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本文作者：尚开红，匠人工坊联合创始人，燕风茶刀创始人，更多内容请搜索“匠人工坊”。 传说古代的大马士革刀是用乌兹钢锻造而成，乌兹钢早已绝产了，那么现代的大马士革刀是用什么锻造的呢？ 其实现代大马士革刀的原材料，就是用我们平时经常接触到的高碳钢。不同的刀匠会根据自己的经验和喜好，选择具有不同特性的高碳钢作为基材，加热，折叠，锻打，用古代的手工方法制造合金钢。相对于现代的合金钢制造技术，折叠锻打显然是个费力不讨好的“笨办法”。但是在古代，这可是制造神兵利器的绝技，很多将军、侠客都以拥有一把折叠锻打的宝刀为荣。
△匠人工坊大马士革刀 现代用折叠锻打工艺制作大马士革刀，既是一种历史情怀，也是一种手工乐趣。铁匠和木匠是对人类发展进程影响最大两项手工艺，它们有着辉煌灿烂的历史。通过制作手锻大马士革刀，铁匠的传统手艺得到一定程度的传承。日益流行的大马士革花纹钢文化，让这个古老职业有了复兴的机会。德云社相声里有句话叫“万物皆可盘”，在刀匠的眼里则成了“万物皆可锻”，有些手锻大马士革刀DIY爱好者，甚至用钢丝绳加热锻打，也能锻造出漂亮的手锻大马士革花纹。 作为职业刀匠，是以什么标准选择材料的呢？刀匠一般会按照想要得到的刀剑性能，来选择合适的刀坯。我们平时所说的高碳钢，其实就是铁和碳的合金，里边往往还包含了其他多种微量元素。有些微量元素，会潜移默化地影响钢材硬度、弹性、延展度、耐高温、耐腐蚀、抗锈、锋利度、焊合难度等等性能。在19世纪，科学家法拉第（就是发现电磁感应的那个人）在为一家刀具制造商研究复原古代乌兹钢的方法时，意外地发现了钢铁合金的这些特性，因此他也被称为合金钢之父。我曾撰文介绍过法拉第的这段典故，有兴趣的朋友请查看我的往期文章。
△匠人工坊大马士革刀 一把好刀，不是越硬越好，也不是越锋利越好，永不磨损更只是一种永远无法达到的美好期望。好的刀剑，需要达到各项性能的良性平衡，各方面都刚刚好，符合使用者的要求。 钢铁中这些微量元素分别起什么作用呢？ 钢铁里除了铁之外，常见的元素包含碳、铬、镍、钼、磷、硫、氮……等一共19种，下面就简要介绍一下各种元素对钢铁性能的 影响。 一、碳(C) 钢材中的含碳量越高，屈服点和抗拉强度就越高，同时钢材的塑性、冲击性以及耐大气腐蚀能力会降低，当含碳量超过0.23%时，钢的焊接性能变坏。 因此用于焊接的结构钢，含碳量一般不超过0.20%；高碳钢更易锈蚀；含碳量越高，钢材就更脆、更易折。 二、铬(Cr) 铬能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，有良好的回火稳定性；可提高碳钢的强度、硬度和耐磨性；当铬含量超过12%时，钢可有良好的高温抗氧化性和耐氧化性腐蚀的作用。当铬含量超过15%时，强度和硬度将下降，伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。 因此，铬是不锈钢耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。 三、镍(Ni) 镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性；镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。 镍降低钢的低温脆性转变温度，这对低温用钢有极重要的意义。含镍3.5%的钢可在-100C时使用，含镍9%的钢则可在-196C时工作。 因此，镍是不锈耐酸钢中的重要元素之一。但由于镍是较稀缺的资源，故一般会尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。 四、钼(Mo) 钼在钢中能提高淬透性和热强性，提高钢的抗回火性或回火稳定性，使零件可以在较高温度下回火，从而更有效地消除(或降低)残余应力，提高塑性。 钼还能减少钢材的开裂和磨损，并且能提高对有机酸(如蚁酸、醋酸、草酸等)以及过氧化氢、硫酸、亚硫酸、硫酸盐、酸性染料、漂白粉液等的抗蚀性。 五、钨(W) 钨在钢中的作用与钼相似，但效果不如钼显著。主要是增加回火稳定性、红硬性、热强性以及由于形成碳化物而增加的耐磨性。钨是合金工具钢的主要元素。 六、钒(V) 钒可以细化钢的组织和晶粒，降低钢的强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高钢的抗氢腐蚀能力。钒增加淬火钢的回火稳定性、耐磨性，从而延长了工具的使用寿命。当在高温溶入固溶体时，可增加淬透性。 钢中的含钒量，除高速工具钢外，一般均不大于0.5%。 七、钛(Ti) 钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力，降低时效敏感性和冷脆性，改善焊接性能。主要缺点是淬透性稍差。 在不锈钢中常用钛来固定其中的碳，以消除或减轻钢的晶间腐蚀。 八、铌(Nb) 在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀的能力。铌可改善焊接性能，在奥氏体不锈钢中加铌，可防止氧化介质对钢的晶间腐蚀。 铌溶入奥氏体时会显著提高钢的淬透性。但以碳化物和氧化物微粒形式存在时，却会细化晶粒并降低钢的淬透性。它能增加钢的回火稳定性，有二次硬化作用。微量铌可以在不影响钢的塑性或韧性的情况下提高钢的强度。 九、锆(Zr) 加入少量锆有脱气、净化和细化晶粒的作用，有利于钢的低温性能，改善冲压性能，它常用于制造燃气发动机、弹道导弹结构使用的超高强度钢和镍基高温合金中。 十、钴(Co) 钴会降低钢的淬透性，在退火或正火状态下能提高钢的硬度、屈服点和抗拉强度，对伸长率和断面收缩率有不利的影响，冲击韧性也会随着钴含量的增加而降低。 钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。 十一、硅(Si) 硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢；硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢；含硅1-4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片；硅量增加，会降低钢的焊接性能。 硅能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度，其作用仅次于磷，较锰、镍、铬、钨、钼、钒等元素强。但含硅量超过3%时，将显著降低钢的塑性和韧性。
△匠人工坊大马士革刀 十二、锰(Mn) 锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中都会含0.30-0.50%的锰，它能消除或减弱由于硫引起的钢的热脆性。 在碳素钢中加入锰0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，以及高的耐磨性，常用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，会减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。 需要注意的是，若冶炼浇注和锻轧后冷却不当，锰容易使钢产生白点。 十三、铝(AI) 铝主要用来脱氧和细化晶粒。铝能提高钢在低温下的韧性，还具有抗氧化性和抗腐蚀性。能提高渗碳钢的耐磨性、疲劳强度及芯部力学性能。 铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。某些钢脱氧时，如果铝用量过多，则会使钢产生反常组织和促进钢的石墨化倾向。在铁素体及珠光体钢中，铝含量较高时，会降低其高温强度和韧性，并给冶炼、浇注等方面带来若干困难。 十四、铜(Cu) 铜在钢中的突出作用是改善普通低合金钢的抗大气腐蚀性能，特别是和磷配合使用时，加入铜还能提高钢的强度和韧性，而对焊接性能没有不利的影响。 缺点是在热变形加工时容易导致铜脆现象。 十五、硼(B) 硼在钢中的主要作用是增加钢的淬透性，从而节约其他较稀贵的金属。以硼代钼时应注意，因钼能防止或降低回火脆性，而硼却略有促进回火脆性的倾向，所以不能用硼将钼完全代替。 但由于硼的作用随钢中碳的含量的增加而减弱，甚至消失，在选用含硼渗碳钢时，必须考虑到零件渗碳后，渗碳层的淬透性将低于芯部的淬透性的这一特点。 稀土元素是指元素周期表中原子序数为57-71的15个镧系元素，加上21号钪和39号钇，共17个元素。这些元素都是金属，但他们的氧化物很像“土”，所以习惯上称稀土。 稀土元素能提高锻轧钢材的塑性和冲击韧性，它能提高钢的抗氧化性和抗腐蚀性。抗氧化性的效果超过硅、铝、钛等元素。它能改善钢的流动性，减少非金属夹杂，使钢组织致密、纯净。
△匠人工坊大马士革刀 十七、氮(N) 钢的表面渗氮后，不仅增加其硬度和耐磨性，也显著改善抗腐蚀性。在低碳钢中残留氮会导致时效脆性。 十八、硫(S) 硫在钢中偏析严重，恶化钢的质量，在锻造和轧制时造成裂纹。在高温下会降低钢的延展性和韧性，是一种有害元素。 为防止因硫导致的脆性，应加足够的锰，使其形成熔点较高的MnS。若钢中含硫量偏高，焊接时由于SO2的产生，将在焊接金属内形成气孔和疏松，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。 在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。 十九、磷(P) 磷作为合金元素加入低合金结构钢中，能提高其强度和钢的耐大气腐蚀性能，但降低其冷冲压性能。磷与硫和锰联合使用，能增加钢的被切削性能，增加加工件的表面质量，用于易切削钢。 但是在一般情况下，磷是钢中的有害元素，会增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。 |
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