刀具鋼材4

(2012-01-28 13:07:21)

標簽： 刀具 鋼材 雜談

　　刀具鋼材之——粉末冶金鋼材

　　個人以為，粉末冶金鋼材是未來刀具製作總體趨勢！

　　近年來，瑞典，德國，美國，日本等鋼材冶煉強國紛紛推出各種粉末剛鋼，其中有很多都是刀具製作的上好材料！

　　比如：CPM-S30V 以及演化出來的S35VN

　　S60V,S90V

　　CPM-154CM CPM-D2

　　CPM-M4 CPM-3V

　　20CV 以及M390......

　　瑞典的：RWL34

　　日本的：YXR7......

　　Cowry X(RT-6): 日本“大同特殊鋼 (株)”于1993年開發(fā)的超級粉末系列合金鋼材, 為近代日本冶金技術的新突破, 現(xiàn)已被日本刀匠們應用于大型砍伐刀具, 鋼材含碳量高達3%, 經(jīng)熱處理后硬度可達HRc67。

　　Cowry Y(CP-4): 日本“大同特殊鋼 (株)”于1993年開發(fā)的優(yōu)質(zhì)粉末系列合金鋼材, 含碳量達1.2%, 更罕有地混入金屬元素“鈳”達0.2%, 經(jīng)熱處理后硬度可達HRc63, 卻仍保有極佳的延展性。

　　個人孤陋寡聞，沒見過上述兩種鋼材制作的刀具。

　　ZDP-189 : 日本 "日立金屬工業(yè)" 于1996年開發(fā)之粉末系新鋼材, 其研發(fā)目標與 "大同特殊鋼 (株) 之Cowry X鋼材一脈相承, 優(yōu)良加工性之超硬合金鋼, ZDP-189含碳量達3％, 含鉻量亦高達20％, 經(jīng)熱處理后可得HRc67之高硬度, 加工性極優(yōu), 金屬組織微粒比ATS-34及440-C更均一細密, 耐蝕性及性皆, 故 "日立" 對外宣稱ZDP-189乃「跨向21世紀之次世代刃物鋼」。

　　CPM3V:

　　美國熔爐斯伯粉末工具鋼

　　化學成分: (%)C0.80;Cr7.50;V2.75;Mo1.30

　　特點: 粉末冶金鋼，韌性明顯高于D2及CPM-M4，接近S7耐沖擊水平，CPM3V是耐磨性和韌性的組合。

　　熱處理: 淬火：第一次預熱：815～845℃，第二次預熱：1000℃，淬火溫度：1025～1120℃，油淬.

　　回火：540～565℃，回火3次，硬度HRC58~60。

　　在美國當下最活躍的手工刀匠中，已經(jīng)出現(xiàn)了幾位應用CPM3V鋼材方面廣受稱道的刀匠，比如ROB DAVIDSON和JERRY HOSSOM。ROB DAVIDSON（ROCKET KNIVES）3V刀曾被測試過，結(jié)果確實令人嘆服。JERRY HOSSOM認為：“在當今所有高合金含量的制刀鋼材中，CPM3V擁有最優(yōu)秀的微粒結(jié)構(gòu)，它的晶粒平均直徑為1微米，這意味著3V鋼可以同時具備極強的韌性和最優(yōu)秀的刃緣。晶粒的細密和均勻特點，使得CPM3V刀刃口在研磨時，無需被磨料破壞其碳化物微粒即可以變得非常鋒利，這也就意味著3V鋼的刃口打磨遠比人們通常所想象的要輕松。

　　CPMS30V：CPM S30V是由Crucible Materials 公司生產(chǎn)的粉末不銹鋼，研制者主要是Dick Barber和 Chirs Reeve。當然，很多刀匠都參與了其中的改進，包括Emerson, Phil Wilson, Tom Mayo, Paul Bos…等10余位著名的刀屆人士。專門為刀設計的鋼材CPM S30V的最大優(yōu)勢在于它的熱處理穩(wěn)定， 次品率極低，研磨方便，和強度極高。這和其中所用的高科技是分不開的。CPM S30V的均勻性是現(xiàn)今世界最好的，均勻性意味著穩(wěn)定的性能和強度。它是最早大規(guī)模應用于刀具制作的粉末冶金鋼材之一，曾經(jīng)引發(fā)過許多爭論（主要集中在與BG42的性能之爭）。我們可以把它的出現(xiàn)看做是刀具行業(yè)意識時代的結(jié)束和另一個時代的開始。（個人認為）它的出現(xiàn)注定是一次毀譽參半的嘗試，但無疑是偉大的。

　　CPM S35VN ：或許是S30V的爭議太大，或許是市場對S30V的不滿，有或許是......其他什么原因。Crucible Materials 公司推出了S35VN，按照廠家的說法，S35VN的化學成分經(jīng)過了調(diào)整，加入了鈮。因此，除了釩和鉻的碳化物，鋼材中會出現(xiàn)鈮的碳化物。由于部分釩的碳化物被鈮的碳化物所取代，CPM S35VN相比S30V而言，在不損失保持性的條件下，韌性提高了15%-20%。韌性的提高可以使得刀刃的抗破損能力提高。由于鈮的碳化物和釩的碳化物在硬度和實際效果方面比鉻的碳化物能夠提供更好的保持性，因此CPM的不銹鋼產(chǎn)品相比傳統(tǒng)的高鉻鋼材具有更好的保持性。

　　由于其均質(zhì)性和高質(zhì)量，而比傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的鋼材具有更好的尺寸穩(wěn)定性（熱處理后變形率在0.05%-0.1%）、易磨性和強度（Toughness）。

　　近年，CR 和 MT已經(jīng)全面轉(zhuǎn)向CPMS35VN！這會是又一個神話的開始嗎？讓我們拭目以待！

　　CPM S60V(原名440V）: CPM(Crucible Particle Metallurgy)粉末系鋼材，美國Crucible原料公司開發(fā)的新一代刃具鋼, 廠方曾聲稱CPMS60V為超級鋼材(Super custom knife steel of the 90's)，比目前市場上的所有不銹鋼都經(jīng)久耐用，但是它過于堅硬而難于打磨（因此它具有空前的刀鋒保持性），但反過來，也就不需要經(jīng)常打磨。雖然CPM440V之含碳量比傳統(tǒng)的440C多出近一倍, 經(jīng)熱處理後得出之硬度卻只為HRc57-58, 皆因受其他所含原素之影響(5%之釩, 17%之鉻)。其真正杰出之處在於保留刀鋒之耐損性及延展性這兩方面, CPM440V售價很高, 故多應用于手制(刀匠手作)刀具。

　　CPM S90V(原名420V）: 美國Crucible原料公司於1996年再次研制出較CPM440V更高一級的CPM鋼材, 它比CPM440V多出近一倍的釩及鉬含量, 故能保有更優(yōu)越的刀鋒耐損性及耐蝕性(比CPM440V優(yōu)秀25-50%)，或許比440V的堅韌度也更高。經(jīng)熱處理后的硬度則與CPM440V相等。CPM420V售價昂貴。

　　GIN-1（AKA G-2）: 日本“日立金屬工業(yè)”研發(fā)的優(yōu)質(zhì)鋼材，性能與8A相近, 但硬度則比8A稍軟(HRc57-58), 價格較低。一種很好的不銹鋼，含碳量略低，含鉻量略高，而鉬含量比ATS-34低，是一種低成本的鋼材，經(jīng)常被 Spyderco選用。

　　ZDP-189 : 日本“日立金屬工業(yè)”于1996年開發(fā)的新型粉末鋼材, 其研發(fā)目標與“大同特殊鋼 (株) ”的Cowry X鋼材一脈相承, 是具有優(yōu)良加工性能的超硬合金鋼, ZDP-189含碳量達3%, 含鉻量亦高達20%, 經(jīng)熱處理后硬度可達HRc67, 加工性能極優(yōu), 金屬組織微粒比ATS-34及440-C更均勻細密, 耐蝕性及韌性均良好, 故“日立”對外宣稱ZDP-189為“跨向21世紀的次世代刃具鋼”。

　　VG10 : 日本“武生特制鋼” 開發(fā)的“V金10號”不銹鋼材, 是“V金”系列鋼材中的最優(yōu)級別, 含碳量約1%, 含鉬1.2%及鈷1.5%, 經(jīng)熱處理后硬度可達HRc60-62。VG-10最顯著的特性是可以造出非常非常鋒利的刀鋒，而且是非常完美的刀鋒。它的加工性能優(yōu)秀, 韌性和耐腐蝕性都很強, 以VG-10 作刃材的刀，其刀鋒保持度都比常用不銹鋼的刀要好得多，多被應用與優(yōu)質(zhì)刀具。Fallkniven 的產(chǎn)品多采用這種鋼材。

　　CTS-XHP：CTS-XHP是Carpenter公司推出的基于440系列鋼材研發(fā)的空冷粉末不銹鋼。Carpenter自己說CTS-XHP可以被看做是高硬度的440C或者不銹鋼版的D2。

　　根據(jù)Carpenter的官方介紹，CTS-XHP的空冷最大硬度（as quenched）在64.5HRC左右。當CTS-XHP與440C以相近的流程被熱處理時，440C的硬度是58.5，而CTS-XHP的硬度是62.5。經(jīng)過適當?shù)臒崽?，CTS-XHP可以同時具備440C級別的防銹能力和D2級別的耐磨水平。

　　CPM M4:是目前使用較多的粉末高速鋼，它的性能和化學成份類似于ASP23 ,是目前高速鋼中韌性很好，同時又有極佳耐磨性的鋼種。一般來說，高速鋼的耐磨性會隨著總合金成份和最高硬度增加而提高，而韌性則會隨合金量的增加而降低，因此才會在傳統(tǒng)高速鋼M 2的基礎上改進。CPM M4耐磨性的好壞取決于熱處理后的硬度以及碳化物的形成，CPM M4在M2中增加碳及釩，提高耐磨耗性；同時在考慮韌性的前提下，使用粉末冶金制程改善韌性，使CPM M4的韌性高于傳統(tǒng)M2高速鋼，根據(jù)統(tǒng)計其韌性約為傳統(tǒng)高速鋼的2-3倍，耐磨性亦為3-5倍。它使用范圍頗為廣泛，適用于各種沖壓模、嵌入模、粉末成型模以及刀具中之拉刀、銑刀、絲攻、剪切刀，任何需耐磨或強韌性的零件均可適用。綜合上述兩項性質(zhì)，CPM M4是目前市場上最通用與最佳性能的高速優(yōu)質(zhì)鋼。使用硬度上則因不同行業(yè)而有所不同，視生產(chǎn)需要而定，硬度一般在HRC 60-66之間最為合適。但它又個缺點，如處理變形大，次品率較高！

　　20CV以及M390：從時間上，M390早于20CV，根據(jù)我不負責任的推測， Latrobe應該是以百祿公司的M390為原型仿制推出了20CV，二者在成分上有很細小的差別，正如ATS34和154CM。

　　根據(jù)Rick Hinderer的介紹，20CV與S30V比具有更好的韌性及耐腐蝕和幾乎不相上下的刀鋒保持能力。根據(jù)使用者的反饋，似乎20CV比S30V容易打磨一些。

　　20CV的標稱硬度比S30V稍高，在60HRC左右，M390也在同樣的區(qū)間。這種鋼材具有耐磨性好、耐腐性性好、韌性好且便于加工等特點，CATRA保持性測試結(jié)果，約是440C的180%，比S30V高出不少。也有說法說20CV是BG42的升級版，但目前沒有找到支持這種說法的確實證據(jù)。

　　M390的成分為：C:1.90 Cr:20.00 Mn:0.30 Mo:1.00 Si:0.30 Wu:0.60 V:4.00 ，是防銹性，保持性，韌性都很好的鋼材，耐腐蝕性強于440C，s30V，耐磨性強于s30V，BG42，韌性和BG42差不多，硬度能趕上CPM-M4。

　　RWL34：RWL34是瑞典DAMASTEEL公司專門為刀具制作而研制的粉末鋼！有一種說法認為，早期的154CM因為采用double-vacuum冶煉，所以相對純凈，后來坩堝為了節(jié)約成本不用double-vacuum了，于是loveless才跑去找到日立，產(chǎn)生了ATS34，再后來日立也為了節(jié)約成本犧牲了產(chǎn)品質(zhì)量，于是loveless跑去找了damasteel，又有了RWL34。

　　也有人說，154CM這種鋼材口碑雖好，但售價不菲?；谶@樣的原因，Loveless去跟日本日立商討研發(fā)同樣成份和效能的不銹鋼。按照大師要求的訂單，日本人造出了ATS34，他與154相比具有相似的性能，價格卻低廉很多，因此開始在刀具制作領域廣為流行，S30V成為主流刀具不銹鋼之前，ATS34大行其道，90年代，我們熟悉的ST,蝴蝶，都以它為主力鋼材武裝自己的產(chǎn)品。再往后，美國人有了s30V，ats34日漸淡出歷史舞臺，各大品牌都開始了對s30v的嘗試和普及。在美國人幾乎忘記ATS34之時，歐洲人將其粉末化造出RWL34，準確說是DAMASTEEL AB公司這么干了。RWL34的在保持性，強度，韌性上都有了不小的進步，在被嚴謹著稱的歐洲人推廣實踐后聲名雀起。與此同時，S30V在普及和試用后，開始飽受爭議。而cpm公司受RWL34的成功的啟示，意識到將154cm／ats34粉末化，會產(chǎn)生良好的性能與銷路。所以在154被別人克隆20多年后，cpm決定反過來克隆RWL34——山寨這個被山寨出的奇跡。cpm154，粉末化的154應運而生，這是坩鍋公司在21世紀才推出，在近年才流行的新主流鋼材。

　　或許我們可以這樣認為：

　　ATS34=日本版154CM

　　粉末版ATS34=RWL34

　　=>

　　粉末版154CM=CPM154=粉末版ATS34=RWL34

　　=>

　　CPM154=RWL34

　　可以換成這么說:

　　美國人認為ATS34是日本人對美國CPM公司154CM鋼的COPY,

　　而RWL34鋼則是歐洲人對ATS34鋼進行粉末冶鋼的產(chǎn)物,

　　但美國人對154CM粉末冶煉的想法也早就有了,只不過被歐洲人先走了一步, 粉末版的CPM-154問世反而晚于RWL34.

　　所以從某個角度來說, CPM-154竟變成了RWL34的COPY.

　　Rockstead花田洋刃材之YXR-7

　　YXR7是一極高速度鋼適用于切削工具例如麻花錨，拉刀、攻牙、銑洗、切斷、絞刀及其它。以績效而言，YXR7是全方位鋼種，在熱硬性要求不最重要的情況下可被用于切削方面。YXR7也適用于冷間的應用；舉例來說在工具用來作沖孔、成形、沖壓、及其它。本鋼是兼具耐磨耗性和高韌性優(yōu)越組合的高合金的冷間作業(yè)的鋼種。

　　鋼材特性：高耐磨性，高抗壓強度，淬硬后高的表面硬度，優(yōu)良的整體淬透性，良好的表面處理加工性，優(yōu)良的抗回火軟化性。

　　碳 C 0.82

　　硅 Si 0.42

　　錳 Mn 0.43

　　鉻 Cr 4.00

　　釩 V 1.80

　　鉬 Mo 4.80

　　磷 P 0.03

　　硫 S 0.01

　　鎢 W 6.12CTS-20CP：CTS-20CP是Carpenter公司利用第二代粉末冶金技術Micro-Melt研制生產(chǎn)的粉末工具鋼，成分與S90V類似。Carpenter公司說，Micro-Melt技術可以造就更細密的晶體顆粒，減少晶體剝離。落實到應用中，這會使鋼材更容易打磨，熱處理穩(wěn)定性更好，使工具成品更耐磨并擁有更好的韌性。

　　據(jù)蜘蛛老板Sal Glesser說，CTS-20CP是Carpenter版本的S90V，但是從Carpenter官網(wǎng)的資料來看，20CP的成分似乎比S90V要復雜一點點，

　　S90V的成分是：

　　Carbon 2.3%

　　Chromium 14.0%

　　Vanadium 9.0%

　　Molybdenum 1.0%

　　CTS-20CP的成分是：

　　Carbon 2.25%

　　Chromium 12.8%

　　Vanadium 9.25%

　　Molybdenum 1.3%

　　Manganese(maximum) 0.5%

　　Silicon 0.9%

　　Sulfer(maximum) 0.030%

　　KF上有一位刀友Ankerson做了一個對比測試，對比雙方分別是S90V和20CP版本的Paramilitary2。兩把刀在測試之前都用Edge Pro磨到了角度相同的6000目拋光鋒，然后進行切割麻繩和切割硬紙板的測試。引用Ankerson的原話：兩種鋼都很優(yōu)秀,從所有的測試中,我不能告訴他們之間的不同表現(xiàn)和排名。

　　綜合knifedogs論壇上的一些測試來看，20CP的鋒利保持度和M390以及CPMS90V是很難區(qū)分的。

　　大馬士革（DAMASCUS）: 是一種被廣泛制造的鋼材，因此幾乎不可能精確地定義它，不過有一點是無庸置疑的：它比任何其他類型的鋼材都更受收藏家的青睞。每個鐵匠做出的大馬士革都略有不同，而且層數(shù)差別很大，從最簡單的三層開始到數(shù)百層，甚至有人用每擊40噸的壓力將300層鋼箔沖壓成大馬士革。無論哪一種大馬士革都是非常美麗的。

　　附：鋼材中的化學元素及其作用

　　碳（Carbon）:存在于所有的鋼材，是最重要的硬化元素。有助于增加鋼材的強度，我們通常希望刀具級別的鋼材擁有0.5%以上的碳，也成為高碳鋼。

　　鉻（Chromium）: 增加耐磨損性，硬度，最重要的是耐腐蝕性，擁有13%以上的認為是不銹鋼。盡管這么叫，如果保養(yǎng)不當，所有鋼材都會生銹的。

　　錳（Manganese）: 重要的元素，有助于生成紋理結(jié)構(gòu)，增加堅固性，和強度、及耐磨損性。在熱處理和卷壓過程中使鋼材內(nèi)部脫氧，出現(xiàn)在大多數(shù)的刀剪用鋼材中，除了A-2,L-6和CPM 420V。

　　鉬（Molybdenum）: 碳化作用劑，防止鋼材變脆，在高溫時保持鋼材的強度，出現(xiàn)在很多鋼材中，空氣硬化鋼（例如A-2,ATS-34）總是包含1%或者更多的鉬，這樣它們才能在空氣中變硬。

　　鎳（Nickle）：保持強度、抗腐蝕性和韌性。出現(xiàn)在L-6，AUS-6和AUS-8中。

　　硅（Silicon）：有助于增強強度。和錳一樣，硅在鋼的生產(chǎn)過程中用于保持鋼材的強度。

　　鎢（Tungsten）：增強抗磨損性。將鎢和適當比例的鉻或錳混合用于制造高速鋼。在高速鋼M-2中就含有大量的鎢。