本帖最后由 ┮蝈蝈 于 2015-4-20 13:09 编辑
常用刀具钢材知识及对比——史上最全---钢材知识第一篇 ************************************************************************* 承接后 第二篇 刀具钢常见问题 原创翻译整理 Knife Steel FAQ ************************************************************************* 承接后 第三篇 化学成分对钢性能的影响Chemical Element Effects On The Steel ********************************************************************************** 一、高速钢简介 高速钢是典型的刃具钢。刃部区域在切削时受到很大的压力 ,并承受强烈的磨擦和磨损。 因此 ,为了更好地完成切削任务 ,刃具钢应具有以下基本功能:
1)高硬度 ,只有刃具的硬度大大高于被加工材料时 ,才能进行切削。 切削刃具的硬度一般都在HRC58-60以上 ,硬度不高时易导致刃具卷刃、变形、切削将无法进行。
2)高的耐磨性 ,保证刃具锋利不钝。
3)高的热硬性 ,刃具材料具有能在高温下保持高硬度的能力 ,即热硬性。
4)足够的强度、塑性和韧性,使刃具可以承受弯曲、扭转和冲击振动等载荷作用 ,防止切削过程中刃具的脆性断裂和崩刃。
以下为高速钢的主要化学成分与其主要作用。 (1)高速钢含碳量一般在0.75%～1. 65 %范围内变化。高的碳量一方面保证钢在淬得马氏体后有高的硬度;另一方面与强碳化物形成元素生成极硬的合金碳化物,大大增大钢的耐磨性和热硬性。含碳量也不是过高,碳量过高,易产生严重的碳化物偏析,会降低钢的塑性和韧性。因此,含碳量必须与其他合金元素含量相匹配。
(2)铬能提高钢的淬透性几乎所有高速钢中的含铬量均为4%左右。铬的碳化物在淬火加热时容易溶解,铬几乎全部融入奥氏体中,增加奥氏休的稳定性,使钢的淬透性大大增加。同时,铬还能提高钢的抗氧化脱碳和抗腐蚀能力。
(3)钨和钼能造成二次硬化,以保证高的热硬性，钨和钼的碳化物在淬火加热时极难溶解,大约只有一半的量溶入奥氏体中,而其余部分作为残留碳化物留下来,起到阻止奥氏体晶粒长大的作用,并能提高耐磨性。溶入的部分则在560 ℃左右回火时以W2C或Mo2C形式弥散析出,造成二次硬化,使钢的硬度提高。这种碳化物在500℃～600℃温度下非常稳定,不易聚集长大,因而使钢在此温度下仍能保持高硬度,表现出高的热硬性。
(4)钒能提高钢的耐磨性和热硬性，钒在高速钢中能形成硬度极高的碳化物,这种碳化物非常稳定,很难溶于奥氏体中,而且硬度极高,颗粒细小,分布均匀,显著提高耐磨性。溶入奥氏体的钒在回火时以 VC的形式析出,也可造成二次硬化 ,提高钢的热硬性。
(5)钴也能显著提高高速钢的热硬性和硬度，钴是非碳化物形成元素 ,它提高热硬性的作用与钨、钼、钒不同 ,在加热时,钴大部溶入奥氏体 ,提高钢的熔点 ,提高淬火温度 ,使钨、钼、钒等元素更多地溶入奥氏体 ,以充分发挥它们的硬化作用,而在回火时则析出金属间化合物CoW等 ,从而抑制及延缓碳化物的析出及聚集。 ============================================================== 二、粉末高速钢简介 自上世纪70 年代初粉末冶金高速钢(PM HSS)实现工业化生产以来,生产厂家不停歇地继续改进生产工艺和使用设备,旨在不断提高粉末冶金高速钢的质量和性能。PM HSS是高速钢中的上品,它的特点在于无论尺寸大小和形状如何, PM HSS 材均具有碳化物细小,分布均匀的 显微组织。现在所有的高级刀具制造者均采用PM HSS 。PM HSS从根本上解决了高速钢中碳化物粗大和偏细问题。其具有以下的优点： (1)可磨削性好；
(2)强度高，韧性好；
(3)淬透性好，在整个截面上硬度分布均匀；
(4)颗粒分布均匀，尺寸细小；
(5)热处理变形量仅约为普通高速钢的十分之一，且变形均匀。
上世纪70 年代工业化生产的 PM HSS 由美国Crucible厂和瑞典 Stora 厂(现属法国 Erasteel 公司，与瑞典kloster合并)相继投产,此为第一代的PMHSS 。其后生产厂对制造设备和生产工艺的改进。Erasteel 公司对其瑞典厂的制备气雾化前钢液的熔炼工艺作了改进,称ESH 法(Elect ro-Slag- Heating电渣加热法),其 PM HSS 产品商标也改为 ASP2000 系列(如ASP 2030 ,以前第一代称 ASP30),采用ESH 方法生产的 PMHSS 称为第二代 PMHSS ,它比第一代的 PMHSS 钢材更为纯净,非金属夹杂物含量可减少90%,淬回火后的钢材韧性可提高20 %。 奥地利伯乐钢厂(Boehler)采用全世界先进的PM 冶金设备及新工艺于2002 年推出冠以“MI-CROC LEAN”(细净)为商标的第三代PM HSS ,如S 390Microclean。与第二代的S 390 Isomat rix PMHSS 相比,其钢粉颗粒更细,非金属夹杂物含量更少,而韧性和强度约可提高20%。Erasteel 公司对第二代 PMHSS 的生产工艺作了进一步的改进,也于 2004 年推出冠以 Dval-nTM为商标的第三代PMHSS。其非金属夹杂物含量比第二代 ESH PM HSS 又有较大幅度减少,钢材的韧性和强度也有相应的提高,如 DvalinTM ASP2030 已代替第二代的ASP2030。 ============================================================== 三、主流刀具用粉末高速钢 CTS-XHP： CTS-XHP是Carpenter公司推出的基于440系列钢材研发的空冷粉末不锈钢。Carpenter自己说CTS-XHP可以被看做是高硬度的440C或者不锈钢版的D2。根据Carpenter的官方介绍，CTS-XHP的空冷最大硬度（as quenched）在64.5HRC左右。当CTS-XHP与440C以相近的LC被热处理时，440C的硬度是58.5，而CTS-XHP的硬度是62.5。经过适当的热处，CTS-XHP可以同时具备440C级别的防锈能力和D2级别的耐磨水平，是一种性能相当均衡的钢材。 综合评分：耐磨性2.5分，韧性3.5分，耐腐蚀性3.5分 CPM S30V： CPM S30V是由CrucibleMaterials 公司生产的粉末不锈钢，研制者主要是Dick Barber和 ChirsReeve。专门为刀设计的钢材CPM S30V的最大优势在于它的热处理稳定， 次品率极低，研磨方便，和强度极高。这和其中所用的高科技是分不开的。CPM S30V的均匀性较好，均匀性意味着稳定的性能和强度。它是最早大规模应用于刀具製做的粉末冶金钢材之一，曾经引发过许多争论（主要集中在与BG42的性能之争）。我们可以把它的出现看做是刀具行业意识时代的结束和另一个时代的开始。 综合评分：耐磨性3分，韧性2.5分，耐腐蚀性4分 CPM S35VN： 或许是S30V的争议太大，或许是市场对S30V的韧性不满。 Crucible Materials 公司推出了S35VN，按照厂家的说法，S35VN的化学成分经过了调整，加入了铌。因此，除了钒和铬的碳化物，钢材中会出现铌的碳化物。由于部分钒的碳化物被铌的碳化物所取代，CPM S35VN相比S30V而言，在不损失保持性的条件下，韧性提高了15%-20%。韧性的提高可以使得刀刃的抗冲击能力提高。 综合评分：耐磨性3分，韧性3分，耐腐蚀性4分 CPM154： CPM154为CrucibleMaterials 公司推出的154CM粉末冶金技术改良钢材，元素组成结构同154CM，在154CM的基础上提高了耐磨性以及防锈性，现在已被却来越多地采用，有代替154CM的趋势。 综合评分：耐磨性3分，韧性3.5分，耐腐蚀性4分 ELMAX： ELMAX是Kloster AB公司研制的一种高铬—钒—钼第三代合金粉末钢，主要学成分：C1.7；Cr18.0；Mn1.0；Si0.8；Mo1.0；V0.9，ELMAX是一种各方面都非常均衡的价格，耐磨性，韧性已经耐腐蚀性都很出色，因为是大规模生产的工业钢，ELMAX的成本也低于同类粉末钢，是一种极具市场竞争力的钢材，近年来ELMAX也越来越多地被广大刀厂所采用。 综合评分：耐磨性4分，韧性3.5分，耐腐蚀性4.5分 CPM3V： CPM3V粉末钢是CrucibleMaterials 公司新加入到cpm工具钢家族的新钢种。cpm3v是一种高韧性、高耐磨材料，综合性能较高，具有很好的耐磨性和极佳的抗疲劳性和抗断裂性能，CPM3V最大的优点是其优异的韧性，这是大部分粉末钢所无法企及的，所以CPM3V也被很多直刀厂商所采用，是相当优秀的户外型钢材，缺点是防腐蚀性能相对欠缺。 综合评分：耐磨性3分，韧性4分，耐腐蚀性2分 CPM M4： CPM M4是CrucibleMaterials 公司一种高钒高速粉末钢,CPM M4是常规M4的高碳改良型，具有比高速钢M2或 M3有更好的耐磨性和韧性。CPMM4是目前使用较多的粉末高速钢，它的性能和化学成份类似于ASP23。一般来说，高速钢的耐磨性会随着总合金成份和最高硬度增加而提高，而韧性则会随合金量的增加而降低，因此才会在传统高速钢M 2的基础上改进。CPMM4在M2中增加碳及钒，提高耐磨耗性；同时改善了韧性，使CPM M4的韧性高于传统M2高速钢，但是由于CPMM4是非不锈钢，其防腐蚀性能有所欠缺。 综合评分：耐磨性4分，韧性3.5分，耐腐蚀性2分 ZDP-189： ZDP-189是日本日立金属工业NACHI(日立)于1996年开发的粉末钢, 其研发目标与“大同特殊钢 (株) ”之Cowry X钢材一脉相承, 优良加工性之超硬合金钢, ZDP-189含碳量达3%, 含铬量亦高达20%, 经热处理后可得HRc67之高硬度, 加工性极优, 金属组织微粒比ATS-34及440-C更均一细密，故日立对外宣称ZDP-189乃「跨向21世纪之次世代刃物钢」。生产出的刀具硬度高，保持性极佳，研磨难度稍高。目前用其生产刀具的代表性公司为蜘蛛（Spyderco）和花田洋(ROCKSTEAD)；其中蜘蛛更多生产大众化的高性价比折刀，花田洋则更倾向于精品收藏级别的高价刀具。 综合评分：耐磨性4分，韧性2分，耐腐蚀性2.5分 M390： 大名鼎鼎的M390是奥地利bohler公司出品的高铬系高耐磨粉末钢。化学结构：碳1.9%,铬20%，锰0.3%，钼1%，硅0.7%,钨0.6%，钒4%，总合金量属于粉末钢中偏高的。M390具有极高的耐磨性，防腐蚀性以及较好的韧性，基本没有明显的缺点，一代神钢的称号放在它的头上在适合不过，很多刀友都希望自己能拥有一把M390的刀具。 综合评分：耐磨性5分，韧性3.5分，耐腐蚀性5分 CTS 204P： CTS 204P是Carpenter公司一种高耐磨，耐腐蚀，空气硬化马氏体不锈冷作模具钢，使用卡彭特 的微熔®粉末冶金（P / M）冶炼技术。高硬度的富钒碳化物的均匀分布使得该材料具有非常高的耐磨损性能，而合金的优异的耐腐蚀性则得益于富含铬的矩阵。卡彭特先进的粉末冶金技术，使得这种钢材拥有高度纯净的均匀细微的碳化物颗粒分布。CTS 204P合金的显微组织极其均匀，细小的碳化物分布，洁净和高含铬量，使得该材料成为——耐磨性，韧性，抛光性能和耐腐蚀的完美结合。化学结构除了硅含量相差0.3%，其他与M390基本一致。 综合评分：耐磨性5分，韧性3.5分，耐腐蚀性5分 ============================================================= 四、其他热门非粉末钢 N690： N690(440C MOD)是BOHLER 公司一种马氏体铬不锈钢，其成分为碳1.07％，铬17％，钴1.5％，锰0.4％，硅0.4％，钼1.1％和钒0.1％，拥有高铬含量（17％），在440C的基础上加入钴改良出的一种钢材,具有更好的耐磨性与韧性但是N690最突出的还是其出色的防腐蚀性能，N690多用于潜水刀与餐刀，一些意大利战术刀具厂商也大量采用了此类钢材。 综合评分：耐磨性2分，韧性3.5分，耐腐蚀性5分 154CM： 154CM是440C高钼改进型钢种，在440C的基础上增加了材料的耐磨性能（特别是抗卷刃性能）提高了材料的抗腐蚀性能，含碳量约1.05%, 经热处理後可达HRc60~61之硬度同时拥有很好的加工性。铬含量达15%, 钼含量达4%; 故定名为154CM。被近代手制刀之一代宗师 R.W.Loverless 率先所采用。加工性极优,耐蚀性, 刀锋耐损性及韧性皆强,被广泛应用于手工制刀具。 综合评分：耐磨性2.5分，韧性3.5分，耐腐蚀性3.5分 D2： D2是一种工具钢，含碳量达1.5%，含铬量达11.5%，经热处理硬度可达60HRC它是一种半不锈钢，D2钢具有较好的耐磨性以及适中的韧性，他的缺点就是耐腐蚀性略显不足，是一种比较适合实用的钢材，Bob Dozier很喜欢用D-2。 综合评分：耐磨性2.5分，韧性2.5分，耐腐蚀性2分
VG10 : VG10是日本“武生特制钢”开发的“V金10号”不锈钢材, 是“V金”系列钢材中的最优级别, 含碳量约1%, 含钼1.2%及钴1.5%, 经热处理后硬度可达 HRc60-62。它的加工性能优秀, 韧性适中,多被应用于中高端刀具。Fallkniven的产品多采用这种钢材。 综合评分：耐磨性2.5分，韧性2.5分，耐腐蚀性2.5分
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发表于 2015-3-9 17:47
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