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刀具钢中的高碳钢和不锈钢,原来是这些元素决定的!

 匠人工坊小铁匠 2018-12-05

(作者/匠人工坊张勇,代表作手锻大马士革刀《合璧》《长风》《冷月》)


∆ 匠人工坊出品大马士革刀-合璧

在刀具钢中,各种元素的含量对钢材和刀具的性能及整体质量有着直接影响。下面我们就来了解一下钢材中最常见也最关键的几种元素以及其对钢材性能的影响。

碳(C)

作用:硬度、边缘保持力

各种钢中都含有碳。因为本质上,正是这种元素将铁这种基本金属转变成钢,并在硬化过程中发挥了巨大作用。

一般来说,随着碳含量的增加,钢材硬度增加,并随之提高抗拉强度,边缘保持力和整体耐磨性。如果含有超过0.5 %的碳,那么这种刀具钢就是通常所说的“高碳钢”。但是,如果含碳量过大,则会使钢变脆,并增加腐蚀倾向。

铬(Cr)

作用:耐腐蚀

通过向钢材中添加铬元素,可以增加其抗氧化性和耐腐蚀性。要想被归类为“不锈钢”,铬的含量至少要达到13%(有些不锈钢含铬11%或12%,但13%才是安全的不锈)。

铬是碳化物形成的关键因素,它降低了碳化物的脆性,但同时也会对边缘保持造成不利影响。除了提高钢材耐腐蚀性外,铬还能提高淬透性和抗拉强度。需要注意的是,过多的铬会降低钢材韧性。

钼(Mo)

作用:韧性

钼会增加钢材韧性,从而降低碎裂的可能性。它还能使钢材在高温下保持强度,这有助于刀具在工厂里的生产。与铬一样,它也是碳化物形成的驱动因素,但通常用量较小。

镍(Ni)

作用:韧性

在钢材中加入少量镍可以提高韧性和强度,特别是在低温下,能防止热处理淬火阶段的变形和开裂。有人声称镍还能减少腐蚀,但这还存在争议。

钒(V)

作用:韧性、耐磨性

钒是一种类似于钼的元素,它能促进碳化物的形成(最坚硬的),并增加钢材的耐磨性。更重要的是,钒在钢的热处理过程中会产生非常细的晶粒,从而提高整体韧性。一些超优质钢含有相对较高的钒含量,因此具有超锋利的边缘。

钴(Co)

作用:硬度

加入极少量的钴可以使刀具在更高的温度下淬火(即快速冷却以达到硬度),并有助于提高复杂钢材中其他元素的效果。它本身并不是一种碳化物形成剂,但它确实促进了整体硬度的提升。

锰(Mn)

作用:淬透性、强度、耐磨性

锰是有助于钢材热加工性能的关键因素,使刀具在淬火过程中更加稳定。它有助于增加硬度以及抗拉强度和耐磨性,但过量会使钢材变脆。

硅(Si)

作用:淬透性,强度

硅与锰的效果类似,能增加钢材的整体强度,使得刀具的制造过程更加稳定。但硅的真正价值在于去除氧气。氧气在钢铁生产中不受欢迎,因为它会导致气孔或点蚀。

除上述这些以外,还有铌(Nb)、钨(W)、硫(S)、磷(P)、氮(N)、铜(Cu)、铝(Al)、硼(B)、铅(Pb)等一些元素,或多或少能对钢材性产生一定程度上的影响,但有些被认为是钢材中的杂质,或是极少使用,就不一一赘述了。

了解了各种元素对钢材性能的影响,有助于选择更加合适的刀具钢材,并以更恰当的方式制作刀具。

下面附上当前市面上流行的各种钢材的元素含量。

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