从cpm3v到s30v的热处理，谈钢厂和刀匠的热处理差异

realjam

第一篇；从cpm 3v的热处理谈厂家刀匠程序的差异性，

钢厂的热处理研究是刀匠热处理程序选择的基础

关于cpm 3v
CPM3V一般介绍是这样的：
美国熔炉斯伯粉末工具钢
化学成分: (%)C0.80;Cr7.50;V2.75;Mo1.30
特点: 粉末冶金钢，韧性明显高于D2及CPMM4，接近S7耐冲击水平，CPM3V是耐磨性和韧性的组合。 用途: 冲压或成型工具，废钢切刀，工业刀片和剪切刀，注塑选料螺杆和端接头。 IcVdsU<  
热处理: 淬火：第一次预热：815～845℃，第二次预热：1000℃，淬火温度：1025～1120℃，油淬.
回火：540～565℃，回火3次，硬度HRC58~60。


在美国当下最活跃的手工刀匠中，已经出现了几位应用CPM3V钢材方面广受称道的刀匠，比如ROB DAVIDSON和JERRY HOSSOM。ROB DAVIDSON（ROCKET KNIVES）3V刀曾被测试过，结果确实令人叹服。JERRY HOSSOM认为：“在当今所有高合金含量的制刀钢材中，CPM3V拥有最优秀的微粒结构，它的晶粒平均直径为1微米，这意味着3V钢可以同时具备极强的韧性和最优秀的刃缘。晶粒的细密和均匀特点，使得CPM3V刀刃口在研磨时，无需被磨料破坏其碳化物微粒即可以变得非常锋利，这也就意味着3V钢的刃口打磨远比人们通常所想象的要轻松。以上资料来自网上，向原作者表示谢意。


首先我们看看官方的热处理程序建议：

锻造  
将钢材缓慢、均匀且完全地加热至1100℃。 不可在900℃以下的温度锻造。 开发锻造时，使用较轻的锤击或锻压，直至钢材较易变形时再加大锻击能量，若温度下降则必须回炉再加热。 锻造完成后钢材应置于灰烬或石灰内缓慢冷却。  CPM-3V钢材于锻造后必须执行退火处理。  

退火
CPM-3V在锻造后及再硬化前，必须先做退火处理。  将钢材缓慢且均匀加热至900℃，保温2小时，放在炉内徐冷至590℃(冷却速率15℃/小时)，之后取出空冷或继续炉冷至常温。  退火后的硬度是240HB=800~850N/mm2。 退火处理应在气氛炉或有保护性质的炉具执行。  

应力消除  
粗加工后执行应力消除，加温至模具均温600~700℃。 再执行炉内徐冷至500℃后可取出空冷或炉内继续徐冷。  

硬化  
习惯上CPM-3V的硬化处理，需使用二阶段预热。 第一阶段热处理炉是用来预热至450~ 500℃；第二阶段预热温度850~ 900℃再快速使其加热至1030 ~ 1120℃硬化温度，1030℃硬化温度可达最佳钢材韧性， 1120℃可得到最佳耐磨耗性。为了达到组织最佳均匀性，建议硬化温度1030℃持温40分钟，或是1120℃时持温30分钟，以保持最佳合金固熔状态。  

淬火  
可采(1)盐溶淬火(2)真空气体淬火(3)中断油淬3种，如采气体淬火，淬火压力需5bars，盐溶淬火可得最佳钢材韧性，若采用油淬火时，对于较厚的钢材或形状复杂的工件实务上是实施中断淬火。 作法是将工件淬入油中，待冷却至约(520~560℃，暗红色)，立即从油中取出放在空气中自然冷却。 若采盐浴淬火时，工件淬入盐中，需放置足够长的时间使其冷却至盐浴温度，之后才从盐浴取出放在空气中自然冷却。 通常大型工件的淬火，采用空冷或盐浴所得到的硬度较低，采用中断油淬可以得到较高硬度。不论使用何种方法淬火，工件必须冷却至65℃(150℉)以下，或能以手触摸时，才能施行回火处理。

矫正  
任何必须的矫正工作最好在淬火后冷却至250℉(120℃)之前进行。  400℃~120℃是最佳矫正温度范围。  

回火
回火作业必须在淬火完成后立即进行。  即钢材淬火后冷却至40℃或能以手触摸时，需立刻回火。  回火温度根据实际应用及硬度需求而定。通常建议执行3次回火，回火温度520℃~560℃，每一次回火保温2小时。

钢材温度曲线，这个图下面还会多次提到，上面显示了不同淬火温度和回火温度的组合，在这个范围内几乎是n多种，能达到同样的硬度也有n多的组合：

realjam

1# realjam


这是bos给hossom的处理流程，资料来自论坛。已经全部换算成了摄氏度，因此有小数。
1.首先在843.3摄氏度预热30分钟，再在1079.4摄氏度花大约20分钟将刀坯热透；
2、淬火操作必须非常迅速，将刀坯置于强力冷风下，或低温氮气箱中，或者重金属低温淬火盘内，此时的关键在于把刀坯及其（防氧化）外裹层在1分钟之内降至537.7摄氏度；
3、冷却至室温；
4、在204.4摄氏度快速回火1小时；
5、液氮二次淬火，并整夜低温浸泡正火；
6、进行第二次回火，在510摄氏度加热2小时；
7、第三次淬火（空冷），降至室温；
8、进行第三次回火，同样是在510摄氏度加热2小时；
9、第四次也是最后一次淬火（空冷），降至室温。
10、检测刀坯硬摄氏度，均值应为61HRC，误差应在正负0.3RC范围内

即hossom选择的淬火温度1079，回火温度510度，根据温度区线表，的确硬度应该落在61上。


这个流程翻译可能有点不准确。我斗胆猜测，hossom的热处理程序应该是这样的：

1.官方标准的两阶段加热：在843.3摄氏度预热30分钟，再在1079.4摄氏度花大约20分钟将刀坯热透；1079.4就是选择的淬火温度。
2.迅速降温到537.7。（分析应该是气体淬火，淬火压力5bars）
3 冷却之后开始第一次回火。回火温度204.4摄氏度。（250到300摄氏度的不可逆回火脆性的温度区间避开）低温回火降低淬火残留应力和脆性。
4.所谓“ 液氮二次淬火” 应为回火后的深冷处理，然后整夜低温浸泡正火；
5.进行第二次回火，在510摄氏度加热2小时；所谓“ 第三次淬火（空冷）”，应为第二次回火的降温程序，降至室温；
6，进行第三次回火，同样是在510摄氏度加热2小时；“第四次淬火（空冷）” 应为第三次回火的降温程序，降至室温。

至此，热处理程序完成，进行了一次淬火三次回火，还有正火和深冷处理。与钢厂推荐的一般程序比较区别就第一次采取了低温回火，加入了深冷处理。
最后硬度根据温度曲线表可以推测出61HRC左右。事实也如此。

热处理程序分必要、推荐。非常必要的写入标准程序，追求更好性能的写入推荐程序，还要更高？一般客户不愿因为此支付成本，因此一般钢厂不提，而已。并不代表他们不知道，只是觉得那样投入大意义轻。
因此对于不十分必要的程序不会予以推荐。这些增加成本，将成为客户选择并大量应用的一个障碍。
至于选择一次低温回火加两次正常回火和正常三次回火对残留应力和脆性消除的差别？没什么。如果有影响，坩埚会建议的，因为不会增加客户成本。
加入一次深冷处理呢？坩埚不会推荐的，因为增加太多成本了。深冷的效果在3v最终成品上的体现？那就需要更科学的量化这微小差别，而不是凭想象。

realjam

2# realjam

接着分析rob davidson的热处理程序。

以下转自网上资料：
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在3V的热处理中：
1、热处理是很轻松的事情，需要的不是多少劳动，而是集中注意力；
2、覆土除了防止材料氧化，亦能通过层数的控制达到影响降温速度的目的；
3、每层覆土都非常的薄，对刀坯做覆土时要等上一层自然干透，才能再覆下一层，每层干层要等4个小时；
4、对刀子不同部分覆不同层数的材料，完全干透后，置于600华氏度使覆层硬化，耗时约30分钟；
5、自然冷却，以使隔天进一步处理的3V刀坯的钢表面与覆土“长”成一块；
6、一次一把，3V刀坯要再在华氏2000度下保持大约1小时，以确保烧匀烧透；
7、对烧透的3V刀坯进行 部份油冷 加 部份空冷 淬火。时间大约一刻钟；
8、紧接着是900华氏度的2小时回火；
9、紧接着是0摄氏度的12到14小时浸泡正火，如果用-140到-70摄氏度的浸泡正火，则只需要2小时；
10、再次900华氏度回火，2小时；
11、部份油冷 加 部份空冷，一刻钟；
12、去土，去表面烧结，蚀刻序列号、LOGO和钢号；
13、开始研磨。
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对于其中一些不是太清楚的地方，我向rob询问了准确的数据和细节进行了一些修正，并转换成了摄氏度。难免还有错漏之处，请指出更正。
整理如下： 热处理程序为：
1.覆土，315摄氏度，30分钟
2.官方推荐的二阶段加温，“ 3V刀坯要再在华氏2000度下保持大约1小时” ，经最新确认应该是1950F。也就是说淬火温度选择的是1065摄氏度。
3.淬火： 油冷加空冷 。（个人猜测可能是官方推荐的中断式淬火，先油淬然后取出空冷）
4.第一次482摄氏度回火。2小时。（回火温度也向rob证实过了）
5.紧接深冷-140到-70摄氏度。2小时。整夜低温正火。
6.第二次482摄氏度回火.2小时，油冷加空冷（采用油冷这个还未向rob求证）
7，经向刀匠求证，rob肯定答复为采取的是官方推荐的三次回火，即第三次回火也是482摄氏度。空冷。
热处理程序结束。


最终硬度为61~62HRC之间 。分析整个程序，淬火温度1065摄氏度，回火温度482摄氏度（他没有向我提及其他回火温度） ，根据硬度曲线，十分合理。
再说覆土。这就涉及到了温度和时间的关系。时间有两方面，一个保持温度多久，一个是温度下降多快。rob实际上将未覆土的部分采取了标准的热处理程序，覆土的部分被降低了冷却速度而未能形成足够的硬化，他称硬度为58HRC左右。

realjam

3# realjam

看了以上两人的热处理流程，说明一个道理，刀匠只是在细节，或某环节上对程序的小调整，对于钢材性能还是坩埚公司最了解（不信看温度曲线图） ，刀匠不过是坩埚公司所称的“ 根据自己实际需要选择合适温度和韧性” ，刀匠如果清楚自己的刀需要哪方面性能要求高，站在钢厂对钢材的了解的这个巨人肩膀上，那么一切水到渠成。


厂家不是简单的根据工匠测试得出程序。而是材料实验室进行测试和检测，得出各种温度下得材料性质变化，据此产生推荐的热处理程序，所谓推荐即不得低于什么温度，不得高于什么温度，要至少保持多久这些标准。这是可验证和可重复的，并有实际数据和理论依据支撑。剩下的是根据自己需要和能达到的要求选择合适的程序而已。比如“至少2次回火”，“推荐3次回火”，你完全也可选择4次回火。

厂家的流程范围（是的 ，范围） 是使钢材性能得以充分发挥为前提，针对但不限于其材料的设计目的。比如模具铣刀轴承等。但是毫无疑问，刀所要求的性能在这个优秀区间之内，如果不在，基本上，这种材料不适合做刀。

s30v 的设计目的是做刃材，而不是模具、 轴承等用途，所以研发测试有刀匠参与并不奇怪。轴承钢磨具钢也必须面向使用环境进行测试。
其研究结果是温度曲线研究的延伸，“综合性能”在曲线上难以横向比较，需要使用者反馈，如某硬度有多种方法能达到，之间防锈性的细小差异不是钢厂的关注重点，用户可以自己比较。
各种钢材来自各方广泛行业使用者的反馈就是延伸。但要完全跳出厂家的程序，不可能。


比如ferhaman（拼的可能不对）的3v，猜测可能采用了官方推荐的最佳韧性的1030℃，该硬化温度可达最佳钢材韧性，如果是这样，那么从曲线上可以看出，这个淬火温度无论怎么回火，最高硬度58HRC。网上看到他家的3v韧性惊人，可以弯曲到不可思议的角度。 至于综合性能，要看他们选择如此热处理的初衷了。

CR的3v羚羊 不知采取的是那个温度组合，如有有资料请补充。

另外：一种钢的不同热处理（仅指温度选择） ，结果区别明显，所以同样钢材的不同厂家的刀，大家褒贬不一，原因也在此。

最后，说说国内的热处理。国内热处理并非不具备这个科技和硬件条件，那是笑话。但是对于我们玩的刀来说，很可怜。因为国内的环境造成的氛围，而且大多数刀友喜爱的钢并非大众钢材，很少有足够的数量比如200kg以上整炉进行热处理。这就决定了国内刃钢（不是其他钢） 的热处理只能随炉和其他钢凑在一起热处理成本才能接受。温度区间接近自然很好，如果温区仅仅小部分重合，也能凑到一起，大炉为了其他钢而设定的温度正好是你想处理的钢最优的处理程序那就更好了。至于钢厂的出厂热处理程序也不是你少量零售量便能定的，但是也不会差到哪去，至少在厂家程序之中。选择有四：小热处理炉处理小批量甚至自己处理、热处理温度范围广且对性能影响微乎其微的钢、热处理温度很大众的钢，钢厂原厂热处理好的钢。而我们能见到国内处理钢便是如此了。国外的优势在于量小也给处理，价格还不贵，我猜bos肯定从不为凑一炉钢而发愁。 冒昧言之。

mcatqd

顶!好帖!!!!

妇科圣手

fehrman{:4_97:}

astar

CR 3V羚羊的硬度是58-59。

阳光猪

实践很重要。

阳光猪

3v最大的强项就是韧性。
至于做到61以上硬度时韧性如何，还真的有兴趣想见识一下。

realjam

hossom的3v不是有弯折测试么，他对一支硬度为61HRC的3V钢刀进行过破坏性测试，在测试中将它进行90度侧向弯折，把固定好的刀身侧拉弯折90度，然后把它掰直，再向另一侧弯折90度，这样反复弯折了4个来回，它才开始出现崩裂。
当然58的韧性更好，我还存着图。我认为还是韧性和硬度均衡比较好，58的3v貌似综合表现差强人意。

astar

硬度低了，保持性就不怎么好了。3V的保持性比S30V还要差一点，不过3V羚羊已经是CR直刀里面硬度最高的了，其他S30V 和 A2的硬度才56-57。

翼火蛇

太专业了,好好学习~

ben_jiangsu

不错，很有深度，而且分析入理。只是国内能独立热处理的人凤毛麟角啊

兵不血刃

潜力精贴，感谢分享！！！

切断

学习了，谢谢分享，楼主伟大

realjam

占这层楼，分析对s30v处理的差异性

雄蕊

大多不懂，慢慢看，感谢楼主！

realjam

第二篇；从s30v的热处理再谈厂家刀匠程序的差异性，

刀匠的热处理研究和选择真正发挥这种钢做刀的性能

钢厂最了解钢材的性能，钢厂和刀匠关注重点不一样。这种钢材做到并发挥其合适的性能，离不开刀匠智慧的选择热处理程序。

s30v的厂家推荐热处理程序为： 1900F~2000F硬化，400F~1000F回火。
据我所知，刀匠对于s30v的热处理程序就有三种：
A。1950F硬化，450F回火
B。1950F硬化，600F回火
C。1950F硬化，950F回火。




三种热处理程序都在厂家推荐的热处理温度以内，根据厂家提供的硬化温度曲线可知： 都会使S30V的最终硬度落于HRC58到61的区间内，并且耐磨性基本相当。除非你用硬度计去测量，否则在正常使用中它们的硬度表现和耐磨性能方面几乎相当。
那么这三种热处理程序究竟有什么奥秘：
     一、钢厂“一般性热处理指南”：推荐的热处理温度，使用者根据实际和需求选择合适的温度进行处理。
    刀匠“特定性热处理程序”：将这种钢材应用在刀上，并发挥出其最优异的性能。
     
    二、A。1950F硬化，450F回火，防锈性极好但韧性一般。
        B。1950F硬化，600F回火，锈性和韧性这两项重要性能有了某种相互妥协。
        C。1950F硬化，950F回火。防锈性上打折扣，但韧性则比前面的情况明显改善
   
     三、-----hossom：“为了正确处理S30V并优化它作为刀钢的性能，CPM公司的人与PAUL BOS一道进行处理操作，当时我和另外几个刀匠也在旁观摩S30V应该如何最优化处理。我们最终赞同了S30V的淬火需要在华氏1950度迅速降至华氏1000度，并采用整夜低温正火，在600华氏度回火以平衡它的防锈性和韧性。”bos推荐的这个程序在坩埚公司推荐的程序内。（可参考s30v的回火曲线图，1950f的淬火温度，1000f的回火温度，在曲线图上有标示。）刀匠所做是发现这个性能综合对于刀更有利。毕竟，钢厂和刀匠关注重点不一样。钢厂没必要研究到这一步，钢厂更关心的是作为模具钢应该选择何程序淬火变形又最小又耐磨，复杂形状的工件如何不淬裂等等应用对象的需求。

     四。刀匠作为使用和反馈并随时改进者，他的作用对于刀的性能来说是至关重要的。每个刀匠可能采取不同的热处理程序，因为他们的设计要求不一样。蝴蝶处理S30V的硬度为58-60，STRIDER处理S30V的硬度为59.5-60，--STRIDER网站上的原文：Paul Bos performs a UNIQUE to Strider heat treat on all Strider Knives. The hardness for S30V is 59.5/60RC。程序可能有所区别。
    我注意刀有一点是相似的，一般刀匠的淬火硬化温度基本选择了厂家推荐的淬火温度区间的“中间值”，可能因为刀的要求性能能往往是个方面的“ 妥协、平衡”，无木桶的“短板”效应，韧性和耐磨性必须平衡才能真正形成优异的“保持性”。
    比如前文提到的rob davidsan和jerry hossom对cpm3v的程序就不一样，虽然最后硬度相似，但是可能性能小有差异。我猜测：jerry hossom采取更高温度的回火，很有可能是妥协了一点防锈性而提高韧性，最后他对刀进行了钝化处理以弥补防锈性。Robdavidson则选择了相对低的回火温度，可能提高了防锈性减弱了一点韧性（因为采取了软背硬刃方式弥补了韧性）。当然，对hossom的猜测完全是主观的，对rob的猜测我在3月15日与其联系询问采取较低温度的优势何在时，他回复增强防锈性证实了我的猜测。
    但是无疑的:刀匠采取某种热处理，和他的期望性能有关，对于做了10年3v的rob来说，他清楚想要手中的钢如何表现。任何一个刀匠如果是一个高超的刀匠他应该非常了解这种性能，并用合适的几何刃角进行配合，真正扬长避短，发挥出期望的性能。这很关键。包括刃角、几何形状等，比如hossom认为“那把弯折4次断裂的3v测试刀的刀身采用的凹磨，这种几何形状有助于加强它的抗弯折性能。”

以上资料许多来自court0对hossom言论的搜集整理翻译，在此表示感谢。

wangqi8730

韧性和耐磨性必须平衡才能真正形成优异的“保持性”
顶这句话，核心

ximcn

刀匠所做是发现这个性能综合对于刀更有利。毕竟，钢厂和刀匠关注重点不一样。钢厂没必要研究到这一步，钢厂更关心的是作为模具钢应该选择何程序淬火变形又最小又耐磨，复杂形状的工件如何不淬裂等等应用对象的需求。


那么有个问题, 钢厂和刀匠关注重点不一样, 钢厂推荐的流程是作为模具钢的热处理流程, 对做刀来说不是最佳热处理效果. 假设国内某个厂或者某个人(纯假设) 有实力进行热处理, 他完全按照钢厂给出的热处理流程做出来的刀能否和国外专业做刀具热处理的人相比.例如BOS