的不鏽鋼合金中因具有高耐腐蝕,耐磨損性,強度和硬度品質而聞名,在經過熱處理後其硬度最高可達到HRC60。440C對空氣,淡水和弱酸的腐蝕都具有良好的抗性,在製作刀具過程中可創造出光滑的拋光表面和剃刀般鋒利的邊緣。這種鋼材可被用來製作切割工具,滾動軸承,閥門座,高品質刀具,手術儀器,鑿子,滾珠軸承和用於生產的切削工具,包括理髮剪刀,手術刀,匕首和刀劍。


440C的等級與440A和440B完全相同,唯一區別是其含碳量稍高(其餘兩種鋼的含碳量分別為0.65%-0.75%和0.75%-0.95%)。雖然較高的含碳量會造成刀具的硬度偏高,但其耐腐蝕性卻略微的有所降低。雖然這三種鋼是同檔次的標準鋼等級,但事實上440C比A和B更具實用性。而另一種合金440F(UNS S44020)與440C具有同樣的碳含量。從目前來看,440C鋼的使用非常普遍,可能在不鏽鋼的使用量中排行第二(僅次於ATS-34)。


440C在20世紀80年代左右是當之無愧的刀鋼不鏽鋼的王者,這一地位直到90年代才被ATS-34所取代。440C被認為是一種用途非常廣泛的通用不鏽鋼,與ATS-34相比更堅韌和更具抗污性,但保持性和硬度便有所不如。440C是最早被刀匠接受的不鏽鋼,而且一直很受歡迎,尤其是在零下處理流程被開發出來後,更加強了鋼材的堅韌度。在打磨時,它的缺點是粘性比較大,而且升溫很快;但它比任何碳鋼都更容易打磨,用手鋸切料也容易得多。即使是新手刀匠,如果能夠做好熱處理和表面處理,也能用440C做出很好的刀;而且保養得好的話,這種材料的刀刃是非常出色和耐用的。

請注意的是,440A和440B是與440C非常類似的合金鋼材,經常容易混淆,但它們不適合用來做刀。商業性刀具公司常常會因為概念不清,就故意含糊其詞的把440C刃材標成440,反而把真材實料的東西弄得不倫不類。440C可能比任何其他合金不鏽鋼更適合刀具業,它能夠勝任的尺寸和用途非常廣泛。很多藏家都痛恨自己的收藏品放在刀鞘里也會黯淡發黑,而440C恰好有抗腐蝕性強的優點。


而現在440鋼家庭中,出現了一種被稱為是440V的新型現代化鋼材。從根本上來說,這是440C鋼的提高。這種鋼具有與440C類似的硬度,但具有更強的耐腐蝕性和機械加工能力。


440A 碳0.65%-0.75% 鉻16%-18% 鉬0.75% 錳1% 硅1% 硫0.03% 磷0.04%


440B 碳0.75%-0.90% 鉻16%-18% 鉬0.75% 錳1% 硅1% 硫0.03% 磷0.04%


440C 碳0.95%-1.20% 鉻16%-18% 鉬0.75% 錳1% 硅1% 硫0.03% 磷0.04%

三、D2工具鋼


眾所周知D2工具鋼是一種高碳高鉻的冷加工工具鋼。


D2鋼是一種經真空熱處理的鋼材,這種方法是在真空環境下將鋼材提高到很高的溫度,並迅速進行冷卻的處理手段,在碳鋼的回火過程中析出了大量的二級碳化鉻沉澱,造成了鋼材高碳高鉻的特性,而這又大大提升了鋼材的耐磨性。這是一種理想的製作沖床、磨具或注塑模具的鋼材。並且D2鋼一種難以用機器製造的原料,需要在熱處理後在特殊的磨輪處進行表面磨削。這種鋼材在處理過程中難以被改變,例如你如果對一塊厚度為2毫米的D2鋼進行處理,直到處理完成這塊鋼的厚度只能被研磨掉0.004毫米。


D2是一種高碳高鉻工具鋼,在工業生產上可應用在高磨損的地方。D2經熱處理後硬度可達HRC64,鋼材擁有低等級的回火溫度。因此很多普通的塗層不能被應用,因為這些塗層材質覆蓋融化的溫度要高於D2工具鋼的回火溫度。這種鋼在高切削速度的摩擦下會產生較高的溫度,而工具鋼在這些情況下都無法維持鋼材的硬度。如果用這種鋼作為切削工具,那麼刃部在研磨過程中可能會二次回火併影響到刀具性能,因此D系列鋼並不是成功的刀具鋼。

這種鋼材的高鉻含量使其擁有一些不鏽鋼的性能,但仍不能將其列為不鏽鋼分類(因為這種鋼的鉻含量佔12%,而對不鏽鋼行業公認的規定鉻含量需要13%)。


D2鋼成分分析:


碳:1.40%至1.60%(標稱1.50%)


硅:0.50%至0.60%(標稱0.50%)


錳:0.50%至0.60%(標稱0.50%)


鉻:11%至13%(標稱12%)


鉬: 0.70%至1.20%(標稱1%)


鎳:0.30%(標稱0.30%)


釩:1.10%(標稱1.10%)


總而言之,D2是一種擁有極佳耐磨性和低韌性的高合金鋼。因此D2可以預期在切削材料時保持更長時間的鋒利度,在適當的打磨中可以獲得更鋒利的刃鋒。D2擁有一定程度的耐腐蝕性,但這個特性並不出眾。但這種鋼材如果需要打磨則需要特別的注意,因為過熱會對鋼材性能造成不可逆轉的影響。


四、154CM


154CM是一種美國開發的優質級不鏽鋼鋼材,是目前最熱門的高端不鏽鋼材質之一,這種鋼的開發目的主要是為了惡劣情況下的工業應用。鋼材中主要元素的構造百分比:碳1.05%,鉻13.5%-14%,錳:0.5%鉬4%,釩0.4%,鎢0.4%,硅0.3%-0.8%,硫0.03%,磷0.03%。這種鋼材的命名緣由已不清楚,但網路上有關其名稱流傳有種說法:154CM是最初的美洲版本,鉻含量達15%, 鉬含量達4%,故定名為154CM(Cr,Mo的縮寫)。154CM最著名的是其最佳的綜合品質,這種鋼材擁有極好的耐腐蝕性,良好的韌性和刃部特性,尤其是適合進行繁重的切割工作。154CM可以稱得上是440C不鏽鋼的鉬元素改善版,鉻也含量也從18%減少到14%,鉻含量的減少讓其擁有成為優質制刀鋼的可能,利用154CM製作出的刀具硬度約在HRC59-61之間。與440C相比,154CM的打磨性較差(鋼材製成刀具過程中的打磨加工),但其所制刀具成品的硬度和韌性要遠遠高於440C。鋼材中含有的鉬元素又令刀具在鹽水環境中具有更強的防腐蝕性和避免斑蝕的能力。154CM擁有與ATS34幾乎完全相同的化學組成成分。另據傳聞Bob Loverless率先使用這種鋼材。


在鋼材中增加鉻元素可加強鋼材的耐磨性,淬透性和最重要的耐腐蝕性。通常規定鉻含量超過13%的鋼材為不鏽鋼,而另有一種說法是鋼材內鉻單質的含量不低於11.5%(前一種是碳化物,後一種為單元素)。儘管名字是不鏽鋼,但如果保養不當的話所有的鋼材都會生鏽。


五、AUS-8


AUS-8是由日本愛知制鋼(Aichi Steel)研發的一種不鏽鋼鋼材,AUS鋼種分為AUS-6、AUS-8、AUS10(或稱6A、8A、10A)。相較AUS-6鋼較為一般的性能而言,AUS-8更具淬硬性和耐磨性。對於絕大多數的使用者來說,AUS-8可以說是一種非常好的鋼材,這種鋼材所製成的刀具硬度可達HRC58-59。從鋼材中的含碳量來說,AUS-6大致與440A相當(0.65%),AUS-8約與440B相當(0.75%),AUS-10約和440C相當(1.1%)。AUS-6通常被馬國森(Al Mar)刀具使用,這種材質的主要競爭對手是諸如420J2等低檔鋼材。而冷鋼(ColdSteel)的AUS-8鋼刀具相當普遍,雖然經過冷鋼的熱處理,但AUS-8鋼所製成的刀具保持性仍不如ATS-34,反之刀具更具韌性。8A的主要競爭對手是諸如ATS-55和Gin-1之類的中檔次鋼材。AUS-10與440C的碳含量碳含量但鉻略少,所以防鏽性能不免降低幾分,這種鋼材一般以ATS-34及以上高端鋼材為競爭對手。無論從普遍性和性價比來看,AUS-8的綜合評價在其鋼材體系中更勝一籌。AUS-6、AUS-8、AUS10這三種鋼材中都加入了釩元素(這是440系列所沒有的),這很好的改善了鋼材的耐磨性和韌性,而鋼材內的細化晶體顆粒又為所造刀具提供了一個極鋒利的刃端。


總而言之,AUS-8是一種高碳低鉻不鏽鋼,其鋼材特性走的是中庸之道:既硬又韌,既難生鏽又具有極強的鋒利度保持性。雖然其沒有某處特別突出的特點,但其均衡的性能讓這種材料成為制刀鋼材的重要選擇。


AUS6 碳(0.55-0.65) 鉻(13.00-14.50) 鉬(0.00) 釩(0.10-0.25) 鎳(0.49) 錳(1.0) 硅(1.00) 硫(0.03) 磷(0.04)


AUS8 碳(0.70-0.75) 鉻(13.00-14.50) 鉬(0.10-0.30) 釩(0.10-0.26) 鎳(0.49) 錳(0.5) 硅(1.00) 硅(1.00) 磷(0.04)


AUS10 碳(0.95-1.10) 鉻(13.00-14.50) 鉬(0.10-0.31) 釩(0.10-0.27) 鎳(0.49) 錳(0.5) 硅(1.00) 硅(1.00) 磷(0.04)


六、N690


N690鈷不鏽鋼,有時也被稱為N690或N690Co,是奧地利伯勒爾(Bohler)鋼鐵公司研發的一種富鈷不鏽鋼材質。N690與如ATS-55和VG-10等其他鈷鋼擁有一些相似的性能,N690鋼因蜘蛛(Spyderco)和極端武力(EXTREMA RATIO)經常使用而迅速得到普及。蜘蛛的第一款由N690鈷鋼製成的型號應該是狐狸(Spyderco Volpe),隨後N690成為了一大批蜘蛛刀具刃材的選擇。


而對於率先在刀具製作中使用N690鋼的極端武力(Extrema Ratio)刀具公司,N690更是受到了極大的好評。儘管這種鋼材並沒有被打上「超級鋼」的標記,但它仍被認為是一種可以媲美VG-10的特種鋼材。N690目前主要被應用在歐洲的刀具製造業中。


N690中添加的鈷元素提高了鋼材的耐磨損性和刃部保持性,此外還確保了鋼材中含有均勻的晶粒結構,令鋼材的性能更趨穩定。


總而言之,N690是一種摻有鈷、鉬和釩的馬氏體鉻鋼。當用來製作工具和部件時,這種鋼可以硬化到一個非常高的硬度水平。根據表面拋光需要鋼材擁有良好的耐蝕性可知,這種材質可以被細研磨或拋光。這鋼在冶煉過程中採用了電渣重熔(Electroslag remelting procedure,ESR)的加工方式,所以鋼材的純凈度與組織結構都獲得了極大的提升。


碳1.07% 鈷1.5% 鉻17% 錳0.4% 鉬1.1% 硅0.4% 釩0.1%


七、3G鋼:


是由日本武生鋼材公司製造的一種粉末合金(PM)鋼,這被公認是一種卓越的製造廚刀的材質。也許很多朋友對這種鋼材感到陌生,但提到其另外的名字可能大家會比較熟悉,那就是SG-2鋼或SGPS,在Fallkniven公司的產品介紹中,SGPS鋼的名字就屢屢出現。


從含鉻角度上來看,SG2不鏽鋼是一種專利的「微碳化物」鋼(並非碳化物含量少,而是顆粒微小)。其極端密集的顆粒結構和高純度,讓SG-2比普通的高性能鋼材更硬、更柔韌,這種性能讓所造刀具擁有無與倫比的性能和保持性。


碳:1.25%-1.45% 鉻:14%-16% 錳:0.40% 鉬:2.3%-3.3% 磷:0.03% 硫:0.03% 硅:0.50% 釩:1.8%-2.2%


八、VG-1


在鍛造過程中,鉬和鈷在鋼材中形成了堅硬的雙重碳化晶粒結構,這有助於提高鋼材的耐磨損和耐腐蝕的,在經過熱處理後這種鋼材通常能達到58-61HRC的硬度。


冷鋼(Cold Steel)的很多刀具都使用的是VG-1鋼。冷鋼稱VG-1與440C, VG-10和ATS 34不鏽鋼相比,在銳利度,刃部保持性,刀尖強度,抗衝擊等強度特性上具有明顯的優勢。即使有報道稱,VG-1可能比其他同類不鏽鋼更容易破碎,但有關這些報道的真實性一直存在爭議。


武生鋼廠對VG-1有如下的介紹:早期的不鏽鋼因為容易變鈍,造成不鏽鋼不適合製作切削工具的現象出現。我們的VG1是一種理想的切削鋼材,由於鋼材採用的是最新的精鍊技術,原料鑄塊中的雜誌很少。它具有良好的韌性和延展性,並容易被鍛造,且產品具有耐腐蝕和易被熱處理的特點。VG1鋼所造刀具擁有一把好刀必須的四個主要條件:硬度,韌性,耐磨,耐腐蝕。VG1含有1%的碳,一次碳化物和二次碳化物共同存在於基材中,在提高硬度的同時也提高了其耐腐蝕性。


碳:0.95%-1.05% 鈷:13%-15% 鉬:0.2%-0.4% 鎳:少於0.25%


九、OU-31


想來喜歡松田菊男大師作品的朋友們應該對該款鋼材特別熟悉了吧。OU-31是由日本高周波(Koshuha)鋼鐵廠研發的細微優質鋼(Micro Fine Steel),它的出現滿足了很多刀具製造者長期以來對好鋼材的願望。在對這種鋼材進行研究後會發現,這種鋼材擁有「均勻」、「優質」和「乾淨」的微觀結構。產品採用了優質的原料進行生產,並加入了我們的綜合性工藝技術。


特點:


1.鋼材具有等同於M2的高硬度:HRC64


2.鋼材的可切削性優於M2或D2


3.鋼材擁有的分布式碳化合物和特殊的合金組合使得鋼材的抗衝擊韌性較D2高3倍


4.密集分部的特殊碳化物使得鋼材擁有無與倫比的耐磨損性


5.優秀的熱處理性能,淬火溫度與13Cr和18Cr不鏽鋼溫度相同


6.滿足日本刀關於鋒利度的要求,同時鋼材更不易被折斷或彎曲,並能保長時間的切割能效,報道稱在切割測試中,其所造刀具的刃部保持性要10倍優於ATS-34


OU-31鋼材中含0.9%的碳,8.5%的鉻,2%的鉬,3%的鈷以及微量釩。


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